Assemblages par platine d'extrémité prolongée à moment (AISC)
Cet exemple de vérification a été préparé par Mark D. Denavit et Kayla Truman-Jarrell dans le cadre d'un projet commun entre The University of Tennessee et IDEA StatiCa.
1 Description
Une comparaison entre les résultats de la méthode des éléments finis basée sur les composants (CBFEM) et les méthodes de calcul traditionnelles utilisées dans la pratique américaine pour les assemblages par platine d'extrémité prolongée à moment (Fig. 1) est présentée dans cette étude.
Fig. 1 Schéma de l'assemblage par platine d'extrémité prolongée à moment étudié dans cette étude
Les méthodes de calcul traditionnelles utilisées dans ce travail pour les assemblages non sismiques sont basées sur les recommandations présentées dans l'AISC Design Guide 4 (Murray et Sumner 2003), ainsi que sur les exigences de calcul aux facteurs de charge et de résistance (LRFD) de l'Specification AISC (2016a). Les méthodes de calcul traditionnelles utilisées dans ce travail pour les assemblages sismiques (c'est-à-dire dimensionnés en capacité) sont basées sur l'AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications (2016b), ci-après désigné AISC 358. Pour les assemblages sismiques et non sismiques, ces références incluent des limitations minimales d'épaisseur de platine d'extrémité et d'aile de poteau qui ne sont pas directement basées sur les charges appliquées. Ces limites visent à éviter l'effet de levier et à garantir que l'assemblage est entièrement encastré. Pour les assemblages non sismiques, il est permis d'utiliser des platines et des ailes de poteau plus minces si l'effet de levier est pris en compte, par exemple en utilisant les recommandations de Dowswell (2011). Cependant, les limites d'épaisseur minimale ont été appliquées pour tous les calculs traditionnels de cette étude.
Les états limites évalués dans les calculs traditionnels comprennent la rupture en traction des boulons, la plastification en flexion de la platine d'extrémité et de l'aile du poteau (via les limitations d'épaisseur), la plastification et la rupture en cisaillement de la platine d'extrémité, les états limites locaux du poteau (c'est-à-dire la plastification locale de l'âme, le voilement local de l'âme et le flambement de l'âme en compression), la plastification du panneau d'âme du poteau, les états limites de cisaillement des boulons (c'est-à-dire la rupture en cisaillement des boulons, le refoulement, l'arrachement – à noter que seule la résistance au cisaillement des boulons en compression a été prise en compte). Par souci de simplicité, toutes les soudures ont été modélisées comme des soudures bout à bout et leur résistance n'a pas été évaluée dans les calculs traditionnels.
Les résultats CBFEM ont été obtenus avec IDEA StatiCa Version 21.0. Des exemples de modèles sont présentés à la Fig. 2. Les charges maximales admissibles ont été déterminées de manière itérative en ajustant la valeur de la charge appliquée à une valeur que le programme juge sûre, mais si elle est augmentée d'une faible quantité (par exemple, 1 kip-in.), le programme la jugerait non sûre. Contrairement aux calculs traditionnels, l'influence de l'effet de levier a été évaluée dans IDEA StatiCa et les résultats présentés incluent des cas avec effet de levier. La rigidité de l'assemblage a été évaluée à l'aide d'analyses de rigidité (c'est-à-dire le type d'analyse « ST »).
Fig. 2 Assemblages par platine d'extrémité prolongée à moment modélisés dans IDEA StatiCa.
