Bienvenue dans l’univers de la construction métallique !

Présentation au sujet: "Bienvenue dans l’univers de la construction métallique !"— Transcription de la présentation:

1 Bienvenue dans l’univers de la construction métallique !

2 Construction métallique ST4 2006
COURS GENERALITES CARACTERISTIQUES DE L’ACIER UTILISE EN CM ASPECTS REGLEMENTAIRES ASSEMBLAGES SIMPLES 8 créneaux de TD 1 contrôle

3 Généralités Consommation d'acier par type de construction Japon États
- Unis Europe de l'Ouest Logements Bâtiments industriels Autre s bâtiments Pylônes Ponts et ouvrages hydrauliques 21 % 34 3 8 4 33 45 5 13 2 58 31 Total 100

4 Généralités – Chiffres France

5 Généralités – Chiffres France
Utilisation des produits acier dans la construction Produits plats d'ossature (bac acier..) 5,90% Produits plats de séparation 7,10% d'équipement (visserie..) 11,60% d'enveloppe 9,40% Produits spécifiques TP (rails, palplanches) 8,90% Armatures 25% Produits longs (hors armatures) 32,10% Source: Moniteur 3 Octobre 2003

6 Entreprises du secteur
Classement du Moniteur / Extraits

7 Élaboration acier

8 Élaboration acier

9 Élaboration acier

10 Laminage

11 Laminage - Extrémité de brame

12 Laminage produits longs
Rouleaux primaires Rouleaux d’ébauche, faces horizontales et verticales

13 Laminage produits longs
Réalisation des bords Rouleaux de finition

14 Laminage

15 Laminage produits longs
Et voilà le travail!

16 Caractéristiques mécaniques acier
résistance: limite d’élasticité résistance à la traction, Voir diagramme dureté

17 Caractéristiques mécaniques acier
Résistance à la traction : fu Limite élastique: fy

18 Caractéristiques mécaniques acier
ductilité et malléabilité: allongement après rupture, aptitude au pliage; résilience / fragilité : fragilité: propriété qu’ont certains corps de se briser sans déformation permanente perceptible lorsqu’ils sont soumis à un choc. Les corps fragiles sont peu tenaces ou peu « résilients ». Si K est la résilience d’un métal, 1/K est l’indice de fragilité.

19 Caractéristiques mécaniques acier
Essai au mouton de Charpy (résilience) CHOC Mesure de l’absorption d’énergie

20 Dénominations des aciers - Normalisation
Nuances (composition chimique) fu

21 Aciers de charpente et aciers pour boulons
fu = 1000 MPa fy = 900 MPa Acier 8-8 : fu = 800 MPa fy = 640 MPa Acier 6-8 : fu = 600 MPa fy = 480 MPa Acier de charpente S 235 ou Fe 360 : fu = 360 MPa fy = 235 MPa Acier de charpente S 355 ou Fe 510 : fu = 510 MPa fy = 355 MPa

22 Produits laminés - Poutrelles
Archimetal.com : Profils HE A/B/M C’est une gamme de profils caractéristique et économique. En forme de H, ils sont dotés d’ailes larges et offrent une bonne résistance au flambement dans les deux directions. Leur section est compacte, inscrite dans un carré ; la largeur de l’aile est pratiquement égale à la hauteur du profil. Pour une même hauteur de profil, la gamme HE existe en trois séries : HEA, HEB, HEM permettant une progression de la capacité portante par la variation des épaisseurs d’âme et d’aile. Les différences de dimensions intérieures entre les trois séries pour une même hauteur nominale sont faibles Profils IPE/IPN Il s’agit d’une autre gamme caractéristique de ce type de produits formant une série unique. La forme est inscrite dans un rectangle et le profil présente des ailes plus étroites et plus épaisses que l’âme. Jusqu’à 300 mm de hauteur, la largeur des ailes est sensiblement la moitié de cette hauteur. Par sa forme, il est plus flexible dans la direction yy et est de ce fait préconisé pour l’utilisation en poutres. À hauteur de profil égale avec un H, sa masse est approximativement divisée par deux. Les côtés des ailes d’un IPE sont parallèles entre eux. Profils UAP/UPN Contrairement aux deux précédents exemples, ce profil est mono symétrique. Sa forme se prête à une utilisation en poutres de rive, assurant la fonction d’arrêt de coulée. À l’image des profils en I, sa forme est inscrite dans un rectangle et le profil présente des ailes plus étroites que l’âme. Selon la hauteur, la largeur des ailes varie, de façon dégressive de la moitié à un peu plus du tiers de cette hauteur. À hauteur de profil égale avec un I, sa masse est approximativement supérieure de 10 %. Les côtés des ailes d’un UAP sont parallèles entre eux. Poteaux, poutres en flexion composée Poutres en flexion

23 Laminés marchands Cornière à ailes égales Cornière à ailes inégales
Cornière accolées en croix Té Cornière accolées dos à dos

