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On décembre 27, 2021 by adminCet article examine les assemblages résistants aux moments qui sont utilisés dans la conception des bâtiments à un ou plusieurs étages, dans lesquels des cadres continus sont utilisés.
L’article traite des types d’assemblages résistants aux moments qui sont les plus couramment utilisés. L’utilisation de connexions standard pour les connexions poutre à colonne et poutre à poutre est considérée et une vue d’ensemble des procédures de conception, basées sur l’Eurocode 3 est présentée. Les assemblages boulonnés et soudés sont considérés. Les épissures de colonne et les bases de colonne sont également présentées.
Types d’assemblages résistant aux moments
Les assemblages résistant aux moments sont utilisés dans les bâtiments sans contreventement à plusieurs étages et dans les bâtiments à portique à un seul étage. Les connexions dans les charpentes à plusieurs étages sont le plus souvent des connexions boulonnées, des connexions à plaque d’extrémité pleine profondeur ou des connexions à plaque d’extrémité étendue. Lorsqu’une connexion plus profonde est nécessaire pour fournir un bras de levier plus grand pour les boulons, une connexion en forme de hanche peut être utilisée. Cependant, comme une fabrication supplémentaire en résultera, cette situation devrait être évitée si possible.
Pour les structures à portique, les connexions résistantes au moment haunched à l’avant-toit et au sommet d’un cadre sont presque toujours utilisées, car en plus de fournir des résistances de connexion accrues, le haunch augmente la résistance du chevron.
Les connexions résistantes au moment les plus couramment utilisées sont les connexions boulonnées à plaque d’extrémité de poutre à colonne ; celles-ci sont illustrées dans la figure ci-dessous.
-
Plaque d’extrémité pleine profondeur
-
Plaque d’extrémité étendue
-
.
Plaque d’extrémité prolongée raidie
-
Poutre suspendue
Au lieu d’utiliser des assemblages boulonnés de la poutreà la colonne, des assemblages soudés peuvent être utilisés. Ces connexions peuvent fournir une continuité totale du moment mais sont coûteuses à produire, en particulier sur le site. Les connexions soudées de poutre à colonne peuvent être préparées dans l’atelier de fabrication avec une connexion par épissure boulonnée à l’intérieur du spam de la poutre, à une position de moment de flexion plus faible. Les assemblages soudés sont également utilisés pour la construction de bâtiments dans les zones sismiques.
Les autres types d’assemblages résistant aux moments incluent :
- Les épissures dans les colonnes et les poutres, y compris les assemblages au sommet dans les portiques, et
- Les bases de colonne.
Un aspect qui n’est pas couvert dans cet article est les joints soudés entre les sections creuses. Cependant, des conseils sur la conception des joints soudés pour les sections creuses Celsius®355 et Hybox®355 sont disponibles auprès de Tata Steel.
Classification des joints
La conception des joints dans les structures en acier au Royaume-Uni est couverte par la norme BS EN 1993-1-8 et son annexe nationale.
La norme BS EN 1993-1-8 exige que les joints soient classés par rigidité (comme rigides, semi-rigides ou nominalement goupillés) ou par résistance (comme pleine résistance, résistance partielle ou nominalement goupillés). La classification de la rigidité est pertinente pour l’analyse élastique des cadres, la classification de la résistance est pour les cadres analysés de manière plastique. La norme définit les modèles de joints comme simples, semi-continus ou continus, en fonction de la rigidité et de la résistance. Les joints résistant aux moments seront généralement rigides et de résistance totale ou partielle et donc les joints sont soit continus soit semi-continus.
Dans la plupart des situations, l’intention de conception serait que les joints résistant aux moments soient rigides, et modélisés comme tels dans l’analyse de la structure. Si les joints étaient en fait semi-rigides, le comportement du joint devrait être pris en compte dans l’analyse du cadre, mais la NA britannique décourage cette approche jusqu’à ce qu’une expérience soit acquise avec la méthode numérique de calcul de la rigidité rotationnelle.
Clause 5.2.2.1(2) de la BS EN 1993-1-8 note qu’un assemblage peut être classé sur la base de preuves expérimentales, de l’expérience de performances antérieures satisfaisantes dans des cas similaires ou par des calculs basés sur des preuves d’essai.
