Modèle analytique
Cette étude adopte les critères de vérification spécifiés dans l’EN 1993-1-8 pour évaluer la résistance des boulons (cisaillement et traction) et la résistance des plaques (pression diamétrale et poinçonnement), en utilisant les formulations d’états limites issues du tableau 3.4.
La résistance de calcul du tronçon en T équivalent est évaluée indépendamment pour la platine d’about et les composants de semelle de poteau. Pour chaque composant, la résistance de calcul déterminante, FT,Rd, est définie comme la valeur minimale dérivée de trois mécanismes de rupture potentiels.
La résistance individuelle pour chaque mode est calculée sur la base de la capacité de moment plastique de la semelle (Mpl,1Rd et Mpl,2,Rd) et de la résistance en traction du groupe de boulons (∑Ft,Rd). Ces modes tiennent compte de la plastification complète de la semelle (Mode 1), de la rupture des boulons couplée à la plastification de la semelle (Mode 2) et de la rupture pure des boulons (Mode 3).
- Modes de ruine :
- Moments résistants plastiques :
Détails géométriques de l’assemblage poutre-poteau
Conformément à la pratique de construction standard, toutes les poutres et tous les poteaux ont été fabriqués en acier S235, tandis que les platines d’about utilisaient de l’acier S355 plus résistants. Les configurations géométriques, y compris les dispositions des platines d’about et des groupes de boulons, sont détaillées dans la Figure 2, avec la matrice expérimentale correspondante et les propriétés de matériau mesurées fournies dans le Tableau 1, respectivement.
Comme défini dans la matrice d’essai, le Groupe A (spécimens 1A–3A) utilisait une section de poteau HEA 300 (tw = 8,5 mm ; tf = 14 mm), tandis que le Groupe B incorporait la section plus lourde HEB 300 (tw = 11 mm ; tf = 19 mm). Pour évaluer la performance d’une hiérarchie poteau faible-poutre forte, une section de poutre HEB 300 uniforme et des platines d’about de 30 mm d'épaisseur ont été maintenues pour tous les spécimens, assurant que les configurations du Groupe A étaient critiques au poteau.
- Tableau 1 : Configuration géométrique des spécimens testés
| Spécimens | Profilé du poteau | Profilé de la poutre | Nombre de boulons | Longueur du poteau | Longueur de la poutre |
|---|---|---|---|---|---|
| T1A | HEA 300 | HEB 300 | 12 | 2 | 1,5 |
| T2A | HEA 300 | HEB 300 | 6 | 2 | 1,5 |
| T3A | HEA 300 | HEB 300 | 8 | 2 | 1,5 |
| T1B | HEB 300 | HEB 300 | 12 | 2 | 1,5 |
| T2B | HEB 300 | HEB 300 | 6 | 2 | 1,5 |
| T3B | HEB 300 | HEB 300 | 8 | 2 | 1,5 |
Discussion
Solution Assemblages acier pour RFEM
En utilisant le module complémentaire Assemblages acier pour RFEM 6 basé sur les EF, le processus de conception de l’assemblage a été entièrement intégré au modèle structurel principal. Cette étude présente une recherche expérimentale et numérique sur la performance structurelle de six assemblages poutre-poteau à platine d’about épaisse étendue, avec un accent particulier sur l’influence des configurations de boulonnage non conventionnelles impliquant plusieurs boulons par rangée. Pour isoler la rigidité en rotation inhérente de la zone nodale, tous les spécimens ont été configurés sans raidisseurs d’âme supplémentaires. La matrice expérimentale a interrogé deux hiérarchies de rupture distinctes : (1) une configuration poteau faible/poutre forte (poteau HEA300 ; poutre HEB300) et (2) une configuration à rigidité équilibrée (poteau et poutre HEB300).
Ces investigations ont été complétées par une caractérisation ciblée du tronçon en T et une analyse par éléments finis (EF) ultraprécise. Après validation par rapport aux données expérimentales et vérification via les cadres de l’Eurocode 3 (EC3), les modèles EF ont été utilisés pour extraire des informations granulaires sur les mécanismes de déformation locaux. Les Fig. 4&5 et les Tableaux 2&3 illustrent la comparaison de la résistance au moment et de la rigidité - Expérimentale, ROFEM, Assemblages acier dans RFEM à l'EC-3. Et le Tableau 4 illustre les modes de ruine.
