Analyse de la résistance au feu :

l’utilisation pratique

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1 Table des matières 1 TABLE DES MATIERES ..................................................................................... 4

2 ANALYSE DE LA RESISTANCE AU FEU AVEC POWERFRAME ............. 5

2.1 INTRODUCTION.................................................................................................. 5 2.2 DEFINITION DU CAS DE CHARGE AVEC FEU DANS LA FENETRE ‘CHARGES’.. 7

2.2.1 Définir un cas de charge feu pour l’analyse ............................................ 7 2.2.2 Définir une courbe de feu ......................................................................... 8 2.2.3 Générer les combinaisons de charges .................................................... 10

2.3 ANALYSE DE LA RESISTANCE AU FEU............................................................. 11 2.4 CARACTERISTIQUES DES SECTIONS ............................................................... 12

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2 Analyse de la résistance au feu avec PowerFrame

2.1 Introduction Ce document décrit plus en détail l’utilisation pratique du module de résistance au feu de PowerFrame. Pour commencer, on peut dire que l’analyse de la résistance au feu est une partie intégrante de l’analyse globale de la structure. Il n’est donc pas possible de considérer le calcul de la résistance au feu comme une étape extra qui viendrait après l’analyse globale, mais est totalement intégré dans le processus d’analyse globale. De ce fait dans PowerFrame, l’analyse de la résistance au feu est totalement incluse dans l’analyse globale.

Pour accéder aux fonctions décrites dans ce document, il est indispensable d’avoir une licence valable du module de résistance au feu de PowerFrame. Ce module n’est pas accessible avec une version d’évaluation ou une version démo.

Du point de vue de l’utilisateur, on remarque quelques petites différences dans l’analyse globale avec ou sans résistance au feu. Les différences majeures relatives à l’introduction de la résistance au feu sont :

� dans la fenêtre ‘Charges’ :

� on permet maintenant de définir un cas de charges explicitement dédié aux sollicitations thermiques ;

� la sélection ou la définition d’une courbe de feu avec la variation de température en fonction du temps ;

� le choix de la résistance au feu souhaité et le choix des éléments structuraux qui subiront les sollicitations thermiques ;

� la création des combinaisons accidentelles avec feu dans les états limites ultimes, juste après les combinaisons de charges fondamentales.

� En cours d’analyse :

� Lorsque l’analyse globale est lancée, les étapes suivantes s’ajoutent :

- Les variations de température dans les sections des éléments de la structure sont calculées afin de connaître

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les caractéristiques réduites des matériaux à un ou plusieurs instants donnés.

- Ensuite, tous les groupes de charges et les combinaisons sont calculés. Pour les cas de charges et les combinaisons ordinaires, les caractéristiques des matériaux sont prises à 20°C c'est-à-dire non réduites. Pour le cas de charge avec feu et les combinaisons accidentelles qui prennent en compte le feu, soit on prendra les caractéristiques des matériaux à 20°C comme prescrit par la l’Eurocode pour un contrôle à posteriori élément par élément, soit l’utilisateur optera par choix volontaire pour un calcul élastique avec des caractéristiques réduites de matériaux en fonction de la température.

- Pour finir, sur base des efforts internes calculés, une vérification des sections en acier ou une détermination des quantités d’armatures des sections en béton sont faites.

� remarque :

- les efforts internes induits par les restrictions de déformation sont conservés dans le cas de charges feu correspondant. Naturellement cela n’est valable que si on a pris en compte les actions thermiques (augmentation uniforme de température et gradient de température) dans les combinaisons accidentelles.

� dans la fenêtre ‘Diagrammes’ :

� Bien entendu, on a maintenant accès à tous les résultats d’analyse pour les combinaisons accidentelles avec feu. Excepté cela, aucune différence majeure n’est observée par rapport à une analyse élastique globale classique. Les vérifications selon les normes (pour acier et béton) prennent bien sûr en compte toutes les combinaisons disponibles :

- ELU CF (combinaisons fondamentales)

- ELU IN (combinaisons pour incendie)

- ELS QP (combinaisons quasi-permanentes)

- ELS CR (combinaisons rares)

� pour les sections en béton ou les sections composées, l’utilisateur peut demander le rapport de la variation de température et des gradients de température d’une section aussi bien que les caractéristiques réduites d’une section et un aperçu de la distribution des températures (sous forme d’une coupe colorée).

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2.2 Définition du cas de charge avec feu dans la fenêtre ‘Charges’

2.2.1 Définir un cas de charge feu pour l’analyse

Après avoir cliqué sur le bouton dans la palette liée à la fenêtre ‘Charges’, définissez d’abord un cas de charges pour le feu. Vous trouverez un cas de charge pour le feu prédéfini appelé « Incendie » dans la liste des cas de charges disponibles via le petit bouton à droite du nom du cas de charges. Notez que l’icône montrée dans la colonne tout à droite est automatiquement adaptée en fonction du type de cas de charges sélectionné. Alors qu’on peut modifier cette icône pour les cas de charges statiques (pour indiquer si les charges agissent sur tout ou partie d’une structure), cela n’est pas possible pour les cas de charges avec feu.