L’annexe nationale britannique offre des précisions supplémentaires, et dans NA.2..6 commente que les connexions conçues conformément à la norme SCI P207. (la version BS 5950 du livre vert sur les assemblages à moment) peuvent être classés conformément aux recommandations de cette publication.
La SCI P207 a été mise à jour pour tenir compte de la BS EN 1993-1-8 et a été rééditée sous le nom de SCI P398 .
Classification des joints rigides
Les assemblages bien proportionnés qui suivent les recommandations de normalisation données dans la SCI P398 et conçus pour la résistance uniquement peuvent généralement être considérés comme rigides pour les joints des portiques à un seul étage . Pour les charpentes non contreventées à plusieurs étages, la rigidité en rotation est fondamentale pour déterminer la stabilité de la charpente. Le concepteur doit donc soit évaluer la rigidité de l’assemblage (conformément à la norme BS EN 1993-1-8) et en tenir compte dans la conception du cadre et l’évaluation de la stabilité du cadre, soit, si des joints rigides ont été supposés dans l’analyse du cadre, s’assurer que la conception de l’assemblage correspond à cette hypothèse. Pour un assemblage par plaque d’extrémité, on peut supposer que l’assemblage est rigide si les deux exigences suivantes sont satisfaites:
- Adopter des plaques d’extrémité relativement épaisses et potentiellement une aile de poteau raidie
- L’effort de cisaillement du panneau d’âme du poteau ne dépasse pas 80% de la résistance au cisaillement de conception. Si cela n’est pas possible, il faut utiliser un poteau plus résistant ou prévoir un renforcement approprié.
Lorsqu’on ne peut pas supposer un joint rigide, il faut supposer que le joint est « semi-rigide » et tenir compte de la flexibilité des joints dans l’évaluation de la stabilité du cadre.
Coûts
Les joints résistants aux moments sont invariablement plus coûteux à fabriquer que les connexions simples (cisaillement seulement) . Bien que le coût matériel des composants de l’assemblage (les plaques, les boulons, etc.) puisse ne pas être significatif, les assemblages résistant aux moments impliquent généralement plus de soudage que les autres assemblages. Le soudage est une opération coûteuse et implique également une inspection après l’achèvement des soudures.
Le renforcement local ajoute une dépense supplémentaire : l’augmentation de la résistance des membres principaux devrait toujours être considérée comme une alternative rentable. Le renforcement local rend souvent les connexions à l’axe mineur plus difficiles à réaliser, ce qui ajoute un coût supplémentaire.
Les sauts impliquent une grande quantité de soudures et sont donc coûteux. Lorsqu’ils sont utilisés pour augmenter la résistance de l’élément, comme dans un chevron de portique, leur utilisation est justifiée, mais les cintres peuvent être une option coûteuse s’ils sont fournis uniquement pour rendre faisable un assemblage boulonné.
Accords standard
Bien qu’il n’y ait pas d’assemblages standard résistant aux moments, les principes de normalisation restent importants pour l’efficacité structurelle, la construction rentable et la sécurité. Les orientations suivantes sont généralement recommandées, au moins pour la conception initiale:
- M20 ou M24 classe de propriété 8.Boulons 8, entièrement filetés
- Boulons à 90 ou 100 mm d’entraxe (« gauge »)
- Boulons à 90 mm d’entraxe vertical (« pitch »)
- Accessoires en S275 ou S355 (plaques d’extrémité, plaques d’épissure et raidisseurs)
- Plaques d’extrémité de 20 mm avec boulons M20 ; plaques d’extrémité de 25 mm avec boulons M24.
Connexions boulonnées poutre-colonne
Les jonctions boulonnées de plaques d’extrémité entre des poutres et des poteaux à section en I ou en H, comme le montre la figure ci-dessous, sont conçues selon l’approche décrite dans la norme BS EN 1993-1-8. Les épissures de plaques d’extrémité boulonnées et les assemblages de sommets, qui utilisent des procédures de conception similaires, sont traitées dans la section sur les épissures.
