Analyse d’une section en acier à haute résistance et d’assemblages par platine d’about à l’aide du module complémentaire Assemblages en acier pour RFEM

Modèle analytique

Cette étude adopte les critères de calcul spécifiés dans l’EN 1993-1-8 pour évaluer la résistance des boulons (cisaillement et traction) et la résistance des plaques (pression diamétrale et cisaillement), à l’aide des formulations d’états limites fournies dans le Tableau 3.4.

La valeur de calcul de la résistance du tronçon en T équivalent est évaluée indépendamment pour les composants de la platine d’about et de la semelle du poteau. Pour chaque composant, la valeur de calcul de la résistance déterminante, F_T,Rd, est définie comme la valeur minimale dérivée de trois mécanismes de ruine potentiels.

La résistance de chaque mode est calculée individuellement sur la base du moment résistant plastique de la semelle (M_pl,1,Rd et M_pl,2,Rd) et de la résistance en traction du groupe de boulons (∑F_t,Rd). Ces modes tiennent compte de la plastification complète de la semelle (Mode 1), de la ruine 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 :

Fig. 1. Modes de ruine du tronçon en T

Détails géométriques de l’assemblage poutre-poteau

Conformément aux pratiques de construction standard, toutes les poutres et tous les poteaux ont été fabriqués en acier S355, Q690 et Q960, tandis que les platines d’about utilisaient les nuances plus résistantes Q690 et Q960. Les configurations géométriques, y compris les dispositions de la platine d’about et des groupes de boulons, sont présentées dans les Figures 2 & 3, ainsi que la matrice d’essais expérimentaux correspondante.

Le spécimen JD1 (S355) utilisait une section de poteau HEM 300. Pour évaluer la performance d’une hiérarchie poteau-faible/poutre-forte, une section de poutre uniforme HEA 320 avec des platines d’about S690 de 10 mm d’épaisseur a été conservée. JD2 a été fabriqué en acier Q690 et JD3 en acier Q960. Les sections 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.

Figure 2. Configuration Platine d’about/Boulon de JD1

Figure 3. Configuration Platine d’about/boulons JD2 et JD3

Discussion

Assemblages acier pour RFEM

Cette étude présente une investigation expérimentale et numérique de la performance structurale de trois assemblages poutre-poteau par platine d’about débordante en acier à haute résistance.

Le programme expérimental a été augmenté par une caractérisation ciblée de tronçons en T et une analyse par éléments finis (EF) de haute précision. La vérification de l’assemblage a été entièrement intégrée au modèle structurel principal à l’aide du module complémentaire Assemblages acier basé sur les EF pour RFEM 6. 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 un aperçu granulaire des mécanismes de déformation localisés. Les figures 4 et 5 et les Tableaux 1 et 2 présentent la comparaison du moment résistant et de la rigidité entre les résultats expérimentaux, le module complémentaire Assemblages acier dans RFEM et l’EC3, tandis que le Tableau 3 résume les modes de ruine observés.

Fig. 4. Comparaison du moment résistant – Expérimental, assemblages acier dans RFEM et EC-3

Figure 5. Comparaison de la rigidité - Expérimentale, assemblages acier dans RFEM et EC-3

Fig. 6. Contraintes équivalentes et déformation plastique du modèle JD1

Fig. 7. Contrainte équivalente et Déformation plastique du modèle JD2

Fig. 8. Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle JD3

Figure 9. Ratio de vérification et rigidité en rotation du modèle JD1

Figure 10. Ratio de vérification et rigidité en rotation du modèle JD2

Figure 11. Ratio de vérification et rigidité en rotation du modèle JD3

Conclusions

Trois assemblages boulonnés par platine d’about (JD1–JD3) ont été étudiés en comparant les expériences avec le modèle Assemblages acier de RFEM et le calcul manuel EC-3. Pour la résistance en moment, les trois méthodes concordaient bien. RFEM correspondait étroitement aux résultats d’essais (à environ 6 % près), et l’EC-3 donnait des valeurs sûres et légèrement conservatrices. On peut donc compter sur l’EC-3 pour le calcul de la résistance.

La principale différence concernait la rigidité initiale. RFEM a donné des valeurs raisonnables, mais l’EC-3 a largement surestimé la rigidité de chaque assemblage — environ 1,7 à 2,7 fois les valeurs mesurées. La rigidité de l’EC-3 doit donc être utilisée avec précaution, en particulier dans les vérifications de service et de flèche.

Pour les modes de ruine, 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’EC-3 prédisait un mode plus simple de rupture d’un seul boulon. En bref, RFEM est un outil fiable pour prédire la résistance, la rigidité et la ruine des assemblages, et peut réduire le besoin d’essais. L’EC-3 est sûr pour la résistance mais tend à surestimer la rigidité.