2 Épaisseur de la platine d'extrémité
Dans un premier temps, l'impact de l'épaisseur de la platine d'extrémité sur le comportement et la résistance de l'assemblage est étudié. Pour ces comparaisons, la poutre est un W21×68 et le poteau est un W14×193. Tous deux sont conformes à l'ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). Le poteau a été choisi de grande dimension (tf = 1,44 in.) et muni de raidisseurs d'épaisseur 5/8 in. (c'est-à-dire des platines de continuité) afin de s'assurer que l'état limite déterminant ne se situe pas dans le poteau. La platine d'extrémité a une hauteur de 29 in., une largeur de 9,5 in., et son épaisseur varie de 3/8 in. à 2,5 in. Tous les matériaux de platine (c'est-à-dire la platine d'extrémité et les raidisseurs) sont conformes à l'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). L'assemblage comporte quatre boulons près de chaque aile de poutre (8 boulons au total) et la platine d'extrémité n'est pas raidie. Cette configuration est communément appelée configuration quatre boulons non raidie, 4E. Les boulons sont de diamètre 1-1/8 in. A325 avec un entraxe horizontal de g = 5,5 in. et un espacement vertical de c = 4,5 in. La distance verticale entre l'axe des boulons et le bord de la platine d'extrémité est lev = 2 in.
Dans IDEA StatiCa, les charges ont été appliquées en utilisant l'option « charges en équilibre ». Les moments appliqués en tête et en pied du poteau étaient chacun égaux à la moitié du moment appliqué à la poutre. Un effort tranchant de 25 kips a également été appliqué au poteau (Vcolumn = 25 kips, Fig. 1). Par souci de simplicité, aucun effort tranchant n'a été appliqué à la poutre (Vbeam = 0 kips, Fig. 1).
La variation du moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité est présentée à la Fig. 3. L'état limite déterminant pour chaque épaisseur est présenté dans le Tableau 1. Les résultats des calculs traditionnels ne sont pas présentés pour les épaisseurs de platine d'extrémité inférieures à 1 in., car les platines plus minces ne satisfaisaient pas aux exigences d'épaisseur minimale pour éviter l'effet de levier. L'état limite déterminant issu des calculs traditionnels pour les assemblages satisfaisant à l'exigence d'épaisseur de platine d'extrémité était la rupture en traction des boulons. Par conséquent, le moment appliqué maximal ne varie pas avec l'épaisseur de la platine d'extrémité.
Une variation du moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité est observée dans les résultats IDEA StatiCa. Pour les platines très minces (t ≤ 0,5 in.), la déformation plastique dans la platine d'extrémité est déterminante pour le dimensionnement. Dans les autres cas, c'est la traction dans les boulons qui est déterminante. Le moment appliqué maximal augmente avec l'épaisseur de la platine d'extrémité sur toute la plage étudiée. L'augmentation du moment appliqué maximal est rapide pour les platines minces, car l'augmentation de l'épaisseur accroît directement la résistance à la plastification en flexion de la platine d'extrémité. L'augmentation du moment appliqué maximal est plus progressive lorsque la traction dans les boulons est déterminante. Pour des épaisseurs de platine d'extrémité de 1,25 in. et plus, le moment appliqué maximal obtenu avec IDEA StatiCa dépasse celui issu des calculs traditionnels. La raison en est que les calculs traditionnels supposent que la force de contact à l'interface entre l'aile du poteau et la platine d'extrémité est centrée sur l'aile de la poutre, tandis qu'IDEA StatiCa modélise explicitement la pression de contact. À mesure que l'épaisseur de la platine d'extrémité augmente, la partie de la platine d'extrémité qui dépasse l'aile inférieure de la poutre est plus rigide et plus apte à résister à la pression de contact, déplaçant la force de compression sous l'aile inférieure de la poutre (Fig. 4). Ainsi, bien que la capacité en traction des boulons soit identique entre IDEA StatiCa et les calculs traditionnels, le bras de levier du couple est plus grand dans IDEA StatiCa, ce qui conduit à une capacité en moment plus élevée.
