Les calculs manuels, les feuilles de calcul ou les logiciels de calcul de structures linéaires selon la méthode des éléments finis manquent de précision quand il s’agit de saisir ce comportement non linéaire. Les clous glissent et finissent par céder avant que le panneau de contreventement ou l’ossature n’atteignent leur capacité, ce qui influence une part importante de la rigidité et de la flèche du voile de cisaillement.
Grâce aux capacités non linéaires de RFEM 6, le modèle génère automatiquement une articulation linéique non linéaire entre le panneau de contreventement et les éléments d’ossature, basée sur le comportement charge-glissement des connecteurs selon la norme SDPWS 2021. La vérification des connecteurs est l'étape suivante réalisée dans le module complémentaire Vérification du bois afin de garantir une capacité adéquate entre les montants du voile de cisaillement et le panneau de contreventement.
Équation de glissement des connecteurs selon la SDPWS
Le Tableau C4.2.3D [1] présente la relation charge-glissement pour les tailles de pointes courantes (6d, 8d, 10d) dans les panneaux de contreventement en bois. Pour chaque taille, le tableau fournit :
- Une charge maximale du connecteur, Vₙ (lb/connecteur), à partir de laquelle le connecteur commence à céder
- Une équation de glissement, eₙ, en fonction de la charge du connecteur
Les équations de glissement des connecteurs à exposants montrent que la connexion se rigidifie et s’assouplit de manière non linéaire à l’approche de la limite d’élasticité. Ce comportement ductile des voiles de cisaillement est nécessaire pour les sollicitations latérales telles que les séismes ou le vent.
Selon la norme SDPWS, ce comportement de glissement n’est traité que le long de la longueur du montant en direction longitudinale. Le glissement non linéaire peut également être appliqué en direction transversale, mais le code ne mentionne pas cela spécifiquement. Il existe également une équation distincte pour les connecteurs installés dans le bois vert par rapport au bois sec, ainsi qu’une augmentation de 20 % du glissement pour les panneaux de contreventement de qualité non structurale. Ces paramètres optionnels sont inclus dans RFEM 6 lors de la définition des connecteurs entre le panneau de contreventement et les poutres, comme le montre l’image ci-dessous.
Vérification de la courbe charge-glissement dans RFEM 6
Un voile de cisaillement en bois modélisé dans RFEM 6 est présumé comprendre des pointes ordinaires 8d avec un espacement de 6 po (2 connecteurs/pi), un panneau de contreventement de qualité structurale de catégorie I et du bois sec. En se référant au Tableau C4.2.3D [1], la charge de plastification maximale est de 220 lb/connecteur et l’équation de glissement pour le bois sec est :
eₙ = (Vₙ/616)3,018 (po)
RFEM 6 génère automatiquement une articulation linéique non linéaire entre les montants et le panneau de contreventement avec 10 points intermédiaires, comme le montre l’image ci-dessous.
Les coordonnées et la pente des points 9 et 10 du diagramme sont ensuite vérifiées pour garantir l’application correcte de l'équation de glissement des connecteurs du Tableau C4.2.3D [1].
Force distribuée au point 10 (n) à 220 lb/connecteur (limite d’élasticité) :
n₂₂₀ = (220 lb/connecteur)(2 connecteurs/pi)(1 pi/12 po) = 36,667 lb/po
Glissement correspondant au point 10 (u) :
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3,018 = 0,0447 po
Force distribuée au point 9 (n) à 198 lb/connecteur (90 % de la limite d’élasticité) :
n₁₉₈ = (198 lb/connecteur)(2 connecteurs/pi)(1 pi/12 po) = 33,0 lb/po
Glissement correspondant au point 9 (u) :
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3,018 = 0,0325 po
Pente (raideur du ressort) entre les points 9 et 10 :
Cᵤ,ₓ = (36,667 − 33,0)/(0,0447 − 0,0325) ≈ 301 lb/po²
Ces mêmes calculs sont appliqués directement le long de la courbe charge-glissement multipoints du Tableau C4.2.3D [1]. Le modèle saisit le comportement non linéaire du connecteur sur toute la plage de charge. Cela remplace l’approche manuelle, où le glissement des pointes est soit ignoré, soit considéré comme linéaire, soit appliqué comme un seul terme de déflexion empirique à la fin d’un calcul manuel, sans aucune visibilité sur la manière dont la rigidité évolue avec la charge ou sur la manière dont le glissement redistribue les efforts entre les panneaux.
Vérification des connecteurs selon la capacité de cisaillement unitaire nominale
Le glissement non linéaire des connecteurs influence directement l’analyse du voile de cisaillement dans RFEM 6. La vérification des connecteurs est l’étape suivante réalisée dans le module complémentaire Vérification du bois. Les dispositions selon le Tableau 4.3A de la SDPWS 2021 fournissent la capacité nominale (vₙ) influencée par :
- Le matériau du panneau de contreventement et l’épaisseur nominale minimale (5/16 po, 3/8 po, 7/16 po, 15/32 po, etc.)
- Le type et la taille du connecteur (pointe ordinaire 6d, 8d, 10d)
- L’espacement des pointes en bordure de panneau (6, 4, 3 ou 2 po)
Un voile de cisaillement modélisé dans RFEM 6 permet la saisie des variables ci-dessus qui peuvent se situer en dehors des valeurs données dans le tableau. Par conséquent, les hypothèses suivantes sont appliquées dans le module complémentaire Vérification du bois pour ces scénarios :
- Une épaisseur de panneau inférieure au minimum du tableau constitue une erreur. Une épaisseur supérieure à la valeur du tableau est arrondie à la valeur inférieure sans capacité supplémentaire présumée (par exemple, 19/32 po fait référence à la ligne 15/32 po).
- L'espacement des pointes n’est tabulé qu’à 6, 4, 3 et 2 po. Un espacement entre deux valeurs est arrondi à la valeur inférieure, plus conservatrice (par exemple, 3,5 po fait référence à 3 po). Un espacement supérieur à 6 po constitue une erreur de conception ; un espacement inférieur à 2 po est plafonné à la ligne 2 po.
Les notes de bas de tableau qui modifient les capacités pour des essences d'ossature spécifiques, des qualités de panneaux et d'autres conditions sont automatiquement prises en compte dans le dimensionnement des connecteurs.
La vérification complète des connecteurs est rapporté sous la vérification de calcul UL7100, comme indiqué ci-dessous. Le cisaillement admissible par rapport à la sollicitation est donné sous forme de taux de travail avec des équations de vérification détaillées, des références normatives et une sortie de données transparente.
Des vérifications manuelles à la vérification basée sur les éléments finis
La courbe charge-glissement et les vérifications de capacité ferment une boucle qui nécessitait auparavant des calculs manuels distincts à chaque étape ou exigeait des hypothèses linéaires moins précises. L’articulation linéique non linéaire de RFEM 6 régit la manière dont le modèle se déforme sous charge, en saisissant le glissement des pointes des panneaux comme l’une des quatre sources de flèche selon la norme SDPWS. Le module complémentaire Vérification du bois vérifie indépendamment la résistance des connecteurs par rapport à la sollicitation en cisaillement à tous les emplacements des connecteurs afin de garantir une vérification sûre et précise.