Base de conception
.plaque d’extrémité
La résistance d’un assemblage boulonné de plaque d’extrémité est assurée par une combinaison de forces de tension dans les boulons adjacents à une bride et de forces de compression dans le roulement à l’autre bride. À moins qu’il n’y ait une force axiale dans la poutre, les forces totales de tension et de compression sont égales et opposées. La résistance au cisaillement vertical est assurée par les boulons en appui et en cisaillement ; on suppose généralement que la force est principalement assurée par les boulons adjacents à l’aile de compression. Ces forces sont illustrées schématiquement dans la figure de droite.
À l’état limite ultime, le centre de rotation se trouve au niveau, ou à proximité, de la bride de compression et, pour simplifier la conception, on peut supposer que la résistance à la compression est concentrée au niveau du centre de la bride.
La rangée de boulons la plus éloignée de la bride de compression aura tendance à attirer la plus grande force de tension et la pratique de conception dans le passé a été de supposer une distribution « triangulaire » des forces, au prorata de la distance de la bride inférieure. Cependant, lorsque soit l’aile du poteau, soit la plaque d’extrémité est suffisamment flexible (comme défini par NA.2.7 de la NA du Royaume-Uni) pour que le comportement ductile soit atteint, les résistances complètes des rangées inférieures peuvent être utilisées (ceci est parfois appelé une « distribution plastique des forces des rangées de boulons »).
- Distribution des forces dans les boulons
-
Distribution triangulaire
-
.
Distribution « plastique »
Méthode de conception
La méthode de conception complète d’un assemblage par plaques d’extrémité est nécessairement une procédure itérative : une configuration de boulons et, si nécessaire, de raidisseurs est sélectionnée ; la résistance de cette configuration est évaluée ; la configuration est ensuite modifiée pour une plus grande résistance ou une plus grande économie, selon le cas ; la configuration révisée est réévaluée, jusqu’à ce qu’une solution satisfaisante soit obtenue.
| Étape 1 | Calculer les résistances effectives à la traction des rangées de boulons. Cela implique de calculer la résistance des boulons, de la platine d’extrémité, de l’aile du poteau, de l’âme de la poutre et de l’âme du poteau. La résistance effective de toute rangée peut être celle de la rangée isolément, ou en tant que partie d’un groupe de rangées, ou peut être limitée par une distribution ‘triangulaire’ à partir du niveau de la semelle de compression.
La conclusion de cette étape est un ensemble de résistances à la tension, une valeur pour chaque rangée de boulons, et la somme de toutes les rangées de boulons pour donner la résistance totale de la zone de tension. |
| Étape 2 | Calculez les résistances de la zone de compression de l’âme du poteau, en tenant compte de l’effort de cisaillement dans l’âme du poteau, et de la semelle de la poutre. |
| STEP 3 | Calculer la résistance au cisaillement de l’âme du poteau. |
| STEP 4 | Si la résistance totale à la traction dépasse la résistance à la compression, (étape 2) ou la résistance au cisaillement de l’âme du poteau (étape 3), calculez les résistances effectives à la traction réduites pour les rangées de boulons, si nécessaire pour assurer l’équilibre.
Calculez la résistance au moment. C’est la somme des produits de la force de la rangée de boulons multipliée par son bras de levier respectif, calculée à partir du centre de compression. |
| Étape 5 | Calculez la résistance au cisaillement des rangées de boulons. Cette résistance est prise comme la somme de la résistance totale au cisaillement de la (ou des) rangée(s) inférieure(s) de boulons (qui ne sont pas supposés résister à la traction) et de 28% de la résistance au cisaillement des boulons dans la zone de traction (en supposant, de manière conservatrice, qu’ils sont entièrement utilisés en traction). |
| STEP 6 | Vérifier l’adéquation de tout raidisseur dans la configuration. |
| STEP 7 | Vérifier l’adéquation des soudures dans la connexion. (Notez que les tailles des soudures ne sont pas critiques dans les étapes précédentes).
