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28.02.2024

VE 1025 | Vérification du béton armé d'une poutre continue à deux travées avec porte-à-faux à inertie variable

Description

Une poutre en béton armé est calculée comme une poutre à deux travées avec un porte-à-faux. La section varie le long de la poutre (section à inertie variable). Les efforts internes, les armatures longitudinales et de cisaillement requises pour l'état limite ultime sont calculés et comparés aux résultats dans [1].


Matériau Béton C25/30 Module d'élasticité E 31000 N/mm2
Valeur de calcul de la résistance du béton en compression fcd 14,167 N/mm2
Acier de béton armé B500S(B) Limite caractéristique d'élasticité fyk 500,000 N/mm2
Limite d'élasticité de calcul fyd 434,783 N/mm2
Géométrie Structure Longueur du porte-à-faux leff,porte-à-faux 4,000 m
Longueur de travée 1 leff,1 8,000 m
Longueur de travée 2 leff,2 8,000 m
Section Hauteur h 1500 mm
Largeur b 2620 mm
Hauteur de semelle hf 150 mm
Largeur de l'âme bw 380 mm
Enrobage de béton cnom 35 mm
Charges Charges permanentes CC1 gk,1 10,500 - 90,000 (trapezoïdal) kN/m
CC2 Gk,2 216,000 kN
CC3 Gk,3 416,000 kN
Charges d'exploitation CC4 qk,1,1 40,000 kN/m
CC5 qk,1,2 40,000 kN/m
CC6 qk,1,3 30,000 kN/m
CC7 Qk,2 284,000 kN


Paramètres RFEM

  • Considération de la redistribution limitée des moments d'appui selon 5.5
  • Réduction des moments ou dimensionnement pour les moments au nu de l'appui monolithique selon 5.3.2.2
  • Réduction des efforts tranchants au nu de l'appui et distance d selon 6.2.1(8)
  • Le type de distribution de la section est à inertie variable au début de la barre, pour prendre en compte le changement de hauteur de la section.

Résultats

  1. Moment fléchissant et effort tranchant des charges d'exploitation et permanentes
    Moment fléchissant et effort tranchant dûs à gk,1
    Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
    Moment fléchissant [kNm] RFEM 248,890 432,840 -296.460 -645.760 0
    Solution analytique 249,000 433,000 -296,000 -646.000 0
    Effort tranchant [kN] RFEM -43,330 80,830 -201,000/316,340 -403,660/440,720 -279,280
    Solution analytique -44,000 81,000 -201,000/316,000 -404,000/441,000 -279,000
Moment fléchissant et effort tranchant dûs à Gk,2
Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
Moment fléchissant [kNm] RFEM -305,850 101,850 -815,400 203,720 0
Solution analytique -306,000 102,000 -815,000 204,000 0
Effort tranchant [kN] RFEM 127,390 -25,460 - 215,670/127,390 -127,390/-25,460 -25,460
Solution analytique 127,000 -25,500 -216,000/127,000 -127,000/-25,500 -25,500
Moment fléchissant et effort tranchant dûs à Gk,3
Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
Moment fléchissant [kNm] RFEM 676,040 -155,960 0 -311,920 0
Solution analytique 676,000 156,000 0 -312,000 0
Effort tranchant [kN] RFEM 169,010/-246,990 -38,990 169,010 -246,990/38,990 38,990
Solution analytique 169,000/247,000 39,000 169,000 -247,000/39,000 39,000
Moment fléchissant et effort tranchant dûs à qk,1,1
Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
Moment fléchissant [kNm] RFEM -120,100 40,000 -320,200 79,950 0
Solution analytique -120,220 40,030 -320,490 80,060 0
Effort tranchant [kN] RFEM 50,070 -10,000 -160,000/50,020 50,020/-10,000 -10,000
Solution analytique 50,000 -10,010 -160,000/50,070 50,070/-10,010 -10,010
Moment fléchissant et effort tranchant dûs à à qk,1,2
Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
Moment fléchissant [kNm] RFEM 240,020 -79,980 0 -159,960 0
Solution analytique 240,000 -80,000 0 -160,000 0
Effort tranchant [kN] RFEM -19,990 19,990 140,010 -179,990/19,999 19,999
Solution analytique -20,000 20,000 140,000 -180,000/20,000 20,000
Moment fléchissant et effort tranchant dûs à qk,1,3
Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
Moment fléchissant [kNm] RFEM -59,980 180,010 0 -119,970 0
Solution analytique -60,000 184,000 0 -120,000 0
Effort tranchant [kN] RFEM -15,000 15,000 -15,000 -15,000/135,000 -105,000
Solution analytique -15,000 15,000 -15,000 -15,000/135,000 -105,000

