13 méthode graphique

72
Analyse d’une structure en treillis Utilisation d’une méthode graphique Conception de structures Automne 2012 R. Pleau École d’architecture, Université Laval

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Méthode graphique

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Page 1: 13 méthode graphique

Analyse d’unestructure en treillis

Utilisation d’une méthode graphique

Conception de structuresAutomne 2012

R. Pleau

École d’architecture, Université Laval

Page 2: 13 méthode graphique

2 22

2

2 2

2

2

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kNDans cette présentation, nous allons voir comment utiliser une méthode graphique pour calculer les efforts internes dans les membrures d’un treillis.

Pour les fins de la démonstration, nous analyserons la structure suivante:

2Analyse d’un treillis

Page 3: 13 méthode graphique

1ère étape

Calcul desréactions d’appui

3

Page 4: 13 méthode graphique

Faisons l’équilibre des forces sur la structure entière.ΣMa = 0 d’où:

- (20 kN x 2 m) - (30 kN x 6 m)- (10 kN x 8 m) + (40 kN x 2 m)+ (V2 x 8 m) + (H2 x 4 m) = 0

On trouve donc:8 V2 + 4 H2 = 220

En simplifiant on obtient:

2 V2 + H2 = 55

2 22

2

2 2

2

2

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

V1

H1

V2

H2

Diagramme de corps libre

a

Equation [1]

4Calcul des réactions d’appui

Page 5: 13 méthode graphique

Considérons maintenant uniquement la portion de la structure située à droite de la rotule et traçons son diagramme de corps libre. Sur ce diagramme, les forces H et V représentent les efforts internes qui sont générés dans la portion manquante de la structure.

2

30 kN 10 kN

V2

H2

2 2

Diagramme de corps libre

H

V

a

5

Calcul des réactions d’appui

Page 6: 13 méthode graphique

Equation [2]

La présence d’une rotule au point a impose que la somme des moments p/r à ce point doit être nulle. On trouve donc que:ΣMa = 0 d’où:

- (30 kN x 2 m) - (10 kN x 4 m)+ (V2 x 4 m) - (H2 x 2 m) = 0

On trouve donc:4 V2 - 2 H2 = 100

En simplifiant on obtient:

2 V2 - H2 = 50

2

30 kN 10 kN

V2

H2

2 2

Diagramme de corps libre

H

V

a 6

Calcul des réactions d’appui

Page 7: 13 méthode graphique

Nous avons maintenant un système de 2 équations avec 2 inconnues: 2 V2 + H2 = 55 Equation [1]

2 V2 - H2 = 50 Equation [2]

En isolant H2 dans l’équation [1] on trouve que:

H2 = 55 - 2 V2 Equation [3]

Et en insérant l’équation [3] dans l’équation [2] on obtient: 2V2 - 55 + 2V2 = 50

D’où: V2 = (50 + 55) ÷ 4 = 26,25 kN

En reportant cette valeur dans l’équation [1] on trouve enfin que: (2 x 26,25) + H2 = 55

Donc: H2 = 55 - 52,5 = 2,5 kN

7Calcul des réactions d’appui

Page 8: 13 méthode graphique

L’équilibre des forces horizontalesnous donne que:ΣFh = 0 d’où:

H1 = 2,5 + 40 = 42,5 kN

Et l’équilibre des forces verticalesnous donne que: ΣFv = 0 d’où:

V1 = 10 + 20 + 30 + 10 - 26,25 = 43,75 kN

2 22

2

2 2

2

2

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

V1

H1

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de corps libre

a

8Calcul des réactions d’appui

Page 9: 13 méthode graphique

2eme étape

Diagrammede forme

et notationpar intervalles

9

Page 10: 13 méthode graphique

2 22

2

2 2

2

2

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

Maintenant que nous avons tracé le diagramme de corps libre et calculer les réactions d’appui de notre structure, on peut tracer le diagramme de forme.

Le diagramme de forme est une représentation graphique, tracée à l’échelle, du diagramme de corps libre sur laquelle on ajoute une notation par intervalles formée de chiffres et de lettres.

