Resistance Soudures

Revue Construction MtalliqueRfrence

ASS-EC3 1-99

RSISTANCE DES ASSEMBLAGES SOUDS PAR CORDONS DANGLE ANALYSE LASTIQUEpar I. RYAN et A. BUREAU

1

Des cas simples dassemblages souds par des cordons dangle, sous sollicitation statique, sont tudis dans le cadre de lapplication de lEC3-DAN [1]. En premier lieu, quelques considrations concernant le comportement de ces assemblages sont prsentes sur la base dobservations exprimentales. Les mthodes de vrification de la rsistance de cordons de soudure symtriques par rapport au plan de leur gorge sont expliques, en considrant une rpartition dite lastique de la sollicitation. LEurocode 3 ( 6.6.4 (1)) permet galement une rpartition plastique qui fera lobjet dune autre note technique. La prsente note technique propose des tableaux destins faciliter lapplication des formules pour des cas courants.

1. RSISTANCE EXPRIMENTALE DES SOUDURES PAR CORDONS DANGLE Le comportement des soudures par cordons dangle a t observ exprimentalement. Des essais ont t raliss sur des assemblages de plats par cordons pour diffrentes valeurs de langle entre laxe du cordon et la direction de leffort comme indiqu la figure 1.N N N Cordons latraux ou obliques

Cordons de soudure Axe du cordon de soudure

Cordons frontaux N N Cordon frontal Cordons latraux = 90 = 0

N Cordon oblique 90

Fig. 1

I. RYAN Ingnieur principal au CTICM A. BUREAU Ingnieur au CTICM

CENTRE TECHNIQUE DE LA CONSTRUCTION

INDUSTRIEL MTALLIQUE

Domaine de Saint-Paul, 78470 Saint-Rmy-ls-Chevreuse Tl.: 01-30-85-25-00 - Tlcopieur 01-30-52-75-38

Construction Mtallique, n 4-1999

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

ASS-EC3 1-99La rsistance ultime en traction de lacier qui constitue les plats est de 511 N/mm2 [2]. Le cordon a une longueur de 50 mm et une gorge de 8 mm. La rsistance en traction de la matire apporte est de 565 N/mm2.Contrainte moyenne dans la gorge en N/mm2 600 500 400 90 60 30 0

2

300 200 100 0 1 2

Dformation du cordon en mm 3

Fig. 2

Les courbes prsentes la figure 2 dcrivent le comportement des assemblages pour diffrents angles du cordon par rapport la direction de leffort appliqu. La contrainte porte en ordonne du graphe est la contrainte moyenne dans le plan de la gorge qui est calcule par : N moy = aLw o N : effort appliqu, a : dimension de la gorge, Lw : longueur totale utile des cordons dangle. La rsistance du cordon de soudure frontal (axe du cordon perpendiculaire la direction de la charge applique) est plus leve que celle du cordon latral (axe de la soudure parallle la direction de la charge applique). Dautres rsultats confirment cette observation et permettent daffirmer que la rsistance dun cordon frontal est entre 1,5 et 2 fois celle dun cordon latral. En revanche, la ductilit du cordon frontal est limite, la rupture ayant lieu pour une dformation infrieure 1 mm. Le cordon latral prsente une meilleure ductilit : la rupture a lieu pour une dformation denviron 2 mm. Il faut relativiser cette constatation en considrant le petit volume de matire concern par la rupture de la soudure. Dans le cas prsent, rappelons quil sagit de cordons dangle dune dimension de gorge de 8 mm. La non-linarit du comportement, qui se manifeste pour des niveaux de sollicitation relativement faibles, sexplique par des concentrations de contrainte la racine et aux extrmits des soudures et par la prsence de contraintes rsiduelles. Si lon peut considrer que la sollicitation principale du cordon latral est un cisaillement dans le plan de la gorge, parallle son axe, il est vident que leffort appliqu au cordon oblique ou frontal introduit un tat de contraintes beaucoup plus complexe. Principalement cause de cet tat complexe, des incertitudes concernant les valeurs des caractristiques du matriau dapport et surtout des contraintes rsiduelles dans la


