Bienvenue dans l’univers de la construction métallique !

Bienvenue dans l’universde la construction

métallique !

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métallique !

Construction métallique ST4 2006

COURS GENERALITES CARACTERISTIQUES DE L’ACIER UTILISE EN

CM ASPECTS REGLEMENTAIRES ASSEMBLAGES SIMPLES

8 créneaux de TD 1 contrôle

Généralités Consommation d'acier par type de construction

Japon États-Unis Europe de l'Ouest Logements Bâtiments industriels Autres bâtiments Pylônes Ponts et ouvrages hydrauliques

21 % 34 % 34 % 3 % 8 %

4 % 33 % 45 % 5 % 13 %

2 % 58 % 31 % 5 % 4 %

Total 100 % 100 % 100 %

Généralités – Chiffres France

Parts de marché de l'acier selon le type de bâtiments

Divers9,60%

Ponts6,40%

Pylônes5%

Bâtiments industriels

58,80%

Autres bâtiments

(commercial, agricole,

administratif..)20,20% Source: Moniteur 3 Octobre 2003

Généralités – Chiffres France

Utilisation des produits acier dans la construction

Produits plats d'ossature (bac

acier..)5,90%

Produits plats de séparation

7,10%

Produits plats d'équipement

(visserie..)11,60%

Produits plats d'enveloppe

9,40%

Produits spécifiques TP (rails,

palplanches)8,90%

Armatures25%

Produits longs (hors armatures)

32,10%

Source: Moniteur 3 Octobre 2003

Entreprises du secteur

Classement du Moniteur / Extraits

Élaboration acier

Élaboration acier

Élaboration acier

Laminage

Laminage - Extrémité de brame

Laminage produits longs

Rouleaux primaires

Rouleaux d’ébauche, faces horizontales et verticales

Laminage produits longs

Réalisation des bords

Rouleaux de finition

Laminage

Laminage produits longs

Et voilà le travail!

Caractéristiques mécaniques acier

résistance: limite d’élasticité résistance à la traction,

Voir diagramme

dureté

Caractéristiques mécaniques acier

Résistance à la traction : fu

Limite élastique: fy

Caractéristiques mécaniques acier

ductilité et malléabilité:allongement après rupture,

aptitude au pliage; résilience / fragilité :

fragilité: propriété qu’ont certains corps de se briser sans déformation permanente perceptible lorsqu’ils sont soumis à un choc. Les corps fragiles sont peu tenaces ou peu « résilients ». Si K est la résilience d’un métal, 1/K est l’indice de fragilité.

Caractéristiques mécaniques acier

Essai au mouton de Charpy (résilience)

CHOC

Mesure de l’absorption d’énergie

NF A 35 501

NF EN 10025

EN 10025

Limite élastique fy (MPa) en fonction de e(mm)

Résistance à la rupture

A% min (L0=80 mm)

(1968) (1990) (1992) 0 à 16

16 à 40

40 à 63

63 à 80

80 à 100

100 à 150

(Mpa) e<=3030<e<=100

E24 -2 Fe 360 B S 235 JR 235 225 215 215 215 195 340-440 28 27

E24 -3 Fe 360 C S 235 JO 235 225 215 215 215 195 " 28 28

E24 -4 Fe 360 D S 235 J2 235 225 215 215 215 195 " 28 28

E28 -2 Fe 430 B S 275 JR 275 265 255 245 235 225 400-540 24 22

E28 -3 Fe 430 C S 275 JO 275 265 255 245 235 225 " 24 23

E28 -4 Fe 430 D S 275 J2 275 265 255 245 235 225 " 24 25

E36 -3 Fe 510 C S 355 JO 355 345 335 325 315 295 490-630 23 22

Dénominations des aciers - Normalisation

fu

Nuances (composition chimique)

