Les calculs manuels, les tableaux et les logiciels d'analyse aux éléments finis linéaires ne peuvent pas représenter précisément ce comportement non linéaire. Les clous glissent et finissent par fluer avant que le panneau de contreventement bois ou les ossatures n'atteignent leur capacité, ce qui influence une part significative de la rigidité et de la déformation du voile de cisaillement.
Grâce aux fonctionnalités non linéaires de RFEM 6, le modèle génère automatiquement une articulation linéaire non linéaire entre la surface du panneau de contreventement bois et les éléments d'ossature, sur la base du comportement de glissement-charge des organes d’assemblage défini dans la SDPWS 2021. La vérification des organes d’assemblage constitue l'étape suivante, réalisée dans l'extension Timber Design, afin de garantir une capacité suffisante entre les montants du voile de cisaillement et le panneau.
Équation de glissement des organes d’assemblage de la SDPWS
Le tableau C4.2.3D [1] fournit la relation charge-glissement pour les tailles de clous courantes (6d, 8d, 10d) dans les panneaux structuraux en bois. Pour chaque taille, le tableau indique :
- Une charge maximale de l’organe d’assemblage, Vₙ (lb/fixation), à partir de laquelle l’organe d’assemblage commence à fluer
- Une équation de glissement, eₙ, en fonction de la charge de l’organe d’assemblage
Les exposants des équations de glissement des organes d’assemblage signifient que le raccordement se rigidifie et s'assouplit de manière non linéaire à l'approche de la fluage. Ce comportement ductile des voiles de cisaillement est nécessaire pour les sollicitations latérales telles que les séismes ou le vent.
En se référant à la SDPWS, ce comportement de glissement n'est pris en compte que sur la longueur des montants dans la direction longitudinale. Le glissement non linéaire peut également être appliqué dans la direction transversale, mais cela n'est pas spécifiquement mentionné dans la norme. Il existe également une équation distincte pour les organes d’assemblage installés dans du 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 disponibles dans RFEM 6 lors de la définition des connecteurs panneau-poutre du voile de cisaillement, comme illustré dans l'image ci-dessous.
Vérification de la courbe charge-glissement dans RFEM 6
On suppose qu'un voile de cisaillement en bois modélisé dans RFEM 6 comprend des clous communs 8d espacés de 6 pouces (2 fixations/ft), un panneau de contreventement bois de qualité structurale I et du bois sec. En se référant au tableau C4.2.3D [1], la charge maximale de fluage est de 220 lb/fixation et l'équation de glissement pour le bois sec est :
eₙ = (Vₙ/616)3.018 (in)
RFEM 6 génère automatiquement une articulation linéaire non linéaire entre les montants et le panneau avec 10 points intermédiaires, comme illustré dans l'image ci-dessous.
Les coordonnées et la pente des points 9 et 10 du diagramme sont vérifiées plus en détail afin de garantir l'application de l'équation de glissement des organes d’assemblage du tableau C4.2.3D [1].
Force distribuée (n) du point 10 à 220 lb/fixation (fluage) :
n₂₂₀ = (220 lb/fixation)(2 fixations/ft)(1 ft/12 in) = 36.667 lb/in
Glissement (u) correspondant au point 10 :
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3.018 = 0.0447 in
Force distribuée (n) du point 9 à 198 lb/fixation (90 % du fluage) :
n₁₉₈ = (198 lb/fixation)(2 fixations/ft)(1 ft/12 in) = 33.0 lb/in
Glissement (u) correspondant au point 9 :
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3.018 = 0.0325 in
Pente (rigidité du ressort) entre les points 9 et 10 :
Cᵤ,ₓ = (36.667 − 33.0)/(0.0447 − 0.0325) ≈ 301 lb/in²
Ces mêmes calculs sont appliqués directement le long de la courbe charge-glissement multi-point du tableau C4.2.3D [1]. Le modèle représente le comportement non linéaire du raccordement sur toute la plage de charge. Cela remplace l'approche manuelle, dans laquelle le glissement des clous est soit ignoré, soit considéré comme linéaire, soit appliqué comme un terme de déformation empirique unique à la fin d'un calcul manuel, sans aucune visibilité sur l'évolution de la rigidité en fonction de la charge ni sur la redistribution des efforts entre les panneaux.
Vérification de la capacité de cisaillement unitaire nominale des organes d’assemblage
Le glissement non linéaire des organes d’assemblage influence directement l'analyse du voile de cisaillement dans RFEM 6. La vérification des organes d’assemblage constitue l'étape suivante, réalisée dans l'extension Timber Design. Les règles de calcul du tableau 4.3A de la SDPWS 2021 fournissent la capacité nominale (vₙ) influencée par :
- Le matériau du panneau et l’épaisseur nominale minimale (5/16 in, 3/8 in, 7/16 in, 15/32 in, etc.)
- Le type et la taille des organes d’assemblage (clous communs 6d, 8d, 10d)
- L'espacement des clous sur les bords du panneau (6, 4, 3 ou 2 in)
Un voile de cisaillement modélisé dans RFEM 6 permet la saisie des variables ci-dessus, qui peuvent sortir des valeurs tabulées. Par conséquent, les hypothèses suivantes sont appliquées dans l'extension Timber Design pour ces cas :
- Une épaisseur de panneau inférieure au minimum du tableau constitue une erreur de calcul. Une épaisseur supérieure à la valeur du tableau est arrondie vers le bas sans supposer de capacité supplémentaire (par exemple, 19/32 in fait référence à la ligne de 15/32 in).
- L'espacement des clous n'est tabulé que pour 6, 4, 3 et 2 in. Un espacement compris entre les valeurs est arrondi vers le bas à la valeur la plus conservatrice (par exemple, 3.5 in fait référence à 3 in). Une valeur supérieure à 6 in constitue une erreur de calcul ; une valeur inférieure à 2 in est limitée à la ligne de 2 in.
Les notes de bas de tableau qui modifient les capacités pour des essences d'ossature spécifiques, la qualité des panneaux et d'autres conditions sont automatiquement prises en compte dans la vérification des organes d’assemblage.
La vérification complète des organes d’assemblage est présentée sous le critère de calcul UL7100, comme illustré ci-dessous. Le cisaillement admissible par rapport à la sollicitation est indiqué sous forme de ratio de calcul avec les équations détaillées de vérification, les références normatives et une sortie de données transparente.
Des vérifications manuelles au calcul basé sur la méthode des éléments finis
La courbe charge-glissement et les vérifications de la capacité ferment une boucle qui nécessitait auparavant des calculs manuels distincts à chaque étape ou des hypothèses linéaires moins précises. L'articulation linéaire non linéaire de RFEM 6 régit la déformation du modèle sous charge, en représentant le glissement des clous du panneau comme l'une des quatre sources de déformation de la SDPWS. L'extension Timber Design vérifie indépendamment la résistance des connecteurs par rapport à la sollicitation de cisaillement à tous les emplacements des organes d’assemblage afin de garantir un calcul sûr et précis.
Pour plus d'informations sur ce sujet, reportez-vous au webinaire | 2024 NDS / 2021 SDPWS Timber Shear Wall Design in RFEM 6 lié ci-dessous.