Les composants en compression en appui direct n’ont besoin que d’une soudure nominale, à moins que l’inversion du moment ne doive être prise en compte. |
La vérification de la résistance d’un assemblage par plaque d’extrémité soudée en considérant chacun des composants qui constituent l’assemblage est illustrée dans la figure de droite et le tableau d’accompagnement ci-dessous.
| Zone | Ref | Composant | Procédure |
|---|---|---|---|
| Tension | a | Tension du boulon | Étape 1a |
| b | Cintrage de la plaque d’extrémité | Étape 1a | |
| c | Flexion de la bride du poteau de colonne | Étape 1a | |
| d | Tension de l’âme de la poutre | Étape 1b | |
| e | Tension de l’âme de la colonne | Étape 1b | |
| c | Collerette de colonne | ||
| f | Soudure de la bride à la plaque d’extrémité | Étape 7 | |
| g | Soudure de la toile à la plaque d’extrémité | Étape 7 | |
| Cisaillement horizontal horizontale | h | Cisaillement du panneau de l’âme de la colonne | Étape 3 |
| Compression | j | Compression de la bride de la poutre | Étape 2 |
| k | Soudure de la bride de la poutre | Etape 7 | |
| I | Essature de la colonne | Etape 2 | |
| Cisaillement vertical | m | Soudure de l’âme à la plaque d’extrémité | Étape 7 |
| N | Cisaillement du boulon | Étape 5 | |
| p | Palier du boulon (plaque ou bride) | Étape 5 |
Les calculs correspondant aux étapes de conception énoncées ci-dessus sont décrits de manière exhaustive dans la section 2 de la SCI P398.5.
Méthodes de renforcement
Une sélection minutieuse des éléments lors de la conception évitera souvent la nécessité de renforcer le joint, et conduira à une structure plus rentable. Parfois, cependant, il n’y a pas d’autre solution que de renforcer une ou plusieurs des zones de connexion. La gamme de raidisseurs qui peuvent être employés est illustrée dans les figures ci-dessous.
Le type de renforcement doit être choisi de telle sorte qu’il n’entre pas en conflit avec d’autres éléments au niveau de l’assemblage. C’est souvent un problème avec les raidisseurs conventionnels lorsque des poutres secondaires se connectent dans l’âme du poteau.
Il existe généralement plusieurs façons de renforcer chaque zone et beaucoup d’entre elles peuvent contribuer à surmonter une déficience dans plus d’une zone, comme le montre le tableau ci-dessous.
| Type de raidisseur de colonne | Déficience | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Filière en tension | Bride en appui | Bande en compression | Bande en cisaillement | ||||
|
– | – | – | ||||
| – | – | – | |||||
| Plaques web complémentaires | – | – | |||||
| Des raidisseurs diagonaux (N &K) | – | – | – | ||||
| Des raidisseurs de Morris | – | – | – | ||||
| Plaques d’appui de brides | – | ||||||
Accords soudés poutre-à colonne
L’intention avec la construction soudée en atelier est de s’assurer que les connexions principales poutre à colonne sont faites dans un environnement d’usine et peuvent être des joints rigides de pleine résistance. Pour y parvenir, tout en gardant les tailles de pièces suffisamment petites pour le transport, de courts tronçons de la section de la poutre sont soudés aux colonnes. La connexion du tronçon au reste de la poutre est normalement réalisée à l’aide d’une plaque de recouvrement boulonnée. Notez que les épissures boulonnées doivent utiliser des assemblages de boulons préchargés.
Un arrangement typique pour un bâtiment à plusieurs étages est illustré dans la figure ci-dessous.
Connexions soudées en atelier
Connexion typique soudée en usine, comme le montre la figure de droite, consiste en un tronçon de poutre de section courte soudé en usine sur les ailes du poteau, et un tronçon conique soudé dans le profil intérieur du poteau sur l’autre axe. Les tronçons de poutre sont préparés pour être boulonnés ou soudés avec des plaques de recouvrement, généralement à un endroit où le moment de flexion a diminué.
Les avantages de cette approche sont :
- Des assemblages de moment efficaces et de pleine résistance – tout le soudage à la colonne est effectué dans des conditions contrôlées
- La pièce de travail peut être tournée pour éviter ou minimiser le soudage positionnel.
Les inconvénients sont :
- Plus de connexions et donc des coûts de fabrication plus élevés
- Les tronçons « Column Tree » rendent le composant difficile à manipuler et à transporter
- Les épissures de la poutre doivent être boulonnées ou soudées en l’air à une certaine distance de la colonne
- Les plaques et les boulons des épissures de la bride peuvent interférer avec certains types de planchers tels que les unités préfabriquées ou les platelages métalliques.
