7.assemblages 3b1d3f

CONSTRUCTION METALLIQUE

TOME V

DIMSONNEMENT DES ASSEMBLAGES (BOULONS & SOUDURES) LY Hav

Novembre 2007©

2

Dimensionnement des assemblages

TABLE DES MATIERES 1.

Généralité ................................................................................................................................. 6 1.1.

Rôles des assemblages ................................................................................................................... 6

1.2.

Fonctionnement des assemblages ................................................................................................... 7

1.3.

Précautions constructives ............................................................................................................... 8

1.4.

Classification des assemblages : ................................................................................................... 10

1.4.1.

1.4.1.1.

Assemblages désignés comme articulations .................................................................. 10

1.4.1.2.

Assemblages rigides ..................................................................................................... 10

1.4.1.3.

Assemblages semi-rigides ............................................................................................. 10

1.4.2.

2.

Classification par rigidité...................................................................................................... 10

Classification par résistance.................................................................................................. 10

1.4.2.1.

Assemblages de type articulé ....................................................................................... 10

1.4.2.2.

Assemblages à résistance complète ............................................................................... 11

1.4.2.3.

Assemblages à résistance partielle ................................................................................ 11

Soudures................................................................................................................................. 13 2.1.

Introduction ................................................................................................................................. 13

2.2.

Prédimensionnement .................................................................................................................... 14

2.2.1.

Sécurité structurale ............................................................................................................... 14

2.2.2.

Résistance à la fatigue .......................................................................................................... 14

2.2.3.

Rupture fragile ..................................................................................................................... 14

2.2.4.

Assurance de qualité............................................................................................................. 15

2.3.

ts soudés ................................................................................................................................ 16

2.3.1.

Procédés de soudage............................................................................................................. 16

2.3.2.

Types de ts et symboles .................................................................................................. 18

2.3.3.

Déformations et contraintes résiduelles ................................................................................. 20

2.3.4.

Anomalies ............................................................................................................................ 21

2.3.5.

Contrôle de qualité ............................................................................................................... 21

2.3.6.

Dispositions pratiques de construction .................................................................................. 22

2.4.

Résistance des ts soudés ......................................................................................................... 23

2.4.1.

Soudures complètement pénétrées ........................................................................................ 23

2.4.2.

Cordons d’angle ................................................................................................................... 24

Construction Métallique

LY Hav

Boulons et Soudures

3

Exemple 2.1 Cordon d’angle cisaillé ................................................................................................ 27 Exemple 2.2 Soudures sollicitées en traction .................................................................................... 28 2.4.3. 2.5.

3.

Sollicitations composées....................................................................................................... 29

Annexe ........................................................................................................................................ 29

Boulons .................................................................................................................................. 30 3.1.

Introduction ................................................................................................................................. 30

3.2.

Principe de dimensionnement ....................................................................................................... 31

3.2.1.

Sécurité structurale ............................................................................................................... 31

3.2.2.

Aptitude au service ............................................................................................................... 31

3.2.3.

Résistance à la fatigue .......................................................................................................... 32

3.2.4.

Assurance de qualité............................................................................................................. 32

3.3.

Boulons et rivets .......................................................................................................................... 32

3.3.1.

Types et symboles ................................................................................................................ 32

3.3.2.

Mise en place ....................................................................................................................... 35

3.3.3.

Dispositions pratiques de construction .................................................................................. 37

Exemple 3.1 Dispositions pratiques de construction ......................................................................... 39 3.4.

Résistance des boulons ................................................................................................................. 40

3.4.1.

Modes de transmission des forces ......................................................................................... 40

3.4.2.

Résistance à un effort de cisaillement ................................................................................... 40

3.4.3.

Résistance à un effort de traction .......................................................................................... 42

3.4.4.

Résistance à une intéraction entre cisaillement et traction ..................................................... 43

Exemple 3.2 Interaction entre traction et cisaillement ....................................................................... 44 3.5.

Résistance des pièces assemblées ................................................................................................. 44

3.5.1.

Pression latérale ................................................................................................................... 45

3.5.2.

Sections brutes ..................................................................................................................... 47

3.5.3.

Sections affaiblies ................................................................................................................ 48

Vérification d’un assemblage boulonné ........................................................................................ 49

3.6.

3.6.1.

Principes .............................................................................................................................. 49

Exemple 3.3 Vérification de l’assemblage d’un tirant ....................................................................... 51 3.6.2.

Effet de la longueur d’assemblage ........................................................................................ 53

3.6.3.

Effet de la dimension des trous ............................................................................................. 53

3.7.

LY Hav

Vérification d’un assemblage précontraint .................................................................................... 54


4

Dimensionnement des assemblages 3.7.1.

Principes .............................................................................................................................. 54

3.7.2.

Résistance aux glissements ................................................................................................... 57

3.7.3.

Force de précontrainte .......................................................................................................... 57

Exemple 3.4 Assemblage avec boulons précontraints résistant au glissement ................................... 58 3.7.4.

Comportement sous un effort de traction .............................................................................. 60

3.7.5.

Effet de la fatigue ................................................................................................................. 62

3.7.6.

Effet de levier....................................................................................................................... 63

3.7.7.

Intéraction entre cisaillement et traction................................................................................ 64

Exemple 3.5 Attache d’une diagonale .............................................................................................. 65 3.8.

4.

Annexe ........................................................................................................................................ 67

Assemblages........................................................................................................................... 68 4.1.

Introduction ................................................................................................................................. 68

4.2.

Principes de dimenionnemnt ........................................................................................................ 69

4.2.1.

