Comportement statique et dynamique d’un assemblage métallique boulonnée

ASSEMBLAGES POUTRE- POTEAU PAR PLATINE D’ABOUT

Dans ce type d’assemblages, la transmission des moments fléchissant de la poutre au poteau se fait par l’intermédiaire d’une platine d’about soudée à l’extrémité de la poutre et attachée au poteau par des boulons disposés en plusieurs rangées verticales. Cette platine peut être débordante ou non débordante . Ils sont utilisés sous réserve de savoir déterminer le degré d’interaction entre les éléments, ce qui suppose de connaître la caractéristique moment-rotation de l’assemblage .Il convient de signaler que l’assemblage poteau-poutre peut être tridimensionnel. Il est alors caractérisé par la présence de poutres assemblées sur les semelles et sur l’âme du poteau . C’est ainsi que nous pouvons trouver des zones d’attache sur l’axe de forte inertie et sur l’axe de faible inertie du poteau.

CLASSIFICATION D’ASSEMBLAGE DU TYPE POUTRE-POTEEAU

Les anciennes méthodes considèrent les assemblages soit comme des rotules parfaites au sens de la mécanique et que l’on considère comme des assemblages articulés, ou des encastrements parfaits que l’on considère comme des assemblages rigides.
Assemblages articulés : transmettant uniquement les efforts normaux et tranchants.
Les assemblages rigides : transmettant en outre les divers moments. Cette dichotomie est en fait une simplification pour mener les calculs, car, en réalité, les assemblages ont un comportement intermédiaire (semi –articulés, semi- encastrés).
Les articulations, réalisées par boulonnage, n’ont pas l’apparence d’articulations classiques. Le critère caractéristique réside en fait dans la flexibilité à proximité des nœuds. C’est pourquoi la nouvelle classification qui tient compte du comportement réel des assemblages définis trois Caractéristiques principales suivantes : Rigidité , Moment résistant , Capacité de rotation (ductilité).

MODES D’ASSEMBLAGES 

Les différentes formes d’assemblages ci-dessus mentionnés sont généralement réalisées par les principaux modes d’assemblages suivants :
Le rivetage :Les rivets ont été le premier moyen d’assemblage utilisé en construction métallique. Actuellement, l’emploi des rivets est limité et on leur préfère, dans la plupart des pays industrialisés, les boulons et la soudure. On les rencontre donc essentiellement dans des structures anciennes, datant du début de ce siècle. Leur diamètre varie généralement de 10 à 28mm.
Le boulonnage :Les caractéristiques des différents types d’aciers utilisés pour les boulons présentent les valeurs de la limite d’élasticité FyB et de la résistance à la traction FuB des quatre classes de qualité d’acier utilisées pour les boulons.
Le soudage :Le soudage est un procédé, qui permet d’assembler des pièces par liaison intime de la matière, obtenue par fusion ou plastification.
Le soudage implique donc :
L’existence d’une source de chaleur suffisante pour obtenir la fusion du matériau elle peut être d’origine électrique (résistance, arc, plasma), chimique (combustion de gaz) et Mécanique (friction). Une aptitude du matériau à être soudé, appelée soudabilité, la soudabilité à haute température dépend des qualités propres du matériau, mais également de divers paramètres limitatif, tels que : Les modifications de la structure physico-chimique du matériau ,L’apparition de fissurations et de criques au refroidissement ,L’apparition de déformations géométriques dues aux effets de dilatation et retrait. La naissance de contraintes internes.

