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NC100201DP02 - BE3 - Traverse de pont rail.odt Rév. 9 avril 2010

Note de calcul BE3 – Traverse sur poutre principale à âme pleine d'un pont rail

Résumé :Calcul et conception d'une traverse et de son attache sur une poutre principale à âme pleine d'un pont rail.

1. Cahier des charges1.1. DescriptionPont rail à tablier inférieur comportant deux voies de circulation.

a. Schéma

Section transversale de pont comportant :– 2 poutres principales à âme pleine P1 et P2 de hauteur variable (IPRS 1900 à 2800 mm)– Une série de traverses inférieures équidistantes de 5 mètres– Une série de 4 longerons (L1, L1', L2, L2') disposés sous les rails

Fig 1. Pont SNCF, Thionville. Treillis en croix multiples

ESSA 79 (A.MICHEL) – Gauthier BALLAND, Flore DESBORDES, David PERRIN 1/23

y

Z

1500 15002100

P1

1900à

2800

600

50

20

L1 L1' L2 L2'

P2

E

8650

A B


1.2. Données de calcula. Charges et efforts

Les réactions sont prédéterminées selon le Fascicule 61 titre V du CPC sous actions combinées défavorables (poids propre, charge d'essieux, vent latéral) d'une travers courante bi-appuyée à ses extrémités donnant lieu aux sollicitations suivantes :

– Moment fléchissant maxi en L1' : My1 = 4070 kN.m– Effort tranchant maxi en A et B : Tz = 1610 kN

Les articulations des extrémités de la traverses seront considérées comme des encastrement élastiques, pour lesquels on retient :

– Moment fléchissant d'encastrement : My0 = 0,5 × My1

– Moment fléchissant partie courante : My2 = 0,8 × My1

b. Coefficients de pondération– Toutes valeurs précédentes pondérées

c. Spécifications– Calculs selon Fascicule 61 titre V du cahier des prescriptions communes applicables aux marchés de

travaux publics (nommé dans cette note « CPC-F61-V » par commodité)– Nuance acier S355xx selon NF EN 10025-2 et faisant l'objet d'une détermination du TK27

Nota: On garde à l'esprit que la limite d'élasticité varie avec l'épaisseur. D'après EN 10025-1 :

Épaisseur de tôle 16 mm 16 < e ≤ 40 mm 40 < e ≤ 63 mm

Limite d'élasticité Re 355 MPa 345 MPa 335 MPa


y

Z

L1 L1' L2 L2'A B

y

Mf

My1

My2

My0

T

y

Tz

Tz


2. Dimensionnement de la traverse2.1. Pré-dimensionnementOn fait le choix d'un IPRS « à façon » non issu du catalogue des profils préférentiels.

a. Semelles en plasticitéLe pré-dimensionnement des semelles s'appuie sur l'hypothèse d'une reprise complète du moment de flexion par les semelles en traction/compression.

Le cas le plus défavorable étant au droit de L1'

Effort de calculOn fait l'hypothèse que l'effort de traction/compression induit par la flexion est uniquement repris dans les semelles de la poutre en considérant un entraxe Δ = 900 mm de l'ordre du dixième de la portée de traverse :

N=Mf max

= 0,8⋅M y1

N = 3617 kN

Section mini de semelleEn utilisant le critère du CPC-F61-V §14.1 pour des contraintes normales : e . La section mini est :

A sN x

e

As = 10 486 mm² (Re=345 MPa)

Choix d'une épaisseur e = 30 mm donnant une largeur de semelle b = As / e = 350 mm.

b. Âme en plasticitéLe pré-dimensionnement de l'âme s'appuie sur l'hypothèse d'une reprise complète de l'effort de cisaillement par la seule âme.

Le cas le plus défavorable étant obtenu aux extrémités de la traverse.

Effort de calculOn fait l'hypothèse d'une reprise complète de l'effort tranchant par l'âme de la traverse :

T max=T z T = 1610 kN

Section mini de semelleEn utilisant le critère du CPC-F61-V §14.1 pour des contraintes normales 0,6⋅e . La section mini est :

AaT z

0,6⋅ e

Aa = 7 777 mm² (Re=355 MPa)

Choix d'une hauteur h-e = 900 mm, soit h = 930 mm donnant une épaisseur d'âme t = Aa / h = 8,5 mm, on prend t = 12 mm en prévision du voilement.


z

x

Tz

A

t

ha

z

Δ

My2

L1' y

eN

N


2.2. Dimensionnement finala. Choix de l'IPRS

b. Dimensions– h = 930 mm– t = 12 mm– e = 30 mm– b = 350 mm– ha = 870 mm– Δ = 900 mm

c. Caractéristiques géométriquesSection totale

A=2⋅e⋅bt⋅h−2⋅e A = 31 440 mm²

Moment d'inertie

I x=b⋅h3−h−2⋅e3⋅b−t

12Ix = 4,9125.109 mm4

Module d'inertieI x

v =2⋅I x

hIx/v = 10,5646.106 mm3

Section résistante en cisaillement

AT=t⋅h At = 11 160 mm²

d. Résistance de l'IPRS en plasticitéLe dimensionnement final s'effectue en plasticité avec combinaisons des sollicitations suivant les prescriptions de CPC-F61-V §14.1.

Le cas le plus défavorable est obtenu aux extrémités de la traverse où la contrainte équivalente est maxi.