Rigidité ................................................................................................................................ 69

4.2.2.

Résistance ............................................................................................................................ 70

4.2.3.

Capacité de rotation .............................................................................................................. 70

4.3.

Transmission d’un effort tranchant ............................................................................................... 71

4.3.1.

Conception et modélisation .................................................................................................. 71

4.3.2.

Couvre-t d’âme boulonné ............................................................................................... 72

4.3.3.

Couvre-t d’âme soudé et boulonné.................................................................................. 74

4.3.4.

Attache par cornières ............................................................................................................ 75

4.4.

Transmission d’un moment de flexion .......................................................................................... 76

4.4.1.

Conception et modèlisation .................................................................................................. 76

4.4.2.

Couvre-ts boulonnés ....................................................................................................... 77

4.4.3.

Plaques frontales .................................................................................................................. 79

4.4.4.

Liaison entiètrement soudée ................................................................................................. 80

4.5.

Intération d’efforts ....................................................................................................................... 80

4.5.1.

t de poutre ...................................................................................................................... 80

4.5.2.

Liaison de poutre-colonne .................................................................................................... 81

4.6.

Exemples numériques .................................................................................................................. 82 Exemple 4.1 Liaison poutre-poteau avec double cornière ................................................................. 83 Exemple 4.2 Liaison poutre-poteau avec plaque frontale .................................................................. 87


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Boulons et Soudures

5

Exemple 4.3 t de poutre avec couvre-ts ................................................................................ 90

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ........................................................................................ 94 ANNEXE A: EUROCODE 3 (EN 1993-1-10: 2005). Calcul des structures en acier – Part 1.10: Choix des qualités d’acier [11]....................................................................................................... 95 ANNEXE B: EUROCODE 3 (EN 1993-1-9: 2005). Calcul des structures en acier – Part 1.9: Fatigue [10]................................................................................................................................................ 96 ANNEXE C: Welding Processes [8] .............................................................................................. 97 ANNEXE D: Principles of Welding [8] ......................................................................................... 98 ANNEXE E: Caractéristiques du matériau des moyens d’assemblage [1] ...................................... 99 ANNEXE F: Organes d’assemblage et accessoires [9] ................................................................. 102 Boulon non précontraints NF E 25-100, NF E 25-400 ............................................................................ 103 Boulon précontraints NF E 27-701, NF E 27-702, NF E 27-711............................................................. 112

ANNEXE G: Expressions de la résistance ................................................................................... 122 Expressions de la résistance locale de la platine ..................................................................................... 123 Boulons extérieurs E.......................................................................................................................... 123 Boulons centraux C ........................................................................................................................... 123 Boulons d'angle intérieurs AE ou AO................................................................................................... 124 Résistance de l’assemblage à la flexion.................................................................................................. 124 Comportement d’ensemble de l’assemblage ....................................................................................... 124 Position de la résultante des compressions ......................................................................................... 125 Moment résistant de l’assemblage...................................................................................................... 125 Prédimensionnement ......................................................................................................................... 125

ANNEXE H: Bolts and Nuts ....................................................................................................... 128 ANNEXE I: Net Price List .......................................................................................................... 129

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6


1. 1.1.

GÉNÉRALITÉ

ROLES DES ASSEMBLAGES

Un assemblage est un dispositif qui permet de réunir et de solidariser plusieurs pièces entre elles, en assurant la transmission et la répartition des diverses sollicitations entre les pièces, sans générer de sollicitations parasites notamment de torsions. Pour réaliser une structure métallique, on dispose de pièces individuelles, qu’il convient d’assembler : Soit bout à bout (éclissage, raboutage),

Soit concourantes 

attaches poutre/poteau



treillis et systèmes réticulés


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Boulons et Soudures

7

Pour conduire les calculs selon les schémas classiques de la résistance des matériaux, il y a lieu de distinguer, parmi les assemblages : Les assemblages articulés, qui transmettent uniquement les efforts normaux et tranchants, Les assemblages rigides, qui transmettent en outre les divers moments. La dichotomie est en fait simplification pour mener les calculs, car, en réalité, les assemblages ont un comportement intermédiaire (semi-articulés, semi-encastrés, semi-rigidités). Les articulations, réalisées par boulonnage, n’ont pas l’apparence d’articulations classiques. Le critère caractéristique réside en fait dans la flexibilité à proximité du nœud. 1.2.

FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGES

Les principaux modes d’assemblage sont : Le rivetage Le boulonnage Le soudage Le collage qui correspondent à deux types de fonctionnement distincts : obstacles et/ou adhérence.  Fonctionnement par obstacle : C’est le cas des boulons ordinaires, non précontraints, dont les tiges reprennent les efforts et fonctionnement en cisaillement.  Fonctionnement par adhérence : Dans ce cas, la transmission des efforts s’opère par adhérence des surfaces des pièces en . Cela concerne le soudage, le collage, le boulonnage par boulons HR.  Fonctionnement mixte : C’est le cas du rivetage (et dans les cas extrêmes, du boulonnage HR), à savoir que rivets assurent la transmission des efforts par adhérence des pièces jusqu’à une certaine limite, qui lorsqu’elle est déée, fait intervenir les rivets par obstacle, au cisaillement.

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8

Dimensionnement des assemblages 1.3.