Moment fléchissant et effort tranchant dûs à Qk,2
Effort interne Unité RFEM / Solution analytique Travée 1 Travée 2 Axe A Axe B Axe C
Moment fléchissant [kNm] RFEM 461,530 -106,470 0 -212,950 0
Solution analytique 462,000 -106,500 0 -213,000 0
Effort tranchant [kN] RFEM 115,380/-168,620 26,620 115,380 -168,620/26,620 26,620
Solution analytique -169,000/115,000 26,600 115,000 -15,000/135,000 -169,000/26,600



  1. Efforts internes
    Le tableau ci-dessous contient toutes les combinaisons de charges de l'état limite ultime :
    Combinaison de charges Cas de charge assignés
    CO1 1,00·CC1 + 1,00·CC2 + 1,00·CC3
    CO2 1,35·CC1 + 1,35·CC2 + 1,35·CC3 + 1,50·CC4 + 1,50·CC5 + 1,50·CC6 + (1,50·0,80)·CC7
    CO3 1,35·CC1 + 1,35·CC2 + 1,35·CC3 + (1,50·0,70)·CC4 + (1,50·0,70)·CC5 + (1,50·0,70)·CC6 + 1,50·CC7
    CO4 1,35·CC1 + 1,00·CC2 + 1,35·CC3 + 1,50·CC5 + 1,50·CC6 + (1,50·0,80)·CC7
    CO5 1,35·CC1 + 1,00·CC2 + 1,35·CC3 + (1,50·0,70)·CC5 + 1,50·CC7
    CO6 1,00·CC1 + 1,35·CC2 + 1,35·CC3 + (1,50·0,70)·CC4 + 1,50·CC7
    CO7 1,35·CC1+1,00·CC2+1,35·CC3+(1,50·0,70)·CC5+(1,50·0,70)·CC6+1,50·CC7
    CO8 1,35·CC1 + 1,35·CC2 + 1,00·CC3 + 1,50·CC4 + 1,50·CC6
    CO9 1,35·CC1 + 1,35·CC2 + 1,35·CC3 + 1,50·CC4 + 1,50·CC5 + (1,50·0,80)·CC7

Action Unité Combinaisons de charge Résultat dans RFEM Résultat de référence Ratio
MEd,A kNm CO8 -1981,830 -1980,000 1,00
MEd,B kNm CO4 -1764,600 -1765,000 0,99
MEd,1 kNm CO5 1887,120 1887,000 1,00
MEd,2 kNm CO8 885,540 895,000 0,99
VEd,A,li kN CO2 -802,500 -803,000 0,99
VEd,A,re kN CO9 1250,770 1250,000 1,00
VEd,1,li kN CO6 582,090 581,000 1,00
VEd,1,re kN CO7 -554,660 -555,000 0,99
VEd,B,li kN CO4 -1245,820 -1246,000 0,99
VEd,B,re kN CO4 -886,580 -887,000 0,99
VEd,C kN CO8 -544,930 -545,000 0,99

  1. Armatures longitudinales requises
    Dans la littérature spécialisée, une redistribution de 15 % des moments a été considérée à l'appui B dans la combinaison de charges 4 et une redistribution de 12 % des moments a été considérée dans la combinaison de charges 7. En revanche, RFEM applique la même redistribution des moments à toutes les combinaisons de charges. Il est nécessaire d'ajuster le modèle RFEM afin de faciliter une comparaison pertinente avec la littérature spécialisée. Ensuite, nous vous présenterons la solution réelle fournie par RFEM.
    Comparaison des résultats de RFEM aux résultats de la littérature spécialisée :
    Appui A :
    La poutre est reliée de manière monolithique à l'appui, ainsi, le moment critique de calcul se trouve au nu de l'appui.

    Cependant, la littérature néglige l'influence de la charge lors du calcul du moment au bord de l'appui. Pour pouvoir effectuer une comparaison pertinente avec les résultats de RFEM, il est nécessaire de recalculer le modèle en considérant l'influence de la charge. Le moment de calcul au nu de l'appui sans considération de l'influence de charge, MEd, est de -1819,0 kNm. En considérant l'effet des charges, MEd augmente jusqu'à -1823.0 kNm.