ContraintesEn extrémité de traverse, sur la semelle supérieure, les contraintes valent :

x=0,5⋅M y1

I x /v σx = 192 MPa

xy=TzAT

τx = 144 MPa

Critère de plasticitéL'état de contraintes complexes doit vérifier le critère du CPC-F61-V §14.1 :

x23⋅xy

2 e316 < 345 MPa

Le profil est dimensionné en plasticité.


z

My0

A y

Tz e

h

z

t

G

b

e

x ha hΔ


e. Stabilité au déversementSelon CM66 §3.602, la vérification au déversement n'est pas nécessaire si la membrure comprimée, prise isolément du reste de la pièce, résiste au flambement latéral.

Le cas le plus défavorable étant obtenu aux extrémités de la traverse.

Nota: La vérification au déversement selon CPC-F61-V §18.6 impliquerait des calculs compliqués, alors qu'une simple vérification selon CM66 §3.602 permet de s'économiser en temps et erreur de calcul. Le fascicule CPC-61-V ne proscrit pas l'utilisation de CM66.

Contrainte normaleOn considère la semelle inférieure sollicitée en compression sous l'effet du moment fléchissant maxi :

= 0,8⋅M y1

I x/u avec u= h−e

2σ = 298 MPa

Longueur de flambementOn considère la longueur maxi de traverse entre longerons, L = 2,1 m. Les longerons permettent d'avoir une rotule de la traverse. La longueur de flambement pour une poutre bi-articulée selon CM66 §13.401 est :

Lk=L Lk = 2,1 m

Rayon de girationPar rapport à l'axe d'inertie x, selon CM66 §3.421-1 :

i= IS = b2

12 I = 101,4 mm

ÉlancementSelon CM66 §3.421-2 :

= LK

iλ = 20,78

Coefficient de flambementSelon CM66 §13.411-T1 (pour σe = 36 MPa) :

k k = 1,022

Critère de flambementselon CM66 §3.411 :

k⋅e 305 ≤ 345 MPa

Le profil n'est pas soumis au déversement puisque sa membrure comprimée, isolément prise, ne flambe pas.


u

z

xA

e N

b


f. Stabilité au voilement de l'âmeVérification de la stabilité au voilement de l'âme selon CPC-F61-V art. 18.3.

Selon cet article, la répartition de compression ici symétrique se traduit par :

sσ = 1Ψ = -1

Coefficients de contraintesLes coefficient de contraintes sont déterminées en faisant intervenir les dimension de l'âme avec La = 1,75 m la longueur d'âme soumise au moment fléchissant maxi :

= La

h−2⋅eα = 2,01

A partir des abaques de Klöppel et Scheer (cf. Annexe 1) dont l'utilisation est indiquée au CPC-F61-V art. 18.3 :k = f 1 kσ = 23,59

k = f 2 Kτ = 6,5

Contrainte critique de voilementD'après l'Annexe 1 :

C=2⋅E

12⋅1−2⋅tha2 σC = 36,1 MPa

Contraintes critiques élémentairesLes contraintes critiques correspondantes sont : °=k ⋅C σ° = 852 MPa

°=k ⋅C τ° = 234 MPa

Critère de voilementLa contrainte critique doit vérifier le critère donné par CPC-F61-V §18.3 :

s⋅ x

° 2 xy

° 21,8 0,43 < 1,8

L'âme n'est pas sujette au voilement. Il n'y a pas de lieu d'effectuer de calcul de tenue.


ha

z

xA

t

Tz

My0σ

Ψ.σ


3. Conception de l'attache3.1. Cahier des charges

– La traverse doit pouvoir s'introduire entre les deux poutres principales préalablement placées sur site.– Le soudage des semelles est effectué sur site

3.2. Solutions techniquesa. Solution A

DescriptionRaidisseurs transversaux (R1) et (R1') couvrant toute la hauteur des poutre principales (P1) et renfort longitudinal (RL) transmettant les efforts au droit des semelles dans l'âme de la poutre (P1)

Avantages– Simplicité de la solution– Pièces simples

Inconvénients– Nécessite coupe longueur précise du

raidisseur (R1')– Nombreux raidisseurs de grande longueur– Esthétique : raidisseurs (R1) côté visible– Montage impossible des traverses sur poutres

principales déjà en place– Précision de positionnement des traverses

difficile à garantir– Dangereux en fatigue : solution à proscrire

b. Solution B

DescriptionRaidisseur en T (R1) transmettant les efforts de cisaillement avec gousset longitudinal (RL) transmettant les efforts au droit des semelles dans l'âme de la poutre principale (P1)

Avantages– Mise en place des traverses au droit du

raidisseur en T– Esthétique : âme seul des poutres visible– Représente le minimum acceptable

Inconvénients– Raidisseurs de grande longueur– Pas optimisé en fatigue



c. Solution retenue

Soudures en atelier (préfabrication

Soudures sur chantier

Description– Réduction du nombre de raidisseurs avec

prise en compte de la fatigue :– Prolongement de la semelle supérieure de

traverse (E) par un raidisseur transversale (RT) ou semelle courbe présentant un rayon de congé permettant de transmettre les efforts de la semelle de la traverse (E) dans l'âme de la poutre (P1).

– Le bras de levier augmentant, l'extrémité du raidisseur transversal (RT) se termine en biseau et ne se prolonge pas jusqu'à l semelle de la poutre principale (P1).

– Compte tenu des contraintes radiales, la semelle courbe est soudée à pleine pénétration sur l'âme de la tôle raidisseuse (R1)

– Les encoche d'accueil de traverse sont incluses et découpées dans la tôle de la semelle inférieure de la poutre principale (P1) afin de réduire les assemblages soudés. La découpe thermique se fait en quinconce pour minimiser les chutes :

3.3. Limitation de l'écrouissagea. Rayon de cintrageLe plat cintré à froid provoque l'écrouissage, ce qui à pour conséquence néfaste de relever le TK27. Selon [8] p19/35, on compte 3 à 4°C par % de déformation plastique résiduelle.