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ASS-EC3 1-99soudure, ltablissement dun modle de comportement savre dlicat. notre connaissance, aucun modle thorique ou tude numrique ne semble actuellement tre capable de reproduire dune manire satisfaisante le comportement rel en fonction du type de sollicitation et du type de cordon de soudure. Cest pour cette raison que la grande majorit des normes actuelles (norme NF P 22-470 [3], Eurocode 3, ...) sinspirent des recommandations tablies initialement par lIIS [4]. Ces recommandations, reprises en suite par la CECM [5], ont t labores la suite dun grand programme dessais international ralis dans les annes 1960 et 1970. Des programmes dessais (CECA et UE) sont en cours pour tudier les soudures dlments en acier haute limite dlasticit et en acier inoxydable et pour complter ainsi les travaux raliss depuis ltude de lIIS.

3

2. CONTRAINTE EFFECTIVE DANS UN CORDON DE SOUDURE Les conclusions principales de ltude de lIIS sont les suivantes : la rsistance dun cordon de soudure peut tre tablie en se rfrant aux contraintes moyennes dans le plan de la gorge, malgr le fait que le plan de rupture ne soit pas forcment le plan de la gorge. Pour dcrire ltat de contrainte dans la gorge dun cordon de soudure, les contraintes suivantes sont utilises (fig. 3) : : contrainte normale perpendiculaire au plan de la gorge de la soudure, : contrainte de cisaillement dans le plan de la gorge, perpendiculaire laxe de la soudure, // : contrainte de cisaillement dans le plan de la gorge, parallle laxe de la soudure.

a

// Plan de la gorge

Fig. 3

les contraintes normales parallles laxe du cordon (//) peuvent tre ngliges. Il sagit des contraintes normales imposes par la sollicitation des lments attachs (les contraintes de flexion dans les soudures me/semelle dune poutre par exemple) et des contraintes rsiduelles dues aux retraits des soudures. la rsistance la rupture du cordon doit tre vrifie en comparant la valeur dune contrainte effective dans la gorge de la soudure une limite de rsistance. Ce critre est, de prfrence, relatif la rsistance du matriau de base des pices assembles, et non la rsistance du matriau dapport.


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ASS-EC3 1-99La formule de base propose par lIIS pour la contrainte effective dans la soudure est : w = w2 2 2 + ( + // )

La vrification de la rsistance dun cordon de soudure en un point de la gorge o les contraintes sont calcules, consiste satisfaire la condition suivante : w Limite de rsistance lim Alors que dans la norme franaise NF P 22-470 [3], la limite de rsistance est la limite dlasticit e de lacier de base, dans lEurocode 3, il sagit de la rsistance ultime en traction de lacier de base divise par un coefficient partiel de scurit : fu /Mw. Coefficient Dans les normes, le facteur dans la formule de base prend des valeurs qui varient entre 1,8 et 3. Dans les rgles CM 66 [6], on trouve la valeur de 1,8 alors que dans les recommandations de la CECM [5], il a t dcid de prendre la valeur de 3 afin de retrouver lexpression du critre de Von Mises. Ce dernier choix est plus pnalisant pour les contraintes de cisaillement. La valeur de 3 a t adopte dans la norme NF P 22-470 et dans lEurocode 3. Coefficient w Le coefficient w (dsign par K dans la norme NF P 22-470) a une valeur qui dpend de la nuance de lacier de base et varie de 0,7 1,0. Ce facteur tient compte du fait que la formule est sense reprsenter la valeur de la contrainte de calcul la rupture dans la soudure tandis que le critre de rsistance utilis est relatif la rsistance du matriau de base. Une lectrode bien adapte au matriau de base garantit une rsistance ultime du matriau dapport qui est sensiblement plus grande que celle de lacier des pices assembles. Nanmoins, la valeur du rapport entre ces deux rsistances diminue lorsque la rsistance du matriau de base augmente. Par consquent, et compte tenu que la ductilit est plus faible pour les aciers plus rsistants, les valeurs adoptes pour w augmentent avec la rsistance de lacier de base. En consquence, lexpression de base du critre de vrification de lEurocode 3 pour un cordon de soudure est la suivante (cf. Annexe M de lEurocode 3) : fu w Mw lim

