CONSTRUCTION DE BATIMENTS

Nouvelle approche du calcul des structures et des assemblages

en génie civil

C/U/S/T Polytech’ Clermont-Ferrand - France20 novembre 2007

J.P. Jaspart, Université de Liège

THEMES DE L ’EXPOSE

Principes de dimensionnement des structures de bâtiments

Importance du comportement des assemblages dans ce processus

Procédures de calcul, Eurocodes et documents de référence

Exemples d ’application

STRUCTURES DE BATIMENTS

7

STRUCTURES DE BATIMENTS

DOCUMENTS NORMATIFS

Eurocode 1 « Charges »

Eurocodes structuraux « Règles de calcul pour bâtiments »

Eurocode 3: bâtiments en acierEurocode 4: bâtiments mixtes acier-béton

Conversion ENV / EN en cours

ETAPES DE DIMENSIONNEMENT

OUINON

L’OSSATURE EST-ELLE SATISFAISANTE AUX ELS ET ELU

MODELISATION ET PREDIMENSIONNEMENT

ANALYSE DE L’OSSATURE

CALCUL DES ASSEMBLAGES

CONTENU DES EUROCODES

ETAPES DU DIMENSIONNEMENT

PRINCIPES

REGLES D’APPLICATION

PREDIMENSIONNEMENT ANALYSE VERIFICATIONS ASSEMBAGES

NON

OUI

OUI

OUI / NON

NON

OUI / NON

OUI

OUI / NON

ETAPES DE DIMENSIONNEMENT

Idéalisation, classification et analyse globale de l’ossature

Résistance des:sectionsdes éléments structuraux

Calcul des assemblages

ETAPES DE DIMENSIONNEMENT

OUINON

L’OSSATURE EST-ELLE SATISFAISANTE AUX ELS ET ELU

MODELISATION ET PREDIMENSIONNEMENT

ANALYSE DE L’OSSATURE

CALCUL DES ASSEMBLAGES

ETAPES DE DIMENSIONNEMENT

Idéalisation, classification et analyse globale de l’ossature

Résistance des:sectionsdes éléments structuraux

Calcul des assemblages

ETAPES DE DIMENSIONNEMENT

OUINON

L’OSSATURE EST-ELLE SATISFAISANTE AUX ELS ET ELU

MODELISATION ET PREDIMENSIONNEMENT

ANALYSE DE L’OSSATURE

CALCUL DES ASSEMBLAGES

ETAPES DE DIMENSIONNEMENT

Idéalisation, classification et analyse globale de l’ossature

Résistance des:sectionsdes éléments structuraux

Calcul des assemblages

APPROACHE TRADITIONELLEDE DIMENSIONNEMENT

STOP

DIMENSIONNEMENTDES ASSEMBLAGES

STRUCTURE O.K.?

ANALYSEET VERIFICATIONS

PREDIMENSIONNEMENTDES MEMBRURES

NON

OUI

APPROACHE TRADITIONELLEDE DIMENSIONNEMENT

coûts de fabrication et de montage élevés

COMPORTEMENT REEL D ’UN ASSEMBLAGE

Mb

Fb

Fb

θb

θc

Mb2

Fb2

Fb2

Mb1

Fb1

Fb1

Fb= Mb/z Fb2= Mb2/z Fb1= Mb1/z

z z z

Mb1 > Mb2

θc

COMPORTEMENT REEL D ’UN ASSEMBLAGE

COMPORTEMENT REEL D ’UN ASSEMBLAGE

COMPORTEMENT REEL D ’UN ASSEMBLAGE

COMPORTEMENT REEL D ’UN ASSEMBLAGE

COMPORTEMENT REEL D ’ASSEMBLAGE

semi-rigide et partiellement résistant

φ

M

φ

COMPORTEMENT REEL D ’UN ASSEMBLAGE

M

φ

M Rd

S j,ini φcd

INFLUENCE SUR LA REPONSE STRUCTURALE

DéplacementsForces intérieuresMode et charge de ruine

APPROCHE COHERENTE DE DIMENSIONNEMENT

STOP

STRUCTURE ET ASSEMBLAGES O.K.?

ANALYSE STRUCTURALEET VERIFICATIONS

CHARACTERISATIONDES ASSEMBLAGES

PREDIMENSIONNEMENT DESMEMBRURES ET ASSEMBLAGES

NONOUI

MERITES DE LA NOUVELLE APPROCHE

Choix de l’assemblage guidé par les coûtsde fabrication et de montage

MERITES DE LA NOUVELLE APPROCHE

Assemblages semi-rigides au lieu d ’assemblages rotulés⇒ diminution du poids de l ’ossature

Assemblages semi-rigides au lieu d ’assemblages rigides⇒ diminution du coût de fabrication et

montage

Assemblages rigides⇒ réduction des coûts de fabrication

APPROCHE COHERENTE DE DIMENSIONNEMENT

STOP

STRUCTURE ET ASSEMBLAGES O.K.?

ANALYSE STRUCTURALEET VERIFICATIONS

CARACTERISATIONDES ASSEMBLAGES

PREDIMENSIONNEMENT DESMEMBRURES ET ASSEMBLAGES

NONOUI

QUATRE ETAPES SUCCESSIVES

M

φ

M

φ?