PRECAUTIONS CONSTRUCTIVES

Les assemblages constituent des zones particulières plus fragiles que les zones courantes des pièces, car les sections sont réduites du fait des perçages ou la nature de l’acier affaiblie par la chauffe du soudage. En outre, les assemblages sont soumis à des sollicitations qui peuvent s’inverser et les contraintes peuvent changer de sens (une poutre de charpente peut fléchir dans le sens positif sous charge de neige et dans le sens négatif sous soulèvement par le vent). C’est pourquoi il faut être particulièrement vigilant dans la conception et le calcul des assemblages, afin de se prémunir contre tout risque de rupture brutale. Les assemblages peuvent être considérés comme autant de « talons d’Achille » dans une structure, et les Anciens ont coutume de dire qu’une charpente sous-dimensionnée, mais correctement assemblée, est préférable à une charpente correctement dimensionnée, mais mal assemblée. Dans le premier cas, la réserve de plasticité autorisera l’apparition de grandes déformations, qui préviendront du risque possible. En revanche, dans le second cas, aucune déformation prémonitoire ne sera observable avant rupture brutale. Mais un bon dimensionnement n’est pas suffisant, si la conception n’est pas correcte. Il faut assurer, au travers de l’assemblage, la transmission parfaite des forces, afin de ne pas créer d’efforts ou de moments secondaires parasites. Pour cela, quelques précautions élémentaires sont à prendre : Il faut proscrire tout assemblage par recouvrement simple (figure 1 suivant) et utiliser un assemblage symétrique par double couvre-t (figure 2 suivant).

Figure 1.1 Recouvrement simple

Figure 1.2 Recouvrement double En effet, dans le cas de la figure 1, la dissymétrie crée un moment de flexion parasite et l’assemblage se déforme, comme le montre la figure 3.

Figure 1.3 Effet dissymétrie Construction Métallique

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Boulons et Soudures

9

Il faut par ailleurs s’assurer que les axes neutres des barres soient concourants aux nœuds des treillis dans les systèmes réticulés. Ce n’est pas souvent le cas pour les réalisés en cornières, du fait de la non-superposition des axes neutres et des axes de trusquinage. Il convient alors de prendre en compte les majorations des contraintes engendrées par les moments secondaires Dans le cas de la figure 4, le moment secondaire vaut : M=(F2-F1).d.

Figure 1.4 Moment parasite Nous allons examiner successivement : Les assemblages par boulons ordinaires, Les assemblages par boulons précontraints, Les assemblages par soudures. Nous délaisserons : Les assemblages par rivets, pratiquement abandonnés de nos jours, du fait des difficultés inhérentes à leur mise en œuvre (particulièrement sur chantiers). Le rivetage reste cependant très utilisé pour assembler les tôles fines, les bardages, mais il s’agit dans ces cas de petits rivets « pop », scellés pneumatiquement, qui ne relèvent pas, à proprement parler, de la construction métallique ; Les assemblages par collage, peu utilisés, car il s’agit d’une technique non encore réglementée, qui exige une préparation des surfaces particulièrement méticuleuse, sans laquelle les colles (résines de synthèse), bien qu’extrêmement performantes, ne peuvent garantir la cohésion suffisante des assemblages.

LY Hav


10


CLASSIFICATION DES ASSEMBLAGES

Les assemblages peuvent être classés en fonction de : -

leur rigidité

-

leur résistance 1.4.1. CLASSIFICATION PAR RIGIDITE

1.4.1.1.

ASSEMBLAGES DESIGNES COMME ARTICULATIONS

Un assemblage peut être considéré comme articulé s’il ne peut développer des moments significatifs qui seraient susceptibles d’exercer une influence défavorable sur les éléments de la structure. Les assemblages de type articulé doivent être capables de transmettre les efforts calculés lors de leur conception ainsi que d’accepter les rotations qui en résultent. 1.4.1.2.

ASSEMBLAGES RIGIDES

Un assemblage peut être considéré comme rigide si la déformation n’a pas d’influence significative sur la répartition des efforts et des moments dans la structure, ni sur la déformation d’assemblage de celle-ci. Les déformations des assemblages rigides ne doivent pas conduire à une réduction de la résistance de la structure supérieure à 5%. Les assemblages rigides doivent être capables de transmettre les efforts et moments calculés lors de leur dimensionnement. 1.4.1.3.

ASSEMBLAGES SEMI-RIGIDES

Les assemblages qui ne satisfont pas aux critères concernant les assemblages rigides ou les assemblages articulés seront classés comme des assemblages semi-rigides. Les assemblages semi-rigides doivent permettre de prévoir le niveau d’interaction entre les éléments structuraux, en se basant sur les caractéristiques moment-rotation des nœuds. Ils doivent également être aptes à transmettre les efforts et moments calculés lors de leur conception. 1.4.2. CLASSIFICATION PAR RESISTANCE 1.4.2.1.

ASSEMBLAGES DE TYPE ARTICULE

Un assemblage de type articulé doit être à même de transmettre les efforts calculés sans développer des moments significatifs qui pourraient d’exercer une influence défavorable sur les éléments de la structure. La capacité de rotation d’un assemblage de type articulé doit être suffisante pour permettre la formation de toutes les rotules plastiques nécessaires sous les charges de calcul.


LY Hav

Boulons et Soudures 1.4.2.2.

11

ASSEMBLAGES A RESISTANCE COMPLETE

On peut considérer qu’un assemblage à résistance complète si sa résistance de calcul est au moins égale à la plus grande des résistances des éléments structuraux connectés. Si la capacité de rotation d’un assemblage à résistance complète est limitée, les effets d’un déement éventuel de cette résistance doivent être pris en compte. Si la résistance de calcul d’un assemblage est égale à au moins 1,2 fois la résistance plastique de calcul de l’élément structural, il n’est pas nécessaire de vérifier la capacité de rotation. La rigidité de l’assemblage doit être telle qu’aucune des capacités de rotation des rotules plastiques nécessaires ne soit déée sous les charges de calcul. 1.4.2.3.