24 Profils formés à froid (pliage)
Z L C S W

25 Semelle ou aile (flange)
Notations Attention aux axes !!! Axe fort = YY Semelle ou aile (flange) Âme (web)

26 Sciage, tronçonnage profilés

27 Produits dérivés: Oxycoupage

28 Composants Distinguer: Portiques Pont-roulant Pannes Lisses de bardage

29 Enveloppe : Produits plats
Bardage Toiture sèche

30 Composants principaux ossature
D’après SteelCust Panne faîtière Panne sablière Panne courante Poutre au vent Portique de rive potelet Lisse de bardage Palées de stabilité Portique courant Fondations

31 Différents composants principaux
Portique courant : Stabilité transversale Fondation

32 Mais comment ces charges arrivent-elles jusqu’au portique ?
Fonctionnement Portique D’après SteelCust VENT CHARGES PERMANENTES NEIGE Mais comment ces charges arrivent-elles jusqu’au portique ?

33 Distribution des charges
D’après SteelCust Les charges sont distribuées uniformément sur la surface du bardage et de la couverture. Ensuite, elles sont distribuées uniformément sur les pannes et les lisses de bardage. Enfin, les pannes et les lisses de bardage s’appuient sur le portique sous forme de charges concentrées.

34 Différents composants
Portique de rive

35 Portique de rive. Zone de reprise des efforts
D’après SteelCust

36 Exemple de portique de rive
D’après SteelCust

37 Stabilité longitudinale
Panne sablière Bardage vent Vers palée de stabilité longitudinale Potelets Poutre au vent

38 Différents composants: Palée de stabilité longitudinale

39 Panne faîtière (double)
Illustration pannes Panne courante Panne sablière Panne faîtière (double)

40 Composants secondaires
D’après SteelCust Bretelles Liernes Bretelles Tendeur de lisse Potelet de bardage suspente Poutre de porte

41 Composants secondaires – Lisses de bardage
D’après SteelCust Sollicitées en flexion déviée

42 Composants secondaires – Bretelles, tendeurs
D’après SteelCust Tendeur de lisse bretelle

43 Association avec le béton..
Fondations, bien sûr! Planchers Ponts, construction mixte

44 Avantages et inconvénients CM
Éléments élancés: Légèreté de l’ossature Fondations simples Grandes portées Sensible aux charges climatiques Risques soulèvement

45 Avantages et inconvénients CM
Éléments élancés: Esthétique Ouvertures Gain de place Risques d’instabilité - flambement éléments comprimés - déversement poutres fléchies - voilement plaques

46 Avantages et inconvénients CM
Montage simple et rapide - Matériel réduit, gain de temps - Préparation à l’atelier, montage au sol - Préparation rigoureuse, peu de modifications de dernière minute

47 Avantages et inconvénients CM
Matériau acier - Mise en charge immédiate - Possibilités de recyclage - Corrosion, sensibilité au feu (protection adaptée) Modes d’assemblage - Structures facilement démontables - Modifications, renforcements aisés

48 Aspects réglementaires
CM 66 (Élasticité linéaire – type cours RDM) Additif 80 (États limites – début calculs en plasticité) Eurocode 3 (États limites – Calculs en plasticité)

49 États limites ultimes Équilibre statique : voir notamment les dispositifs de contreventement. Niveau OSSATURE Stabilité élastique: problèmes de déversement, voilement, flambement Niveau ELEMENT Résistance des SECTIONS Résistance des ASSEMBLAGES

50 Problèmes de stabilité élastique: Voilement

51 Problèmes de stabilité élastique: Voilement

52 Déversement poutres fléchies
Déplacement latéral

53 Résistance des sections
Combinaison de charges (ELU) RDM Détermination des diagrammes N,V, M le long du portique Recherche de la section la plus sollicitée EFFORT SOLLICITANT (ex: moment de flexion) dans cette section

54 Résistance des sections (suite)
Nature acier Caractéristiques géométriques Effort résistant (exemple : moment résistant) VERIFIER QUE Effort sollicitant < Effort résistant

55 États limites de service - flèches
Calcul sous chargements non pondérés Attention module de Young MPa Due aux charges variables. Planchers :1/300° État final . Planchers : 1/250°

56 Notions de plasticité

57 Notions de plasticité Wel équivalent de I/v en RDM
Limite du domaine élastique Cas classique RDM Moment résistant correspondant : Mel = Wel x fy Wel équivalent de I/v en RDM

58 Notions de plasticité Dépassement de la déformation ee
Contrainte limitée à fy Plastification partielle

59 Notions de plasticité Rotation suffisante pour plastification complète. Moment résistant correspondant: Mpl = Wpl x fy

60 Rotules plastiques

61 Classements sections Moment plastique atteint
M plastique atteint mais rotation limitée Pb voilement local

62 Pb voilement local La classe d’une section est fonction de la classe de chacune de ses parois

63 Vérification en flexion
RDM : soit : Moment résistant Module de résistance à la flexion Contrainte admissible choisie

64 Vérification en flexion
Eurocode 3: Classes 1 et 2 : Classe 3 : Plastification section On se limite à Mel (Comme en RDM) Équivalent du I/v Équivalent de la contrainte admissible

