Analyse paramétrique d’assemblages par platine d’about avec Assemblages acier pour RFEM

Cette étude valide le module complémentaire Assemblages acier pour RFEM en examinant l’influence du diamètre de boulon et de l’épaisseur de la platine d’about sur la capacité et les modes de rupture des assemblages poutre-poteau par platine d’about. Le comportement structurel et la capacité portante de ces assemblages sont évalués selon les dispositions de calcul de l’Eurocode 3 (EC-3), et les résultats sont ensuite comparés aux prédictions d’un modèle d’éléments finis développé avec RFEM et la méthode des éléments finis orientée recherche (ROFEM).

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 (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 les composants de semelle de poteau. Pour chaque composant, la résistance de calcul déterminante F_T,Rd est définie comme la valeur minimale issue de trois mécanismes de rupture potentiels.

La résistance individuelle de chaque mode est calculée sur la base de la capacité de moment plastique de l’aile (M_pl,1,Rd et M_pl,2,Rd) et de la résistance en traction du groupe de boulons (ΣF_t,Rd). Ces modes tiennent compte de la plastification complète de l’aile (Mode 1), de la ruine 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 :

1 Fig. 1 - Modes de rupture du tronçon en T

Détails géométriques de l’assemblage poutre-poteau

L’aile rigide a été modélisée comme un élément élastique. Les modèles de matériau S275 et S420 ont été attribués respectivement à la platine d’about et à la poutre. Pour l’étude paramétrique, la poutre a été choisie pour représenter un profilé européen typique dont les cotations correspondent approximativement à une section IPE300, tandis que le poteau a été modélisé comme une section HEA300, conformément aux dispositions de l’Eurocode évaluées. Les dimensions de la poutre et de la platine d’about sont présentées à la Fig. 2. Les variables considérées dans l’étude étaient des diamètres de boulon de 16 mm (M16), 20 mm (M20) et 24 mm (M24), ainsi que des épaisseurs de platine d’about (t_p) de 10 mm, 15 mm et 20 mm.

2 Fig. 2 - Configuration Platine d’about/Boulon

Discussion

Solution du module complémentaire Assemblages acier pour RFEM

Cette étude présente une investigation numérique des effets du diamètre de boulon et de l’épaisseur de la platine d’about sur la capacité et les modes de rupture des assemblages poutre-poteau par platine d’about étendue en acier. La performance structurelle de neuf de ces assemblages a été examinée.

Les résultats de l’étude paramétrique sont résumés dans le Tableau 1, et les résistances en moment correspondantes sont présentées à la Fig. 3. L’augmentation de l’épaisseur de la platine d’about a produit des capacités de moment plastique et ultime plus élevées. Cependant, une fois que la capacité de moment fléchissant de la poutre est devenue inférieure à celle de l’assemblage, les augmentations supplémentaires de l’épaisseur de la platine d’about n’ont eu aucun effet sur la capacité globale. La même tendance a été observée pour le diamètre de boulon. Le Tableau 2 présente les modes de rupture.

3 Fig. 3 - Comparaison de la résistance au moment – Assemblages en acier pour RFEM et EC-3

4 Fig. 4 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M16-tp-10mm et vérification

5 Fig. 5 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M16-tp-15mm et vérification.

6 Fig. 6 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M16-tp-20mm et vérification.

7 Fig. 7 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M20-tp-10mm et vérification.

8 Fig. 8 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M20-tp-15mm et vérification.

9 Fig. 9 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M20-tp-20mm et vérification.

10 Fig. 10 - Contraintes équivalentes et déformation plastique du modèle M24-tp-10mm et vérification.

11 Fig. 11 - Contraintes équivalentes et Déformation plastique du Modèle M24-tp-15mm et Vérification.

12 Fig. 12 - Contrainte équivalente et déformation plastique du modèle M24-tp-20mm et vérification.

Conclusions

Trois méthodes — un modèle EF détaillé (ROFEM), le module complémentaire Assemblages acier basé sur les composants dans RFEM et la méthode des composants de l’EC-3 (EN 1993-1-8) — ont été comparées sur neuf assemblages par platine d’about boulonnée (boulons M16/M20/M24 × plaques 10/15/20 mm).

Le rapport EC-3/RFEM est gouverné par l’épaisseur de la plaque, augmentant de manière monotone dans chaque groupe de boulons : l’EC-3 sous-estime considérablement la résistance pour les plaques de 10 mm (0,71-0,76) mais dépasse celle de RFEM pour les plaques de 20 mm (1,01-1,20). La raison est mécanique — les plaques minces rompent par plastification ductile de la plaque (Mode 1), tandis que les méthodes EF capturent l’action de membrane et l’écrouissage que le modèle de tronçon en T de l’EC-3 omet.

À mesure que la plaque s’épaissit et que le boulon devient le composant faible, cette marge disparaît. En ce qui concerne les modes de rupture, ROFEM et RFEM concordent pour chaque spécimen ; l’EC-3 concorde sur le composant déterminant mais tend à signaler des modes combinés (1&2, 2&3). Le schéma suit la théorie classique du tronçon en T : les plaques plus épaisses déplacent la rupture vers le contrôle par les boulons, tandis que les boulons plus grands maintiennent l’assemblage en Mode 1 ductile.

La rigidité initiale d’un assemblage par platine d’about augmente avec l’augmentation du diamètre de boulon ou de l’épaisseur de la platine d’about. L’Eurocode prédit les modes de rupture de ces assemblages avec un haut degré de précision.