ASSEMBLAGES A RESISTANCE PARTIELLE

La résistance d’un assemblage à résistance partielle est par définition inférieure à celle de l’élément structural assemblé. La capacité de rotation d’un assemblage à résistance partielle au droit duquel se forme une rotule plastique doit être suffisante pour permettre le développement de toutes les rotules plastiques nécessaires sous les charges de calcul. La capacité de rotation d’un assemblage peut être démontrée expérimentalement. Cette démonstration expérimentale n’est pas requise lorsque l’on utilise des dispositions constructives dont la pratique a démontré qu’elles avaient les propriétés adéquates. La rigidité d’un assemblage à résistance partielle doit être telle qu’aucune des capacités de rotation des rotules plastiques nécessaires ne soit déée sous les charges de calcul. La figure montre l’intérêt des assemblages semi-rigides (moments en travée et moments sur appuis égaux).

Fig 1.5. Diagrammes de moment fléchissant avec divers modes de liaison LY Hav


12


Fig 1.6. Fonctionnement d’une traverse avec des liaisons semi-rigides


LY Hav

13

Boulons et Soudures

2. 2.1.

SOUDURES INTRODUCTION

2

3 4

2 2

2

LY Hav


14


PREDIMENSIONNEMENT

2.2.1. SECURITE STRUCTURALE

2

2 4

2

2 2 2

2.2.2. RESISTANCE A LA FATIGUE

2.2.3. RUPTURE FRAGILE


LY Hav

Boulons et Soudures

2.2.4. ASSURANCE DE QUALITE

2

LY Hav


15

16


2.3.

TS SOUDES

2.3.1. PROCEDES DE SOUDAGE


LY Hav

17

Boulons et Soudures

2

2

2

Manual Arc Welding (MAW)

LY Hav

Metal Active Gas Welding (MAG)


18

Dimensionnement des assemblages 2.3.2. TYPES DE TS ET SYMBOLES 2

2

2

2


LY Hav

19

Boulons et Soudures

2

2

2

2 2 2

2

LY Hav


20

Dimensionnement des assemblages 2.3.3. DEFORMATIONS ET CONTRAINTES RESIDUELLES

2

2

2 2

2


LY Hav

Boulons et Soudures 2.3.4. ANOMALIES 2

2

2.3.5. CONTROLE DE QUALITE 2

LY Hav


21

22

Dimensionnement des assemblages 2

2.3.6. DISPOSITIONS PRATIQUES DE CONSTRUCTION

2

2

2

2 2 2

2


LY Hav

Boulons et Soudures

23

2

Pour les informations plus détaillées sur le choix de l’acier, veuillez voir l’annexe A (EC3 partie 1-10).

2.4.

RESISTANCE DES TS SOUDES

2.4.1. SOUDURES COMPLETEMENT PENETREES

LY Hav


24

Dimensionnement des assemblages 2.4.2. CORDONS D’ANGLE 2

2

2

2

2 2 2

2


LY Hav

25

Boulons et Soudures

2

2 2

2

2 2

2

2

2 2

LY Hav


2

26


2


LY Hav

27

Boulons et Soudures EXEMPLE 2.1 CORDON D’ANGLE CISAILLE 2

2

2

2

2

LY Hav


2

28

Dimensionnement des assemblages EXEMPLE 2.2 SOUDURES SOLLICITEES EN TRACTION 2

2

2


LY Hav

29

Boulons et Soudures 2.4.3. SOLLICITATIONS COMPOSEES 2

2

2

2.5.

ANNEXE

2 2

2

2

LY Hav


30


3. 3.1.

BOULONS INTRODUCTION

3 3

3 3

2 3

3 3 3 3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

3 3


3 3

3 3

3 3

LY Hav

31

Boulons et Soudures 3 3 3 3

3 3

3 3

3 3

3.2.

3 3

PRINCIPE DE DIMENSIONNEMENT 3.2.1. SECURITE STRUCTURALE

3 3

3.2.2. APTITUDE AU SERVICE

3 3 3 3 2 3

LY Hav


32

Dimensionnement des assemblages 3.2.3. RESISTANCE A LA FATIGUE

3 3

3 3

3.2.4. ASSURANCE DE QUALITE

3 3

3.3.

BOULONS ET RIVETS

3.3.1. TYPES ET SYMBOLES 3 3

3 3


LY Hav

33

Boulons et Soudures

3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

LY Hav


34

Dimensionnement des assemblages 3 3

3 3

3 3

NB : M30 : As= 561mm2 ; M33 : As= 694mm2 ; M36 : As= 817mm2


LY Hav

Boulons et Soudures

3

3 3

3 3

3.3.2. MISE EN PLACE

LY Hav


35

36


3 3

3 3 3 3

3 3


LY Hav

Boulons et Soudures

3 3

3 3

3 3

3.3.3. DISPOSITIONS PRATIQUES DE CONSTRUCTION

LY Hav


37

38


3 3

3 3

3 3

3 3

3 3


LY Hav

39

Boulons et Soudures 3 3

EXEMPLE 3.1 DISPOSITIONS PRATIQUES DE CONSTRUCTION

3 3

3 3

3 3

LY Hav


40


RESISTANCE DES BOULONS

3.4.1. MODES DE TRANSMISSION DES FORCES 3 3

3 3

3 3

3 3

3.4.2. RESISTANCE A UN EFFORT DE CISAILLEMENT

3 3


LY Hav

41

Boulons et Soudures

3 3

3 3

3 3 3 3

3 3

3 3

3 3 3 3 3 3

3 3

3 3

LY Hav


42


3 3 3 3 3 3

3.4.3. RESISTANCE A UN EFFORT DE TRACTION

3 3

3 3 3 3

3 3 3 3


LY Hav

43

Boulons et Soudures

3 3

3 3

3 3 3 3

3 3

3.4.4. RESISTANCE A UNE INTERACTION ENTRE CISAILLEMENT ET TRACTION 3 3

3 3 3 3

(3.7)