Considérations pratiques
Les soudures d’angle continues sont le choix habituel pour la plupart des poutres de petite et moyenne taille avec des brides jusqu’à 17 mm d’épaisseur. Cependant, de nombreux entrepreneurs de charpentes métalliques préfèrent passer à des soudures bout à bout à pénétration partielle avec des filets superposés, ou à des soudures bout à bout à pénétration complète, plutôt que d’utiliser des soudures d’angle supérieures à 12 mm.
Pour aider à fournir un bon accès pour le soudage pendant la fabrication, les arbres de colonne peuvent être montés dans des manipulateurs spéciaux et tournés pour faciliter le soudage en position main basse à chaque tronçon.
Méthode de conception
Dans les cadres statiquement déterminés, une connexion de résistance partielle, adéquate pour résister au moment de conception est satisfaisante.Si le cadre est statiquement indéterminé, les connexions doivent avoir une ductilité suffisante pour accommoder toute inexactitude dans le moment de conception provenant, par exemple, des imperfections du cadre ou du tassement des supports. Pour y parvenir, les soudures de l’assemblage doivent être réalisées à pleine résistance.
| Étape 1 | Calculer les forces de conception dans les ailes de tension et de compression de la poutre. La présence de l’âme peut être négligée lors de la détermination de ces forces. |
| STEP 2 | Calculer les résistances dans la zone de tension et vérifier leur adéquation. Si, pour un poteau non raidi, les résistances sont inadéquates, déterminer la résistance pour un poteau raidi et vérifier son adéquation. Des raidisseurs d’aile de colonne seront normalement nécessaires. |
| STEP 3 | Calculez les résistances dans la zone de compression et vérifiez leur adéquation. Si, pour un poteau non raidi, les résistances sont inadéquates, déterminer la résistance pour un poteau raidi et vérifier son adéquation. |
| STEP 4 | Vérifier l’adéquation du panneau d’âme du poteau en cisaillement. Si le panneau non raidi est inadéquat, il peut être raidi, comme pour un assemblage par plaque d’extrémité . |
| STEP 5 | Vérifier l’adéquation des soudures aux ailes et à l’âme. |
La vérification de la résistance d’un assemblage soudé poutre-colonne en considérant chacun des composants qui constituent l’assemblage est illustrée dans la figure de droite et répertoriée dans le tableau d’accompagnement ci-dessous.
| Zone | Ref | Composant | Procédure |
|---|---|---|---|
| Tension | a | Bride de poutre | Etape 2 |
| b | Essature de colonne | Etape 2 | |
| Compression | c | Bride de poutre | Étape 3 |
| d | Essature de colonne | Étape 3 | |
| Cisaillement horizontal | e | Cisaillement du panneau de l’âme de la colonne | Étape 4 |
| Écarteurs | f, g | Soudures des brides | Etape 5 |
| h | Soudure de la toile | Etape 5 |
Les calculs correspondant aux étapes de conception énoncées ci-dessus sont décrits de manière exhaustive dans la section 3 du SCI P398.4.
Joints
La conception des joints de poutres et de colonnes entre des sections H ou I qui sont soumises à un moment de flexion, à un effort axial et à un effort de cisaillement transversal comprend les types de joints suivants :
- Joints de plaques de couverture boulonnées
- Joints de plaques d’extrémité boulonnées
- Joints soudés.
La conception des épissures de colonnes boulonnées qui sont soumises à des forces de compression prédominantes est traitée dans l’article sur les assemblages simples et de manière plus détaillée dans la SCI P358 .
Épissures de plaques de couverture boulonnées
Détails d’assemblage
Les dispositions d’épissures de plaques de couverture boulonnées typiques sont présentées sur la figure.
Dans une épissure de poutre, il y a un petit espace entre les deux extrémités de la poutre. Pour les petites sections de poutre, des plaques de recouvrement simples peuvent être suffisantes pour les ailes et l’âme. Pour les sections transversales symétriques, une disposition symétrique des plaques de recouvrement est normalement utilisée, indépendamment des magnitudes relatives des forces de conception dans les brides.
Les épissures de colonne peuvent être de type porteur ou non porteur. Les conseils de conception pour les épissures de colonne de type porteur sont donnés dans la norme SCI P358. Les épissures de colonne non porteuses peuvent être disposées et conçues comme pour les épissures de poutre.