RENFORCEMENT D’ASSEMBLAGES 

L’assemblage par platine d’a bout est largement utilisé dans les structures s métalliques et sa popularité est attribuée à la simplicité et l’économie de sa fabrication. Toutefois, ces assemblages sont extrêmement complexes dans leur analyse et comportement structural particulièrement quand ils sont soumis à des efforts très importants. Il convient donc d’être particulièrement vigilant sur les détails de conception des assemblages car c’est en cet endroit que se concentrent toutes les difficultés par suite de la présence de pièces intermédiaires. De surcroit, ces zones à brusque changement de géométrie induisent des efforts localisés et des concentrations de contraintes. Ainsi, des ajustements peuvent être faits à un assemblage par platine d’about simple pour répondre aux exigences de différentes situations. Par exemple, des raidisseurs de platine d’about peuvent être ajoutés pour augmenter la rigidité de la platine et/ou sa résistance tout en réduisant son épaisseur.
Les trois moyens de renforcement sont :
Les raidisseurs transversaux de poteau : Ils sont soudés, au niveau des semelles en zones tendue et comprimée du poteau , pour augment er la rigidité et la résistance de l’âme du poteau en traction et en compression et de la semelle du poteau en flexion. Des raidisseurs diagonaux peuvent être utilisés pour améliorer la résistance de l’âme du poteau en cisaillement , en combinaison avec les raidisseurs transversaux.
Les renforcements par contre-plaques : Ce sont des platines boulonnées contre la semelle du poteau en recouvrant au moins deux rangées de boulons dans la zone tendue de l’assemblage . Elles permettent d’augmenter la résistance de la semelle du poteau pour certains modes de ruine ainsi que la rigidité dans certains cas, comme en présence de la précontrainte. Dans l’EC 3, seule la partie résistance est considérée.
Les doublures d’âme : Une doublure d’âme, soudée sur tout son pourtour est utilisée pour augmenter la résistance de l’âme du poteau vis-à-vis de la traction, de la compression et du cisaillement. Dans le cas où la largeur de la doublure est très grande, des boulons sont nécessaires pour la solidariser à l’âme du poteau.

MODELISATION DE LA ZONE TENDUE D’UN ASSEMBLAGE BOULONNÉ 

Les tronçons en té ont fait l’objet de plusieurs travaux de recherche expérimentaux [Faella 1998 , Bouchaïr 2008]. Cependant, ces études expérimentales ne fournissent dans certains cas que des informations limitées, notamment, en ce qui concerne l’évolution des efforts de levier, des efforts de contact et des zones de plastification en cours de chargement. Par conséquent, la méthode des éléments finis représente un outil efficace qui permet d’approfondir les connaissances dans ce domaine et de fournir le complément nécessaire pour calibrer l’approche actuelle de l’EC3. Ainsi, au cours des dix dernières années, la modélisation des tronçons en té seuls par la méthode des éléments finis a fait l’objet de plusieurs travaux de recherches dans les différents laboratoires. C’est ainsi que dans le cadre du groupe de travail simulation numérique du projet de recherche européen COST C1 “Civil Engineering Structural Connections”, cette tâche a été proposée comme référence pour modéliser les assemblages métalliques boulonnés. Jaspart a fourni les données expérimentales nécessaires pour ces simulations [Jaspart 1994]. D’autres études [Bursi 1995, Bursi 1997, Bursi 1998] ont développé et calibré un modèle numérique tridimensionnel par éléments finis d’un tronçon en té, nommé T1, appartenant à un assemblage boulonné par platine d’about débordante pour simuler sa réponse globale force-déplacement (F-Δ). Ils concluent que : La prise en compte de la loi de traction définissant toutes les caractéristiques réelles ne montre pas une différence significative par rapport à celle dite courbe conventionnelle. Cela signifie que les zones soumises aux grandes déformations dans un tronçon en té sont limitées.
La réponse globale n’est pas affectée par les conditions de frottement entre la tête de boulon et la semelle du tronçon (boulon précontraint ou non).
Il existe une bonne corrélation entre la courbe expérimentale et la courbe issue de la simulation numérique. Par contre, une différence entre les deux courbes dans la phase ultime est observée. La forme de la tête du boulon n’a pas une grande influence sur la réponse globale (forme polygonale ou représentation à l’aide de poutres disposées en étoile).