10Diagramme de formeet notation par intervalles

Page 11: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

Sur le diagramme de forme, on subdivise le pourtour de la structure en intervalles que nous désignons par des lettres majuscules.

L’ordre de numérotation n’a pas d’importante mais, habituellement, on commence par l’extrémité gauche et on tourne dans le sens horaire.

A

11

L’intervalle A désigne tout le périmètre qui sépare la réaction d’appui horizontale de 42,5 kN de la charge verticale de 10 kN.

On constate que la structure comprend trois membrures qui sont adjacentes à l’intervalle A.

Page 12: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle B désigne tout le périmètre qui sépare la charge verticale de 10 kN de celle de 20 kN.

On constate que la structure comprend une seule membrure qui est adjacente à l’intervalle B.

A

B12

Page 13: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle C désigne tout le périmètre qui sépare la charge verticale de 20 kN de celle de 30 kN.

Deux membrures sont adjacentes à l’intervalle C.

A

B C13

Page 14: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle D désigne le périmètre qui sépare la charge verticale de 30 kN de celle de 10 kN.

Une seule membrure est adjacente à l’intervalle D.

A

B C D14

Page 15: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle E désigne le périmètre qui sépare la charge verticale de 10 kN et la charge horizontale de 2,5 kN.

Une seule membrure est adjacente à l’intervalle E.

A

B C D

E15

Page 16: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle F désigne le périmètre qui sépare la charge horizontale de 2,5 kN et la charge verticale de 26,25 kN.

Aucune membrure n’est adjacente à l’intervalle F.

A

B C D

E

F

16

Page 17: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle G désigne le périmètre qui sépare la charge verticale de 26,25 kN et la charge horizontale de 40 kN.

Cinq membrures sont adjacentes à l’intervalle G.

A

B C D

E

G F

17

Page 18: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle H désigne le périmètre qui sépare la charge horizontale de 40 kN et la charge verticale de 43,75 kN.

Une seule membrure est adjacente à l’intervalle H.

A

B C D

E

H

G F

18

Page 19: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

L’intervalle I désigne le périmètre qui sépare la charge verticale de 43,75 kN et la charge horizontale de 42,5 kN.

Aucune membrure n’est adjacente à l’intervalle I.

A

B C D

E

H

G F

I

19

Page 20: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

Nous avons maintenant identifié tout le périmètre extérieur de la structure à l’aide de lettres.

Pour compléter notre système de désignation, nous allons assigner à chacun des espaces triangulaires qui sont formés à l’intérieur de la structure un chiffre.

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

20

L’ordre de numérotation n’a pas d’importance mais, généralement, on numérotera ces espaces à partir de la gauche et en tournant dans le sens horaire. Pour le cas de notre structure, les espaces triangulaires intérieurs sont numérotés de 1 à 10.

Page 21: 13 méthode graphique

Identificationdes membrures

21

Page 22: 13 méthode graphique

Chacune des membrures de la structure sera identifiée par le couple de lettres et/ou de chiffres qui désigne les deux espaces qui sont adjacents à la membrure.

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

22Identification des membrures

Page 23: 13 méthode graphique

Par exemple, la membrure identifiée en vert sur la figure ci-contre sera appelée la membrure G-6 ou la membrure 6-G.

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

23

Page 24: 13 méthode graphique

La membrure identifiée en vert sur la figure ci-contre deviendra la membrure 9-10 ou la membrure 10-9.

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

24

Page 25: 13 méthode graphique

La membrure identifiée en vert sur la figure ci-contre est appelée la membrure A-4 ou la membrure 4-A.

… et ainsi de suite !

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

25

Page 26: 13 méthode graphique

3eme étape

Constructiondu polygone

de forces

26

Page 27: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

Nous sommes maintenant prêts à tracer le polygone de forces en utilisant une échelle prédéfinie (par exemple 1 cm = 10 kN).

On placera sur le polygone de forces des points correspondant aux intervalles définis précédemment et qui sont désignés par des lettres ou des chiffres. Les lignes qui relieront ces points représenteront les forces externes qui sollicitent la structure ainsi que les efforts internes dans les membrures.

27Construction du polygone de forces

Page 28: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

On commence par tracer le polygone des forces externes qui sollicitent notre structure.

