Pied de poteau – Poteau à section ouverte en flexion autour de l'axe fort

Description

L'objet de ce chapitre est la vérification de la méthode des éléments finis basée sur les composantes (CBFEM) de la platine de base du poteau acier à section ouverte soumis à la compression et à la flexion autour de l'axe fort, par comparaison avec la méthode des composantes (MC). L'étude est réalisée pour différentes tailles de poteau, géométries et épaisseurs de platine de base. Dans l'étude, cinq composantes sont examinées : la semelle et l'âme du poteau en compression, le béton en compression incluant le mortier de scellement, la platine de base en flexion, les ancrages en traction et les soudures. Toutes les composantes sont dimensionnées conformément à EN 1993-1-8:2005, EN 1992‑1‑1:2005 et EN 1992‑4.

Vérification de la résistance

Un exemple de dimensionnement par la méthode des composantes est présenté pour l'ancrage d'un poteau acier de section HEB 240 :

Le massif en béton a pour dimensions a' = 1000 mm, b' = 1500 mm,  h = 900 mm et est de classe C20/25. Les dimensions de la platine de base sont a = 330 mm, b = 440 mm, t = 20 mm et la nuance d'acier est S235. Les boulons d'ancrage sont 4 × M20, A_s = 245 mm², longueur 300 mm, avec un diamètre de tête a = 60 mm et une nuance d'acier 8.8. L'épaisseur du mortier de scellement est de 30 mm.

Les résultats de la solution analytique peuvent être présentés sur un diagramme d'interaction avec des points significatifs distinctifs. Le point −1 représente le chargement en traction pure, et le point 4 représente la résistance à la compression. La description détaillée des points 0, 1, 2 et 3 est présentée à la Fig. 8.2.1 ; voir (Wald, 1995) et (Wald et al. 2008).

Fig. 8.2.1 Points significatifs sur le diagramme d'interaction

La distribution des contraintes pour les points 0 et 3 obtenue par CBFEM est représentée aux Fig. 8.2.2 et 8.2.3. 

Fig. 8.2.2 Contrainte dans le béton et efforts dans les ancrages pour le point 0 obtenus par CBFEM (échelle de déform. 10)

Fig. 8.2.3 Contrainte dans le béton et efforts dans les ancrages pour le point 3 obtenus par CBFEM
(échelle de déform. 10)

Fig. 8.2.4 Comparaison des modèles sur le diagramme d'interaction

La comparaison du diagramme d'interaction obtenu par CBFEM avec le diagramme d'interaction calculé selon la MC est présentée à la Fig. 8.2.4 et au Tab. 8.2.1.

Tab. 8.2.1 Comparaison des résultats du diagramme d'interaction pour HEB 240 par solution analytique et par CBFEM

Étude de sensibilité

Les résultats du CBFEM ont été comparés aux résultats de la méthode des composantes. La comparaison a été effectuée sur la base de la résistance au moment fléchissant pour le niveau donné d'effort normal pour chacun des points du diagramme d'interaction.

Dans l'étude de sensibilité, la taille du poteau, les dimensions de la platine de base et les dimensions du massif en béton ont été modifiées. Les sections transversales de poteau retenues étaient HEB 200, HEB 300 et HEB 400. La largeur et la longueur de la platine de base ont été choisies 100 mm, 150 mm et 200 mm plus grandes que la section du poteau ; l'épaisseur de la platine de base était de 15 mm, 20 mm et 25 mm. Le massif en béton était de classe C25/30. La hauteur du massif en béton était de 900 mm pour tous les cas, et la largeur et la longueur étaient 200 mm plus grandes que les dimensions de la platine de base. Les boulons d'ancrage étaient M20 de classe 8.8 avec une profondeur d'encastrement de 300 mm. Les paramètres sont résumés dans le Tab. 8.2.2. Les soudures étaient identiques sur l'ensemble de la section du poteau avec une épaisseur de gorge suffisante pour ne pas constituer la composante critique. Un paramètre était modifié tandis que les autres étaient maintenus constants à la valeur intermédiaire.

Tab. 8.2.2 Paramètres sélectionnés

À la Fig. 8.2.5, les résultats pour les variations de la section transversale du poteau sont présentés. Aux Fig. 8.2.6 et Fig. 8.2.7, le débord de la platine de base et l'épaisseur de la platine de base sont respectivement variés.

Fig. 8.2.5 Variation de la section du poteau

Fig. 8.2.6 Variation du débord de la platine de base – 100, 200 et 300 mm

Fig. 8.2.7 Variation de l'épaisseur de la platine de base – 15, 20 et 25 mm

Cas de référence

Données d'entrée

Section transversale du poteau

• HEB 240
• Acier S235

Platine de base

• Épaisseur 20 mm
• Débords : haut 100 mm, gauche 45 mm
• Acier S235

Boulon d'ancrage

• M20 8.8
• Longueur d'ancrage 300 mm
• Type d'ancrage : Rondelle - circulaire ; taille 40 mm
• Débords rangées supérieures 50 mm, rangées gauches −10 mm
• Plan de cisaillement dans le filet
• Soudures des deux côtés 8 mm

Massif de fondation

• Béton C20/25
• Débord 335 mm et 530 mm
• Profondeur 900 mm
• Transfert de l'effort tranchant par frottement
• Épaisseur du mortier de scellement 30 mm

Chargement

• Effort axial N = −853 kN
• Moment fléchissant M_y = 100 kNm

Résultats

• Boulons d'ancrage 42,2 % (N_Ed,g = 51,7 kN ≤ N_Rdc = 122,4 kN - rupture du cône de béton pour les ancrages A1 et A2)
• Massif en béton 99,5 % (σ = 26,7 MPa ≤ f_jd = 26,8 MPa)

Références

EN 1992-1-1, Eurocode 2, Calcul des structures en béton – Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments, CEN, Bruxelles, 2005.

EN 1992-4:2018, Eurocode 2 : Calcul des structures en béton – Partie 4 : Calcul des éléments de fixation pour utilisation dans le béton, Bruxelles, 2018.

EN 1993-1-8, Eurocode 3, Calcul des structures en acier – Partie 1-8 : Calcul des assemblages, CEN, Bruxelles, 2005.

Wald F. Column Bases, CTU Publishing House, Prague, 1995.

Wald F., Sokol Z., Steenhuis M., Jaspart, J.P. Component method for steel column bases, Heron, 53, 2008, 3-20.