(3.8)

3

3 3 3 3 3 3

3 3

LY Hav


44


EXEMPLE 3.2 INTERACTION ENTRE TRACTION ET CISAILLEMENT

3.5.

RESISTANCE DES PIECES ASSEMBLEES

3 3

3 3 3 3 3 3

3 3


LY Hav

Boulons et Soudures

3 3

3.5.1. PRESSION LATERALE 3 3

3 3

3 3

3 3

LY Hav


45

46


3 3

3 3

3 3

3 3 3 3 3 3 3 3

3 3

3 3


LY Hav

47

Boulons et Soudures 3.5.2. SECTIONS BRUTES

3 3

3 3 n 1

Anet

t (b n.d 0 i 1

si2 ) 4 pi

si entraxe de 2 boulons parallèle à la direction de la force pi entraxe de 2 boulons perpendiculaire à la direction des force

3 3

3 3 3 3

LY Hav


48

Dimensionnement des assemblages 3.5.3. SECTIONS AFFAIBLIES

3 3 3 3

3 3 3 3

3 3

3 3 3 3


LY Hav

49

Boulons et Soudures

3 3 3 3

3 3

3 3

3 3

3.6.

VERIFICATION D’UN ASSEMBLAGE BOULONNE 3.6.1. PRINCIPES 3 3

3 3

3 3

3 3

LY Hav

3 3 3 3


3 3

50


3 3

3 3 3 3 4 3

3 3

4 3


LY Hav

51

Boulons et Soudures EXEMPLE 3.3 VERIFICATION DE L’ASSEMBLAGE D’UN TIRANT 3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

LY Hav


52



LY Hav

53

Boulons et Soudures 3.6.2. EFFET DE LA LONGUEUR D’ASSEMBLAGE

3 3

3 3

3 3

3.6.3. EFFET DE LA DIMENSION DES TROUS

3 3 3 3

LY Hav


3 3

54


3 3

3 3

3 3

3.7.

VERIFICATION D’UN ASSEMBLAGE PRECONTRAINT 3.7.1. PRINCIPES

3 3

3 3


LY Hav

55

Boulons et Soudures

3 3

3 3

3 3

3 3

LY Hav


56


3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

3 3

3 3 3 3

3 3


3 3

LY Hav

57

Boulons et Soudures 3.7.2. RESISTANCE AUX GLISSEMENTS 3 3

3 3

3 3

3 3

3.7.3. FORCE DE PRECONTRAINTE 3 3

3 3

3 3

LY Hav


58


EXEMPLE 3.4 ASSEMBLAGE AVEC BOULONS PRECONTRAINTS RESISTANT AU GLISSEMENT 3 3

3 3

3 3

3 3


LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


59

60

Dimensionnement des assemblages 3.7.4. COMPORTEMENT SOUS UN EFFORT DE TRACTION

3 3

3 3

3 3 3 3 3 3 3 3

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3


LY Hav

61

Boulons et Soudures 3 3

3 3

3 3

3 3 3 3

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

3 3 3 3

3 3

3 3 3 3 3 3

3 3

LY Hav

3 3


62

Dimensionnement des assemblages 3 3 3 3

3 3

3 3 3 3 3 3

3.7.5. EFFET DE LA FATIGUE

3 3

3 3


LY Hav

63

Boulons et Soudures

3 3

3.7.6. EFFET DE LEVIER

3 3

3 3

3 3 3 3

3 3

LY Hav


64


4 3

3.7.7. INTERACTION ENTRE CISAILLEMENT ET TRACTION

3 3 3 3 3 3

3 3

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

3 3

3 3


LY Hav

Boulons et Soudures EXEMPLE 3.5 ATTACHE D’UNE DIAGONALE 3 3

3 3

LY Hav


65

66


3 3

3 3

3 3

3 3


LY Hav

Boulons et Soudures 3.8.

ANNEXE

3 3 3 3 3 3 3 3

3 3

3 33 3 3 33 3 3 3

LY Hav


67

68


4. 4.1.

ASSEMBLAGES INTRODUCTION

3 3

2 3

4 3

dans l’autre tome

4 3

4 3 4 3 4 3 4 43 3

4 3

4 3


LY Hav

69


PRINCIPES DE DIMENIONNEMNT 2 3

3 3

4 3

4 3

4.2.1. RIGIDITE 4 3

LY Hav


4 3

70

Dimensionnement des assemblages 4.2.2. RESISTANCE

2

3 3 3

4.2.3. CAPACITE DE ROTATION


LY Hav


TRANSMISSION D’UN EFFORT TRANCHANT 4.3.1. CONCEPTION ET MODELISATION

4 3

4 3

4 3

4 3

4 34 3

4 3

LY Hav


71

72


4 3

4 3

4 3

4 3

4 3

4 3

4 3

4.3.2. COUVRE-T D’AME BOULONNE 4 3

4 3


LY Hav

73

Boulons et Soudures

4 3

4 3

4 3

4 3 4 3

4 3

4 3

LY Hav


74


4 3

4 3

4 3

4 3

4.3.3. COUVRE-T D’AME SOUDE ET BOULONNE 4 3

4 3


LY Hav

75

Boulons et Soudures

4 3

4.3.4. ATTACHE PAR CORNIERES 4 3

4 3

4 3

4 3

LY Hav


76


4 3

4 3

4 3

4 3

4 3

4 3

4 3

4.4.

