Structure porteuse d'un convoyeur à bande, Allemagne
Monath est une entreprise d'ingénierie de taille moyenne active dans tous les domaines de l'ingénierie structurelle. Dans les projets en acier, la majeure partie de leur travail porte sur les structures industrielles et les entrepôts. Cependant, les projets de construction métallique de plus petite envergure avec des systèmes structurels complexes constituent également un défi.
Motivation
Nous devons souvent travailler avec des assemblages non standard (topologie, sections transversales) et fournir une vérification normative approfondie. Par le passé, nous étions limités à des logiciels de conception d'assemblages de base ou à des calculs manuels. Cela limitait notre capacité à évaluer correctement la conception.
Les problèmes les plus importants surviennent avec les assemblages soumis à des charges multiaxiales, pour lesquels une simulation en 3D est nécessaire. C'est là que les logiciels de conception d'assemblages de base atteignent leurs limites, car seule la modélisation bidimensionnelle est possible. Un autre domaine problématique est celui des assemblages à topologies très complexes. Notre logiciel précédent de conception d'assemblages était limité à des types d'assemblages prédéfinis (topologie des poutres, profilés, sections transversales, plaques de raidissement).
Ces problèmes se posant dans notre pratique quotidienne d'ingénierie, nous avons décidé de travailler avec IDEA StatiCa Connection.
Avantages
IDEA StatiCa Connection dispose d'une interface de travail très simple et claire. En peu de temps, on prend ses repères dans le logiciel et on réalise son travail rapidement.
Le logiciel CAE utilisé chez Monath est SCIA Engineer. IDEA StatiCa Connection dispose d'une interface BIM qui permet d'importer des nœuds sélectionnés (assemblages) depuis SCIA Engineer (y compris les paramètres de section transversale et les efforts intérieurs). Cette interface fonctionne très bien. Toutes les valeurs importantes (géométrie et charges) sont transmises rapidement et de manière fiable, ce qui évite la saisie supplémentaire, le temps et les efforts associés. Bien entendu, une saisie séparée de la géométrie et des charges est possible, de sorte que des vérifications individuelles peuvent être effectuées indépendamment d'autres logiciels.
Un autre avantage est la variété des options de conception. Il est possible d'adapter l'assemblage aux spécificités du projet et de visualiser ainsi un modèle très réaliste. De nombreuses opérations de fabrication sont disponibles, telles que les assemblages avec platines d'extrémité, platines de liaison, cornières et bien d'autres encore. Le principal avantage est qu'un nœud comportant plusieurs types d'assemblages différents peut être modélisé et affiché immédiatement en 3D. Cela permet de concevoir et de vérifier presque n'importe quel assemblage, aussi unique soit-il.
Dans de nombreuses structures, des efforts multiaxiaux s'appliquent sur les assemblages. Dans la plupart des logiciels, cependant, seul un calcul 2D est possible. L'assemblage doit donc être évalué laborieusement à la main — et les influences multiaxiales sont simplement négligées. IDEA StatiCa Connection permet la saisie des efforts au niveau de la partie d'assemblage ainsi qu'au niveau du composant connecté. Cela signifie qu'une modélisation réaliste est possible et que les résultats sont plus précis qu'avec les logiciels de calcul conventionnels. Cela permet une optimisation sans précédent de toutes les propriétés de l'assemblage (épaisseur des plaques ou des soudures, etc.).
Nous utilisons les vérifications normatives des assemblages conformément à l'Eurocode 3, qui sont affichées immédiatement. De plus, nous obtenons également les contraintes et efforts intérieurs, les résultats de flambement local et l'analyse de rigidité (tous basés sur un modèle EF créé automatiquement).
Inconvénients
Malgré les nombreux avantages d'IDEA StatiCa Connection, nous avons également constaté quelques inconvénients.