Pour y parvenir, on parcourt le périmètre extérieur de la structure dans le sens horaire.

28

Page 29: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

Polygone de forcesOn place tout d’abord le point a sur notre polygone de forces. La force A-B est égale à 10 kN et elle est dirigée vers le bas. Le point b est donc située à une distance de 1 cm (puisque 1 cm = 10 kN) sur une ligne verticale passant par le point a. Le point b est situé en-dessous du point a car lorsque l’on passe de l’intervalle A à l’intervalle B sur le diagramme de forme, la force A-B est dirigée vers le bas.

29

Pour éviter d’alourdir et de nuire à la lisibilité du polygone de forces, on ne trace pas les pointes de flèches qui indiquent l’orientation des forces

1 cm

Page 30: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

Polygone de forces

En poursuivant notre parcours sur le périmètre extérieur de la structure on rencontre la charge B-C. Comme cette charge est égale à 20 kN et est dirigée vers le bas, le point c sera situé à 2 cm sous le point b.

30

2 cm

Page 31: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

d

Polygone de forces

On rencontre ensuite la charge C-D de 30 kN dirigée vers le bas. Le point d sera donc situé à 3 cm sous le point c.

31

Page 32: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

de

Polygone de forces

La charge D-E est égale à 10 kN et elle est dirigée vers le bas ce qui nous permet de placer le point e à 1 cm sous le point d.

32

Page 33: 13 méthode graphique

La charge E-F est égale à 2,5 kN et dirigée vers la gauche. Cela signifie que le point f sera situé à 0,25 cm à gauche du point e.

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

Polygone de forces

33

Page 34: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

g

Polygone de forces

La force F-G de 26,25 kN est dirigée vers le haut. Le point g est donc situé à 2,625 cm au-dessus du point f.

34

Page 35: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

gh

Polygone de forces

La force G-H de 40 kN est orientée vers la gauche ce qui nous permet de placer le point h à 4 cm à la gauche du point g.

35

Page 36: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

gh

i

Polygone de forces

La force H-I est égale à 43,75 kN et dirigée vers le haut. Le point i est donc située à 4,375 cm au-dessus du point h.

36

Page 37: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

gh

i

Polygone de forces

On ferme le périmètre de la structure avec la force I-A de 42,5 kN dirigée vers la droite. Sur le polygone de forces, on confirme que le point a bien situé à 4,25 cm à la droite du point i.

37

Page 38: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

gh

i

Polygone de forces

Sur la figure ci-contre, nous avons indiqué la direction des forces pour bien montrer que ce que nous venons de tracer corres-pond au polygone des forces externes qui sollicitent la structure et que la somme de toutes ces forces est bien nulle puisque le polygone est fermé. Cet ensemble de forces respecte donc les conditions d’équilibre statique en translation.

38

Page 39: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

Polygone de forces

gOn peut maintenant placer les chiffres sur le polygone de forces.

La force A-1 est placée sur un axe parallèle à la membrure A-1 et passant par le point a.

39

Page 40: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1

Polygone de forces

g

La force A-1 est placée sur un axe parallèle à la membrure A-1 et passant par le point a.De la même façon, la force H-1 est placée sur un axe parallèle à la membrure H-1 et passant par le point h.Le point 1 se trouve donc à l’intersection entre ces deux droites.

40

Page 41: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force 1-2 est placée sur un axe parallèle à la membrure 1-2 et passant par le point 1.De la même façon, la force G-2 est placée sur un axe parallèle à la membrure G-2 et passant par le point g.Le point 2 se trouve donc à l’inter-section entre ces deux droites.

41

Page 42: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force 2-3 est placée sur un axe parallèle à la membrure 2-3 et passant par le point 2.De la même façon, la force A-3 est placée sur un axe parallèle à la membrure A-3 et passant par le point a.Le point 3 se trouve donc à l’inter-section entre ces deux droites.

3

42

Page 43: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force A-4 est placée sur un axe parallèle à la membrure A-4 et passant par le point a.De la même façon, la force 3-4 est placée sur un axe parallèle à la membrure 3-4 et passant par le point 3.Le point 4 se trouve donc à l’inter-section entre ces deux droites.