65 Vérification éléments tendus
Section nette et brute (pièces assemblées par boulons) Section brute Section nette

66 Vérification éléments tendus
Ex :Assemblages par boulons ordinaires MIN Résistance plastique de la section brute Effort normal sollicitant Résistance ultime section nette

67 Vérification éléments tendus
Résistance plastique section brute (A) Résistance ultime section nette

68 Longueur de flambement
Éléments comprimés Risque de flambement ? Calcul de l’élancement : Si deux plans de symétrie : deux élancements Rayon de giration : i tel que I = i². A Longueur de flambement Rayon de giration

69 Éléments comprimés Risque de flambement ?
Calcul de l’élancement réduit : Élancement eulérien Prise en compte du risque de flambement

70 Si risque de flambement :
Effort résistant: Plastification section brute Facteur de réduction 1 en général 1,1

71 Courbes de flambement Choix courbe: Nature section Plan de flambement
épaisseurs

72 Assemblages - Exemples
Encastrement poutre poteau par platine soudée et boulons

73 Assemblages – liaisons poutres - poteaux
Encastrements Articulation (seule l’âme transmet les efforts)

74 Assemblages – liaisons poutres - poteaux

75 Assemblages- Contreventements

76 Assemblages poutres - poteaux Exemples de ruine

77 Assemblage poutre - poutre

78 Cas des fondations - Exemples
Pied de poteau articulé Fixation diagonale contreventement Encastrement

79 Transmission d’un effort tranchant
Attache solive- poutre principale de plancher Assemblage par couvre-joint d’âme

80 Comportement assemblages
Asymptote : Résistance Pente à l’origine: rigidité articulation

81 Fonctionnement boulons ordinaires
Deux plans de cisaillement Pression diamétrale au niveau de la pièce Fonctionnement par obstacle

82 Fonctionnement boulons ordinaires
Risque: rupture par cisaillement Boulons Pièces Risques : ovalisation, déchirure

83 Frottement : rappels Surface de frottement

84 Frottement : rappels Pas de glissement si : Cône de frottement
Coefficient de frottement Pas de glissement si : (Réaction à l’intérieur du cône de frottement)

85 Principe des boulons HR précontraints
Serrage contrôlé: Mise en traction du boulon Mobilisation du frottement Effort de précontrainte

86 Dispositions constructives
Risque corrosion Pinces et entraxes Zones de serrage p: entraxe (pitch) e: pince (edge) Indice 1 : parallèle à l’effort Indice 2: perpendiculaire à l’effort

87 Dispositions constructives Pince longitudinale minimale

88 Mode de travail des boulons
Boulons soumis au cisaillement ET à la traction

89 Mode de travail des boulons
Boulons travaillant au double cisaillement Boulons travaillant en traction

90 Catégories d’assemblages boulonnés (EC3)

91 Principe de vérification des boulons
Vérification des dispositions constructives Analyse transmission des efforts : détermination des efforts sollicitants pour chaque boulon En fonction du type d’assemblage, détermination de l’effort résistant par boulon (« résistance de calcul ») Vérification Effort Sollicitant<Effort Résistant

92 Résistance de calcul (exemple)
Boulons non précontraints (travaillant au cisaillement – A) : Résistance au cisaillement. Concerne le BOULON Résistance à la pression diamétrale : concerne les PIECES ASSEMBLEES

93 Transmission des efforts - exemple
Transmission d’un effort tranchant d’une poutre secondaire vers une poutre principale

94 Transmission des efforts - exemple
L’effort est transmis par l’âme de la poutre secondaire Vérification poutre au cisaillement, avec problème cisaillement en bloc.

95 Transmission des efforts - exemple
Transmission aux boulons sur porté par: - pression diamétrale au niveau de l’âme du porté - Cisaillement (double) des boulons sur porté

96 Transmission des efforts - exemple
Transmission aux cornières par: - Cisaillement des boulons sur porté - pression diamétrale au niveau des cornières, côté porté

97 Transmission des efforts - exemple
Transmission aux Boulons côté porteur par: - pression diamétrale au niveau des cornières, côté porteur - Cisaillement des boulons sur porteur

98 Transmission des efforts - exemple
Transmission à l’âme de la poutre porteuse, par: -cisaillement boulons côté porteur - Pression diamétrale sur âme poutre porteuse.

99 Transmission des efforts - bilan
Pression diamétrale Cisaillement Cisaillement Âme portée Boulons côté porté Effort appliqué Chaîne dont la résistance est égale à celle du maillon le plus faible Pression diamétrale Cornières Pression diamétrale Cisaillement Cisaillement Boulons côté porteur Âme porteur

100 Assemblages soudés Soudage manuel
Fabrication d’un PRS – Soudage par arc submergé

101 Type de cordons d’angle
Cordon frontal Cordon LATERAL Cordon oblique

102 Caractéristiques d’un cordon d’angle

103 Soudures- Principe de calcul
Modélisation des efforts En fonction de la nature du cordon, calcul contraintes dans le plan de gorge Vérification.

104 C’est fini ! Sources photographies: APK Dessins réalisés sous MicroGrafx Designer 4.0