4

2 + 3 ( 2 + 2) //

Toutefois, lEurocode 3 exige une condition supplmentaire : fu Mw


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ASS-EC3 1-99LEC3-DAN ( 6.1.1 (2) I et 6.6.5.3 (5)) et lAnnexe D pour les aciers S420 et S460 fixent les valeurs du facteur de corrlation w et du coefficient partiel de scurit Mw comme suit : TABLEAU 1 Nuance w Mw S235 0,80 1,25 S275 0,85 1,30 S355 0,90 1,35 S420 1,00 1,25 S460 1,00 1,25

5Application aux cas reprsents la figure 1 Pour les gomtries reprsentes la figure 1, nous pouvons exprimer les composantes de la contrainte induite par leffort NSd dans la gorge du cordon de soudure. Rappelons quil sagit de cordons de soudure symtriques par rapport au plan de la gorge. NSd = Lwa NSd = Lwa sin 2 sin 245 a

NSd

Lw/2

NSd

NSd // = (cos ) LwaFig. 4

Lw

:

longueur utile totale des cordons (voir dfinition de la longueur utile : EC3 6.6.5.1), effort axial de calcul,

NSd :

Lexpression de la contrainte effective devient alors : w = w2 2 2 + 3 ( + // ) = w

NSd 3 sin2 Lw a

NSd w = w G0 Lw a

En appliquant le critre de rsistance de lEurocode 3, NSd condition que NRd

fu /Mw , on peut en dduire leffort normal rsistant de calcul : fu /Mw NRd = (Lw a) , w 3 sin2 fu /Mw NRd Fw.Rd = = a fvw.d = a Lw w 3 sin2

et la rsistance par unit de longueur :


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ASS-EC3 1-99Le diagramme de la figure 5 prsente lvolution de la rsistance de calcul en fonction de langle. On a port en abscisse langle , et en ordonne le rapport de la rsistance de calcul pour langle celle obtenue par le calcul pour = 0 (cordons latraux).

Rapport de rsistance NRd()/NRd(0)1,31,225

1,21,155

Application de la formule de base de lEurocode 3(Mthode simplie)

1,1

6

11

1,044

0,9 0,8 0 15 30 45 60 75 90

Angle

Fig. 5

3. MTHODE SIMPLIFIE POUR LA VRIFICATION DES SOUDURES

Une mthode plus simple pour la vrification de la rsistance des cordons de soudure est de ngliger la variation de la rsistance de la soudure avec la direction de leffort appliqu : le coefficient = 3 sapplique alors aux trois composantes de la contrainte. Les essais sur les assemblages souds confirment la nature scuritaire de cette approche. Pour illustrer la mthode, prenons le cas dun assemblage du type prsent la figure 1. Lapplication de la mthode simplifie revient comparer, quel que soit la direction de leffort NSd appliqu lassemblage, la contrainte effective simplifie suivante au critre de rsistance : w.simpl. = w2 2 2 3 ( + + // ) = w 2 2 2 3 [ + + // ] = w

NSd 3 Lw a

Lapplication de la mthode simplifie consiste vrifier un critre unique (EC3 6.6.5.3) : w.simpl. = w 3 NSd Li aii

fu Mw

soit

NSd = Fw.Rd Lw

fu / 3 a = a fvw.d w Mw

On constate que lapplication de la mthode simplifie ne ncessite de connatre que la charge applique au point considr de la soudure. Avec cette approche, la rsistance dun cordon dangle oblique est sous-estime parce quelle est prise gale celle dun cordon dangle latral. Pour des assemblages entre deux plats perpendiculaires ou parallles, la sous-estimation de la rsistance des cordons de soudure obliques ne peut tre suprieure 22,5 %.