Le rayon de cintrage doit être suffisant afin de limiter :– Le taux d'écrouissage à a ≤ 3-4%– La poussée au vide

Le rayon de cintrage est défini par la RDM (ainsi que dans les codes de calcul sous d'autres formes) comme :

r e2⋅a

r ≥ 500 mm

b. Partie non soudée avant cintrageNF P 22-470 §8.1.4 recommande les longueurs de partie droite à observer entre le cordon de soudure et la partie cintrée.

Dans notre cas, on veillera à laisser subsister une partie droite de 150 mm



3.4. Dimensionnement des cordons de soudurea. Justification du dimensionnement :La justification se fait selon NF P 22-470, le calcul se fera lui en utilisant le code de référence CPC-61-V.

Nota: Le fascicule CPC-61-V ne proscrit pas l'utilisation de NF P 22-470.

– La semelle supérieure de la traverse est en bout à bout pleine pénétration avec chanfrein : aucune justification selon NF P 22-470 §9.2.1 si le talon tR=min eR

5 ;3– La semelle inférieure de la traverse travaille en compression sur l'âme du profil UAP avec un jeu < 2

mm : pas de dimensionnement selon IIS/IIW-534-77.

Par homogénéité de construction et en considérant qualitativement la fatigue, les dispositions seront identiques à la semelle supérieure. L'assemblage étant de pièces d'épaisseurs différentes, la pente doit être graduelle selon NF P 22-470 §8.2.2 avec d 3⋅t1−t2 , soit d = 60 mm :

– Le gousset sur le raidisseur transversal est en angle avec chanfrein : aucune justification selon NF P 22-470 §9.2.1 si le talon tR=min eR

5 ;3 et si la somme des gorge du cordon ∑ a ie R

Nota: En considérant une épaisseur de raidisseur de 15 mm, on prendrait tR = 3 mm et une gorge a = 10 mm des 2 côtés.

b. Cordon âme-semelle de traverseLes cordons longitudinaux sont dimensionnés afin d'assurer le non glissement des semelles par rapport à l'âme.

Selon NF P 22-470 A.2 :

⊥=⊥=0et∥=

T⋅S2⋅a⋅I xx

Le critère est donné par CPC-F61-V §26.32 :

∥0,60⋅ e

Nota: L'autre critère donné par CPC-F61-V §26.33 donnerait bien un résultat similaire puisque 0,4351,2 =0,6

Moment statiqueen définissant le moment statique de la semelle par rapport à l'axe d'inertie de la section complète :

H=e⋅b⋅u avec u= h−e2

H = 4,725.106 mm3

Gorge de cordon miniL'épaisseur utile de cordon est donnée par CPC-F61-V §26.33 :

a T z⋅H2⋅0,6⋅ e⋅I x

a ≥ 3,74 mm

Nota: Le critère NF P 22-470 A2.1.4. avec KS355 = 1 donnerait a K⋅32⋅ e

⋅T z⋅HI x

soit une valeur de gorge a ≥ 3,9 mm

Compte tenu des dimensions de gorge mini de cordon données par NF P 22-470 T2 pour une épaisseur de tôle > 5 mm, on retient une gorge a = 5 mm


z

xA

au

e

bTz

5030

3.(50-30)=60


c. Cordon de gousset-raidisseur transversalOn fait l'hypothèse que l'effort de flexion de la traverse est transmis uniquement par les semelles :

N y=M y2

Le raidisseur transversal (RT) transmet les efforts au gousset par le cordon qui est à pleine pénétration. Il y donc lieu de dimensionner le gousset (G) au seul cisaillement. La longueur étant figée, on définit son épaisseur e.

Cette hypothèse est très grossière mais présente l'avantage d'être rapide et conservatrice. En réalité un calcul élément finis montrerait certainement que la contribution de l'âme dans la reprise de l'effort ne justifierait pas une épaisseur supérieure à 12 mm.

Nota: La fatigue devrait principalement être considérée.

Critère de résistanceLe cisaillement à pour critère selon CPC-F61-V art. 14.1 : 0,6⋅e

Contraintes dans le cordon

La contrainte tangentielle dans le gousset s'écrit : = N y

L⋅e

Épaisseur de raidisseurEn remplaçant τ dans le critère de résistant et en considérant L= 713 mm, la longueur utile projetée selon y :

e M y2

⋅L⋅Re⋅0,6e ≥ 14,9 mm

On retiendra pour le gousset une épaisseur e = 15 mm. L'assemblage du raidisseur sur les âmes sera alors constitué de pièces d'épaisseurs différentes alignées sur la fibre neutre. La pente doit être graduelle selon NF P 22-470 §8.2.2 avec d 3

2⋅t1−t2 , soit d = 5 mm :

Nota: La réduction due au délardage affecte peu la valeur de l'épaisseur puisque même pour L = 707 mm ; a = 15 mm.


z

yA

a

L

My2

Δ

Ny

Ny

G

RT

15 12

d>5


4. Qualité d'acier contre la rupture fragile4.1. Détermination selon Annexe C de DAN P22-311A partir de l'annexe C de DAN P22-311 (EC3), on étudie la valeur réelle du TK27 eu égard aux épaisseurs choisies. La structure étant soumis à une température d'utilisation mini Tmin = -15°C.

a. Paramètres de calculConditions d'utilisationA partir de DAN P22-311 TC.2, on définit les paramètres de calcul associés aux conditions d'utilisation de la traverse E.

