Soutenance mémoire
Excentricités
Dans les pièces tendues, la distribution non uniforme des contraintes est souvent due aux différents types d’excentricité. ll s’agit des excentricités qui se trouvent entre: les axes neutres des sections ; les soudures excentriques en flexion ; les excentricités dues aux lignes de travail des membrures.
Excentricités dues aux positions des axes neutres des sections
Si une membrure dans une structure métallique est soudée d’un seul côté d’un gousset d’assemblage, les excentricités entre le centre de gravité de la membrure et celui du gousset, créent des contraintes de flexion qui s’ajoutent aux contraintes nominales auxquelles l’assemblage doit résister .Les excentricités xP et yP correspondent aux distances entre le point d’application de la charge dans le gousset et les axes vertical et horizontal passant par le centre de gravité de la section. Le produit de l’excentricité par la résultante de la charge axiale appliquée au centre de gravité du gousset provoque des moments de flexion Mx et MY dans la membrure.
Soudures excentriques en flexion
Le décalage en cisaillement est généralement analysé en considérant les cornières comme étant constituées de deux barres (CSA S16-01 et LRFD 2000). En effet, l’aile attachée correspond à une barre raccordée par deux soudures et l’aile en saillie correspond à une barre raccordée par une seule soudure . Deux modèles s’avèrent donc nécessaires à l’analyse, l’un avec deux soudures et l’autre avec une seule. Une cornière travaillant en traction est souvent raccordée à un gousset par une soudure équilibrée. L’aile en saillie se comporte ainsi comme une barre raccordée par une seule soudure . Puisque la force est appliquée à une distance Xp de l’axe neutre du gousset, la soudure est excentrique en flexion (Picard & Beaulieu, 1991).
Contraintes résiduelles
Le comportement des pièces en traction est semblable à celui des éprouvettes mais non identique, et ce à cause des contraintes résiduelles dues au laminage et au soudage (Picard & Beaulieu, 1991). À la section critique d’un assemblage, les contraintes résiduelles sont en équilibre interne et les valeurs absolues des aires des contraintes des zones désignées sont égales . Donc, l’intégrale des contraintes de traction le long de la section est égale à l’intégrale des contraintes de compression. Cependant, le niveau élevé des contraintes résiduelles causées par la soudure peut affecter la résistance et la ductilité de l’ assemblage et par conséquent, le décalage en cisaillement. Les contraintes résiduelles en traction près des soudures peuvent s’approcher de la limite élastique, de sorte que dès le début du chargement ces éléments vont se plastifier (rigidité presque nulle) et se comporter de façon non-linéaire, favorisant donc la redistribution des contraintes vers le centre. En même temps, la zone comprimée centrale entre les soudures va se comporter linéairement même au-delà de la déformation &y (limite élastique et début du plateau d’écoulement) et conserver sa rigidité élastique.
Les bordures perdent alors leur rigidité et c’est le centre qui résiste de sorte que le transfert avec les soudures latérales se fait en cisaillement de façon moins efficace qu’avec la soudure frontale obtenant ainsi des grands déplacements.
Analyse plastique non-linéaire
Plusieurs types d’analyse existent et le choix de la méthode appropriée pour l’analyse des structures dépend du type de sollicitation, du comportement attendu de la structure et de l’information qui est requise.
L’analyse plastique non-linéaire tient compte du comportement plastique des matériaux et des grands déplacements nécessaires à l’évaluation des contraintes. Ce type d’analyse s’avère ainsi la méthode la plus appropriée pour déterminer les effets du décalage en cisaillement sur la résistance des membrures tendues dans les assemblages.
L’analyse plastique non-linéaire requiert des logiciels spécialisés en calculs par éléments finis afin de traiter les contraintes qui se trouvent entre la limite élastique et la contrainte ultime. Elle permet de prédire la résistance totale disponible d’une membrure ainsi que le mécanisme de ruine. Pour procéder à une telle analyse, plusieurs conditions s’appliquent notamment la ductilité requise du matériau et l’empêchement du voilement et du déversement des éléments structuraux.
Flux de cisaillement dans la soudure
En considérant une charge de traction T sur une barre raccordée à un gousset par un cordon de soudure , on distingue les cas suivants (Bazergui, Bui-Quoc, Biron,Mcintyre, & Laberge, 2002) : si les rigidités du gousset et de la barre sont similaires et si la longueur de soudure est relativement courte, le flux de cisaillement est uniforme.
si la soudure est longue, le flux de cisaillement est plus élevé aux extrémités qu’au centre ; le flux non uniforme se présente également si les rigidités des pièces ne sont pas similaires et ce, même si la longueur de soudure est relativement courte. Ainsi, si le gousset est très rigide comparé à celle de la barre, le flux est plus élevé à l’extrémité du gousset . Si la rigidité de la barre est très élevée en comparaison de celle du gousset, le flux est plus élevé à l’ autre extrémité de la soudure.