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ASS-EC3 1-994. APPLICATION DE LA FORMULE DE BASE DE LEC3 AUX SOUDURES DE PICES SOUMISES UN EFFORT NORMAL

4,1. Assemblages par double cordon dangle Appliquons la formulation de lEurocode 3 au cas dassemblages de deux plats par deux cordons dangle (fig. 6) : assemblage de deux plats parallles par deux cordons frontaux, assemblage de deux plats parallles par deux cordons latraux, assemblage oblique de lextrmit dun plat sur un autre plat, leffort NSd tant dans le plan du premier.Assemblage de deux plats obliques Section dans la gorge h1 Assemblage de deux plats parallles a a1 NSd cos NSd sin NSd a2 h2 h2 a2 a1 = h1 cos(45 + /2) a2 = h2 cos(45 /2) par cordons frontaux par cordons latraux NSd sin NSd NSd sin NSd NSd cos

7

NSd cos

a1

h1

Fig. 6

Nous nous proposons dtablir les expressions, puis des tableaux qui permettront au calculateur une application aise du critre de rsistance de lEurocode 3 pour ce type dassemblage. Leffort NSd se rpartit en un effort NSd.1 appliqu au cordon de langle obtus et un effort NSd.2 appliqu au cordon de langle aigu (NSd = NSd.1 + NSd.2). Si nous considrons que leffort NSd se rpartit proportionnellement la section rsistante des cordons, nous avons : a1 L1 NSd.1 = NSd a1 L1 + a2 L2 et a2 L2 NSd.2 = NSd a1 L1 + a2 L2

Il est possible de dterminer les expressions des composantes de la contrainte applique dans le plan de la gorge du cordon de langle obtus, ainsi que celles des composantes dans le plan de la gorge de langle aigu. La contrainte effective peut aussi tre exprime pour chacun des deux cordons de soudure. On obtient alors : pour langle obtus : NSd.1 w.1 = w G1 a1 L1 avec : G1 = 3 (1 + sin ) sin2


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ASS-EC3 1-99 pour langle aigu : NSd.2 w.2 = w G2 a2 L2 avec : G2 = 3 (1 sin ) sin2

Une vrification individuelle de chacun des cordons ne suppose aucune redistribution plastique entre les deux cordons de soudure. Il convient alors de satisfaire les conditions suivantes pour chaque cordon : pour langle obtus : w.1 fu / Mw soit : NSd G1 a1 L1 + a2 L2 fu Mw fu / Mw w fu / Mw w

8

et

NSd = sin () sin 45 + a1 L1 + a2 L2 2 w.2 fu / Mw soit :

pour langle aigu :

NSd G2 a1 L1 + a2 L2 fu Mw

et

NSd = sin () sin 45 a1 L1 + a2 L2 2

Les valeurs des coefficients G1 et G2 sont donnes dans les tableaux suivants. Rappelons que ces coefficients sont applicables pour des cordons symtriques par rapport au plan de leur gorge. Il est noter qu la diffrence des tableaux donns en annexe de la norme franaise NF P 22-470, les valeurs de ces coefficients ne dpendent pas de lacier utilis. Une interpolation linaire entre deux valeurs conscutives du tableau est admise. On remarque que lorsque langle est suprieur 0, la contrainte effective du cordon dangle aigu est toujours plus grande que celle du cordon dangle obtus. La vrification du cordon dangle obtus pourrait se limiter au critre sur la contrainte . Pour un angle 40, cette dernire vrification nest jamais dterminante pour aucun des deux cordons. Cas des assemblages de plats parallles Pour le cas des assemblages de plats parallles (cas o langle = 90), une ligne supplmentaire donne la valeur particulire du coefficient utiliser : G0 = 3 sin2

Ce coefficient est utilis lorsque le cordon est symtrique et est pos entre deux faces perpendiculaires. On se situe dans les mmes conditions dans le cas dun assemblage de deux plats perpendiculaires ( = 0). Cas particulier dun assemblage soud transmettant un effort de cisaillement parallle aux cordons Un exemple dassemblage transmettant un effort de cisaillement est celui dune platine soude uniquement sur lme lextrmit dune poutre (fig. 7) par un double cordon. Ce double cordon doit transmettre leffort tranchant de la poutre. Il sagit de cordons latraux o lon vrifie que : VSd VSd w = w G0 = w 2 Lw a Li aii

3

fu / Mw


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ASS-EC3 1-99

Lw

V

Cordons dangle de gorge a

Fig. 7

9

TABLEAU 2 Tableau 2-a : Coefficient G1 : angle obtus \ 0 5 10 15 20 25 30 0 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 10 20 30 1,658 1,652 1,645 1,639 1,632 1,626 1,620 40 45 50 60 70 80 1,425 1,395 1,364 1,334 1,303 1,273 1,243 90 1,414 1,383 1,351 1,320 1,288 1,256 1,225