TRANSMISSION D’UN MOMENT DE FLEXION 4.4.1. CONCEPTION ET MODELISATION

4 3

4 3

4 3 4 3

4 3

4 3

4 3

4 3


LY Hav

77

Boulons et Soudures

4 3

4 3 4 3

4 3 4 3

4 3 4 3 4 3

4.4.2. COUVRE-TS BOULONNES 4 43 3

LY Hav


78


4 3 4 3

4 3 4 3

3 3

3 3

4 3 4 3

4 3


LY Hav

79

Boulons et Soudures 4 3 4 3

3 3

3 3

4 3

4.4.3. PLAQUES FRONTALES 4 3

4 3

3 3

4 3 4 3

LY Hav

3 3

4 3


80


4.4.4. LIAISON ENTIETREMENT SOUDEE

4 3 4 3

4 3

2 3

4 3

4.5.

INTERATION D’EFFORTS

4.5.1. T DE POUTRE 4 3 4 3


4 3

4 3

LY Hav

81

Boulons et Soudures

4 3 4 3

4 3 4 3

4 3

4 3

4 3 4 3

4.5.2. LIAISON DE POUTRE-COLONNE

4 3 4 3

4 3

LY Hav


82


4 3

4.6.

EXEMPLES NUMERIQUES

4 3 4 3 4 3

2 3

3 3

3 3

3 3


LY Hav

83

Boulons et Soudures EXEMPLE 4.1 LIAISON POUTRE-POTEAU AVEC DOUBLE CORNIERE 4 3

4 3 4 3

4 3

4 3

LY Hav


84


4 3


LY Hav

Boulons et Soudures

4 3

LY Hav


85

86


4 3

2 3


2 3

LY Hav

Boulons et Soudures EXEMPLE 4.2 LIAISON POUTRE-POTEAU AVEC PLAQUE FRONTALE 4 3

4 3

LY Hav


87

88


2 3

2 3

3


4 3

LY Hav

89

Boulons et Soudures

3 4 3

4 3

LY Hav


90

Dimensionnement des assemblages EXEMPLE 4.3 T DE POUTRE AVEC COUVRE-TS 4 3


LY Hav

91

Boulons et Soudures

4 3

3

LY Hav


92


3

4 3

4 3

4 3


LY Hav

93

Boulons et Soudures

4 3

LY Hav


94


REFERENCES BIBLIOGRA PHIQUES

[1] M. A. HIRT et R. BEZ et A. NAUSSBAUMER – Construction Métallique. Notions fondamentales et méthodes de dimensionnement, Traité de Génie Civil de l’EPFL, Vol. 10, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2006. [2] J. BROZZETTI, M. A. HIRT et R. BEZ – Construction Métallique. Exemples numériques adaptés aux Eurocodes, Complément au Traité de Génie Civil de l’EPFL, Vol. 10, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 1994. [3] E. SCHMIT – Conception des ouvrages métalliques et mixtes (Tome 1), PUB, 2006-2007 [4] [CEN/TC250, 2005] CEN EUROCODE 3 (EN 1993-1-1 : 2005). Calcul des structures en acier – Partie 1.1 : Règles générales et règles pour les bâtiments, Bruxelles. [5] M. HIRT et M. CRISINEL – Charpentes Métalliques. Conception et dimensionnement des halles de bâtiments, Traité de Génie Civil de l’EPFL, Vol. 11, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2005. [6] J. MOREL – Calculs des Structures Métalliques selon Eurocode 3, Eyrolles, Paris, 2004 [7] APK –.Construction métallique et mixte acier-béton (Tomes 1), Eyrolles, Paris, 1996. [8] European steel design for educational program, Bruxelles, 2007 [9] C. HAZARD, F.LELONG et B.QUINZAIN –Structure métallique, Educalivre, Paris, 1997. [10] [CEN/TC250, 2005] CEN EUROCODE 3 (EN 1993-1-1 : 2005). Calcul des structures en acier – Partie 1.9 : Fatigue, Bruxelles. [11] [CEN/TC250, 2005] CEN EUROCODE 3 (EN 1993-1-1 : 2005). Calcul des structures en acier – Partie 1.10 : Choix des qualités d’acier, Bruxelles.


LY Hav

Boulons et Soudures

ANNEXE A:

E UROCODE 3 (EN 1993-1-10: 2005).

CALCUL DES STRUCTURES EN ACIER – PART 1.10: CHOIX DES QUALITÉS D’ACIER [11]

LY Hav


95

96


ANNEXE B:

E UROCODE 3 (EN 1993-1-9: 2005).