Le flux ne dépend pas uniquement de la charge appliquée, mais également des rigidités des pièces et des propriétés des soudures : rigidité, dimensions, arrangement, etc. Cependant, pour simplifier la compréhension de la méthode rationnelle, le flux de cisaillement est considéré comme étant uniforme tout le long de la soudure.
Méthode proposée pour les contraintes ultimes de différents profilés
L’approche rationnelle est basée sur l’étude des contraintes dans une barre tendue. Elle peut être adaptée aux autres types de profilés utilisés dans les structures d’acier comme les cornières et les profilés en C et PCC. Bien que des analyses élastiques et plastiques aient été faites pour les barres, on se contentera de cibler pour les autres profilés, seulement la résistance dans le domaine plastique jusqu’à la limite ultime.
Dans ce qui suit, les contraintes à l’ultime sur la section critique sont considérées pour déterminer l’aire nette effective des membrures tendues. Plusieurs comparaisons sont présentées entre les séries d’essais et les résultats obtenus par le modèle simplifié et la norme CSA S 16-01 pour en déduire les différents facteurs de réduction dus au décalage en cisaillement.
|
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 :REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Historique
1.2 Revue de la littérature
1.2.1 Publications antérieures aux dix dernières années
1.2.2 Publications des dix dernières années
1.2.3 Observations et commentaires de quelques chercheurs
1.3 Évolution de la norme CSA S16
1.4 Règles de calcul des normes CSA S16.1-M78 et CSA S16.1-M84
1.4.1 Règles de calcul de la norme CSA S 16.1-M89
1.4.2 Règles de calcul de la norme CSA S16.1-94M
1.4.3 CSA S16-0l Règles de calcul aux états limites
1.5 LRFD 2000 de l’ American Institute Steel Construction (AISC)
1.6 Essais en laboratoire
1.7 Essais en laboratoire à l’ÉTS
1.8 Conclusion
CHAPITRE 2: PARAMÈTRES INFLUENÇANT LA RÉSISTANCE
2.1 Excentricités
2.1.1 Excentricités dues aux positions des axes neutres des sections
2.1.2 Soudures excentriques en flexion
2.1.3 Excentricités dues aux lignes de travail des membrures
2.2 Rigidités
2.2.1 Rigidité des connecteurs (soudures)
2.2.2 Rigidité des pièces de transfert (gousset et membrure tendue)
2.3 Contraintes résiduelles
2.4 Effets du deuxième ordre
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 :ANALYSE PAR ÉLÉMENTS FINIS
3.1 Analyse plastique non-linéaire
3.2 Propriétés du logiciel ANSYS
3.3 Modèles utilisés lors de l’analyse par éléments finis
3.3.1 Plasticité des matériaux
3.3.2 Critère de défaillance de von Mises
3.3.3 Rigidité des matériaux
3.3.4 Marge de manœuvre obtenue par les courbes de contrainte-déformation
3.3.5 Modèle d’un élément d’une poutre à treillis
3.3.6 Soudures
3.3.7 Flux de cisaillement
3.3.8 Barre et gousset
3.3.9 Tolérance
3.3.10 Conditions de raccordement
3.3.11 Maillage
3.3.12 Conditions aux frontières
3.3.13 Excentricités dans un modèle
3.4 Conclusion
CHAPITRE4 MÉTHODE RATIONNELLE
4.1 Introduction
4.2 Méthode de Whitmore
4.3 Section critique d’une membrure
4.4 Flux de cisaillement dans la soudure
4.5 Distribution des contraintes dans les éléments
4.5.1 Éléments raccordés par une soudure longitudinale
4.5.2 Éléments raccordés par deux soudures longitudinales
4.6 Contraintes plastiques et limite ultime dans les assemblages soudés
4.6.1 Éléments raccordés par une soudure longitudinale
4.6.2 Éléments raccordés par des soudures longitudinales sur deux bords parallèles
4.7 Comparaison entre les spécifications de la norme CSA S16-01 et les équations de l’approche proposée
4.7.1 Éléments raccordés par une soudure longitudinale
4.7.2 Éléments raccordés par deux soudures longitudinales sur deux bords parallèles
4.8 Comparaison entre les éléments raccordés par une soudure et ceux raccordés par deux soudures
4.8.1 Spécifications de la norme CSA S 16-0 1
4.8.2 Équations de l’ approche proposée
4.9 Méthode proposée pour les contraintes ultimes de différents profilés
4.9.1 Barres
4.9.2 Cornières
4.9.3 Profilés en C et PCC
4.10 Conclusion
CHAPITRE 5 : DISCUSSION ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
5.1 Points critiques au droit de l’assemblage (deux soudures égales)
5.2 Point critique au droit de l’assemblage (une soudure)
5.3 Deux soudures inégales
5.4 Influence de la longueur de soudure
5.5 Régions non affectées
5.6 Perte de la résistance en utilisant ANSYS
5.7 Comparaisons des résultats
5.8 Conclusion
CONCLUSION
Télécharger le rapport complet