1,723 1,698 1,723 1,695 1,722 1,692 1,721 1,689 1,720 1,686 1,720 1,683 1,719 1,681

1,608 1,581 1,553 1,500 1,455 1,597 1,567 1,537 1,478 1,428 1,586 1,553 1,520 1,456 1,401 1,575 1,540 1,504 1,434 1,374 1,564 1,526 1,487 1,412 1,347 1,553 1,513 1,471 1,390 1,321 1,543 1,500 1,456 1,369 1,294

Tableau 2-b : Coefficient G2 : angle aigu \ 0 5 10 15 20 25 30 0 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 10 20 30 1,658 1,665 1,671 1,678 1,684 1,690 1,696 40 45 50 60 70 80 1,425 1,454 1,483 1,510 1,537 1,562 1,586 90 1,414 1,445 1,474 1,503 1,530 1,556 1,581

1,723 1,698 1,724 1,701 1,725 1,704 1,726 1,707 1,726 1,710 1,727 1,712 1,728 1,715

1,608 1,581 1,553 1,500 1,455 1,620 1,595 1,570 1,522 1,481 1,631 1,608 1,586 1,543 1,507 1,641 1,622 1,602 1,563 1,532 1,652 1,634 1,617 1,583 1,555 1,662 1,647 1,631 1,602 1,578 1,671 1,658 1,645 1,620 1,600

Remarques : 1) le cas de plats perpendiculaires correspond = 0. 2) Daprs le paragraphe 6.6.2.2 (2) de lEurocode 3, langle entre deux plats peut tre infrieur 60 ( 30). La soudure doit tre alors considre comme une soudure en bout pntration partielle.


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ASS-EC3 1-99Tableau 2-c : Coefficient gomtrique G0 : Assemblages de plats parallles \ 90 0 1,732 10 20 30 1,658 40 45 50 60 70 80 1,425 90 1,414

1,723 1,698

1,608 1,581 1,553 1,500 1,455

4,2. Assemblages souds constitus de cordons de divers types

10

Aux paragraphes prcdents nous navons trait que des soudures constitues par des cordons dangle, droits et parallles entre eux. La mthode peut tre tendue toutes les soudures dans un plan ayant une forme quelconque o lon admet une rpartition uniforme de leffort normal dans les cordons. Pour le cas gnral, chaque point de la soudure a une valeur spcifique de langle . Le point critique de la soudure va trs probablement tre celui o la valeur de la contrainte effective est la plus grande. Il sagit du point (ou des points) o la valeur de langle est la plus petite. On doit vrifier la rsistance en ce point de la soudure, mais aussi vrifier que la condition sur la contrainte est satisfaite en tout point de la soudure. Prenons lexemple dun plat rectangulaire soud sur trois bords sur un autre plat parallle ( = 90) :L1 NSd Cordon C gorge a2 = 90 Cordon B : = 0 gorge a1 L2C.de G

Cordon A : = 0 gorge a1 NSd

L1 Fig. 8

Pour cet assemblage, le cordon critique est le cordon A (ou B). Sagissant dun cordon latral (angle = 0), la valeur du coefficient gomtrique utiliser est G0 = 3. La vrification pour ce cas est : wA = wB = w NSd ai Lii

G0 = w

NSd 2 a1 L1 + a2 L2

3

fu / Mw

5. DIMENSIONS FORFAITAIRES DES CORDONS DANGLE

Afin dviter la vrification des soudures, on peut utiliser des dimensions forfaitaires pour les gorges de cordons dangle utiliser pour les assemblages souds. La dimension minimale requise de la gorge de chacun des cordons dangle dpend du type dassemblage.