Condition Critère Détail Paramètres

Condition de service S3 construction soudée avec contraintes locales de l'ordre de 0,67 à 2 fois Re.

ka = 0,10kb = 0,07kc = 0,04

Vitesse de mise en charge R1Sollicitation statique ou lente, applicable à des structures soumises au poids propre, véhicules, vent, …

kd = 0,001

Conséquence de la rupture C2 Élément critique dans lesquels une rupture locale provoquerait une ruine complète de la structure γC = 1,5

Limite d'élasticitéLa limite d'élasticité à préalablement été définie pour l'épaisseur selon EN 10025-2, soit fyl = 345 MPa

b. Détermination de la températureValeur critique de ténacitéSelon DAN P22-311 §C.2.6 (1), en considérant l'épaisseur maxi, celle de la semelle, t = 30 mm :

= 1k akb⋅ln t /t1 k c⋅t / t1

0,5α = 1,79

K IC=C⋅0,55⋅f yl⋅t 0,5/1,226 KIC = 2657

Température minimale de serviceSelon DAN P22-311 §C.2.6 (2), la température de transition TK27 – équivalent de TCV selon EC3 – doit garantir :=100⋅ln K IC−8,06 β = -17,49

T K27T min−25−−83−0,08 . f yl ⋅k d0,17/1,4 TK27 ≤ -28,31°C

On choisi un acier S355K2 pour lequel DAN P22-311 Tableau C.3 donne à 27J pour épaisseur t <150 mm une température TCV = -30°C afin de garantir une utilisation sous Tmin = -15°C



4.2. Détermination selon EN 1993-1-10L'annexe C de la norme DAN P22-311 fait désormais partie de la norme EN 1993-1-10 dont sa philosophie à été modifiée. Plus complexe, son utilisation s'effectue au travers d'une feuille de calcul réalisée par A.MICHEL (Institut de Soudure) et dont les résultats sont indiqués en Annexe 3.

La structure étant soumis à une température atmosphérique de plus basse valeur Tmd = -15°C.

a. Paramètres de calculTermes correcteursSelon EN 1993-1-10 §2.2.(5) :

Paramètre Commentaires Paramètres

Correction des pertes par rayonnement

EN 1993-1-10 spécifie que sa valeur doit être déterminé d'après EN 1991-1-5. Comme aucune valeur n'y est clairement spécifiée, on prend la valeur proposée par XP ENV 1993-2 §C.2.2.(3) en absence d'évaluation plus précise.

ΔTr = -5°C

Décalage de température induit par la contrainte et la limite d’élasticité du matériau

En absence de valeur, on se propose ici de prendre arbitrairement la même valeur que ΔTr

ΔTσ = -5°C

Terme de sécurité si nécessaire

En absence de valeur, on se propose ici de prendre arbitrairement la même valeur que ΔTr

ΔTR = -5°C

Nota: Les 2 derniers correcteurs sont placés en sécurité. Leur valeur devrait être déterminée par essais.

Contrainte de calculRelativement à la note 3 de EN 1993-1-10 §2.2.(4).iii; la contrainte maximale σED agissante ne doit pas dépasser 75% de la limite d'élasticité pour pouvoir appliquer la méthodologie proposée.

On se fixe donc cette valeur plancher ce qui n'est pas très éloignée de la réalité puisque la contrainte doit être calculée avec les coefficients partiels réduits à l'unité c'est à dire au calcul à l'ELS. Soit σED = 260 MPa.

b. Détermination de la températureConfigurations testéesL'Annexe 3 présente quatre vérifications de condition de non rupture fragile pour deux valeurs de TK27 = -20°C et TK27 = -30°C ainsi que pour deux situations de correcteurs : ΔTσ = ΔTR = -5°C

Qualité d'acier requiseOn choisi un acier S355K2 pour lequel EN 1993-1-10 donne à 27J pour épaisseur t <150 mm une température TCV = -30°C afin de garantir une utilisation sous Tmd = -15°C

4.3. Comparaison des méthodesA moins de prendre des termes correctifs sécuritaires comme cela à été fait précédemment, on constate que la méthodologie proposée par le nouveau document EN 1993-1-10 n'est pas spécialement conservative.

La démarche donnée dans XP ENV 1993-2 est plus rigoureuse car elle s'appuie sur la méthode R6 et indique les dimensions du défaut conventionnel pris en compte ; mais elle est plus compliquée.

In fine la méthodologie du DAN P22-311 annexe C allie à la fois conservatisme et simplicité.



5. DMOSOn se limite à détailler les descriptifs de mode opératoires de soudage (DMOS) selon ISO 15609-1 pour les soudures à réaliser sur chantier. L'annexe 5 détaille les DMOS des cordons de semelle et d'âme de la traverse.

5.1. Choix du procédéLe soudage s'effectue sur chantier en position PA et PE. On peut utiliser les procédés 111 et 114. Considérant les données du sujet, on privilégie le procédé 111 avec utilisation d'électrodes basiques.

5.2. Conditions de mise en œuvre (préchauffage / non fissuration à froid)On utilise les méthode B de NF EN 1011-2, dite du CET, pour déterminer les conditions de non fissuration.

Carbone équivalent (CET)A partir de NF EN 1011-2 §C.3.2.1 :

CET=CMnMo10 CrCu

20 N i

40CET = 0,321 %

Température de préchauffageLa température de préchauffage du préchauffage est déterminée à partir de NF EN 1011-2 §C.3.3 :

T p=697⋅CET160⋅tanh d /3562⋅HD0,3553⋅CET – 32⋅Q – 328 Tp = 103,8°C

On choisi une température de préchauffage comprise entre 120 et 150°C

Nota: Se référer au détail du calcul en Annexe 2.