Aciers de charpente et aciers pour boulons

Acier 10-9 : fu = 1000 MPafy = 900 MPa

Acier 8-8 : fu = 800 MPafy = 640 MPa

Acier 6-8 : fu = 600 MPafy = 480 MPa

Acier de charpente S 355

ou Fe 510 : fu = 510 MPafy = 355 MPa

Acier de charpente S 235

ou Fe 360 : fu = 360 MPafy = 235 MPa

Produits laminés - Poutrelles

Poteaux, poutres en

flexion composée Poutres en flexion

Laminés marchands

Cornière à ailes égales

Cornière à ailes inégales

Té

Cornière accolées en

croixCornière

accolées dos à dos

Profils formés à froid (pliage)

L C Z

Notations

Semelle ou aile (flange)

Âme (web)

Attention aux axes

!!!Axe fort

= YY

Sciage, tronçonnage profilés

Produits dérivés:Oxycoupage

Composants

Distinguer:

-Portiques

-Pont-roulant

-Pannes

-Lisses de bardage

-Bardage

Enveloppe : Produits plats

Bardage Toiture sèche

Fondations

Composants principaux ossature

Portique de rive

Palées de stabilité

Poutre au vent

Panne sablière

Panne faîtière

Panne courante

Lisse de bardage

potelet

Portique courant

D’après SteelCust

Différents composants principaux

Portique courant : Stabilité

transversale

Fondation

VENT

VENT

CHARGES PERMANENTES

NEIGE

VENT

Fonctionnement Portique

Mais comment ces charges arrivent-elles jusqu’au

portique ?

D’après SteelCust

Distribution des charges

Les charges sont distribuées uniformément sur la surface du bardage

et de la couverture.

Ensuite, elles sont distribuées uniformément

sur les pannes et les lisses de bardage.

Enfin, les pannes et les lisses de bardage s’appuient sur le

portique sous forme de charges concentrées.

D’après SteelCust

Différents composants

Portique de rive

Portique de rive. Zone de reprise des effortsD’après SteelCust

Exemple de portique de riveD’après SteelCust

Stabilité longitudinale

Potelets

Poutre au vent

ven

t

Bardage

Vers palée de stabilité longitudinale

Panne sablière

Différents composants: Palée de stabilité longitudinale

Illustration pannes

Panne sablière

Panne courante

Panne faîtière

(double)

Composants secondaires

LiernesBretelles

Tendeur de lisse

Bretelles

Potelet de bardage

suspente

Poutre de porte

D’après SteelCust

Composants secondaires – Lisses de bardageD’après SteelCust

Sollicitées en flexion déviée

Tendeur de lisse

bretelle

Composants secondaires – Bretelles, tendeursD’après SteelCust

Association avec le béton..

Fondations, bien sûr!

Planchers

Ponts, construction mixte

Avantages et inconvénients CM

Éléments élancés: Légèreté de l’ossature

Fondations simples

Grandes portées

Sensible aux charges climatiques

Risques soulèvement

Avantages et inconvénients CM

Éléments élancés: Esthétique Ouvertures Gain de place Risques d’instabilité

- flambement éléments comprimés- déversement poutres fléchies- voilement plaques

Avantages et inconvénients CM

Montage simple et rapide

- Matériel réduit, gain de temps

- Préparation à l’atelier, montage au sol

- Préparation rigoureuse, peu de modifications de dernière minute

Avantages et inconvénients CM

Matériau acier - Mise en charge immédiate - Possibilités de recyclage - Corrosion, sensibilité au feu (protection

adaptée)

Modes d’assemblage - Structures facilement démontables - Modifications, renforcements aisés

Aspects réglementaires

CM 66 (Élasticité linéaire – type cours RDM) Additif 80 (États limites – début calculs en

plasticité) Eurocode 3 (États limites – Calculs en

plasticité)