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ASS-EC3 1-995,1. Assemblages en T avec double cordon dangle frontal transmettant un effort normal (assemblage platine-semelle lextrmit dune poutre par exemple) :

NSd w 2 min (a) = 2 Lw fu / MwLw

Afin que les doubles cordons utiliss aient une rsistance gale la rsistance de calcul plastique de la section de la pice attache (de largeur b et dpaisseur t), on pose :t

NSd

11

NSd = Npl.Rd = b t fy / M 0 En posant Lw = b, on obtient : min (a) 1 = t 2 fy w Mw fu M 0Fig. 9

Le tableau 3 donne la valeur minimale requise du rapport gorge/paisseur pour les diffrents aciers en application de lEC3-DAN. Dans ce tableau, les valeurs de la limite dlasticit et de la rsistance ultime en traction de lacier sont celles des normes NF EN 10025 [7] et NF EN 10113 [8] en fonction de lpaisseur de la pice assemble. Pour la norme NF EN 10113, les valeurs pour les aciers S420 et S460 ont t calcules en se rfrant lAnnexe D de lEurocode 3 [9].

TABLEAU 3 Dimension forfaitaire de la gorge de chaque cordon Assemblages double-cordon en T transmettant seulement un effort normal Tableau 3-a : Aciers de la norme NF EN 10025 [7] Dsignation fy (N/mm2) fu (N/mm2) pour 3 mm S235 S275 S355 235 275 355 340 410 490 pour 16 mm S235 S275 S355 225 265 345 340 410 490 M 0 (*) t 16 mm 1,25 1,30 1,35 0,80 0,85 0,90 0,444 0,476 0,566 Mw w min(a)/t

1,10 1,10 1,10 t 40 mm

1,10 1,10 1,10

1,25 1,30 1,35

0,80 0,85 0,90

0,425 0,459 0,550

* Lorsque M 0 = 1,0, il faut augmenter la dimension de la gorge de 10 %.


90

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ASS-EC3 1-99Tableau 3-b : Aciers de la norme NF EN 10113 [8] Dsignation fy (N/mm2) fu (N/mm2) pour 3 mm S275 S355 S420 275 355 420 460 370 470 520 550 pour 16 mm S275 S355 S420 S460 265 345 400 440 370 470 520 550 M 0 (*) t 16 mm 1,30 1,35 1,25 1,25 0,85 0,90 1,00 1,00 0,528 0,590 0,649 0,672 Mw w min(a)/t

1,10 1,10 1,10 1,10 t 40 mm

12 2

S460

1,10 1,10 1,10 1,10

1,30 1,35 1,25 1,25

0,85 0,90 1,00 1,00

0,509 0,573 0,618 0,643

* Lorsque M0 = 1,0, il faut augmenter la dimension de la gorge de 10 %.

Pour les assemblages par platine dextrmit soude-boulonne transmettant un moment de flexion, les cordons dme-platine et semelles-platine doivent avoir des dimensions minimales de gorge donnes au tableau prcdent lorsquaucune vrification spcifique de leur rsistance nest entreprise.

5,2. Assemblage en T avec double cordon latral transmettant seulement un effort de cisaillement (assemblage dune platine dextrmit soude uniquement sur lme dune poutre) : VSd w 3 min (a) = 2 Lw fu / Mw Afin que les doubles cordons aient une rsistance gale la rsistance de calcul plastique de la section de la pice attache (de hauteur dme hw et dpaisseur dme tw ), on pose, fy / 3 VSd = Vpl.Rd = hw tw M 0 On obtient : min (a) 1 = 2 t fy w Mw fu M 0 hw LwFig. 10 t VSd

Lw

Le tableau 4 donne la valeur minimale requise du rapport gorge/paisseur pour les diffrents aciers en application de lEC3-DAN. Parce que la valeur du tableau correspond une valeur de hw / Lw gale 1,0, il y a lieu de multiplier la dimension de la gorge par hw/Lw lorsque cette valeur est plus grande que 1,0.


