Conception parasismique des assemblages acier (AISC)

1 Nouveau projet

Lancez IDEA StatiCa (téléchargez la dernière version) et ouvrez le fichier de projet source. La conception de l'assemblage est terminée et préparée pour l'analyse standard Contrainte/Déformation.

2 Calcul et vérification

Lancez l'analyse contrainte/déformation en cliquant sur le bouton Calculer dans le ruban. Le modèle d'analyse est généré automatiquement, le calcul est effectué et vous pouvez voir les résultats globaux de la vérification dans le coin supérieur gauche de la scène. 

Vous pouvez constater que, d'après l'analyse contrainte/déformation, l'assemblage est bien conçu et satisfait à toutes les vérifications.

Pour conserver ces résultats, copiez cet élément de projet dans le coin supérieur gauche sous Éléments de projet. 

3 Vérification de capacité

Dans le nouvel élément de projet (CON2), modifiez les paramètres suivants pour activer les vérifications des limites de préqualification de l'AISC 358 :

• Type d'analyse : Conception parasismique
• Assemblage préqualifié : Actif
• Système : Portique à moment spécial
• Type d'assemblage : Section de poutre réduite (RBS)

L'élément dissipatif doit être sélectionné. Un élément ou une plaque où une rotule plastique est susceptible de se former doit être choisi comme élément dissipatif. Le facteur de surrésistance du matériau et le facteur d'écrouissage sont appliqués à l'élément choisi. Dans cet exemple, sélectionnez l'élément W16x31 comme élément dissipatif. Il peut être ajouté par la commande du ruban supérieur et confirmez la sélection avec la barre d'espace/la touche Entrée/le clic droit.

Dans les propriétés Éléments, les paramètres de W16x31 doivent être ajustés : définissez le Type de modèle sur N-Vz-My, car l'assemblage résiste uniquement au moment fléchissant dans le plan vertical, et la flexion autour de l'axe faible de la poutre doit être bloquée. 

Maintenant que l'élément dissipatif est sélectionné, les limites de préqualification sont affichées dans la partie supérieure gauche de l'écran dans la zone du modèle : 

Le premier avertissement est lié à l'AISC 341-16 : Chapitre D.1.1b et Tableau D1.1. Élancement limite des parois. Pour corriger le premier avertissement, modifiez le profil du poteau en W14X68 en faisant un clic droit sur le poteau, puis en cliquant sur l'icône plus : 

Sélectionnez la section à ailes larges, faites défiler vers le bas jusqu'à trouver W (AISC 15.0), utilisez la zone de recherche, cliquez sur W14X68 et cliquez sur OK.

Renommez l'élément en Poteau en cliquant sur le nom W12X65 et en appuyant sur la touche F2 ou en faisant un clic droit et en sélectionnant Renommer : 

L'avertissement suivant à corriger concerne la soudure de l'âme de la poutre à l'aile du poteau : 

La soudure peut être modifiée dans l'opération CUT1 ; changez la soudure de soudure en double filet en option soudure bout à bout : 

L'avertissement suivant concerne une exigence de platine d'âme stipulée dans l'AISC 358 Chapitre 5.6 (2) pour les portiques à moment spécial.

Cliquez sur Nouvelle opération et sélectionnez Opération platine d'âme et saisissez les détails comme indiqué : 

Le dernier avertissement concerne l'exigence de trous d'accès aux soudures de l'AISC 358 5.5 (2). Pour satisfaire à cette vérification de détail, ajoutez une opération d'ouverture, sélectionnez les paramètres suivants et utilisez l'option Pré-dimensionnement pour les encoches : 

Après cette opération, l'assemblage satisfait aux limites de préqualification des normes AISC 358 et 341. 

Basculez le paramètre Forces en sur Position, car la position exacte de la force appliquée peut alors être définie. La position de la rotule plastique est similaire à la position de la force appliquée : X = 17 pouces. 

Comment connaître la position correcte de la rotule plastique ? L'ingénieur doit décider où elle se formera. En général, la rotule plastique est déterminée dans la poutre. Dans cet exemple, elle se formera au milieu de l'opération d'os de chien. Il est pratique de lire la position depuis l'application (vue filaire).

À l'étape suivante, les effets de charge doivent être définis. Les charges pour l'analyse sismique dépendent de la norme (facteur de surrésistance du matériau, facteur d'écrouissage) et sont également influencées par la limite d'élasticité, les caractéristiques géométriques de la section transversale, etc.

