Modèle analytique
Cette étude adopte les critères spécifiés dans l’EN 1993-1-8 pour évaluer la résistance des boulons (cisaillement et traction) et la résistance des plaques (appui et poinçonnement), en utilisant les formulations d’états limites fournies dans le Tableau 3.4.
La résistance de calcul du tronçon en T équivalent est évaluée indépendamment pour la platine d’about et la semelle de poteau. Pour chaque composant, la résistance de calcul gouvernante, FT,Rd, est définie comme la valeur minimale issue de trois mécanismes de rupture potentiels.
La résistance individuelle pour chaque mode est calculée sur la base de la capacité de moment plastique de l’aile (Mpl,1,Rd 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 l’aile (Mode 1), de la rupture des boulons couplée à la plastification de l’aile (Mode 2) et de la rupture pure des boulons (Mode 3).
Modes de rupture :
Moments de résistance plastique :
Détails géométriques de l’assemblage poutre-poteau
Conformément aux pratiques de construction courantes, tous les éléments de poutre et de poteau ont été fabriqués en aciers S355, Q690 et Q960, tandis que les platines d’about ont utilisé les classes supérieures Q690 et Q960. Les configurations géométriques, y compris la disposition de la platine d’about et des groupes de boulons, sont présentées dans les Images 2 et 3, ainsi que la matrice d’essais expérimentaux correspondante.
L’éprouvette JD1 (S355) a utilisé un profilé de poteau HEM 300. Pour évaluer la performance d’une hiérarchie poteau faible/poutre forte, un profilé de poutre uniforme HEA 320 avec des platines d’about S690 de 10 mm d’épaisseur a été conservé. JD2 a été fabriqué en acier Q690 et JD3 en acier Q960. Les profilés de poutre et de poteau étaient H300×180×10×12 et H340×200×10×12 pour JD2, et H250×180×10×12 et H300×200×10×12 pour JD3. Des boulons M24 de classe 8.8 et M27 de classe 10.9 ont été utilisés.
Discussion
Assemblages acier pour RFEM
Cette étude présente une investigation expérimentale et numérique de la performance structurale de trois connexions poutre-poteau étendues par platine d’about en acier à haute résistance.
Le programme expérimental a été complété par une caractérisation ciblée de tronçons en T et par une analyse aux éléments finis (EF) à haute fidélité. La vérification des assemblages a été entièrement intégrée au modèle de calcul de structure principal à l’aide du module complémentaire Assemblages en acier pour RFEM 6, basé sur les EF. Après validation par rapport aux données expérimentales et vérification dans le cadre de l’Eurocode 3 (EC3), les modèles EF ont été utilisés pour extraire des informations détaillées sur les mécanismes de déformation locale. Les Images 4 et 5 ainsi que les Tableaux 1 et 2 présentent la comparaison de la résistance au moment et de la rigidité entre les résultats expérimentaux, le module Assemblages en acier dans RFEM et l’EC3, tandis que le Tableau 3 résume les modes de rupture observés.
| Éprouvettes | Expérimental | Assemblages en acier dans RFEM | EC3 | EC3/RFEM |
|---|---|---|---|---|
| JD1 | 188,00 | 199,60 | 184,00 | 0,92 |
| JD2 | 313,89 | 310,26 | 292,03 | 0,94 |
| JD3 | 267,82 | 263,25 | 280,40 | 1,07 |
| Éprouvettes | Expérimental | Assemblages en acier dans RFEM | EC3 | EC3/RFEM |
|---|---|---|---|---|
| JD1 | 19,90 | 10,00 | 34,30 | 1,72 |
| JD2 | 26,27 | 29,00 | 68,82 | 2,37 |
| JD3 | 17,36 | 20,60 | 47,46 | 2,30 |
| Éprouvettes | EC-3 | Assemblages en acier dans RFEM | Expérimental |
|---|---|---|---|
| JD1 | Platine d’about et boulon | Platine d’about et boulons rangées 1 & 2 | Platine d’about et boulons rangées 1 & 2 |
| JD2 | Platine d’about et boulon | Platine d’about et boulons rangées 1 & 2 | Platine d’about et boulons rangées 1 & 2 |
| JD3 | Platine d’about et boulon | Platine d’about et boulons rangées 1 & 2 | Platine d’about et boulons rangées 1 & 2 |
Conclusions
Trois assemblages boulonnés par platine d’about (JD1–JD3) ont été étudiés en comparant les expériences avec le modèle Assemblages en acier de RFEM et le calcul manuel selon l’EC3. Pour la résistance au moment, les trois méthodes concordaient bien. RFEM correspondait étroitement aux résultats d’essai (à environ 6 % près), et l’EC3 a fourni des valeurs sûres, légèrement conservatives. L’EC3 peut donc être utilisé en toute confiance pour la planification de la résistance.
La principale différence concernait la rigidité initiale. RFEM a fourni des valeurs raisonnables, mais l’EC3 a fortement surestimé la rigidité de chaque assemblage — environ 1,7 à 2,7 fois les valeurs mesurées. La rigidité selon l’EC3 doit donc être utilisée avec prudence, en particulier dans les vérifications à l’état limite de service et de déformation.
Pour les modes de rupture, RFEM a correctement prédit ce qui a été observé lors des essais (plastification de la platine d’about avec rupture des deux rangées de boulons), tandis que l’EC3 a prédit un mode plus simple à un seul boulon. En résumé, RFEM est un outil fiable pour prédire la résistance, la rigidité et la rupture des assemblages, et peut réduire le besoin d’essais. L’EC3 est sûr pour la résistance mais tend à surestimer la rigidité.