Pour chaque épaisseur de platine d'extrémité, la présence d'effet de levier et la rigidité de l'assemblage ont été déterminées par IDEA StatiCa. Un assemblage était supposé présenter un effet de levier s'il existait une contrainte de contact du côté tendu de l'assemblage. Par exemple, comme illustré à la Fig. 4, un effet de levier a été observé pour l'assemblage avec une platine d'épaisseur 7/8 in., mais pas pour l'assemblage avec la platine d'épaisseur 2-1/2 in. Il n'y avait pas d'effet de levier pour des épaisseurs de platine d'extrémité de 1 in. et plus. Cela est en accord avec la limitation d'épaisseur minimale correspondante des calculs traditionnels. Les assemblages avec des épaisseurs de platine d'extrémité de 7/8 in. et plus ont été déterminés comme étant entièrement encastrés (c'est-à-dire rigides) par une analyse de rigidité dans IDEA StatiCa, indiquant que la limitation d'épaisseur minimale des calculs traditionnels constitue également une bonne vérification indirecte de la rigidité de l'assemblage dans ce cas.
Fig. 3 Moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité
Tableau 1. État limite déterminant pour les résultats présentés à la Fig. 3
| Épaisseur de la platine d'extrémité, in. | IDEA StatiCa | Traditionnel |
| 0,375 | Déformation plastique (platine d'extrémité) | N/A |
| 0,500 | Déformation plastique (platine d'extrémité) | N/A |
| 0,625 | Traction dans les boulons | N/A |
| 0,750 | Traction dans les boulons | N/A |
| 0,875 | Traction dans les boulons | N/A |
| 1,000 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
| 1,250 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
| 1,500 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
| 1,750 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
| 2,000 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
| 2,250 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
| 2,500 | Traction dans les boulons | Traction dans les boulons |
Fig. 4 Contrainte de contact pour les résultats présentés à la Fig. 3
Fig. 5 Contrainte de contact pour les résultats présentés à la Fig. 6 (avec raidisseur de platine d'extrémité)
L'ajout de raidisseurs à la platine d'extrémité modifie le comportement de l'assemblage. La variation du moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité est présentée à la Fig. 6 pour les mêmes assemblages étudiés précédemment, mais avec des raidisseurs de platine d'extrémité ajoutés. Les résultats IDEA StatiCa présentés à la Fig. 3 pour les assemblages sans raidisseurs sont inclus dans la Fig. 6 à titre de référence. Les raidisseurs avaient une épaisseur de 1/2 in., une largeur de 3,5 in., une longueur de 6,5 in. et étaient placés sur les deux ailes de la poutre. Le matériau des platines pour les raidisseurs était conforme à l'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi).
Pour les calculs traditionnels, l'ajout de raidisseurs modifie le schéma de ligne de rupture pour la résistance en flexion de la platine d'extrémité, réduisant ainsi l'épaisseur minimale. Cependant, l'ajout de raidisseurs n'a pas modifié la résistance de l'assemblage, qui restait contrôlée par la rupture en traction des boulons, puisque la force de compression est supposée centrée sur l'aile indépendamment de la rigidité de la platine d'extrémité. Un examen des recherches récentes a confirmé que la force de compression se déplace effectivement sous l'aile inférieure avec l'ajout de raidisseurs de platine d'extrémité, et une méthode pour tenir compte de ce déplacement dans le dimensionnement a été proposée (Landolfo et al. 2018).
Pour IDEA StatiCa, l'ajout de raidisseurs a augmenté la charge appliquée maximale. Les états limites déterminants étaient les mêmes que ceux présentés dans le Tableau 1. L'augmentation des charges appliquées maximales était la plus importante pour des épaisseurs de platine d'extrémité comprises entre 5/8 in. et 1 in., où la traction dans les boulons était déterminante, et les raidisseurs ont contribué à réduire l'effet de levier et à augmenter le bras de levier du couple de forces.
Fig. 6 Moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité
Les analyses précédentes utilisaient toutes un poteau relativement grand pour s'assurer que les états limites du poteau ne soient pas déterminants. Le poteau pour les analyses suivantes était plus petit, un W14×109. Les autres caractéristiques des assemblages, notamment l'épaisseur des raidisseurs du poteau, la poutre, la platine d'extrémité et les boulons, sont restées identiques. La platine d'extrémité pour ces analyses n'était pas raidie.