Base de conception
Une épissure de poutre (ou une épissure de colonne non porteuse) résiste au moment de conception coexistant, à la force axiale et au cisaillement dans la poutre par une combinaison de forces de tension et de compression dans les plaques de couverture de la bride et de force de cisaillement, de flexion et axiale dans les plaques de couverture de l’âme.
Pour obtenir une classification de joint rigide, les connexions doivent être conçues comme des connexions antidérapantes. Il est généralement seulement nécessaire de fournir une résistance au glissement au niveau du SLS (catégorie B selon BS EN 1993-1-8, 3.4.1), bien que si une connexion rigide est requise au niveau de l’ULS, une résistance au glissement au niveau de l’ULS doit être fournie (connexion de catégorie C).
Dans les structures analysées élastiquement, les épissures de plaques de couverture boulonnées ne sont pas tenues de fournir la résistance totale de la section de la poutre, mais seulement de fournir une résistance suffisante contre les moments et les forces de conception à l’emplacement de l’épissure. Notez cependant que lorsque les épissures sont situées dans un élément éloigné d’une position de retenue latérale, un moment de flexion de conception autour du petit axe de la section, représentant les effets de second ordre, doit être pris en compte.
Rigidité et continuité
Les épissures doivent avoir une continuité adéquate autour des deux axes. Les plaques d’ailes doivent donc être, au moins, similaires en largeur et en épaisseur aux ailes de la poutre, et doivent s’étendre sur une distance minimale égale à la largeur de l’aile ou 225mm, de chaque côté de l’épissure. Les exigences minimales de résistance sont indiquées dans la norme BS EN 1993-1-8, clause 6.2.7.1 (13) et (14). Les concepteurs doivent également se référer à la note AD393 du SCI Advisory Desk.
Méthode de conception
Le processus de conception d’une épissure de poutre implique le choix des tailles des plaques de couverture et de la configuration des boulons qui fourniront une résistance de conception suffisante de l’assemblage. Le processus comporte un certain nombre d’étapes distinctes, qui sont décrites ci-dessous.
| Étape 1 | Calculer les forces de tension et de compression de conception dans les deux brides, en raison du moment de flexion et de la force axiale (le cas échéant) à l’emplacement de l’épissure. Ces forces peuvent être déterminées sur la base d’une distribution élastique des contraintes dans la section de la poutre ou, de manière conservatrice, en ignorant la contribution de l’âme.
Calculer les forces de cisaillement, les forces axiales et le moment de flexion dans les plaques de recouvrement de l’âme. Le moment de flexion dans les plaques de recouvrement est la partie du moment sur l’ensemble de la section qui est supportée par l’âme (indépendamment de toute redistribution conservatrice aux brides – voir BS EN 1993-1-8, 6.2.7.1(16)) plus le moment dû à l’excentricité du groupe de boulons résistant au cisaillement à partir de l’axe de l’épissure. |
| STEP 2 | Déterminer les résistances des boulons et vérifier leur adéquation, dans les brides et dans l’âme. |
| STEP 3 | Vérifier l’adéquation de la bride de tension au niveau de l’épissure et des plaques de recouvrement. |
| STEP 4 | Vérifier l’adéquation de la bride de compression à l’épissure et aux plaques de couverture. |
| STEP 5 | S’assurer qu’il y a une résistance minimale pour la continuité de la poutre. |
Les étapes ci-dessus impliquent la détermination des valeurs de résistance de 11 composants distincts d’une épissure boulonnée, comme illustré dans la figure de droite et listé dans le tableau d’accompagnement ci-dessous.
| Zone | Ref | Composant | étape |
|---|---|---|---|
| Tension | a | Plaque(s) de recouvrement de la bride | 3 |
| b | Boulon cisaillement | 2 | |
| c | Palier de boulon | 2 | |
| d | Bride | 3 | |
| Compression | e | Flange | 4 |
| f | Plaque(s) de recouvrement de bride | 4 | |
| g | Cisaille de boulon | 2 | |
| h | Palier de boulon | 2 | |
| Cisaille | j | Plaque(s) de recouvrement de la toile | 1 |
| k | Cisaillement de boulon | 1 | |
| l | Palier de boulon | 1 |
Les calculs correspondant aux étapes de conception exposées ci-dessus sont décrits en détail dans la section 4 du SCI P398.2.