5.3. Préparation des bordsa. Semelle de traverse

– Choix d'une préparation en X asymétrique afin de minimiser la passe en position PE.– L'angle d'ouverture sera plus ouvert pour faciliter le soudage sur site ; choix de 75°– La première passe est faite en position plafond (PE) afin de permettre le gougeage envers à plat (PA)

b. Âme de traverse– Choix d'une préparation en X symétrique pour un soudage en position PF– Angle d'ouverture selon le barème SAF donné en Annexe 4 ; choix d'un angle de 75° afin

d'homogénéiser le chanfreinage.

5.4. Paramètres de soudagea. Paramètres d'arcTensionLa tension d'arc en procédé 111 avec électrode basique se situe entre 40 et 70 V.

IntensitéUne idée de l'intensité est donnée à partir du diamètre d d'électrode :

I=30⋅d ou I=d−1⋅50Énergie de soudageA partir des tableaux C.4 issus de NF EN 1011-2 donnant la longueur de cordon correspondant à une longueur d'électrodes et en prenant en compte des électrodes ∅3,2 ; ∅4 ou 5, on peut raisonnablement envisager une énergie de soudage initiale E = 8 kJ/cm pour les positions PE, PG, PC.

L'énergie de soudage se détermine à partir de NF EN 1011-1 §8.7 :

E=k⋅U⋅IV

Avec selon le procédé k111 = k114 = 0,8. La vitesse V d'avance est estimée selon les valeurs indiquées aux tableaux C.4 de NF EN 1011-2.



b. Paramètres opératoiresSection de cordonLa section As de cordon d'un diamètre donnée peut être déterminée avec partir de la longueur soudée Ls obtenue par fusion de 410 mm d'une électrode de 450 mm indiquée dans le tableau C.4.2 (pour électrodes à rendement 95% < η < 100% ) de NF EN 1011-2 :

A s=⋅d 2

4 ⋅410Ls

Le tableau suivant résume la section de chaque électrode compte tenu des paramètres choisis :

Électrode Intensité I [A] Tension U [V] Énergie [kJ/cm] Longueur [mm] Section [mm²]

∅3,2 100 40 8 215 15,3

∅4 170 50 14 190 27,1

∅5 220 55 16,5 253 31,8

Nombres de passesA partir des sections unitaires de cordons ci-dessus, tenant compte du fait que la première passe est meulée on suppose que sa section est réduite de moitié. La répartition des diamètres d'électrodes est déduite du barème indicatif de la SAF donné en Annexe 4 :

Assemblage DMOS Envers/Endroit

Section à remplir [mm²]

Nombre de passes

∅3,2 ∅4 ∅5

Semelles n°1EV 28,5 1 1 0

ED 383,8 1 1 11*

Âmes n°2EV 37,5 1 2 0

ED 37,5 1 2 0

* La majorité du remplissage de l'endroit des semelles est majoritairement effectuée avec des électrodes ∅5, le nombre de passes se définit à partir de la section à remplir réduite des premières passes en ∅3,2 et ∅4 :

N= 383,8−1×15,3/2−1×27,131,8

N = 10,97 = 11 passes

6. ConclusionOn se reportera à l'Annexe 6 qui détaille le principe de conception de l'assemblage de la traverse sur le poutre principale ainsi qu'à l'Annexe 5 qui décrit les modes opératoires de soudage (DMOS) effectués sur chantier.



Références :

[1] DTU P22-701.- « Règles CM66 et additif 80 - Règles de calcul des constructions en aciers. 12e édition ».- CTICM. Eyrolles : 2007.

[2] NF P22-470.- « Construction métallique - Assemblages soudés - Dispositions constructives et justification des soudures ».- Norme AFNOR. 1989.

[3] CPC Fascicule n° 61, titre V.- « Cahier des prescriptions communes applicables aux marchés de travaux publics - Conception, calcul et épreuve des ouvrages d´art ».- Décret n° 77-647 du 22 juin 1977

[4] NF EN 10025-2.- « Produits laminés à chaud en aciers de construction - [P2] Conditions techniques de livraison pour les aciers de construction non alliés ».- Norme AFNOR. 2005.

[5] NF EN ISO 9692-1.- « Soudage et techniques connexes - Recommandations pour la préparation de joints - [P1] Soudage manuel à l'arc avec électrode enrobée ».- Norme AFNOR. 2004.

[6] NF EN 22553 (ISO 2553).- « Joints soudés et brasés - Représentations symboliques sur les dessins ».- Norme AFNOR. 1994

[7] OTUA.- « Produits sidérurgiques français – caractéristiques dimensionnelles ».- Collection Acier Français. 1989.

[8] MICHEL Alain.- « Conception et calculs des structures soudées – Partie 4 : Conception et calcul des charpentes et ossatures métalliques soudées. ».- Support de cours ESSA. 2009-2010.

[9] MM. Klöppel et Scheer.- « Beulwerte ausgesteifter Rechteckplatten (stabilités des âmes au voilement). ».- Ed. W. Ernst und Sohn.- Berlin. 1960.