La variation du moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité est présentée à la Fig. 8. L'état limite déterminant pour chaque épaisseur est présenté dans le Tableau 2. Plusieurs courbes sont tracées dans cette figure, tant pour IDEA StatiCa que pour les calculs traditionnels.
Pour les calculs traditionnels, les résultats sont tracés pour le cas où l'effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure n'est pas pris en compte dans l'analyse de la structure, et pour le cas où cet effet est pris en compte. La plastification du panneau d'âme affecte la rigidité globale de la structure et peut augmenter significativement les effets du second ordre. Si l'inélasticité du panneau d'âme n'est pas prise en compte dans l'analyse pour déterminer les sollicitations de calcul de la structure, l'Specification AISC (2016a) limite le comportement du panneau d'âme au domaine élastique. Si l'inélasticité du panneau d'âme est prise en compte lors de la détermination des sollicitations de calcul de la structure, une résistance au cisaillement inélastique supplémentaire du panneau d'âme est reconnue.
Dans le cas où l'inélasticité du panneau d'âme n'est pas prise en compte dans l'analyse, la résistance au cisaillement du panneau d'âme est déterminante pour la résistance de l'assemblage, avec un moment appliqué maximal de 4 649 kip-in. Dans le cas où l'inélasticité du panneau d'âme est prise en compte dans l'analyse, la résistance en traction des boulons est déterminante pour la résistance de l'assemblage, avec un moment appliqué maximal de 5 490 kip-in. (à noter que le moment appliqué maximal pour la plastification du panneau d'âme n'est que légèrement supérieur, à 5 495 kip-in.).
L'état limite déterminant pour IDEA StatiCa est la limite de déformation plastique dans la platine d'extrémité pour les platines très minces (t ≤ 0,5 in.) et la traction dans les boulons dans les autres cas. Le moment appliqué maximal est plus élevé pour IDEA StatiCa que pour les calculs traditionnels. Les états limites déterminants diffèrent également, de sorte que des analyses supplémentaires ont été effectuées pour quantifier le moment appliqué auquel la limite de déformation plastique est atteinte pour le panneau d'âme du poteau, illustré à la Fig. 7 pour une épaisseur de platine de 1,25 in. Ces valeurs sont tracées en pointillés à la Fig. 8 (à noter que les limites de résistance des boulons ont été dépassées pour ces analyses).
Fig. 7 Déformation plastique dans le panneau d'âme pour tp = 1,25 in.
IDEA StatiCa capture l'état limite de plastification du panneau d'âme, bien qu'avec une résistance supérieure à celle autorisée par l'Specification AISC (2016a) lorsque l'effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure est pris en compte dans l'analyse. Les assemblages peuvent être dimensionnés dans IDEA StatiCa pour limiter la plastification du panneau d'âme simplement en imposant une limite de déformation plastique inférieure à 5 %. Par exemple, la charge appliquée maximale pour l'assemblage avec une platine d'extrémité de 1,75 in. d'épaisseur pour obtenir un comportement quasi élastique (c'est-à-dire une limite de déformation plastique de 0,1 %) de l'âme du poteau est de 4 418 kip-in., ce qui se compare bien au moment appliqué maximal de 4 649 kip-in. issu des calculs traditionnels lorsque l'effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure n'est pas pris en compte dans l'analyse.
Il est intéressant de noter que l'effet de levier est identifié et que l'assemblage est classé comme partiellement encastré (semi-rigide) dans IDEA StatiCa pour des épaisseurs de platine d'extrémité allant jusqu'à 1,5 in. Les calculs traditionnels autorisent une épaisseur de platine d'extrémité aussi faible que 1 in. avec l'hypothèse d'absence d'effet de levier.