- Tableau 2 : Comparaison de la résistance au moment, Rigidité - Expérimentale, ROFEM, Assemblages acier dans RFEM & EC-3-1-8.
| Spécimen | Nombre de boulons | Moment kN m, Mj.R | Rigidité initiale Sj,ini (MNm/rad) |
|---|---|---|---|
| T1A | 12 | 193,5 | 26,34 |
| T2A | 6 | 122,1 | 12,35 |
| T3A | 8 | 109,8 | 14,27 |
| T1B | 12 | 262,4 | 22,31 |
| T2B | 6 | 196,4 | 17,58 |
| T3B | 8 | 161,3 | 27,28 |
| Spécimen | Nombre de boulons | Moment kN m, Mj.R | Rigidité initiale Sj,ini (MNm/rad) |
|---|---|---|---|
| T1A | 12 | 114 | 33 |
| T2A | 6 | 108,8 | 27,42 |
| T3A | 8 | 64,7 | 18,87 |
| T1B | 12 | 162,6 | 41,83 |
| T2B | 6 | 156,5 | 38,96 |
| T3B | 8 | 81,1 | 23,82 |
| Spécimen | Nombre de boulons | Moment kN m, Mj.R | Rigidité initiale Sj,ini (MNm/rad) |
|---|---|---|---|
| T1A | 12 | 179,3 | 19,5 |
| T2A | 6 | 107,3 | 9,14 |
| T3A | 8 | 96,9 | 5,81 |
| T1B | 12 | 261,9 | 23,8 |
| T2B | 6 | 190,2 | 17,67 |
| T3B | 8 | 177 | 16,36 |
| Spécimen | Nombre de boulons | Moment kN m, Mj.R | EC-3/RFEM |
|---|---|---|---|
| T1A | 12 | 154,57 | 0,74 |
| T2A | 6 | 115,42 | 0,94 |
| T3A | 8 | 97,13 | 0,67 |
| T1B | 12 | 197,5 | 0,82 |
| T2B | 6 | 172,8 | 0,91 |
| T3B | 8 | 137,63 | 0,59 |
- Tableau 3 : Comparaison de la rigidité.
| Spécimen | Nombre de boulons | Rigidité initiale Sj,ini (MNm/rad) | EC-3/RFEM |
|---|---|---|---|
| T1A | 12 | 13,4 | 2,46 |
| T2A | 6 | 8,2 | 3,34 |
| T3A | 8 | 11,5 | 1,64 |
| T1B | 12 | 18,8 | 2,23 |
| T2B | 6 | 12,5 | 3,12 |
| T3B | 8 | 16,9 | 1,41 |
- Tableau 4 : Modes de ruine.
| Spécimen | EC-3 | Assemblages acier dans RFEM | Expériences |
|---|---|---|---|
| T1A | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau |
| T2A | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau |
| T3A | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau |
| T1B | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau |
| T2B | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau |
| T3B | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau | Flexion de la semelle de poteau |
Conclusion
Des données expérimentales préliminaires ont été utilisées pour évaluer l’applicabilité des dispositions de l’EN 1993-1-8 aux Assemblages acier. Conformément aux conclusions rapportées pour les éléments conventionnels en acier au carbone, il a été constaté que le modèle de rigidité de l’Eurocode surestimait la rigidité en rotation initiale, les prédictions analytiques montrant une dispersion considérable par rapport aux valeurs mesurées.
Les résultats expérimentaux confirment que la résistance au moment et la rigidité initiale augmentent avec le nombre de boulons, les spécimens à 12 boulons (T1A, T1B) surpassant systématiquement leurs homologues à 6 et 8 boulons. La méthode des composants EC3-1-8 sous-estime généralement la capacité de moment tout en surestimant la rigidité initiale, plus particulièrement pour T1B (41,83 vs. 22,31 MNm/rad), ce qui est cohérent avec la tendance à la surestimation observée selon l’EN 1993-1-8.
Les ratios EC-3/RFEM allant de 0,59 à 0,94 indiquent des prédictions conservatrices de la résistance au moment par la méthode des composants de l’Eurocode, le faible ratio pour T3B (0,59) suggérant une sous-estimation significative pour certaines géométries d’assemblage.
Références
1. Eurocode 3. Calcul des structures en acier partie 1–8 : calcul des assemblages. Norme européenne EN 1993-1-8. Comité européen de normalisation, Bruxelles, Belgique ; 1993.
2. Gary S. Prinz, Alain Nussbaumer, Luis Borges, Shyam Khadka, Experimental testing and simulation of bolted beam-column connections having thick extended endplates and multiple bolts per row, Engineering Structures, Volume 59,2014, Pages 434-447, ISSN 0141-0296, 10.1016/j.engstruct.2013.10.042