[10] IIS/IIW-534-77 (ex XV-388-76).- « Règles de calcul des joints soudés comportant des jeux, travaillant en compression ». IIS/IIW. 1977

[11] NF EN 1011-1.- « Soudage - Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques - [P1] Lignes directrices générales pour le soudage à l'arc ».- Norme AFNOR. 2009

[12] NF EN 1011-2.- « Soudage - Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques - [P2] Soudage à l'arc des aciers ferritiques. ».- Norme AFNOR. 2002

[13] FD CEN ISO-TR 17844.- « Soudage - Comparaison de méthodes normalisées pour éviter les fissures à froid. ». AFNOR. 2005

[14] CETIM PE3612.- « Soudabilité suivant CR/ISO 15608 - Guide informatif concernant la soudabilité des différentes nuances d'aciers. ». Doc interne IS : 08/2008

[15] NF EN 1993-1-10.- « Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - [P1-10] Choix des qualités d'acier. ».- Norme AFNOR. 2005

[16] NF EN 1991-1-5.- « Eurocode 1 - Actions sur les structures - [P1-5] Actions générales - Actions thermiques. ».- Norme AFNOR. 2004

[17] XP ENV 1993-2.- « Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - [P2] Ponts métalliques ».- Norme AFNOR. 2004

[18] NF EN ISO 15609-1.- « Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux métalliques - Descriptif de mode opératoire de soudage - [P1] Soudage à l'arc. ».- Norme AFNOR. 2005.



Annexe 1 – Abaques de stabilité des âmes au voilement

Selon réf. [9] :

C=2⋅E

12⋅1−2⋅ ea

ha2

°=k ⋅C °=k ⋅C

Abaque kσ Abaque kτ



Annexe 2 – Préconisations contre la fissuration à froid


Méthodes normalisées pour éviter la fissuration à froid

ConfigurationVitesse de soudage Vs (cm/min) 24Tension U (V) 40Intensité I (A) 100Procédé n° 111 NF EN ISO 4063Épaisseur tôle d1=d2 (mm) 30 NF EN 1011-2 [T 1]Épaisseur tôle d'angle d3 (mm) 30 NF EN 1011-2 [T 1]Hydrogène diffusible HD (mL/100g) 5 NF EN 1011-2 [T 1]Éléments C Si Mn Cr Cu Mo Nb Ni Ti V BTeneurs % 0,180 0,370 1,390 0,010 0,010 0,000 0,000 0,040 0,000 0,000 0,0000

Énergie de soudageRendement thermique du procédé k 0,8 NF EN 1011-1 [T 1] Q (J/cm) Q (KJ/cm)Énergie de soudage Q (KJ/mm) 0,80 NF EN 1011-1 [§ 8.7] | FD CEN ISO-TR 17844 [éq (10)] 8000 8,0

Paramètres des méthodes normaliséesA. Méthode CE: NF EN 1011-2 FD CEN ISO-TR 17844 [T 8]Carbone équivalent CE=CEIIW (%) 0,417 NF EN 1011-2 [éq (C1)] | FD CEN ISO-TR 17844 [éq (1)]Classe d'hydrogène A … E D NF EN 1011-2 [§ C.2.3.3] | | FD CEN ISO-TR 17844 [T 2]Choix épaisseur combinée e (mm) 90 NF EN 1011-2 [§ C.2.4] | FD CEN ISO-TR 17844 [§ 2.3]

Domaine de validitéTeneurs max OK NF EN 1011-2 [§ C.2.1] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 1]Carbone équivalent 0,3≤CE≤0,7% OK NF EN 1011-2 [§ C.2.1] | FD CEN ISO-TR 17844 [§ 2.2]Épaisseur 6≤t≤100 mm OK NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 10]

B. Méthode CET: NF EN 1011-2 (IIW-1630-91 & 1631-91) FD CEN ISO-TR 17844 [§ 3.7.3]Carbone équivalent CET (%) 0,321 NF EN 1011-2 [éq (C2)] | FD CEN ISO-TR 17844 [éq (3)]Température de préchauffage Tp (°C) 103,8 NF EN 1011-2 [éq (C8)] | FD CEN ISO-TR 17844 [éq (9)]

Domaine de validitéTeneurs max OK NF EN 1011-2 [§ C.3.2.1] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 9]Carbone équivalent 0,2≤CET≤0,5% OK NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [§ 3.2]Épaisseur 10≤t≤90 mm OK NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 10]Hydrogène diffusible 1≤HD≤20 mL/100g OK NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 10]Énergie de soudage 0,5≤Q≤4 KJ/mm OK NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 10]Limite élastique YS≤1000 MPa A vérifier NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [T 10]

C. Méthode CEN: FD CEN ISO/TR 17844 (JIS B 8285) FD CEN ISO-TR 17844 [T 16]Carbone équivalent CEN (%) 0,421 FD CEN ISO-TR 17844 [éq (11)]Coefficient sur la teneur en carbone f(C) 0,958 FD CEN ISO-TR 17844 [éq (11)]

Domaine de validitéTeneurs max OK FD CEN ISO-TR 17844 [T 13]Carbone équivalent 0,2≤CEN≤0,6% OK NF EN 1011-2 [§ C.3.3] | FD CEN ISO-TR 17844 [A.2]Épaisseur OK FD CEN ISO-TR 17844 [§ 4.3]Énergie de soudage 0,4≤Q≤5 KJ/mm OK FD CEN ISO-TR 17844 [§ 4.5]Limite élastique 300≤YS≤800 MPa A vérifier FD CEN ISO-TR 17844 [§ 4.6]

D. Méthode CEN: FD CEN ISO/TR 17844 (ANSI/AWS D1.1) FD CEN ISO-TR 17844 [T 19 à T 21]Carbone équivalent CE (%) 0,479 FD CEN ISO-TR 17844 [éq (15)]Paramètre de composition Pcm (%) 0,264 FD CEN ISO-TR 17844 [éq (16)]Classe d'hydrogène H H1 FD CEN ISO-TR 17844 [§ 5.4.2]Coefficient multiplicateur énergie AE kAE 1,5 FD CEN ISO-TR 17844 [T 18]Énergie de soudage (US) AE (KJ/pouce) 38,1 FD CEN ISO-TR 17844 [§ 5.5]

Domaine de validitéAcier non trempé et non revenu A vérifier FD CEN ISO-TR 17844 [§ 5.2.1]

RéférencesNF EN 1011-1:2009 - Soudage - Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques - [P1] Lignes directrices générales pour le soudage à l'arcNF EN 1011-2:2002 - Soudage - Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques - [P2] Soudage à l'arc des aciers ferritiques

Feuille permettant de déterminer les paramètres de calcul et les domaines de validité des méthodes.Se reporter aux normes pour l'utilisation des paramètres et abaques de température de préchauffage (Tp)Seule la méthode B (CET) donne directement une valeur de Tp sans abaque.