Epissures de plaques d’extrémité boulonnées
Détails des connexions
Les connexions de plaques d’extrémité boulonnées, en tant qu’épissures ou en tant que connexions d’apex dans les portiques, sont effectivement le côté poutre des connexions poutre-colonne, reflétées pour former une paire. Cette forme d’assemblage présente l’avantage, par rapport au type de plaque de recouvrement, de ne pas nécessiter de boulons préchargés (et la préparation des surfaces de contact qui en découle). Cependant, ils sont moins rigides que les détails d’épissure de plaque de couverture.
L’épissure ‘gate apex haunch’ est régulièrement utilisée dans les portiques à un seul étage et est généralement supposée être ‘Rigide’ aux fins de l’analyse globale élastique.
Méthode de conception
La méthode de conception est essentiellement celle décrite pour les connexions poutre-colonne , omettant l’évaluation des résistances des colonnes. Les étapes pertinentes et les calculs correspondants sont décrits dans la section 4.3 de la norme SCI P398.
Accords momentanés entre poutres traversantes
Détails de l’assemblage
Les assemblages entre poutres traversantes sont généralement réalisés à l’aide d’assemblages par plaques d’extrémité avec des boulons non préchargés ; les détails typiques sont illustrés dans la figure ci-dessous. Des boulons non préchargés peuvent être utilisés lorsqu’il n’y a que des plaques d’extrémité, mais lorsqu’une plaque de couverture est également utilisée, des boulons préchargés doivent être utilisés, pour éviter le glissement au niveau de l’ULS.
- Épissures typiques de poutre à poutre
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Méthode de conception
Lorsqu’il n’y a pas de plaque de recouvrement, la méthode de conception pour les épissures de plaques d’extrémité peut être utilisée. Lorsqu’une plaque de couverture est utilisée, elle doit être conçue comme pour une épissure de plaque de couverture ; on peut supposer, de manière conservatrice, que les boulons de la plaque d’extrémité ne supportent que le cisaillement vertical.
La connexion entre la plaque de couverture et la poutre de support n’est généralement que nominale, car le moment transféré en torsion à la poutre de support est normalement très modeste.
Les étapes pertinentes et les calculs correspondants sont décrits dans la section 4.4 de la norme SCI P398.
Epissures soudées
Détails de connexion
Les épissures soudées en atelier sont souvent employées pour joindre des longueurs plus courtes livrées par les usines ou les stockistes. Dans ces circonstances, les soudures sont invariablement réalisées « à pleine résistance » en soudant bout à bout les brides et l’âme. De petits trous de copeaux peuvent être formés dans l’âme pour faciliter le soudage de la bride.
Lorsque les sections à assembler ne proviennent pas du même « laminage » et varient donc légèrement en taille en raison des tolérances de laminage, une plaque de division est généralement prévue entre les deux sections. Lors de l’assemblage de composants d’une taille de série différente par cette méthode, un raidisseur d’âme est nécessaire dans la section la plus grande (aligné sur la bride de la section la plus petite), ou un jonc peut être fourni pour correspondre à la profondeur de la taille la plus grande.
Une épissure de site peut être réalisée avec des plaques de couverture soudées d’angle, comme alternative à un détail soudé bout à bout. Des boulons peuvent être prévus dans les plaques de couverture de l’âme pour une connexion temporaire pendant l’érection.
Base de conception
Pour les épissures soudées, la base de conception générale est la suivante :
- Pour les cadres indéterminés statiquement, qu’ils soient conçus de manière plastique ou élastique, des soudures à pleine résistance doivent être fournies aux brides et à l’âme
- Dans les cadres déterminés statiquement, les épissures peuvent être conçues pour résister à un moment de conception qui est inférieur à la résistance du moment de l’élément, auquel cas :
- Les soudures des brides doivent être conçues pour résister à une force égale au moment de conception divisé par la distance entre les centroïdes des brides.
- Les soudures d’âme doivent être conçues pour résister au cisaillement de conception.
- S’il y a une force axiale, elle doit être partagée entre les brides et les soudures conçues pour cette force en plus de celle due au moment de conception.
