FRISCC Fire Resistance of Innovative and Slender Concrete Filled Tubular Composite Columns

Résistance au feu des poteaux mixtes en tube creux rempli de béton

INTRODUCTION

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INTRODUCTION

Avantages des poteaux mixtes en tube creux rempli de béton Coffrage inutile : béton coulé directement dans le tube en

acier Esthétique : formes de section variées

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INTRODUCTION

Comportement au feu de ce type de poteau mixte Contribution du tube non protégé négligeable Transfert des charges du tube vers le noyau en béton armé

Méthodes « simples » de vérification en situation d’incendie Eurocode 4 Partie 1-2

Valeurs tabulées Méthode générale

Annexe H Annexe Nationale

PCRB

Domaine d’application

Tout type de poteau mixte

Limitations Forme de section

Effet des contraintes

thermiques non spécifié

Charge excentrée

Forme de section Non applicable en

France Forme de section

Projet FRISCC

PROJET FRISCC

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INTRODUCTION

Projet FRISCC Fire Resistance of Innovative and Slender Concrete Filled Tubular

Composite Columns Projet FRCA

Juillet 2012 – juin 2015 Coordinateur Université de Valence (+ AIDICO) Partenaires Université de Hanovre

Université de Coimbra Imperial College of London Condesa CTICM

Sections circulaires, carrées, rectangulaires et elliptiques Essais au feu de poteaux Calibration d’un modèle éléments finis Etude paramétrique à l’aide du modèle calibré Proposition d’une méthode de calcul simplifiée

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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES

Données

Nombre d’essais 6 6 12 12

Section 193,7×8 273×10

150×8 220×10

250×150×10 350×150×10

220×110×12 320×160×12,5

Pourcentage d’armature

2,4 % ≤ ρ ≤ 5 % 2,5 % ≤ ρ ≤ 5,15 % 0 % ≤ ρ ≤ 2,7 % 0 % ≤ ρ ≤ 2,6 %

Longueur de flambement

3 m 3 m 3 m 2,1 et 3 m

Niveau de chargement

20 % 20 % 20 % 20 %

Excentricité relative de la charge

0 % ≤ ≤ 75 % 0 % ≤ ≤ 75 % 0 % ≤ ≤ 50 % 0 % ≤ ≤ 50 %

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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES

Dispositif expérimental Echauffement suivant la courbe de feu normalisée

Avant l’essai Après l’essai Ruine par flambement

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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES

Simulation des essais au feu de poteaux mixtes Modélisation bidimensionnelle par éléments finis Propriétés des matériaux : Eurocode 4 Partie 1-2 + mesures Couplage : transfert thermique + analyse mécanique

Thermique : Cast3M

Quart de section modélisé

Gradient sur la longueur du poteau

Mécanique : Sismef

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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES

Simulation des essais au feu de poteaux mixtes Évolution du déplacement vertical en tête de poteau

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ETUDE PARAMETRIQUE

Paramètres

Nombre de cas 2 × 4 400 2 × 4 400 2 × 8 340 2 × 4 000

Section 140×3 à 508×10

120×4 à 400×12

180×60×5 à 400×200×14,2

220×110×6,3 à 480×240×14,2

Pourcentage d’armature

0 % ≤ ρ ≤ 5 % 0 % ≤ ρ ≤ 5 % 0 % ≤ ρ ≤ 5 % 0 % ≤ ρ ≤ 5 %

Elancement réduit 0,2 ≤ ≤ 2 0,2 ≤ ≤ 2 0,2 ≤ ≤ 2 0,2 ≤ ≤ 2

Niveau de chargement

15 %≤ ηfi ≤ 70 % 15 %≤ ηfi ≤ 70 % 15 %≤ ηfi ≤ 70 % 15 %≤ ηfi ≤ 70 %

Excentricité relative de la charge

0 % ≤ ≤ 100 % 0 % ≤ ≤ 100 % 0 % ≤ ≤ 100 % 0 % ≤ ≤ 100 %

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ETUDE PARAMETRIQUE

Données d’entrée fixes Poteau bi-articulé : lθ = L Matériaux

Nuance d’acier o Tube en acier S355 o Barres d’armature en acier S500

Béton de remplissage o NC de classe C30/37 o Masse volumique 2300 kg/m3

o Granulats calcaires o Teneur en eau 4 % o Conductivité thermique Limite haute

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ETUDE PARAMETRIQUE

Résultats Températures

Fort gradient entre le tube et le noyau o Exemple : section elliptique 480×240×14,2

30 min de feu normalisé 60 min de feu normalisé

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ETUDE PARAMETRIQUE

Résultats Glissement en tête de poteau

Aucun effet en l’absence d’armature Favorable en présence d’armature (surtout pour les

poteaux élancés) o Ex : poteau à section circulaire 457×8 – ρ = 2,5 %

Déplacement vertical en tête de poteau Déplacement latéral à mi-hauteur de poteau

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METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE

Températures équivalentes Sommation des mailles de la section mixte

du modèle de transfert thermique

Résistance plastique équivalente

Rigidité efficace équivalente

Température équivalente

Tube en acier Aire = Aa, Inertie = Ia

θa,eq = max{θa,eq,1 ; θa,eq,2}

Noyau en béton Aire = Ac, Inertie = Ic

θc,eq = max{θc,eq,1 ; θc,eq,2}

Barres en acier Aire = As, Inertie = Is

θs,eq = max{θs,eq,1 ; θs,eq,2}

a

tube

yi

y

i

eq,1a, A

kA

k

,

,

a

tube

i ia

eq,2a,a I

kI

kE

E

,

,

c

béton

i ic

eq,2c,c I

kI

kE

E

,

,

c

béton

ci

c

i

eq,1c, A

kA

k

,

,

s

barres

i is

eq,2s,s I

kI

kE

E

,

,

s

barres

syi

sy

i

eq,1s, A

kA

k

,

,

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METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE

Résistance au flambement Résistance plastique de la section

Rigidité efficace

Élancement réduit

Résistance au flambement sous charge centrée

Résistance au flambement sous charge excentrée

Résistance au flambement sans glissement en tête de poteau (ρ > 0 %)

sysyscccyyaRdpl,fi, eqs,eqc,eqa,fkAfkAfkAN ,,,

ssscccaaaefffi, eqs,seqc,ceqa,aEkIEkIEkIEI EEE ,,,,,,

efffi,

Rpl,fi,

crfi,

Rpl,fi,

EI

N

N

N

Rdpl,fi,fiSLIPRd,fi, NN

b) (courbe

a) (courbe1fi

34,0%0

21,0%01

22

Rdfi,

froidRdb,

Rd,b,

Rd,fi, NN

NN

f(section, lθ, durée) 1,2 f(Am/V, durée, ρ)

overload

SLIPRd,fi,

NOSLIPRd,fi,

NN

f( lθ, B, δ) : ≥ 1,15

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METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE

Résistance au flambement : coefficient de réduction χfi FRISCC / MEF

Non sécuritaire

Non sécuritaire

Non sécuritaire

Non sécuritaire

Non sécuritaire

Non sécuritaire

Sécuritaire Sécuritaire

Sécuritaire Sécuritaire

Sécuritaire

Sécuritaire

CONCLUSION

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CONCLUSION

Méthode de calcul simplifiée proposée Sécuritaire Implémentée dans le logiciel FRISCC Renfort du noyau : barres d’armature uniquement Applicable aux sections doublement symétriques

Autres formes de section Modèles de calcul avancés Renfort alternatif : noyau en acier par exemple

Parc Technologique L’Orme des Merisiers

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