Assemblage boulonné poteau-poutre

Définition et rôle d’un assemblage

Un assemblage en construction métalliques est un dispositif qui permet de réunir et de solidariser plusieurs pièces entre elles en assurant la transmission et la répartition des diverses sollicitation entre les pièces.
Les éléments structuraux sont classifiés en fonction du type du chargement qu’ils supportent. Ils sont appelés poutres si la flexion est prédominante, poteaux si la charge axiale prédominante. L’assemblage poutre poteau peut être sollicité à la fois à un moment, effort tranchant et normal. Pour les assemblages, selon le nombre et la position des éléments assemblés entre eux dans le plan, nous définissons des configurations d’assemblages unilatérales (sur un seul côté) ou bilatérales (sur deux côtés) . Avant de détailler les différents types d’assemblages, des exemples d’assemblages poutre poteau sont utilisés à titre d’illustration pour définir les zones d’attaches et d’assemblages .
Une zone d’attache est définie comme l’ensemble des composantes qui fixent mécaniquement les éléments assemblés. Elle comprend la zone où l’action de fixation se produit, par exemple au niveau de l’interface extrémité poutre/poteau dans un assemblage poutre poteau selon l’axe de forte inertie. Un assemblage comprend l’ensemble constitué de la zone d’attache et de la zone située entre les éléments assemblés.

Types d’assemblages (Poutre -Poteau)

Dans les portiques, les éléments structuraux linéaires (poutres et poteaux) sont attachés à leurs extrémités par des assemblages. Le choix du type d’assemblage spécifique à adopter est en général lié au type d’équipements possédés par le fabricant et les exigences concernant le processus de montage sur site. Les assemblages boulonnés les plus couramment utilisés sont ceux utilisant des platines d’about, des cornières d’âme et/ou de semelles.
Dans le cas des assemblages boulonnés par platine d’extrémité, on distingue, d’une manière commode, les types d’assemblages suivants :
Les assemblages poutre- poteau (A).
Les assemblages poteau- poutre (B).
Les assemblages de continuité poutre-poutre (C).
Les assemblages de continuité poteau- poteau (D).

Les assemblages soudés

L’opération de soudage consiste à réunir ou rassembler deux pièces ou plusieurs parties constitutives d’un assemblage en perpétuant la continuité de la matière entre les parties à assembler par chauffage, par pression ou par combinaison des deux.
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, friction), 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.
Le soudage présente, par rapport au boulonnage, plusieurs avantages tel que:
Il assure la continuité de matière, et de ce fait garantit une bonne transmission des sollicitations. Il dispense de pièces secondaire (goussets, attaches,….) .Il est de moindre encombrement et plus esthétique que le boulonnage.
Par contre, il présente divers inconvénients :
Le métal de base doit être soudable. Le contrôle des soudures est nécessaire et onéreux. Le contrôle des soudures est aléatoire. Le soudage exige une main-d’œuvre qualifiée et un matérielle spécifiques.

Fonctionnement des assemblages

Les principaux modes d’assemblages correspondent à deux types de fonctionnement distincts : obstacle et/ou adhérence .
Fonctionnement par obstacle : C’est le cas des boulons ordinaires, non précontraints, dont les tiges reprennent les efforts et fonctionnent en cisaillement.
Fonctionnement par adhérence : Dans ce cas, la transmission des efforts s’opère par adhérence des surfaces des pièces en contact. Cela concerne le soudage, le collage, le boulonnage par boulon HR.
Fonctionnement mixte : C’est le cas du rivetage (et dans les cas extrêmes, du boulonnage HR), à savoir que les rivets assurent la transmission des efforts par adhérence des pièces jusqu’à une certaine limite, qui lorsqu’elle est dépassée, fait intervenir les rivets par obstacle, au cisaillement.

Caractérisation du comportement des assemblages

Les caractéristiques mécaniques d’un assemblage en rotation peuvent être décrites par une courbe de comportement Mj-ɸ (moment-rotation), où M représente le moment fléchissant exercé sur l’assemblage par la poutre et ɸ la rotation totale enregistrée entre les axes du poteau et de la poutre. L’utilisation de ce type de courbes demande des programmes d’analyse de structures sophistiqués. Afin de permettre un calcul simple des structures, les courbes moment-rotation des assemblages peuvent être idéalisées, selon l’EC3, par des modèles tri linéaires, bilinéaires ou linéaires.
Lors d’une analyse structurale, un assemblage poutre-poteau en particulier peut être souvent modélisé au moyen d’un ressort en rotation placé au point d’intersection entre les axes de la poutre et du poteau.
Trois catégories de méthodes de caractérisation du comportement d’un assemblage sont souvent mentionnées .
Les travaux expérimentaux : permettent d’étudier le comportement de l’assemblage à l’échelle réel.
Les approches numériques : permettent d’analyser le comportement de l’assemblage au travers de simulation numérique, le plus souvent aux éléments finis.
Les méthodes analytiques : abordent le comportement de l’assemblage sous une analyse plus souvent théorique, parfois empirique .