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ASS-EC3 1-99Dans ce tableau les valeurs de la limite dlasticit et de la rsistance ultime la traction de lacier ont t prises gales aux valeurs des normes NF EN 10025 [7] et NF EN 10113 [8] en fonction de lpaisseur de la pice assemble. Pour les aciers S420 et S460, les valeurs ont t calcules en se rfrant lAnnexe D de lEurocode 3 [9]. TABLEAU 4 Dimension forfaitaire de la gorge de chaque cordon Assemblages double-cordon en T transmettant seulement un effort de cisaillement Tableau 4-a : Aciers de la norme NF EN 10025 [7] Dsignation fy (N/mm2) fu (N/mm2) pour 3 mm S235 S275 S355 235 275 355 340 410 490 pour 16 mm S235 S275 S355 225 265 345 340 410 490 M 0 (*) t 16 mm 1,25 1,30 1,35 0,80 0,85 0,90 0,314 0,337 0,400 Mw w min(a)/t (**)

13

1,10 1,10 1,10 t 40 mm

1,10 1,10 1,10

1,25 1,30 1,35

0,80 0,85 0,90

0,301 0,325 0,389

* Lorsque M 0 = 1,0, il faut augmenter la dimension de la gorge de 10 %. ** Valeur multiplier par hw/Lw lorsque celle-ci est suprieure 1,0.

Tableau 4-b : Aciers de la norme NF EN 10113 [8] Dsignation fy (N/mm2) fu (N/mm2) pour 3 mm S275 S355 S420 S460 275 355 420 460 370 470 520 550 pour 16 mm S275 S355 S420 S460 265 345 400 440 370 470 520 550 M 0 (*) t 16 mm 1,30 1,35 1,25 1,25 0,85 0,90 1,00 1,00 0,373 0,417 0,459 0,475 Mw w min(a)/t (**)

1,10 1,10 1,10 1,10 t 40 mm

1,10 1,10 1,10 1,10

1,30 1,35 1,25 1,25

0,85 0,90 1,00 1,00

0,360 0,405 0,437 0,455

* Lorsque M 0 = 1,0, il faut augmenter la dimension de la gorge de 10 %. ** Valeur multiplier par hw/Lw lorsque celle-ci est suprieure 1,0.


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ASS-EC3 1-995,3. Assemblage me-semelle dune PRS

min (a)

VSd w Mw 3 2 hw fu

Afin que les doubles cordons aient une rsistance gale la rsistance de calcul plastique de la section de lme attache (de hauteur dme hw et dpaisseur dme tw), on pose : fy / 3 VSd = Vpl.Rd = hw tw M 0 On obtient : min (a) 1 = t 2 fy w Mw fu M 0

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Le tableau 4 donne la valeur minimale requise du rapport gorge/paisseur pour les diffrentes nuances dacier en application de lEC3-DAN.

6. EXEMPLES DAPPLICATION

6,1. Exemple 1 Cet exemple est une simple application des expressions qui ont t prsentes prcdemment. Il sagit dun assemblage de deux plats en acier S355 de la norme NF EN 10025, par deux cordons dangle de largeur de gorge identique (fig. 11). Rappelons que lon doit vrifier : pour langle obtus : NSd G1 a1 L1 + a2 L2 NSd G2 a1 L1 + a2 L2 fu / Mw w fu / Mw w

pour langle aigu :

= 60 N = 60000 daN 75 t = 10 mm 200 mm

Fig. 11


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ASS-EC3 1-99Dans notre exemple, nous avons : a1 L1 + a2 L2 = 2 a L G1 = 1,434 G2 = 1,563 Mw = 1,35 w = 0,90 fu = 49 daN/mm2 (voir tableau 2-a) (voir tableau 2-b) (voir tableau 3-a) (voir tableau 3-a) (voir tableau 3-a)

15

La condition pour langle aigu est la plus dfavorable, et la condition de rsistance sexprime donc par : fu / Mw G2 NSd w 2aL On peut en dduire la gorge minimale : a G2 NSd w Mw fu 2L soit : a 5,81 mm

On retiendra une dimension de gorge de 6 mm pour chaque cordon. En utilisant la mthode simplifie, la gorge minimale est : a w Mw 3 NSd = 6,44 mm. fu 2L

On retiendrait alors 6,5 mm ou 7 mm.