Descriptif ►

Descriptif ►

Descriptif ►

10≤t≤200 mm

Descriptif ►


Annexe 3 – Prévention du risque de rupture fragile selon EN 1993-1-10

TK27 acier à -20°C (ΔTσ = -5°C, ΔTR = -5°C) :

Condition non satisfaite

TK27 acier à -30°C (ΔTσ = -5°C, ΔTR = -5°C) :

Condition satisfaite

TK27 acier à -30°C (ΔTσ = 0°C, ΔTR = 0°C) :


TK27 acier à -30°C (ΔTσ = 0°C, ΔTR = 0°C) :



Prévention du risque de rupture fragile des constructions en acier selon EN 1993-1-10:05Aciers S235, S275 et S355 selon EN 10025-2 , EN 10025-3 et EN 10025-4

Lim. d'élast. nom. de l'acier (MPa) : 355 Lim.élast.corr. : 347,5 MPa-20 OK

Epaisseur (mm) : 30O Rayon cintr.? 500 mm 0,03

Sigma géométrique? (MPa) : 260,63 0,25<Sig/Sigys<0,75 OK 260,63 Sigéo/Sigys : 0,75Vitesse déform. > 4E-4/s ? O/N : O Epsil* ? : 5,00E-03 /s Epsil* = 5,00E-003

-15-50 -30 -20 0 20

S235Coeff A N/A N/A 54,63 N/A N/AConst B N/A N/A -253,87 N/A N/A



Coeff A 48,55 N/A N/A 48,55 N/A N/ACoeff B -209,4 N/A N/A -209,4 N/A N/A

-44 OK -44-5 Voir EN 1991-1-5-5 : valeur recomm.-5 : valeur recomm.-8 form. 2.3 corrigée-9 form. 2.4

-47 form. 2.2 partielle-3 Cond. non satisf

TK27 acier (°C) : Nota : TK27 = TK40 - 10°C

Mise en forme à l'ambiante ? O/N : Epsil cf =

Temp. mini. : Tmd (°C) :TK27

Temp. référence : TEd (°C) : DeltaTr (°C) :DeltaTR (°C) :DeltaTsigma (°C) :DeltaTepsil* (°C) :DeltaTepscf (°C) :Tmd + SIGMA(Delta Ti) (°C) :Tmd + SIGMA(Delta Ti) - TEd (°C):





-15-50 -30 -20 0 20

S235Coeff A N/A N/A N/A N/A N/AConst B N/A N/A N/A N/A N/A

S275Coeff A N/A 56,38 N/A N/A N/AConst B N/A -265,24 N/A N/A N/A


Coeff A 51,32 N/A 51,32 N/A N/A N/ACoeff B -229,76N/A -229,76 N/A N/A N/A

-55 Hors limites -50-5 Voir EN 1991-1-5-5 : valeur recomm.-5 : valeur recomm.-8 form. 2.3 corrigée-9 form. 2.4

-47 form. 2.2 partielle3 Cond.satisfaite









-15-50 -30 -20 0 20

S235Coeff A N/A N/A N/A N/A N/AConst B N/A N/A N/A N/A N/A



Coeff A 51,32 N/A 51,32 N/A N/A N/ACoeff B -229,76 N/A -229,76 N/A N/A N/A

-55 Hors limites -50-5 Voir EN 1991-1-50 : valeur recomm.0 : valeur recomm.

-8 form. 2.3 corrigée-9 form. 2.4










-15-50 -30 -20 0 20




Coeff A 48,55 N/A N/A 48,55 N/A N/ACoeff B -209,4 N/A N/A -209,4 N/A N/A

-44 OK -44-5 Voir EN 1991-1-50 : valeur recomm.0 : valeur recomm.

-8 form. 2.3 corrigée-9 form. 2.4







Annexe 4 – Nombre d'électrodes par mètre de soudure



Annexe 5 – Descriptifs des modes opératoires de soudage chantier selon 15609-1



DMOS n°A-1DMOS(-P) / ISO 15609-1

Date : 03/02/10

Descriptif du mode opératoire de soudageLieu : YUTZ Méthode de préparation et de nettoyage : meulage

PV-QMOS N° : A Matériau de base : S355K2 / EN 10025-2

Fabricant : ESSA79 Épaisseur matériau de base [mm] : 30

Mode de transfert de métal : # Diamètre extérieur [mm] : #

Assemblage : X asymétrique – 2.5.2 / ISO 9692-1 Positions de soudage : PA + PE / ISO 6947

Détail de préparation de la soudure (schéma)Schéma de préparation Disposition des passes

Détails relatifs au soudage

PasseProcédé de

soudage/ ISO 4063

Matériau d'apport

[mm]

Intensité[A]

Tension[V]

Courant / polarité

Vitesse de dévidage [m/min]

L électrode fondue [cm] – Vitesse d'avance [cm/min]

Apport de chaleur [kJ/cm]