Fig. 8 Moment appliqué maximal en fonction de l'épaisseur de la platine d'extrémité
Tableau 2. État limite déterminant pour les résultats présentés à la Fig. 8
| Épaisseur de la platine d'extrémité, in. | IDEA StatiCa | Traditionnel 1 | Traditionnel 2 |
| 0,375 | Déformation plastique (platine d'extrémité) | N/A | N/A |
| 0,500 | Déformation plastique (platine d'extrémité) | N/A | N/A |
| 0,625 | Traction dans les boulons | N/A | N/A |
| 0,750 | Traction dans les boulons | N/A | N/A |
| 0,875 | Traction dans les boulons | N/A | N/A |
| 1,000 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
| 1,250 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
| 1,500 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
| 1,750 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
| 2,000 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
| 2,250 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
| 2,500 | Traction dans les boulons | Cisaillement du panneau d'âme | Traction dans les boulons |
1 Effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure non pris en compte dans l'analyse
2 Effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure pris en compte dans l'analyse
3 Espacement vertical des boulons
L'épaisseur n'est pas le seul paramètre qui influence le comportement de la platine d'extrémité. À mesure que la distance verticale entre les axes des boulons augmente, le pas (distance entre la face de l'aile de la poutre et l'axe du boulon le plus proche) augmente également. En général, le pas de boulon le plus petit possible est le plus économique (Murray et Sumner 2003), cependant, des valeurs plus grandes peuvent être nécessaires pour des raisons de constructibilité ou autres.
Une série d'analyses est réalisée avec un espacement vertical des boulons variable. Pour ces comparaisons, la poutre est un W21×55 et le poteau est un W14×109. Tous deux sont conformes à l'ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). La platine d'extrémité a une hauteur de 28,5 in., une largeur de 9,0 in., une épaisseur de 1 in., et est conforme à l'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). L'assemblage comporte quatre boulons près de chaque aile de poutre (8 boulons au total) et la platine d'extrémité n'est pas raidie. Les boulons sont de diamètre 1 in. A325 avec un entraxe horizontal de 5,5 in. L'espacement vertical entre les boulons varie de 3,5 in. à 6 in. et la distance entre l'axe des boulons et le bord de la platine d'extrémité varie de 2,5 in. à 1,25 in. Le centroïde du groupe de boulons a été maintenu constant. Les charges ont été appliquées comme décrit dans la section précédente, incluant un effort tranchant de 25 kips dans le poteau.
La variation du moment appliqué maximal en fonction de l'espacement vertical des boulons est présentée à la Fig. 9. L'état limite déterminant, tant pour les calculs traditionnels que pour IDEA StatiCa, était la rupture en traction des boulons dans tous les cas. Pour un espacement vertical des boulons inférieur ou égal à 5 in., il y a un bon accord entre les calculs traditionnels et IDEA StatiCa. Pour des espacements verticaux plus grands, la charge appliquée maximale issue d'IDEA StatiCa diminue. La charge appliquée maximale issue des calculs traditionnels est constante sur toute la plage. La raison de cet écart est l'effet de levier. L'épaisseur de la platine satisfait à l'exigence d'épaisseur minimale des calculs traditionnels pour supposer l'absence d'effet de levier. Cependant, un effet de levier est observé dans les résultats IDEA StatiCa pour des espacements verticaux des boulons de 5,5 in. et 6 in., réduisant ainsi le moment appliqué maximal.
Fig. 9 Moment appliqué maximal en fonction de l'espacement vertical des boulons
4 Dimensionnement en capacité
Les assemblages par platine d'extrémité prolongée à moment font partie des types d'assemblages préqualifiés pour une utilisation dans les ossatures à moment spéciales et intermédiaires en acier (AISC 2016b). Cependant, ils ne sont préqualifiés que s'ils respectent les limitations et ont été dimensionnés conformément à la procédure très prescriptive de l'AISC 358. Les critères de dimensionnement de l'AISC 358 visent à garantir que la déformation inélastique de l'assemblage est obtenue par plastification de la poutre.