Les charges pour cet exemple ont été calculées selon la procédure suivante :

M_y = C_pr .R_y .F_y .Z_pl,y(RBS) et l'effort tranchant correspondant V_z = –2 M_y / L_h, où :

• R_y – rapport entre la limite d'élasticité probable et minimale – AISC 341-16 – Tableau A3.1 ; pour A992 – R_y = 1,1
• \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – facteur d'écrouissage ; pour A992 – C_pr = 1,15
• F_y – limite d'élasticité caractéristique ; pour A992 – F_y = 50,0 ksi
• F_u – résistance ultime caractéristique ; pour A992 – F_u = 65,0 ksi
• Z_pl,y(RBS) – module plastique de la section ; valeur pour la section de poutre réduite – Z_pl,y,(RBS) = 44,80 in³
• L_h – distance entre les rotules plastiques sur la poutre ; L_h = 250 - (2 . 17) = 216 in

M_y = 1,15 x 1,1 x 50 x 44,80 = 2834 kip.in  = 236,17 kip-ft

\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]

Ajoutez l'effort tranchant et le moment fléchissant calculés comme nouvel effet de charge (EC).

L'effort tranchant et le moment fléchissant doivent être saisis avec les signes appropriés afin que le moment fléchissant diminue sur la poutre dans la direction s'éloignant du nœud.

L'analyse de capacité peut maintenant être lancée par la commande Calculer.

Comme on peut le voir dans les résultats et la vue des déformations plastiques, le poteau présente une déformation plastique extrême. L'objectif principal de la conception parasismique associée aux assemblages préqualifiés selon le processus de conception AISC 358 est de concevoir un système poteau fort-poutre faible. Par conséquent, la plastification et la formation de rotules plastiques sont destinées à se produire dans l'élément dissipatif (poutre sélectionnée), et dans le type d'assemblage à section de poutre réduite, l'intention est d'avoir la déformation plastique maximale dans la partie centrale de la section réduite de la poutre. 

L'approche de conception consiste à reporter la rupture dans la poutre. Les étapes suivantes visent à augmenter la résistance du panneau d'âme du poteau.

Nous pouvons commencer par ajouter quatre raidisseurs dans le poteau alignés sur les ailes de la poutre. Définissez l'épaisseur des raidisseurs à 5/8".

Pour augmenter la capacité portante du poteau, ajoutez une doublure des deux côtés de l'âme (ajoutez l'opération de fabrication Plaque de raidissement). 

Les raidisseurs de l'âme du poteau doivent être coupés et soudés aux doublures par l'opération de fabrication Coupe de la plaque.

Répétez l'opération de coupe de la plaque quatre fois pour connecter les autres raidisseurs avant/arrière aux doublures.
*Conseil : Faites un clic droit sur la première opération de coupe, copiez-la si nécessaire, et survolez les plaques avec la souris pour voir les noms des plaques à couper. 

Toutes les modifications de conception sont maintenant terminées ; lancez Calculer dans l'onglet Vérification. Vous pouvez constater que tous les composants (tels que les soudures et les boulons) satisfont à la vérification normative. La déformation plastique des plaques de l'élément dissipatif n'influence pas les résultats globaux. 

La formation de la rotule plastique peut être explorée dans la fenêtre d'analyse Déformation plastique.

La rotule plastique est apparue à l'emplacement prévu, et cet assemblage satisfait aux vérifications requises par la conception parasismique.

Pour une meilleure compréhension des résultats, consultez le Contexte théorique.

4 Rapport

Enfin, vous pouvez consulter le Rapport. IDEA StatiCa propose un rapport entièrement personnalisable à imprimer ou à enregistrer dans un format modifiable.

À la fin du rapport détaillé, une liste des vérifications de détail de l'assemblage préqualifié est présentée avec sa référence et son statut : 

Vous avez effectué une vérification de conception parasismique d'un assemblage structurel préqualifié conformément à l'AISC 358 et à l'AISC 341.

Facteurs de résistance

Étant donné que les exigences de conception pour les assemblages « préqualifiés » sont satisfaites et que les résistances disponibles sont calculées conformément à l'AISC 358-16, les facteurs de résistance ϕ doivent être pris comme suit : 

                         Pour les états limites ductiles ϕ_d = 1,00 

                         Pour les états limites non ductiles ϕ_n = 0,90

Ces facteurs peuvent être modifiés dans IDEA StatiCa Connection dans la « Configuration normative » :