1 111 3,2 100 40 CC- # 215 – 24 8

2-3 111 4 170 50 CC+ # 190 – 29 14

4-14 111 5 220 55 CC+ # 253 – 35 16,5

– Désignation du matériau d'apport et marque :∅3,2 : SAFER G 53 – E 380 RC 11 / ISO 2560-A∅4+5 : SAFER N 49 – E 380 B 12 H10 / ISO 2560-A

– Étuvage ou séchage : 300°C / 1h30– Gaz de protection/flux : #

– protection endroit : #– protection envers : #

– Débit de gaz : #– protection endroit : #– protection envers : #

– Électrode de tungstène/Dimension : #– Reprise ou support envers : Meulage passe racine– Température de préchauffage : entre 100 et 150°C– Température entre passes : < 250°C– Post-chauffage : aucun– Température de maintien du préchauffage : #– TTAS et/ou vieillissement : aucun

Informations complémentaires– Balayage (largeur maximale de la passe) : #– Oscillation : #

– amplitude : #– fréquence : #– temps d’arrêt : #

– Détails sur le soudage pulsé : #– Distance tube-contact/pièce : #– Détails sur le soudage plasma : #– Angle d’inclinaison de la torche : #

Contrôles non destructifs– Visuel : oui– Magnéto : non– Ultrasons : 100%

– Temps : # – Température : # – Méthode : #

– Vitesses de montée en température et de refroidissement : #– Commentaires : mise en peinture après soudage



DMOS n°B-1DMOS(-P) / ISO 15609-1

Date : 03/02/10

Descriptif du mode opératoire de soudageLieu : YUTZ Méthode de préparation et de nettoyage : meulage

PV-QMOS N° : B Matériau de base : S355K2 / EN 10025-2

Fabricant : ESSA79 Épaisseur matériau de base [mm] : 12

Mode de transfert de métal : # Diamètre extérieur [mm] : #

Assemblage : X symétrique – 2.9.2 / ISO 9692-1 Positions de soudage : PF / ISO 6947

Détail de préparation de la soudure (schéma)Schéma de préparation Disposition des passes

Détails relatifs au soudage

PasseProcédé de

soudage/ ISO 4063

Matériau d'apport

[mm]

Intensité[A]

Tension[V]

Courant / polarité

Vitesse de dévidage [m/min]

L électrode fondue [cm] – Vitesse d'avance [cm/min]

Apport de chaleur [kJ/cm]

1-2 111 3,2 100 40 CC- # 215 – 24 8

3-6 111 4 170 50 CC+ # 190 – 29 14

– Désignation du matériau d'apport et marque :∅3,2 : SAFER G 53 – E 380 RC 11 / ISO 2560-A∅4+5 : SAFER N 49 – E 380 B 12 H10 / ISO 2560-A

– Étuvage ou séchage : 300°C / 1h30– Gaz de protection/flux : #

– protection endroit : #– protection envers : #

– Débit de gaz : #– protection endroit : #– protection envers : #

– Électrode de tungstène/Dimension : #– Reprise ou support envers : Meulage passe racine– Température de préchauffage : entre 100 et 150°C– Température entre passes : < 250°C– Post-chauffage : aucun– Température de maintien du préchauffage : #– TTAS et/ou vieillissement : aucun

Informations complémentaires– Balayage (largeur maximale de la passe) : #– Oscillation : #

– amplitude : #– fréquence : #– temps d’arrêt : #

– Détails sur le soudage pulsé : #– Distance tube-contact/pièce : #– Détails sur le soudage plasma : #– Angle d’inclinaison de la torche : #

Contrôles non destructifs– Visuel : oui– Magnéto : non– Ultrasons : 100%

– Temps : # – Température : # – Méthode : #

– Vitesses de montée en température et de refroidissement : #– Commentaires : mise en peinture après soudage



Annexe 6 – Mises en plan


6,6

10

24,5

5,5

24,5

5,5

Semelle courbe

S5

S10

(RT)

(R1)

S5

S24

Poutre principale

Traverse IPRS

350

(E)

Tôle raidisseuse

a5

(raidisseur transversal)

1S24

350 1

(P1)

S6 870 2

COUPE E-E ECHELLE 1 : 2

15 12

<1/4COUPE D-D ECHELLE 1 : 2

15

30

R500

COUPE C-C ECHELLE 1 : 10

a5

a5

12870

930

30350

DÉTAIL B ECHELLE 1 : 5

50

30

DÉTAIL A ECHELLE 1 : 5

3030

Arêtes chanfreinéesà reboucheraprès soudage

A

B

150

600 700

R500

713

1900

-280

050

E E

D D

C

CD.PERRIN

SCALE:1:25

DWG NO.

TITLE:

MATERIAL:

DATESIGNATURENAME

DEBUR AND

EDGES

FINISH:

ANGULAR:

A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

100201-01SHEET 2 OF 2

D

E

F

C

A3

-

F.DESBORDES

G.BALLAND

-

ESSA

WEIGHT:

- RAL 7031 sur toute la pièce.BREAK SHARP

1 2 3 4

B

A

321 5

C

D

Q.A

S355K2 / EN 10025-2

6 7

22/12/09

4

- Corrosivité: C5-M H / ISO 12944-2

BE3 - Traverse pont rail

B

8

Jonction sur poutre principale

UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR:

-

semelle inférieure

Les références indiqués sur les soudures renvoient aux DMOS

Raboutage

âme traverse

semelle supérieureRaboutage

Raboutage

Nota : - Qualité des soudures : ISO 5817 B - Tolérances générales : ISO 13920 - Représentation joints soudés : ISO 2553

Arêtes chanfreinéesà reboucheraprès soudage

note de calcul - david.home.free.frdavid.home.free.fr/download/nc100201dp02 - be3 - traverse de...

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