L'utilisation d'IDEA StatiCa en lieu et place de la procédure de dimensionnement spécifiée dans l'AISC 358 n'est pas autorisée pour démontrer la conformité aux exigences relatives aux assemblages poutre-poteau pour les ossatures à moment spéciales et intermédiaires en acier. Cependant, IDEA StatiCa dispose de la capacité d'effectuer un dimensionnement en capacité et de produire des résultats comparables.
Pour le dimensionnement en capacité dans IDEA StatiCa, des éléments spécifiques sont désignés comme composants dissipatifs. La loi contrainte-déformation de ces composants est remplacée par une loi basée sur les résistances caractéristiques attendues du matériau et incluant l'écrouissage. Ensuite, des charges correspondant aux effets de charge probables maximaux sont appliquées. Pour l'assemblage par platine d'extrémité prolongée à moment, la poutre est le composant dissipatif et les effets de charge probables maximaux sont calculés conformément à l'AISC 358.
Dans cette étude, une série d'assemblages est dimensionnée en capacité selon la procédure AISC 358 et IDEA StatiCa afin de comparer les résultats. À noter que les facteurs de résistance par défaut ont été remplacés dans IDEA StatiCa pour correspondre à ceux spécifiés dans l'AISC 358. La poutre varie d'un W18×35 à un W18×60, le poteau est un W14×211. Tous les profilés à ailes larges sont conformes à l'ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Ry = 1,1, Fu = 65 ksi). La platine d'extrémité est conforme à l'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi) et a une hauteur de 28 in. La largeur de la platine était de 7 in. pour les poutres W18x35, W18x40 et W18x46, et de 8,5 in. pour les poutres W18x50, W18x55 et W18x60. L'épaisseur de la platine d'extrémité a été déterminée au cours du processus de dimensionnement. Une configuration quatre boulons non raidie, 4E, a été utilisée avec des boulons A490. Le diamètre des boulons a été déterminé au cours du processus de dimensionnement. L'entraxe horizontal était de 5,5 in., l'espacement vertical des boulons était de 5,5 in., et la distance verticale entre l'axe des boulons et le bord de la platine d'extrémité était lev = 2 in.
Le moment appliqué et l'effort tranchant appliqué à la poutre pour chaque section de poutre sont indiqués dans le Tableau 3. L'effort tranchant appliqué à la poutre était basé sur un effort tranchant supposé résultant des charges permanentes de 30 kips et d'une longueur de poutre (entre axes de poteaux) de 30 ft. Les charges ont été appliquées à la « position X » (c'est-à-dire la distance entre l'axe du poteau et l'emplacement supposé de la rotule plastique). Un effort tranchant de 30 kips a également été appliqué au poteau. Il est intéressant de noter que les déformations plastiques dans la poutre ont atteint un maximum d'environ 10 % dans ces analyses. Cependant, ce niveau élevé de déformation plastique ne dépasse aucune limite puisque la poutre est classée comme composant dissipatif.
Tableau 3. Charges appliquées pour l'exemple de dimensionnement en capacité
| Section de poutre | Moment appliqué, kip-in | Effort tranchant appliqué à la poutre, kip | Position X, in |
| W18X35 | 4 206 | 55,8 | 16,70 |
| W18X40 | 4 959 | 60,4 | 16,80 |
| W18X46 | 5 737 | 65,2 | 16,90 |
| W18X50 | 6 388 | 69,2 | 16,85 |
| W18X55 | 7 084 | 73,4 | 16,90 |
| W18X60 | 7 780 | 77,7 | 16,95 |
L'épaisseur de platine d'extrémité et le diamètre de boulon dimensionnés sont présentés en fonction du poids linéique de la poutre aux Fig. 10 et Fig. 11, respectivement. Un seul dimensionnement est présenté pour chaque taille de poutre pour les calculs traditionnels, car la procédure AISC 358 exclut l'effet de levier et aboutit à un dimensionnement efficient unique. Deux dimensionnements sont présentés pour chaque taille de poutre pour IDEA StatiCa. Grâce à la capacité de prendre explicitement en compte l'effet de levier dans IDEA StatiCa, une gamme de dimensionnements efficients est possible selon la priorité relative accordée au diamètre des boulons et à l'épaisseur de la platine. Une optimisation informelle a été réalisée pour déterminer un dimensionnement où l'épaisseur de la platine est minimisée et un autre où le diamètre des boulons est minimisé.