    To enable a meaningful comparison with the results in RFEM, it is necessary to recalculate it while considering the influence of the load. The design moment at the face of the support without load influence consideration, MEd, is <nowiki>-</nowiki>1819.0 kNm. Considering the effect of the loads, MEd increases to <nowiki>-</nowiki>1823.0 kNm.
    RFEM Solution analytique Ratio
    Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot MEd As,stat,tot
    [kNm] [cm2] [kNm] [cm2] [kNm] [cm2]
    CO8 -1824,790 32,50 -1823,000 31,60 1,00 1,02

    Dans la littérature spécialisée, on suppose que la hauteur de la section au bord de l'appui est égale à la hauteur de section au centre de l'appui. Cependant, la hauteur réelle de la section est considérée dans RFEM en raison de la section à inertie variable. Les armatures requises sont donc plus élevées dans RFEM.
    Appui B :
    La combinaison de charges critique dans ce cas est la combinaison de charges 4. Pour correspondre à la littérature, le ratio de redistribution des moments dans l'appui B est défini à 0,850.
    Appui B
    RFEM Solution analytique Ratio
    Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot MEd As,stat,tot
    [kNm] [cm2] [kNm] [cm2] [kNm] [cm2]
    CO4 -1345,870 22,40 -1360,000 22,80 0,99 0,98

    Lors du calcul du moment de calcul, la littérature spécialisée prend en compte que le moment au nu de l'appui ne doit pas être inférieur à 65 % du moment d'extrémité fixé (DIN EN 1992-1-1, 5.3.2.2). Cette condition n'est pas implémentée dans RFEM. Cela explique la différence sur le moment de calcul.

    This condition is not implemented in RFEM.

    Travée 1 :

    Comme la poutre est définie comme une barre continue dans RFEM, une largeur efficace beff ne peut pas être définie à chaque travée. La valeur la plus faible des deux largeurs efficaces des travées 1 et 2 est utilisée pour la simplification. beff est alors définie à 2,620 m.

    The smallest value from the two effective widths from span 1 and 2 is used for simplification. beff is than set to 2.620 m.

    La littérature considère une redistribution des moments de 12 % pour la combinaison de charges 7, le ratio de redistribution des moments dans l'appui central est donc désormais défini à 0,880.

    Travée 1
    RFEM Solution analytique Ratio
    Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot MEd As,stat,tot
    [kNm] [cm2] [kNm] [cm2] [kNm] [cm2]
    CO7 1926,280 30,13 1927,000 33,10 0,99 0,91

    Travée 2 :

    Dans ce cas, aucune redistribution des moments n’est considérée. Le ratio de redistribution des moments est défini à 1,000.

Travée 2
RFEM Solution analytique Ratio
Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot MEd As,stat,tot
[kNm] [cm2] [kNm] [cm2] [kNm] [cm2]
CO8 885,520 13,79 895,000 15,10 0,99 0,91

Dans la littérature spécialisée, les armatures longitudinales requises sont déterminées à l'aide de méthodes d'approximation pour les poutres en T selon le carnet 425 du DAstb (comité allemand du béton armé).

Dans cette méthode, la force de compression dans la semelle est supposée être au centre de la semelle (hf/2). Dans RFEM, l'armature requise est déterminée à l'aide d'une analyse de section. Les armatures requises sont donc inférieures à ce qui est indiqué dans la littérature spécialisée.

in RFEM, the required reinforcement is determined with a cross-section analysis.

Solution fournie par RFEM

La redistribution des moments dans l'appui central est désormais définie à 15 % pour toutes les combinaisons de charges. Les résultats sont résumés dans les tableaux ci-dessous.

Appui A :

le cas de charge 8 produit le moment fléchissant le plus élevé, il est donc déterminant.

Appui A
Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot
[kNm] [cm2]
CO8 -1824,840 32,32

Appui B :

Appui B :
Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot
[kNm] [cm2]
CO4 -1345,890 22,40

Travée 1 :

Lorsque la redistribution des moments est considérée dans toutes les combinaisons de charges, CO5 présente le moment fléchissant de calcul le plus élevé de la travée 1.

Travée 1 :
Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot
[kNm] [cm2]
CO5 2005,410 31,44

Travée 2 :

CO8 a un moment après redistribution des moments MEd de 940 kNm.