États limites ultimes

Équilibre statique : voir notamment les dispositifs

de contreventement. Niveau OSSATURE

Stabilité élastique: problèmes de déversement, voilement, flambement

Niveau ELEMENT Résistance des SECTIONS Résistance des ASSEMBLAGES

Problèmes de stabilité élastique: Voilement

Problèmes de stabilité élastique: Voilement

Déversement poutres fléchies

Déplacement latéral

Résistance des sections

Combinaison de charges (ELU) Détermination des

diagrammes N,V, M le long du portique

Recherche de la section la plus sollicitée

EFFORT SOLLICITANT (ex: moment de flexion) dans cette section

RDM

Résistance des sections (suite)

Nature acier

Caractéristiques géométriques

Effort résistant (exemple : moment résistant)

VERIFIER QUE Effort sollicitant < Effort résistant

États limites de service - flèches

État final . Planchers :

1/250°

Due aux charges variables.

Planchers :1/300°

-Calcul sous chargements non pondérés

-Attention module de Young

210 000 MPa

Notions de plasticité

Notions de plasticité

Limite du domaine élastique

Cas classique RDM Moment résistant

correspondant : Mel = Wel x fy

Wel équivalent de I/v en RDM

Notions de plasticité

Dépassement de la déformation e

Contrainte limitée à fy

Plastification partielle

Notions de plasticité

Rotation suffisante pour plastification complète.

Moment résistant correspondant:

Mpl = Wpl x fy

Rotules plastiques

Classements sections

Moment plastique

atteint

M plastique atteint mais

rotation limitée

Pb voilement local

Pb voilement local

La classe d’une section est fonction de la classe de chacune de ses parois

Vérification en flexion

RDM :

soit :

evI

M /max

ev

IM

Module de résistance à la

flexion

Moment résistant

Contrainte admissible choisie

Vérification en flexion

Eurocode 3:

Classes 1 et 2 :

Classe 3 :

0. .

MRdplR

fyWplMM

0. .

MRdelR

fyWelMM

Équivalent du I/v

Équivalent de la contrainte admissible

Plastification section

On se limite à Mel (Comme en RDM)

Vérification éléments tendus

Section nette et brute(pièces assemblées par boulons)

Section brute

Section nette

Vérification éléments tendus

Ex :Assemblages par boulons ordinaires

RdplN .

Rd.tSd NN Effort

normal sollicitant

MIN

RduN .

Résistance plastique de la section brute

Résistance ultime section nette

Vérification éléments tendus

Résistance plastique section brute (A)

Résistance ultime section nette

0. .

M

yRdpl

fAN

2.

..9,0

M

unetRdu

fAN

Éléments comprimés

Risque de flambement ?Calcul de l’élancement :

- Si deux plans de symétrie : deux élancements- Rayon de giration : i tel que I = i². A

i

Lf

Longueur de flambement

Rayon de giration

Éléments comprimés

Risque de flambement ?Calcul de l’élancement

réduit :

yf

E 1

1

Élancement eulérien

1%.202,0

Prise en compte du risque de flambement

Si risque de flambement :

Effort résistant:

1M

yARd.b

f.A..N

Plastification section brute

1 en général 1,1Facteur de réduction

Courbes de flambement

Facteur de réduction

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2Elancement réduit

Euler

Courbe a

Courbe b

Courbe c

Courbe d

Choix courbe:-Nature section

- Plan de flambement- épaisseurs

Assemblages - Exemples

Encastrement poutre poteau par platine soudée et boulons

Assemblages – liaisons poutres - poteaux

Encastrements

Articulation (seule l’âme transmet les efforts)