CALCUL DES STRUCTURES EN ACIER – PART 1.9: FATIGUE [10]


LY Hav

Boulons et Soudures

ANNEXE C:

LY Hav

W ELDING P ROCESSES [8]


97

98


ANNEXE D:

P RINCIPLES OF W ELDING [8]


LY Hav

Boulons et Soudures

ANNEXE E:

C ARACTÉRISTIQUES DU MATÉRIAU DES MOYENS D’ASSEMBLAGE [1]

LY Hav

99


100


E1 3

E1 3

E1 3

E 3

3 3

E 3 3 3

E2 E2 3

E 3


LY Hav

Boulons et Soudures

E2 3

E 3

LY Hav


101

102


ANNEXE F :

O RGANES D’ A SSEMBLAGE ET A CCESSOIRES [9]


LY Hav

Boulons et Soudures

BOULON NON PRÉCONTRAINTS NF E 25-100, NF E 25-400

LY Hav


103

104



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


105

106



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


107

108



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


109

110



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


111

112

Dimensionnement des assemblages BOULON PRECONTRAINTS NF E 27-701, NF E 27-702, NF E 27-711


LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


113

114



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


115

116



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


117

118



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


119

120



LY Hav

Boulons et Soudures

LY Hav


121

122


ANNEXE G:

E XPRESSIONS DE LA RÉSISTANCE


LY Hav

123

Boulons et Soudures EXPRESSIONS DE LA RESISTANCE LOCALE DE LA PLATINE

Fig. 1. Assemblage avec plaque débordante e

:

épaisseur en mm de l’aile chargée

t

:

distance de l’axe du boulon à la face la plus proche de l’âme ou d’une semelle

c

:

distance de l’axe du boulon à l’origine du congé

a

:

distance entre axes des boulons mesurée parallèlement à l’âme

E

:

Distance entre axes des boulons mesurés perpendiculairement à l'âme

:

effort tranchant de calcul (N)

F

BOULONS EXTERIEURS E Ce sont les boulons situés à l'extérieur de la poutrelle, au-delà d'une des semelles. La présence de l'âme de la poutre et des boulons situés de l'autre côté de sa semelle assure un encastrement parfait de la platine à sa jonction avec la semelle de la poutre. On peut donc ettre comme résistance de calcul de la platine au droit de chacun des boulons E:

FE , Rd

3750 e

tE cE

(G.1)

E E

tE BOULONS CENTRAUX C

Ce sont les boulons situés de part et d'autre de l'âme, à l'exception de ceux qui sont immédiatement au voisinage des semelles. Pour résister aux efforts qu'ils transmettent, la platine offre un supplément de résistance dû à sa fixation sur les semelles de la poutre aux deux extrémités de chaque file de boulons. Mais comme les boulons intéressés sont déjà loin des semelles, ce supplément de résistance est très

LY Hav


124


faible et peut être négligé. On et donc comme résistance de calcul de la platine au droit de chacun des boulons C:

FE , Rd

3750 e

ta ca

(G.2)

a

ta

a

BOULONS D'ANGLE INTERIEURS AE OU AO Au droit de ces boulons situés dans l'angle constitué par l'âme et la semelle de la poutre, la platine est très fortement raidie par ses liaisons entre ces deux éléments. On peut additionner les résistances résultant de la proximité de chacun d'entre eux, telles que les expriment les formules précédentes, et même supprimer les termes réducteurs tenant compte de la distance entre boulons de chaque file. Si la platine est prolongée au-delà de la poutre et y est attachée par des boulons extérieurs E, on peut considérer que ses liaisons avec la semelle ainsi qu'avec l'âme constituent des encastrements parfaits. On et donc comme résistance de calcul de la platine au droit de ces boulons A E:

FAE , Rd

3750 e

ta ca

ts cs

(G.3)

Par contre, s'il n'y a pas de boulons extérieurs, les essais font apparaître une rotation de la platine autour de sa ligne de liaison avec la semelle de la poutre; sa raideur dans cette direction se trouve réduite et on peut estimer que la résistance qui lui est conférée par la proximité de la semelle est moitié moindre que dans le cas précédent. On prend donc au droit de ces boulons AO:

FAO , Rd

3750 e

ta ca

ts 2cs

(G.4)

RESISTANCE DE L’ASSEMBLAGE A LA FLEXION COMPORTEMENT D’ENSEMBLE DE L’ASSEMBLAGE Lorsque la poutre est soumise à un moment fléchissant au droit de l’assemblage (moment de continuité en cas de raboutage de poutres, moment d’encastrement en cas de liaison poutre-poteau), ce moment est équilibré par des compressions ayant une résultante située au voisinage de la membrure comprimée de la poutre et par des tractions se concentrant au droit des boulons voisins de la membrure tendue, mais aussi de la plupart des boulons répartis de part et de d’autre de l’âme. Il serait illusoire de vouloir appliquer l’hypothèse de Navier (Conservation des sections planes), non seulement au droit de l’assemblage en raison des déformations transversales de la platine, très inégales au droit des différents boulons, mais encore dans la poutre au voisinage de la platine, puisque la proximité des boulons engendre, dans l’âme comme dans la semelle tendue, des concentrations de contraintes de traction longitudinale pouvant atteindre la limite d’élasticité de l’acier. Pour que les soudures reliant la poutre à la platine ne constituent pas un point faible, il est judicieux de dimensionner les cordons de soudure pour qu’en tout point leur résistance soit égale à la résistance à la traction soit de l’âme, soit de la semelle.


LY Hav

Boulons et Soudures

125

POSITION DE LA RESULTANTE DES COMPRESSIONS Par mesure de simplification, nous ettons que les compressions provoquées par le moment maximum à considérer ont toujours leur résultante au niveau de la face intérieure de la semelle comprimée.