En raison de la décomposition en plusieurs cas de charge, le calcul peut prendre un certain temps (plusieurs minutes pour les assemblages complexes). Cela est particulièrement notable lorsque les assemblages conçus sont articulés, car dans ce cas, de nombreuses étapes d'itération doivent être effectuées. La conception d'assemblages articulés nécessite en général, selon nous, un utilisateur un peu plus expérimenté. Nous voyons également des possibilités d'amélioration dans les résultats de sortie. Par exemple, la position des plaques, des soudures ou des boulons est plus difficile à identifier en raison de certaines dimensions manquantes.
Exemples
Afin d'illustrer nos domaines d'application pour IDEA StatiCa Connection, deux exemples tirés de nos projets sont présentés et expliqués ci-dessous.
Exemple 1 : Structure de panneau d'affichage
Le premier projet présenté est une structure de panneau d'affichage. La tâche consistait ici, outre les différents assemblages de profilés creux, à effectuer la vérification normative de l'ancrage de la fondation.
Les moments dus aux charges de vent et les efforts tranchants sollicitaient la structure dans deux directions. La semelle constituait donc un assemblage complexe, étant donné que d'autres logiciels ne prennent pas en compte les moments autour des axes X ou Y. En utilisant le lien BIM du logiciel CAE SCIA Engineer, les paramètres de section transversale ainsi que les efforts intérieurs au nœud ont été transférés vers IDEA StatiCa Connection. L'ancrage, y compris les soudures, a ensuite pu être modélisé et vérifié, comme illustré ci-dessous.
Un autre problème dans ce projet était l'assemblage des poutres principales au poteau. Avec les logiciels de calcul conventionnels, un tel système structurel devait être simplifié en un problème bidimensionnel.
Après que l'assemblage a été conçu avec les quatre poutres principales dans IDEA StatiCa Connection, il s'est avéré que la plaque d'appui était soumise à des contraintes élevées. Le système a donc été renforcé par des nervures au-dessus et en dessous des profilés HEA, comme illustré ci-dessous, et l'assemblage a pu être réalisé avec plus de précision.
Exemple 2 : Structure porteuse d'un convoyeur à bande
Dans ce projet, une construction porteuse a été conçue et vérifiée. Cela a donné lieu à plusieurs nœuds, sur lesquels des assemblages articulés et rigides de différents profilés ont été utilisés par des assemblages boulonnés et soudés. Dans l'assemblage présenté ci-dessous, deux poutres ont été reliées entre elles et, en outre, au poteau sur lequel elles reposent.
La difficulté de cet assemblage résidait dans la connexion des trois profilés, les efforts se développant dans tous les éléments, ainsi que l'ajout de raidisseurs et de nervures. La vérification normative de l'assemblage est donc relativement complexe et ne peut pas être entièrement reproduite sans la Méthode des Éléments Finis.
Avec IDEA StatiCa Connection, l'assemblage a pu être modélisé et vérifié comme prévu. Ci-dessous, des photos de l'assemblage tel que réalisé par le fabricant.
Conclusion
Avec IDEA StatiCa Connection, il est possible de vérifier des assemblages acier simples et complexes au moyen de la méthode des éléments finis. Les vérifications normatives des assemblages sont quasi illimitées grâce à une grande flexibilité. La saisie de la géométrie et des charges de l'assemblage est simple par rapport à la plupart des logiciels éléments finis généraux, et toutes les entrées sont clairement affichées dans une vue 3D de l'assemblage. Après le calcul de l'assemblage, des vérifications conformément à la DIN EN 1993 peuvent être effectuées en complément des contraintes, déformations et taux de travail.
Notre entreprise utilisant SCIA Engineer comme logiciel CAE, IDEA StatiCa Connection constitue un module complémentaire très performant pour la construction métallique. Il complète excellemment le modèle global SCIA, car les fonctions BIM permettent un transfert rapide des nœuds vers IDEA StatiCa Connection. Grâce à l'interface utilisateur simple et claire du logiciel, la prise en main d'IDEA StatiCa Connection peut être réalisée avec un effort raisonnable et des résultats rapides sont obtenus.