Assemblages – liaisons poutres - poteaux

Assemblages- Contreventements

Assemblages poutres - poteauxExemples de ruine

Assemblage poutre - poutre

Cas des fondations - Exemples

Pied de poteau articulé Fixation diagonale contreventement

Encastrement

Transmission d’un effort tranchant

Attache solive- poutre principale de plancher

Assemblage par couvre-joint d’âme

Comportement assemblages

Asymptote : Résistance

Pente à l’origine: rigidité

articulation

Fonctionnement boulons ordinaires

Fonctionnement par obstacle

Pression diamétrale au niveau de la pièce

Deux plans de cisaillement

Fonctionnement boulons ordinaires

Pièces Boulons

Risques : ovalisation, déchirure

Risque: rupture par cisaillement

Frottement : rappels

Surface de frottement

Frottement : rappels

)tan( f

Cône de frottement

Coefficient de frottement

Pas de glissement si :

QF f .(Réaction à l’intérieur du cône de frottement)

Principe des boulons HR précontraints

Serrage contrôlé: Mise en traction du

boulon

Mobilisation du frottement

Effort de précontrainte

Dispositions constructives

Zones de serrage

p: entraxe (pitch)e: pince (edge)

Indice 1 : parallèle à l’effort

Indice 2: perpendiculaire à l’effort

Risque corrosionPinces et entraxes

Dispositions constructivesPince longitudinale minimale

Mode de travail des boulons

Boulons soumis au cisaillement ET à la

traction

Mode de travail des boulons

Boulons travaillant en traction

Boulons travaillant au

double cisaillement

Catégories d’assemblages boulonnés (EC3)

Mode de travail assemblage

Cisaillement Traction

Transmission par pressiondiamétrale

Transmission par frottement

A

Pas de glissement à l’ELS : B

Pas de glissement à l’ELU : C

Boulons non précontraints: D Boulons HR précontraints: E

Principe de vérification des boulons

Vérification des dispositions constructives Analyse transmission des efforts :

détermination des efforts sollicitants pour chaque boulon

En fonction du type d’assemblage, détermination de l’effort résistant par boulon (« résistance de calcul »)

Vérification Effort Sollicitant<Effort Résistant

Résistance de calcul (exemple)

Boulons non précontraints (travaillant au cisaillement – A) :

),min( .. RdbRdv FF

Résistance au cisaillement. Concerne

le BOULON

Résistance à la pression diamétrale : concerne les PIECES ASSEMBLEES

Transmission des efforts - exemple

Transmission d’un effort tranchant d’une poutre secondaire vers une poutre principale

Transmission des efforts - exemple

L’effort est transmis par l’âme de la poutre secondaire

Vérification poutre au cisaillement, avec problème cisaillement en bloc.

Transmission des efforts - exemple

Transmission aux boulons sur porté par:

- pression diamétrale au niveau de l’âme du porté

- Cisaillement (double) des boulons sur porté

Transmission des efforts - exemple

Transmission aux cornières par:

- Cisaillement des boulons sur porté

- pression diamétrale au niveau des cornières, côté porté

Transmission des efforts - exemple

Transmission aux Boulons côté porteur par:

- pression diamétrale au niveau des cornières, côté porteur

- Cisaillement des boulons sur porteur

Transmission des efforts - exemple

Transmission à l’âme de la poutre porteuse, par:

-cisaillement boulons côté porteur

- Pression diamétrale sur âme poutre porteuse.

Transmission des efforts - bilan

Effort appliqué Âme portée Boulons côté porté

Cornières

Boulons côté porteurÂme porteur

Chaîne dont la résistance est égale

à celle du maillon le plus faible

CisaillementPression

diamétrale

Cisaillement

Pression diamétrale

Cisaillement

Pression diamétrale

Cisaillement

Assemblages soudés

Fabrication d’un PRS – Soudage par arc submergé

Soudage manuel

Type de cordons d’angle

Cordon LATERAL

Cordon frontal

Cordon oblique

Caractéristiques d’un cordon d’angle

MwMww

fuet

fu

)(32

//

22

Soudures- Principe de calcul

Modélisation des efforts En fonction de la nature du cordon, calcul

contraintes dans le plan de gorge Vérification.

C’est fini !

Sources photographies: APK

Dessins réalisés sous MicroGrafx Designer 4.0