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Généralités
1.1 Introduction
1.2 Définition et rôle d’un assemblage
1.3 Types d’assemblages
1.3.1 Assemblage poutre-poteau par platine d’about
1.3.2 Assemblage poteau-poutre par cornières d’âme et /ou des semelles
1.3.3 Assemblages de continuité de poutres ou de poteaux
1.3.4 Assemblage de pied de poteau
1.4 Modes d’assemblages
1.4.1. Les types assemblages
1.4.1.1. Le rivetage
1.4.1.2. Le boulonnage
1.4.2. Les assemblages soudés
1.5 Fonctionnement des assemblages
1.6 Caractérisation du comportement des assemblages
1.7 Classification des assemblages
1.7.1 Classification des assemblages par la rigidité
1.7.2 Classification des assemblages par la résistance
1.7.3 Classification des assemblages par capacité de rotation
1.8 Conclusion
Chapitre 2 : Caractérisation d’un assemblage poutre-poteau par la méthode des composantes selon l’EUROCODE-3
2.1 Introduction
2.2 La méthode de composante
2.3 Application de la méthode des composantes aux assemblages poteau-poutre avec platine d’extrémité
2.3.1 Identification des composantes
2.3.2 Modèle mécanique à ressort
2.3.3 Approche pour le calcul de la rigidité
2.3.4 Approche pour le calcul de la résistance
2.3.5 Concept du tronçon en Té
2.4 Comportement des assemblages métalliques en zone sismique
2.5 Modes d’endommagement et de rupture
2.5.1 Modes de chargement
a) Chargement monotone
b) Chargement cyclique
c) Chargement constant
d) Chargements complexes
2.5.2 Modélisation phénoménologique
2.6 Conclusion
Chapitre 3 : Exemple de calcul
3.1 Introduction
3.2 Exemple de calcul
3.2.1 Assemblage par platine d’extrémité débordante (moment positif)
3.2.1.1 Caractéristiques géométriques et mécaniques de l’assemblage
3.2.1.2 Zone cisaillée
3.2.1.3 Zone comprimé
a. Coté poutre
b. Coté poteau
3.2.1.4 Zone tendue
a. Résistance de la zone tendue coté poutre
b. Résistance de la zone tendue coté poteau
3.2.1.5 Résistance de l’assemblage
a. Bilan des différents modes de ruine
b. Moment résistant de l’assemblage
c. Rigidité de l’assemblage
3.2.2 Assemblage par platine d’extrémité non débordante (moment négatif)
3.2.2.1 Caractéristiques géométriques et mécaniques de l’assemblage
3.2.2.2 Zone cisaillée
3.2.2.3 Zone comprimé
a. Coté poutre
b. Coté poteau
3.2.2.4 Zone tendue
a. Résistance de la zone tendue coté poutre
b. Résistance de la zone tendue coté poteau
3.2.2.5 Résistance de l’assemblage
a. Moment résistant de l’assemblage
b. Rigidité de l’assemblage
3.3 Conclusion
Chapitre 4 : Analyse numérique
4.1 Introduction
4.2 Assemblage sous charge cyclique
4.3 Description de l’assemblage
4.3.1 Assemblage poteau poutre sous charge cyclique (symétrique)
4.3.2 Assemblage poteau poutre sous charge cyclique (non symétrique)
4.3.3 Caractéristiques géométriques et mécaniques de l’assemblage
4.4 Organigramme
4.5 Description du code
4.6 Interprétation des résultats
4.6.1 Assemblage poteau poutre courbe déplacement-temps (assemblage symétrique et non symétrique)
4.6.2 Assemblage poteau poutre sous charge cyclique (symétrique)
4.6.3 Assemblage poteau poutre sous charge cyclique (non symétrique)
4.7 Conclusion
Conclusion générale