Fig. 2. Position de la résultante des compressions

MOMENT RESISTANT DE L’ASSEMBLAGE Pour tous les boulons, autres que les plus voisins de la semelle comprimée, on calcule la résistance locale de la platine par les formules données précédemment. Toutefois, on limite cette valeur : Soit à la traction de calcul ; Soit la moitié de la traction de calcul par la longueur d’âme attachée par un couple de boulons centraux, soit 0.5

fy

ea

a

(avec fy = limite d’élasticité de l’âme ; ea = épaisseur de l’âme ;

a

=

R

distance entre axes des boulons mesurée parallèlement à l’âme) ; Soit à la résistance locale (calculée suivant les mêmes principes) de l'autre plaque sur laquelle fixée la platine (par exemple, semelle d’un poteau). On et comme moment résistant de l’assemblage la somme des produits de la distance de chaque boulon à la face intérieure de la semelle comprimée par la résistance locale ainsi calculée (et éventuellement limitée). Compte tenu du mode de détermination des résistances locales de la platine, le moment ainsi calculé ne présente pas le moment résistant maximal de l’assemblage, mais un moment limité à l’apparition des grandes déformations.

PREDIMENSIONNEMENT La méthode de calcul du moment résistant préconisé est une méthode de vérification. Pour l’appliquer, il faut déjà avoir choisi l’épaisseur de la plaque, le diamètre et la qualité des boulons ainsi que leur nombre et leur disposition (trusquinage et piquetage). Des essais systématiques ont montré qu’il était commode de partir de valeurs approchées obtenues par la méthode suivante, basée sur la remarque que les boulons les plus sollicités sont toujours les boulons d’angle intérieur du côté tendu. On connaît le moment M que doit er l’assemblage. On choisit à priori le nombre de boulons n qu’on envisage de placer sur chaque file de part et d’autre de l’âme, entre les semelles.

LY Hav


126


Les deux boulons d’angle intérieur du côté tendu auront alors à résister à un moment M avec

9.2 n 8 4n

(I.5)

Si on peut disposer de boulons extérieurs, ou

38 n 20 10n

(I.6)

S’il n’y a pas de boulons extérieurs. En ettant pour ces boulons un bras de levier égal aux 90% de la distance entre faces intérieures des semelles, on obtient pour chacun un effort :

F

M 1.8(h 2es )

(I.7)

Ceci permet de choisir le diamètre des boulons à utiliser. Connaissant le diamètre du boulon et de ses rondelles d’appui, on peut fixer les positions exactes des axes des boulons, en remarquant qu’il y a intérêt à les placer aussi près que possible de l’âme et de la semelle, mais qu’il est nécessaire de laisser un jeu suffisant, pour être sûr que les rondelles porteront toujours sur une partie plane de part et d’autre de l’assemblage. Du côté poutre, il faut penser aux tolérances de laminage pour les poutrelles ou d’exécutions pour les poutres reconstituées, à la largeur des cordons de soudure, tolérances comprises. Si la platine doit être fixée sur un poteau, il ne faut pas oublier les congés de raccordement de l’âme à la semelle et les tolérances d’excentrement de l’âme. On détermine alors les distances de l’axe du boulon à la face la plus proche de l’âme de la poutre ta et au bord du cordon correspondant ca, ainsi que les distances homologues ts et cs à la face la plus proche de la semelle. Si l’effort F à er est exprimé en N, on obtient alors une valeur minimale (en mm) de l’épaisseur de la platine par les expressions suivantes tirées des formules précédentes :

e

F t 3750 a ca

(I.8)

ts cs

S’il est prévu des boulons extérieurs, ou :

e 3750

F ta ca

(I.9)

ts 2cs

S’il n’y a pas des boulons extérieurs. Il est alors possible de faire la vérification suivant les formules précédentes et éventuellement les corrections nécessaires. En particulier, lorsque la résistance locale de la platine au droit des boulons centraux est limitée par la résistance de l’âme (boulons très serrés de part et de d’autre d’une âme mince), la part du moment prise par les boulons d’angle intérieur peut être supérieure à la valeur M donnée cidessus.


LY Hav

Boulons et Soudures

127

On peut également constater que la présence de boulons extérieurs est très avantageuse dès que l’assemblage doit er des moments importants. NB1 : On pourra tenir compte de raidisseurs reliant la platine à l’élément assemblé ; les boulons voisins pourront être considérés comme boulons d’angle, à condition que les raidisseurs soient suffisamment résistants et suffisamment attachés pour pouvoir er la part d’effort qui leur revient dans le calcul de la résistance locale de platine. NB2 : Le moment résistant calculé reste toujours au-dessous du moment maximal que pourrait er l’assemblage. Il représente un état ultime précédent le début des grandes déformations. Le comportement d’un assemblage ainsi vérifié reste donc compatible avec le calcul classique des structures en phase élastique. Par contre, il serait dangereux d’utiliser sans précautions un tel assemblage dans une structure calculée en plasticité. Le développement d’une rotule plastique au droit de l’assemblage s’accompagnant de grandes déformations, il en résulterait, d’une part un effet de levier qui augmenterait rapidement les efforts dans les boulons, et d’autre part, une extension transversale des cordons de soudure. Les deux phénomènes entraîneraient des risques de rupture des boulons ou des cordons de soudure (que tous les expérimentateurs ont constaté en assez forte proportion dans leurs différents essais), à moins que l’assemblage soit très largement surdimensionné et que la rotule plastique se produise dans la poutre.

LY Hav


128


ANNEXE H:

B OLTS AND NUTS


LY Hav

Boulons et Soudures

ANNEXE I:

LY Hav

N ET PRICE LIST


129

7.assemblages 3b1d3f

Overview 4q3b3c

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