Etant donné qu’un incendie est considéré comme un cas de charges accidentel, tous les coefficients partiels de sécurité sont mis à 1.

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Remarque : Lors de la génération des combinaisons accidentelles avec le feu, il faut choisir si on considère la partie fréquente ou la partie quasi-permanente des charges variables. L’Eurocode propose la partie quasi-permanente (�2) alors qu’en Belgique ou France, on prendra plutôt la partie fréquente (�1).

2.2.2 Définir une courbe de feu Activez le cas de charges pour le feu dans le menu déroulant de la palette de la fenêtre ‘Charges’ afin de définir les sollicitations dues au feu. Certains boutons complémentaires apparaissent immédiatement dans le bas de la

palette. Utilisez le bouton pour ouvrir la fenêtre de dialogue ci-dessous et dans laquelle on peut spécifier tous les paramètres liés au feu.

Vous pouvez soit sélectionner une des trois courbes de feu nominal à partir du menu déroulant, soit définir vous-même une courbe de température en fonction du temps grâce au bouton qui apparaît après avoir sélectionné « Courbe d’incendie définie » en dessous des 3 autres courbes dans la liste. Sans indication particulière, l’utilisateur choisira la courbe ISO 834 correspondant au feu standard.

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La fenêtre représentée vous permet de donner une courbe de feu très aisément, soit manuellement, soit en important un ficher texte au moyen du

bouton . Ce fichier texte peut être créé dans MS Excel où la courbe de feu aura préalablement été programmée.

Utilisez le bouton pour sauvegarder dans un fichier externe la courbe définie avec température en fonction du temps pour un réemploi éventuel dans un autre projet avec résistance au feu.

Utilisez le bouton pour supprimer la courbe de feu présente et définir une nouvelle courbe de feu. Ensuite dans la fenêtre de dialogue principale, définissez les paramètres pour la résistance au feu à savoir la durée durant laquelle la structure doit être capable d’assurer sa fonction portante. Après avoir défini la courbe de feu et le temps de résistance, l’utilisateur doit choisir de prendre en compte ou non les efforts engendrés par la hausse de température. Ces efforts sont soient provoqués par un allongement dû à une augmentation globale de la température, soient des moments provoqués par un gradient de température au sein même d’une section. Il est toutefois important de rappeler que la norme Eurocode prescrit de ne pas forcement prendre en compte ces efforts dans le cas où on vérifie la résistance au feu élément par élément à posteriori. Pour répondre à cela, il faut garder les deux éditeurs à 0%. Dans ce cas, on prendra alors généralement les caractéristiques des matériaux à 20°C. Donc la case ‘Adapter caractéristiques élastique à la température’ reste non cochée. Si toutefois, vous souhaitez malgré tout prendre ne compte les efforts engendrés par la hausse de température, vous introduirez un pourcentage non nul mais qui ne doit pas obligatoirement valoir 100%. En effet, on peut réduire cette valeur pour tenir compte d’un effet plastique du matériau. Toutefois la réduction

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permise est de la responsabilité du calculateur. Dans le cas où on prend en compte les efforts dûs à l’augmentation de température, il faut automatiquement calculer la structure avec des caractéristiques élastiques réduites. Bien sûr, vous pouvez adapter les prescriptions proposées par défaut ci-dessus. Cependant prenez toujours compte des remarques suivantes :

� A partir du moment où on tient compte du gradient de température ou d’une variation de température, complètement ou en partie, les efforts pour le cas de charges ‘incendie’ et pour les combinaisons accidentelles avec feu sont à déterminer en considérant les caractéristiques de rigidité réduites.

� Inversement, vous ne pouvez pas définir de charges thermiques quand vous imposez l’analyse globale avec les propriétés considérées à température ambiante.

Par contre, il est possible de calculer la structure avec les caractéristiques des matériaux adaptées sans prendre ne compte d’effort issu de l’élévation de température. Une fois que la courbe de feu est définie, il faut encore spécifier si les sollicitations dues au feu s’appliquent à toute la structure ou seulement à une partie. A cet effet, sélectionnez les éléments de la structure exposés à

l’incendie et cliquez ensuite sur le bouton dans la palette de la fenêtre ‘Charges’. Tous les éléments sélectionnés seront représentés avec deux petites flammes indiquant que le feu est appliqué sur eux.

Dans le cas où vous souhaitez supprimer les charges dues au feu de votre

modèle PowerFrame, utilisez le bouton . Faites toutefois attention qu’en utilisant cette fonction, vous supprimez de votre modèle toutes les données concernant le feu. Pour réactiver le feu, il vous faudra refaire toutes les opérations décrites ci-dessus.