3 4

43

Page 44: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force 4-5 est placée sur un axe parallèle à la membrure 4-5 et passant par le point 4.De la même façon, la force B-5 est placée sur un axe parallèle à la membrure B-5 et passant par le point b.Le point 5 se trouve donc à l’inter-section entre ces deux droites.

3 4

5

44

Page 45: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force 5-6 est placée sur un axe parallèle à la membrure 5-6 et passant par le point 5.De la même façon, la force G-6 est placée sur un axe parallèle à la membrure G-6 et passant par le point g.Le point 6 se trouve donc à l’inter-section entre ces deux droites.

3 4

5

6

45

Page 46: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force C-7 est placée sur un axe parallèle à la membrure C-7 et passant par le point c.De la même façon, la force 6-7 est placée sur un axe parallèle à la membrure 6-7 et passant par le point 6.Le point 7 se trouve donc à l’intersection entre ces deux droites.

3 4

5

6

7

46

Page 47: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force C-8 est placée sur un axe parallèle à la membrure C-8 et passant par le point c.De la même façon, la force G-8 est placée sur un axe parallèle à la membrure G-8 et passant par le point g.Le point 8 se trouve donc à l’intersection entre ces deux droites.

3 4

5

6

7

47

Page 48: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force D-9 est placée sur un axe parallèle à la membrure D-9 et passant par le point d.De la même façon, la force 8-9 est placée sur un axe parallèle à la membrure 8-9 et passant par le point 8.Le point 9 se trouve donc à l’intersection entre ces deux droites.

3 4

5

6

7

9

48

Page 49: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

La force 9-10 est placée sur un axe parallèle à la membrure 9-10 et passant par le point 9.De la même façon, la force E-10 est placée sur un axe parallèle à la membrure E-10 et passant par le point E.Le point 10 se trouve donc à l’intersection entre ces deux droites.

3 4

5

6

7

9

10

49

Page 50: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

gFinalement on constate que la dernière force inconnue, G-10 ferme bien le polygone de force ce qui confirme que notre analyse est correcte.

3 4

5

6

7

9

10

50Construction du polygone de forcesConstruction du polygone de forces

Page 51: 13 méthode graphique

4eme étape

Evaluation desefforts internes

51

Page 52: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

On peut maintenant déterminer l’intensité des efforts internes en mesurant la longueur des lignes correspondantes sur le polygone de forces.

52Évaluation des efforts internes

Page 53: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

Diagramme d’efforts internes (kN)

53

Page 54: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

Diagramme d’efforts internes (kN)

Par exemple, on trouve la force dans la membrure 5-6 en mesurant la ligne corres-pondante sur le polygone de forces.

4,8 cm

= 48

kN

48

54

Page 55: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

Diagramme d’efforts internes (kN)

Après avoir mesurer tous les efforts internes, on les indique sur le diagramme d’efforts internes.

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

55

Page 56: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

5 7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

Pour déterminer la nature des efforts internes (tension ou compression), on choisit un nœud et on classe les intervalles dans l’ordre horaire.

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

o4 6

56

Considérons, par exemple, le nœud o. Lorsque l’on tourne autour de ce nœud dans le sens horaire, on trouve la séquence suivante:6-7-G ou G-6-7 ou 7-G-6.

Pour chacune des membrures adjacentes au nœud o, on utilise la séquence horaire pour déterminer l’orientation de la force interne correspondante sur le polygone de force (le point d’origine et le point d’arrivée de la force correspond à la séquence horaire). Si cette force pointe vers le nœud, la membrure est comprimée. Si au contraire la force est dirigée dans la direction opposée au nœud, la membrure est tendue.