6,2. Exemple 2 Lapplication suivante est un exemple qui nentre pas prcisment dans le domaine des assemblages qui ont t traits prcdemment, car il sagit dun plat soud par deux cordons parallles sur une platine et soumis une force oblique provoquant un moment au droit des cordons de soudure. Un plat en acier S235 dpaisseur 16 mm supporte un effort de 25 000 daN comme indiqu sur la figure 12. Il sagit de dimensionner la gorge des cordons de soudure. Pour lacier choisi, nous avons : fy = 23,5 daN/mm2 fu = 34 daN/mm2 et : w = 0,8 Mw = 1,25


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ASS-EC3 1-99

retour dextrmit

120 mm h = 240 mm FSd = 25000 daN = 45

16

b = 150 mm

e = 16 mm

Fig. 12

Considrons la section transversale du plat au droit des cordons de soudure. Cette section est soumise : un effort axial de traction un effort tranchant un moment flchissant Nt.Sd = 17 678 daN, composante horizontale de leffort, VSd = 17 678 daN, composante verticale de leffort, MSd = b VSd = 2 651,70 daN.m

Dans lhypothse dune rpartition lastique des contraintes au droit de la soudure, nous pouvons calculer : la contrainte normale sur la fibre extrme tendue : 2 651 700 17 678 Nt.Sd MSd = + = + = 21,87 daN/mm2 16 2402/6 240 16 A l/v la contrainte moyenne de cisaillement : 17 678 VSd = = = 4,60 daN/mm2 240 16 A Au niveau de la fibre extrme tendue, leffort perpendiculaire laxe de la soudure par unit de longueur, reprendre par chaque cordon de soudure est : e / 2 = 21,87 16 / 2 = 174,96 daN/mm Dans le plan de la gorge du cordon de soudure nous avons : une contrainte normale au plan de la gorge , telle que : a = 174,96 sin (45) = 123,72 daN/mm une contrainte de cisaillement perpendiculaire laxe du cordon , telle que : a = 174,96 cos (45) = 123,72 daN/mm


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ASS-EC3 1-99 une contrainte de cisaillement parallle laxe du cordon //, telle que : a // = 4,60 x 16 / 2 = 36,83 daN/mm En appliquant le critre de rsistance de lAnnexe M de lEurocode 3, on obtient la condition : 1 a 123,722 +3 (123,722 + 36,83)2 34 0,8 1,25a 45

Nous pouvons en dduire : a

7,53 mm.

Nous pouvons retenir : a = 8 mm.Fig. 13

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Application de la mthode de vrification du paragraphe 6.6.5.3 de lEurocode 3 Cette mthode simplifie ne ncessite pas deffectuer la dcomposition de leffort dans le plan de la gorge du cordon de soudure. Nous avons toutefois reprendre par cordon : un effort perpendiculaire au cordon de 174,96 daN/mm, un effort parallle au cordon de 36,83 daN/mm, La rsultante de ces efforts est : 178,79 daN/mm. Le critre de rsistance du paragraphe 6.6.5.3 de lEurocode 3 exige que : 178,79 a 34 / 3 0,8 1,25

Il en rsulte : a 9,31 mm. Nous pourrions retenir 9 mm connaissant le caractre scuritaire de la mthode.

7. RFRENCES

[1]

EC3-DAN Eurocode 3 Calcul des structures en acier et Document dApplication Nationale Partie 1-1 : Rgles gnrales et rgles pour les btiments. Indice de classement AFNOR : P 22-311. Clarke A. Msc Thesis. University of London September 1971. Norme franaise NF P 22-470 : Assemblages souds Dispositions constructives et justification des soudures. AFNOR Aot 1989. Calcul des assemblages en acier souds larc sollicits statiquement. Le soudage dans le monde. Vol. 14 N 5/6. Revue de lInstitut International de la Soudure (IIS). 1976.

[2] [3] [4]


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ASS-EC3 1-99[5] [6] [7] [8] [9] European recommendations for steel constructions. Convention Europenne de la Construction Mtallique (CECM). Publication n 23 1977. Rgles CM 66 : Rgles de calcul des constructions en acier. ditions Eyrolles. Dcembre 1966. Norme franaise NF EN 10025 (indice de classement : A 35-501). Produits lamins chaud en aciers de construction non allis. AFNOR. Dcembre 1993. Norme franaise NF EN 10113 (indice de classement : A 35-505). Produits lamins chaud en aciers de construction soudables grains fins. AFNOR. Juin 1993. Annexe D [normative] Utilisation des nuances dacier S 460 et S 420. XP ENV 19931-1/A1. Annexe lEurocode 3 paratre.

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Documents

Resistance Soudures