L’exigence de résistance totale pour les indéterminés est nécessaire pour s’assurer qu’une épissure est suffisamment résistante pour tenir compte de toute inexactitude dans le moment de conception, résultant par exemple d’imperfections du cadre, d’approximations de modélisation ou du tassement des supports.
Bases de colonne
Un exemple de base de colonne qui est capable de transmettre le moment et la force axiale entre les éléments en acier et les sous-structures en béton à la base des colonnes est illustré dans la figure de gauche. L’exemple montre une base de colonne avec une plaque de base non raidie. Les assemblages à plaque de base raidie et les bases de poteaux coulées dans des poches sont d’autres options disponibles. Cependant, les connexions de base rigides ne sont pas couramment utilisées en raison des coûts de fondation associés.
Base de conception
En termes de conception, une connexion de base de colonne est essentiellement une connexion de plaque d’extrémité boulonnée avec certaines caractéristiques spéciales :
- Les forces axiales sont plus importantes que ce n’est généralement le cas dans les assemblages à plaque d’extrémité.
- En compression, la force de conception est répartie sur une zone de contact acier-béton qui est déterminée par la résistance du béton et du mortier ou du coulis de remplissage.
- En tension, la force est transmise par des boulons de maintien vers le bas qui sont ancrés dans la sous-structure en béton.
En conséquence, une plaque de base non raidie a tendance à être très épaisse, en comparaison avec les plaques d’extrémité des connexions poutre-colonne.
Le plus souvent, le moment peut agir dans l’une ou l’autre direction et des détails symétriques sont choisis. Cependant, il peut y avoir des circonstances, par exemple certains portiques, dans lesquelles des détails asymétriques peuvent être appropriés.
L’assemblage devra généralement transmettre un cisaillement horizontal, soit par friction, soit par l’intermédiaire des boulons. Il n’est pas raisonnable que le cisaillement horizontal soit distribué uniformément à tous les boulons passant par des trous de dégagement dans la plaque de base, à moins que des plaques de rondelles soient soudées sur les boulons dans la position finale. Si le cisaillement horizontal est important, un embout de cisaillement soudé sur la face inférieure de la plaque de base peut être plus approprié. Dans tous les cas, le scellement de la base est une opération critique, et demande une attention particulière.
Méthode de conception
Le processus de conception nécessite une approche itérative dans laquelle une taille de plaque de base d’essai et une configuration de boulons sont sélectionnées et les résistances à la gamme de force axiale et de moment combinés sont ensuite évaluées.Les étapes pertinentes et les calculs correspondants sont décrits dans la section 5.5 de la SCI P398.
Catégorisation des connexions de base des colonnes
La rigidité de la connexion de base a généralement une plus grande importance sur la performance du cadre que les autres connexions de la structure. La plupart des plaques de base non raidies sont sensiblement plus rigides qu’un détail typique de plaque d’extrémité. L’épaisseur de la plaque de base et la précompression de la colonne y contribuent.Cependant, aucune connexion de base n’est plus rigide que la fondation et, à son tour, le sol auquel son moment est transmis.Beaucoup peut dépendre des caractéristiques de ces autres composants, qui incluent la propension au fluage sous une charge soutenue.La connexion de base ne peut pas être considérée comme « rigide » à moins que la base en béton qu’elle rejoint soit elle-même relativement rigide. Souvent, cela sera évident à l’inspection.
Autres lectures
- Manuel des concepteurs en acier 7e édition. Editeurs B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, chapitre 28
- Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M published by Spon, 2004
Ressources
- SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
- SCI P398 Assemblages dans la construction métallique – Assemblages résistants aux moments selon l’Eurocode 3, 2013
- Spécification nationale des charpentes métalliques (6e édition), publication n°. 57/17, BCSA 2017
- Bâtiments en acier en Europe. Bâtiments en acier à un seul étage ; partie 11 : assemblages par moments.
- Conception des joints soudés – Celsius®355 et Hybox®355, 2013, Tata Steel
Voir aussi
- Bâtiments de bureaux à plusieurs…étages
- Constructions continues
- Modélisation et analyse
- Connexions simples
- Cadres-portiques
- Fabrication
- Soudure
- Construction
- Boulonnage préchargé
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