Page 57: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

Dans la membrure 6-7, la force est donc orientée du point 6 vers le point 7 sur le polygone de forces. Lorsque l’on ramène cette force sur le diagramme de forme, on constate que la membrure est tendue.4

Polygone de forces

8

ab

c

def

h

i

1 2

g

3 4

5

6

7

9

10

o

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

57

Page 58: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

Dans la membrure 7-G, la force est orientée du point 7 vers le point G sur le polygone de forces. Lorsque l’on ramène cette force sur le diagramme de forme, on constate que la membrure est comprimée.4

Polygone de forces

o

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

8 9104

8

ab

c

def

h

i

1 2

g

4

5

6

7

9

10

8

ab

def

h

i

1 2

g

3 4

5

69

10

o

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 3016

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 3016

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

58

Page 59: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Dans la membrure G-6, la force est orientée du point G vers le point 6 sur le polygone de forces. Lorsque l’on ramène cette force sur le diagramme de forme, on constate que la membrure est comprimée.4

Polygone de forces

o

Diagramme d’efforts internes (kN)

8

ab

c

def

h

i

1 2

g

3 4

5

6

7

9

10

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 3016

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

Page 60: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

Si on examine attentivement le polygone de forces, on constate que, en fait, la méthode graphique nous a permis de faire l’équilibre vectoriel des forces au point o.4

Polygone de forces

o

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 3016

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

8

ab

c

def

h

i

1 2

g

3 4

5

6

7

9

10

Page 61: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

À titre d’exemple additionnel, voyons maintenant comment la méthode graphique nous permet, en fait, de tracer le polygone de forces au pont z.

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

4

Polygone de forces

z

8

ab

c

def

h

i

1 2

g

3 4

5

6

7

9

10

Page 62: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

Plaçons tout d’abord la force 4-5.

4

Polygone de forces

z

8

ab

c

def

h

i

1 2

g

3 4

5

6

7

9

10

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 3016

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

62

Page 63: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

Ajoutons-lui la force 5-6.

4

8

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

z

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

Page 64: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

... puis la force 6-G ...

4

8

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

z

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

64

Page 65: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

... et la force G-2 ...

4

8

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

z

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

65

Page 66: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

... la force 2-3 ...

4

8

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

z

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

66

Page 67: 13 méthode graphique

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

56

7 8 910

Diagramme d’efforts internes (kN)

... et finalement la force 3-4. On constate que le polygone de forces est fermé ce qui signifie que le point z est bien en équilibre statique !

4

8

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

z

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

16

23

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

67

Page 68: 13 méthode graphique

8

10 kN

40 kN

20 kN 30 kN 10 kN

43,75 kN

42,5 kN

26,25 kN

2,5 kN

Diagramme de forme

A

B C D

E

H

G F

I

12

3

45

67 8 9

10

ab

c

def

h

i

1 2

Polygone de forces

g

3 4

5

6

7

9

10

Diagramme d’efforts internes (kN)

En répétant cette procédure à différents nœuds, on détermine la nature des forces internes pour chacune des membrures. La figure ci-dessous montre le diagramme d’efforts internes une fois complété.

60 8648

45 40404

6445 55

45

14 14

11

1916

19 30

1623

3

26

Efforts de tensionEfforts de compression

Page 69: 13 méthode graphique

5eme étape

Choix desprofilés

69

Page 70: 13 méthode graphique

Membrure la plus sollicitée et ses conditions de retenue 70

Ly = 2 m

La membrure H-1 est la plus sollicitée; elle est soumise à un effort de compression Pf = 86 kN.

Selon l’axe faibleky = 1

Ly = 2 m

Si on considère que les joints sont rotulés et que la membrure supérieure du treillis ne peut pas se déplacer latéralement (i.e. le bâtiment est contreventé), on trouve les conditions de retenue du poteau.

Lx = 6 m

Selon l’axe fortkx = 1

Lx = 6 m

déplacement latéral

empêché par le revêtement

de toiture qui agit comme

un diaphragme

Pf = 86 kN Pf = 86 kN

Page 71: 13 méthode graphique

Choix d’un profilé en bois lamellé-collé 71

Choix: 80 x 190 mm

Selon l’axe faible

Selon l’axe fort

k = 1Ly = 2 mPr = 132 kN > Pf

k = 1Lx = 6 mLequ = Lx/(rx/ry) = 6000 / 2,38 ≈ 2 500 mmPr = 85 kN ≈ Pf

Page 72: 13 méthode graphique

72

80 mm

190 m

m

Les membrures seront orientées defaçon à ce que le côté le plus long soit perpendiculaire au plan du treillis