Travée 2 :
Cas de charge Moment fléchissant de calcul MEd Armatures requises As,stat,tot
[kNm] [cm2]
CO8 940,000 14,73

Armatures d'effort tranchant

Armatures d'effort tranchant dans le porte-à-faux :

Pour déterminer les cadres requis dans le porte-à-faux, 3 positions sont examinées. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous :

The results are summarized in the table below:
Porte-à-faux
Position x Paramètre Symbole Unité RFEM Solution analytique Ratio
x = 0,45 m Hauteur efficace d [m] 0,940 0,920 1,02
Bras de levier interne Z [m] 0,848 0,828 1,02
Effort tranchant VEd [kN] -327,190 -328,000 0,99
Moment fléchissant de calcul MEd [kNm] -73,320 -74,000 0,99
Composante d'effort tranchant de l'effort dans la zone en compression Vccd [kN] 12,550 13,000 0,99
Effort tranchant de calcul VEd,red [kN] 314,640 314,000 1,0
Capacité de cisaillement sans armature Vrd,cc [kN] 219,420 221,00 0,99
Inclinaison de la bielle de compression cot Θ [-] 3,0 3,0 1,0
Capacité de la bielle en compression Vrd,max [kN] 996,230 1003,000 0,99
Armatures requises asw,req [cm2/m] 2,84 2,91 0,98
x = 1,37 m Hauteur efficace d [m] 1,070 1,050 1,02
Bras de levier interne z [m] 0,965 0,945 1,02
Effort tranchant VEd [kN] -417,720 -418,000 1,00
Moment fléchissant de calcul MEd [kNm] -414,250 -415,000 1,00
Composante d'effort tranchant de l'effort dans la zone en compression Vccd [kN] 62,210 66,000 0,94
Effort tranchant de calcul VEd,red [kN] 355,510 353,000 1,01
Capacité de cisaillement sans armature Vrd,cc [kN] 250,070 252,000 0,99
Inclinaison de la bielle de compression cot Θ [-] 3,0 3,0 1,0
Capacité de la bielle en compression Vrd,max [kN] 1135,860 1144,000 0,99
Armatures requises asw,req [cm2/m] 2,83 2,86 0,99
x = 2,37 m Hauteur efficace d [m] 1,210 1,190 1,02
Bras de levier interne z [m] 1,090 1,070 1,02
Effort tranchant VEd [kN] -541,800 -543,000 1,0
Moment fléchissant de calcul MEd [kNm] -891,790 -893,00 1,00
Composante d'effort tranchant de l'effort dans la zone en compression Vccd [kN] 118,250 125,000 0,95
Effort tranchant de calcul VEd,red [kN] 423,550 418,000 1,01
Capacité de cisaillement sans armature Vrd,cc [kN] 283,220 285,000 0,99
Inclinaison de la bielle de compression cot Θ [-] 3,0 3,0 1,0
Capacité de la bielle en compression Vrd,max [kN] 1286,410 1298,000 0,99
Armatures requises asw,req [cm2/m] 2,98 2,99 1,0

Travée 1 :

La position de barre déterminante pour le calcul des cadres dans le champ 1 se trouve à une distance d du bord droit de l'appui A.

Travée 1
Paramètre Symbole Unité RFEM Solution analytique Rapport
Hauteur efficace d [m] 1,440 1,430 1,00
Effort tranchant au niveau de l'appui A VEd, A [kN] 1250,770 1250,000 1,00
Effort tranchant de calcul VEd,A,re [kN] 952,430 954,000 1,00
Capacité de cisaillement sans armature VRd,cc [kN] 346,210 343,000 1,00
Inclinaison de la bielle de compression cot Θ [-] 1,88 1,87 1,00
Armatures d'effort tranchant requises asw,req [cm2/m] 8,95 9,11 0,98

Travée 2 :

Le calcul des cadres est similaire à celui de la travée 1.

Travée 2
Paramètre Symbole Unité RFEM Solution analytique Ratio
Hauteur efficace d [m] 1,440 1,440 1,02
Effort tranchant au niveau de l'appui B VEd,B [kN] 886,580 855,000 1,03
Effort tranchant de calcul VEd,B,re [kN] 613,100 584,000 1,05
Capacité de cisaillement sans armature VRd,cc [kN] 346,210 343,000 1,00
Inclinaison de la bielle de compression cot Θ [-] 2,75 2,91 0,95
Armatures d'effort tranchant requises asw,req [cm2/m] 3,94 3,58 1,10

Les différences dans les résultats de la travée 2 sont dues au fait que la littérature spécialisée a considéré l'effort tranchant au niveau de l'appui B après la redistribution des moments. Cependant, la redistribution des moments n'influence pas le calcul de l'effort tranchant dans RFEM.


Références
  1. Association allemande de génie du béton et des structures E. V, exemples de calcul selon l'Eurocode 2. Tome 1 : Construction de bâtiments, Berlin : Ernst & Sohn 2012, 1er prix réimpression corrigée de 1. Édition, 978-3-433-01877-4