2.2.3 Générer les combinaisons de charges

Les combinaisons accidentelles avec le feu peuvent être créées manuellement ou automatiquement. Dans le cas où vous optez pour une génération automatique, assurez vous de spécifier quelle partie des surcharges variables (quasi-permanente ou partie fréquente) doit être incluse

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dans les combinaisons de charges. En Belgique et en France on optera pour la partie fréquente (�1).

2.3 Analyse de la résistance au feu Une fois toutes les propriétés des matériaux et tous les paramètres du feu définis, l’analyse avec la résistance au feu peut débuter. Tout comme une analyse élastique ordinaire, utilisez l’icône pour lancer une analyse avec résistance au feu. Une fenêtre de dialogue vous informe sur l’état d’avancement des étapes d’analyse en cours. Pendant ce temps, le curseur prend temporairement la forme d’une flamme.

Premièrement, PowerFrame calcule l’accroissement de température ou la variation de température dans une section en acier ou en béton. Le processus d’analyse de la réaction thermique dépendra alors du type de section définie dans la fenêtre ‘Ossature’. Dans le cas d’une section acier définie dans l’utilitaire de section et pour laquelle on n’a pas spécifié qu’elle était déformable, l’augmentation uniforme de la température est calculée à l’aide d’une série d’équations à différences finies si on a choisit une courbe de feu nominal. Pour les autres types de section, la distribution des

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températures est calculée au moyen du module de calcul de Physibel qui utilise les équations différentielles générales de Fourier. L’accroissement de température et les éventuels gradients de température sont alors optionnellement introduits sous forme de sollicitations dans le cas de charges dédié au feu. De plus, les températures sont aussi utilisées pour déterminer les valeurs réduites des caractéristiques des matériaux et pour déterminer les sections réduites en béton. Finalement, tous les cas de charges et les combinaisons sont calculées. Pour tous les cas de charges (excepté celui dédié au feu) et pour toutes les combinaisons fondamentales, l’analyse considère les caractéristiques valables pour une température ambiante normale. Pour le cas de charges dédié au feu et pour les combinaisons accidentelles avec feu, l’analyse considère soit les caractéristiques initiales des matériaux soit des caractéristiques réduites des matériaux suivant le choix de l’utilisateur. Pour les éléments en acier et en béton, l’utilisateur doit encore demander le calcul les vérifications de résistance et de stabilité (pour acier), ou les quantités d’armatures (pour béton) sur base des efforts internes calculés. Toutes les vérifications sur base des normes prennent bien en compte toutes les situations possibles d’efforts internes, y compris celles obtenues dans le cas de charges avec feu et les combinaisons accidentelles avec feu. Remarque : Dans certains cas, il est nécessaire de revoir les longueurs de flambement des éléments barres (si calcul élastique avec caractéristiques élastiques réduites). En effet, la rigidité des barres soumises au feu peut être modifiée de façon non négligeable provoquant une augmentation ou une diminution des longueurs de flambement. Notez bien que le calcul des longueurs de flambement considère les caractéristiques des matériaux pour une température ambiante ordinaire et donc ne considère pas de réduction de rigidité due au feu.

2.4 Caractéristiques des sections La palette associée à la fenêtre ‘Diagrammes’ vous permet de visualiser tous les types de résultats (déformations, efforts internes, réactions) et ce y compris pour le cas de charge avec feu et pour les combinaisons accidentelles avec feu. De plus, vous pouvez aussi visualiser les résultats issus de l’analyse de la réponse thermique. Dans la fenêtre ‘Diagrammes’, double-cliquez simplement sur la barre exposée au feu pour afficher la fenêtre de dialogue avec une représentation détaillée de la distribution des températures à plusieurs instants donnés.

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Du côté gauche se trouve une représentation de la section considérée avec en dessous plus d’informations sur l’accroissement moyen de la température et sur les gradients internes de température le long des deux axes principaux de la section. Pour les sections en béton, on trouve aussi les températures moyennes pour les armatures longitudinales et transversales. Ces températures sont utilisées pour en déduire les propriétés réduites de résistance des barres d’armatures. Le logiciel vous donne aussi l’instant où on a les sollicitations maximales et l’instant où on a la résistance minimale. Du côté droit se trouve une représentation en couleur qui représente la distribution de température au sein de la section. Utilisez le bouton qui se trouve au-dessus pour lancer une animation illustrant l’évolution de la température en fonction du temps dans la section.

L’iso-ligne pour 500°C est dessinée en noir. Etant donné que le matériau béton n’est plus pris en compte dans les calculs pour le calcul des quantités théoriques d’armatures une fois la limite des 500°C dépassée, cette représentation vous donne un aperçu clair de la section béton réduite après exposition à l’incendie. Les caractéristiques de la section réduite sont disponibles en imprimant le rapport à l’aide du bouton . Vous pouvez aussi exporter ce rapport via un fichier RTF en utilisant l’icône .