Lorsque le diamètre des boulons est minimisé, le diamètre de boulon résultant est identique entre les calculs traditionnels et IDEA StatiCa, mais l'épaisseur de la platine est plus grande pour le dimensionnement IDEA StatiCa. Les platines plus épaisses sont nécessaires dans IDEA StatiCa pour éliminer l'effet de levier et minimiser la sollicitation des boulons.
Lorsque l'épaisseur de la platine est minimisée, l'épaisseur de platine résultante pour le dimensionnement IDEA StatiCa est approximativement la même que pour les calculs traditionnels, certains dimensionnements étant identiques, d'autres avec une platine d'une épaisseur supérieure et d'autres avec une platine d'une épaisseur inférieure. Les boulons pour le dimensionnement IDEA StatiCa dans ces cas sont plus grands que ceux requis par les calculs traditionnels en raison des sollicitations accrues dues à l'effet de levier.
Ces résultats indiquent que les hypothèses de modélisation intégrées dans IDEA StatiCa conduisent à une évaluation plus conservative de l'effet de levier que les calculs traditionnels et, par conséquent, IDEA StatiCa fournit un dimensionnement conservatif de ces deux composants de l'assemblage par platine d'extrémité prolongée à moment.
Fig. 10 Épaisseur de la platine en fonction du poids linéique de la poutre
Fig. 11 Diamètre des boulons en fonction du poids linéique de la poutre
5 Synthèse
Cette étude a comparé le dimensionnement des assemblages par platine d'extrémité prolongée à moment en utilisant les méthodes de calcul traditionnelles de la pratique américaine et IDEA StatiCa. Les principales observations de l'étude sont les suivantes :
- IDEA StatiCa fournit des résistances disponibles pour les assemblages par platine d'extrémité prolongée à moment similaires à celles des calculs traditionnels.
- Les différences de résistance sont principalement dues à l'effet de levier et à la distribution des contraintes de refoulement, qui sont tous deux traités avec des hypothèses simplifiées dans les calculs traditionnels, mais modélisés explicitement dans IDEA StatiCa.
- En utilisant les paramètres par défaut, la résistance du panneau d'âme obtenue avec IDEA StatiCa est similaire à celle de l'Specification AISC lorsque l'effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure est pris en compte dans l'analyse pour déterminer les sollicitations de calcul. La résistance plus faible donnée par l'Specification AISC pour le cas où l'effet des déformations inélastiques du panneau d'âme sur la stabilité de la structure n'est pas pris en compte dans l'analyse pour déterminer les sollicitations de calcul peut être obtenue en ajustant la limite de déformation plastique dans IDEA StatiCa.
- Les capacités de dimensionnement en capacité d'IDEA StatiCa permettent de sélectionner un diamètre de boulon et une épaisseur de platine conservatifs par rapport à la procédure définie dans l'AISC 358.
6 Références
AISC. (2016a). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
AISC. (2016b). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
Dowswell, B. (2011). « A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections. » Engineering Journal, AISC, (2e trimestre), 93–116.
Landolfo, R., D'Aniello, M., Costanzo, S., Tartaglia, R., Demonceau, J., Jaspart, J., Stratan, A., Jakab, D., Dubina, D., Elghazouli, A., et Bompa, D. (2018). Equaljoints PLUS – Volume with information brochures for 4 seismically qualified joints, European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), Bruxelles, Belgique.
Murray, T. M. et Sumner, E. A. (2003). Extended End-Plate Moment Connections: Seismic and Wind Applications, Second Edition. Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.