Table des matières

Chapitre I: Généralités
I.1.Introduction 
I.2. CONFIGURATIONS D’ASSEMBLAGES POUTRE-POTEAU 
I.2.1. Assemblages poutre- poteau par platine d’about
I.2.2 Assemblage poteau-poutre par cornière d’âme et ou de semelle
I.2.3 Assemblages de continuité de poutres ou de poteaux
I.2.4 Assemblage de pied de poteau
I.3. CLASSIFICATION D’ASSEMBLAGE DU TYPE POUTRE-POTEEAU
I.3.1 Classification des assemblages en rigidité
I.3.2 Classification des assemblages par la résistance
I.3.3 Classification des assemblages par capacité de rotation
I.4. MODES D’ASSEMBLAGES
I.4.1 Le rivetage
I.4.2 Le boulonnage
I.4.3 Le soudage
I.5. FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGES
I.5.1 Fonctionnement par obstacle
I.5.2 Fonctionnement par adhérence
I.5.3 Fonctionnement mixte
I.6. RENFORCEMENT D’ASSEMBLAGES
I.7. logiciel de modélisation (ANSYS)
I.7.1 Analyse structurelle
I.7.2 Analyse structurelle pour tous niveaux d’expérience
I.7.3 Maillage automatisé fiable et de qualité supérieure
I.7.4 Capacités avancées
I.7.5 Fabrication additive
I.7.6 Solution d’analyse structurelle complète
I.8. PRECAUTIONS CONSTRUCTIVES 
I.9. CONCLUSION 
Chapitre II: Etat des connaissances sur les assemblages boulonnées
II.1. INTRODUCTION
II.2. RECHERCHES EFFECTUEES SUR LE COMPORTEMENT D’ASSEMBLAGE BOULONNÉ
II.2.1 quelques recherches basés sur la méthode des éléments finis
II. 2.1.a KRIHNAMURTHY et GRADDY (1976)
II.2.1.b BIRSI et LEONELLI (1994)
II.2.1.c / GEBBEKEN (2010)
II.2.1.d / BURSI et JASPART (1997)
II.2.1.e / SHERBOURNE et BAHAARI (1997)
II.2.1.f / ABIDELAH. A (2009)
II.2.2 QUELQUES RECHERCHESBASEES SUR L’EXPERIMENTALE
II.2.2.1 R. DELESUES (1972)
II.2.2.2 D. KHALILI (1972)
II.2.3 Méthode analytique basée sur un modèle mécanique à ressort
II.2.3.1 J.M. ARIBERT, A. LACH AL et D.N. DINGA 1999
II.2.3.2 Modèle de l’eurocode3
II.3. MODELISATION DE LA ZONE TENDUE D4UN ASSEMBLAGE BOULONNÉ
II.4. CONCLUSION
Chapitre III : exemple de calcul
III.1 INTRODUCTION 
III.2 LA METHODE DES COMPOSANTES. (EC- 3) 
III.2.1 Caractérisation des composantes
III.2.2 Assemblage des composantes
III.3. Exemple de calcul
III.3.1. Caractéristiques géométriques et mécaniques de l’assemblage
III.3.2. Zone cisaillée
III.3.3.Zone comprimé
III.3.3.1. Coté poutre
III.3.3.2. Coté poteau
III.3.4. Zone tendue
III.3.4.1.Résistance de la zone tendue coté poutre
III.3.4.2.Résistance de la zone tendue coté poteau
III.3.5.Résistance de l’assemblage
III.3.5.1.Bilan des différents modes de ruine
III.3.5.2.moment résistant de l’assemblage
III.3.5.3.Rigidité de l’assemblage
III.4 CONCLUSION 
Chapitre VI : modélisation des assemblages
IV.1INTRODUCTION
IV.2 DESCRIPTION DE L’ASSEMBLAGE
IV.2.1 Propriétés mécaniques des matériaux
IV.2.2 Dispositif d’essai
IV.3 DESCRIPTION DU MODELE ELEMENTS FINIS
IV.4. RESULTATS D’ESSAIS NUMERIQUES
IV.4.1 Résultats assemblage Initial(A)
IV.4.2 Résultats assemblage (?1)
IV.4.3 Résultats assemblage (?2)
IV.4.4 Résultats assemblage (?3)
IV.5. Confrontation des différents modèles
IV.5.1. Confrontation du modèle numérique avec les modèles analytique et expérimentale de l’assemblage initial (A)
IV.5.2. Confrontation du modèle numérique initial (A) avec les modèles (?1) , (?2) et (?3)
IV.6 INTERPRETATION DES RESULTAS
IV.7 CONCLUSION

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