?

?

M

φ

Caractérisation Classification

IdealisationModélisation

CLASSIFICATION

En raideur

Sj,ini

φ

Pinned

Semi-rigid

RigidMj

Boundaries for stiffnessJoint initial stiffness

CLASSIFICATION

En résistance

Mj,Rd

Partial-strength

Full-strength

Pinnedφ

Mj

Boundaries for strengthJoint strength

CLASSIFICATION

Selon la ductilité

Fragile

"Semi-ductile"

Ductile φ

Mj

MODELISATION

JOINTMODELLING

BEAM-TO-COLUMN JOINTSMAJOR AXIS BENDING

BEAMSPLICES

COLUMNBASES

SIMPLE

SEMI-

CONTINUOUS

CONTINUOUS

IDEALISATION

Analyse élastique

Sj,ini/η

φ

Mj

Mj,Rd

φ

Mj

Mj,Rd

2/3 Mj,Rd

Sj,ini

(a) For elastic verification (b) For plastic verification

Actual M-φ curve

Idealised representation

IDEALISATION

Analyse rigide-plastique

φ

Mj

Mj,Rd

IDEALISATION

Analyse élasto-plastique

(a) Bi-linear (b) Tri-linear

Sj,ini/η

φ

Mj

Mj,Rd

φ

Mj

Mj,Rd

Mj

CARACTERISATION

Recherche d ’une approche commune multi-matériaux

M

φ?

?

?

Différentes configurations

Pieds de poteaux

ContinuitéPoutre-poutre

Différentes configurationsAssemblages de portiques

Différentes configurations

Assemblages de constructionmixte acier-béton

Différentes configurationsAssemblages entreprofilés minces

Différents types de sections

Laminés et formés à chaud ou à froid

Différents types de sections

Profilés reconstitués par soudage

Différents connecteurs

Boulons

Différents connecteurs

Soudures

Différents connecteurs

Systèmes spéciauxBoulons HuckBoulonsFlowdrillBoulons aveuglesBoulons injectés…

ga b c d e f

Différents connecteurs

Goujons soudés

Different connectors

Connecteurs particulierspour profilés minces

VisRosettesClinchage, …

Différents élémentsd’assemblage

PlatinesEclisses

Cornières

Economie

Coûts de fabrication et transports réduits

Critères particuliers de dimensionnement

“Robustness”Les assemblages commefacteur-clé

Critères particuliers de dimensionnement

CARACTERISATION

Recherche d ’une approche commune multi-matériaux

Méthode des composantes

M

φ?

?

?

AIDES AU CALCUL

Documents explicatifs de l ’Eurocode

Aides au calcul des assemblages (tables, diagrammes, logiciels, …) et des structures

Exemples d ’application sur différents types de structures

BOUQUINS DE L ’APK

COURS SSEDTA 1

COURS SSEDTA 1

Ensemble de 25 modèles d’enseignement pour la formation à l’Eurocode 3:

Fichiers WORD avec leçonsPrésentations POWERPOINT des leçonsExemples d’application sur structures tout entières

Disponible en anglais, français, espagnol et grec

COURS SSEDTA 2

COURS SSEDTA 2

Ensemble de 12 modèles d’enseignement pour la formation à l’Eurocode 3:

Fichiers WORD avec leçonsPrésentations POWERPOINT des leçonsExemple d’application sur structure contreventée

Disponible en anglais, français, espagnol et grec

MANUEL DE DIMENSIONNEMENT

Aides au calcul des assemblages

Aides au dimensionnement de la structure

Approches de dimensionnement

Exemples d ’applications

Outils de calcul

OUTILS DE CALCUL DES ASSEMBLAGES

Procédures simplifiées de calcul

Tables d ’assemblages standardisés

Logiciels

Dast Ringbuch

Dast Ringbuch

Deutscher Stahlbau-Verband DSTVStahlbau-Verlagsgesellschaft mbH

Deux volumesProcédures de calcul pour assemblages articulés et assemblages qui transmettent des moments de flexionTables d’assemblages standardisés

Dast Ringbuch

Calcul selon la DIN et l’Eurocode 3Tables d ’assemblages établies avec CoP

EXEMPLE D ’APPLICATION I

Portique industrielApproche élastiqueAssemblages rigides

ETAPES DE CALCUL

Définition de Vcr

Calcul de VSd / Vcr

Classification de la structureChoix de l ’analyseAnalyseVérificationsDimensionnement des assemblages

EXEMPLE D ’APPLICATION II

Bâtiment acier contreventé

7,2 m 7,2 m

4,5 m

4,2 m

HEA

HEA

HEA

HEA

HEA

HEA

IPEIPE

IPEIPE

Floor

Roof

221 1

443 3

CONCLUSIONS

Concept unifié de calcul des assemblagesImpact favorable sur le coût des structures si le calcul est bien maîtriséNormes et recommendations disponiblesStructures réelles calculées selon nouveaux principesTravail de diffusionTravaux de recherches complémentaires