Calcul structurel et vérification normative d'un portique acier (AISC)

Nouveau projet

Commencez par lancer IDEA StatiCa et sélectionnez l'application Member (télécharger la dernière version).

Créez un nouveau projet, saisissez son nom et sélectionnez un dossier approprié dans lequel il sera enregistré. Choisissez ensuite le code de calcul/sous-code, les propriétés des matériaux de départ et le type de topologie (un portique).

À partir de la version 24.1, il n'est plus nécessaire de créer un matériau spécial avec des propriétés réduites — IDEA StatiCa Member s'en charge désormais au moment approprié dans le processus de calcul.

Cette approche peut être appliquée à tous les grades d'acier pertinents, permettant à l'ingénieur de vérifier aussi bien les structures existantes que les nouvelles structures.

Définissez la section transversale initiale en W10x60.

Ajoutez les coordonnées des nœuds du portique structurel et définissez la connectivité des éléments à l'aide de ces nœuds. Enfin, cliquez sur Créer le projet pour commencer la modélisation et la modification du portique structurel.

Modifiez les éléments analysés AM2 et AM3 en W16x89 en ajoutant un nouvel élément et en sélectionnant la section correcte dans la base de données des profilés en I en unités impériales.

Éléments liés

Pour ajouter des éléments liés, qui servent d'appuis et de parties de transfert de charge pour le détail structurel, cliquez sur le cube de nœud dans la scène 3D ou sélectionnez CON2 dans l'arborescence. Vous pouvez ajouter des éléments liés terminés ou continus en cliquant sur les directions d'axe X, Y, Z selon le système de coordonnées global. Ajoutez 2 éléments terminés dans la direction Y.

Sélectionnez ensuite l'élément lié RM4 dans la scène 3D ou dans l'arborescence et modifiez ses propriétés : section transversale, longueur, orientation et appuis aux extrémités libres.

Modifiez ensuite l'élément lié RM5 en conséquence.

Charges

Dans le menu Charges, vous pouvez ajouter et modifier les effets de charge. Un effet de charge représente un groupe auquel vous pouvez ajouter une ou plusieurs charges réparties sur tout élément analysé ou lié. Alternativement, dans un effet de charge, vous pouvez saisir des efforts intérieurs nodaux aux extrémités des éléments.

Un effet de charge contenant un ensemble de charges linéaires a été généré automatiquement pour tous les éléments. Supprimez-en 2 en cliquant avec le bouton gauche de la souris sur chaque ligne dans l'onglet et en sélectionnant Supprimer ou en cliquant sur l'icône dans le ruban.

Affectez ensuite une charge répartie à l'élément AM2 et modifiez son intensité à -11 kip/ft et sa largeur à 10" pour correspondre à la poutre.

Assemblages

Vous pouvez ensuite concevoir les assemblages. Sélectionnez un cube de nœud dans la scène 3D ou sélectionnez un CON# dans l'arborescence et cliquez sur Modifier l'assemblage.

Commencez par l'assemblage CON1 à la base du poteau gauche. Le module d'application IDEA StatiCa Connection s'ouvre et vous pouvez concevoir l'assemblage en ajoutant les opérations de fabrication.

Dans ce cas, ajoutez simplement une opération Platine de base et modifiez ses paramètres. Cliquez sur le bouton Proposer dans le ruban.

Ensuite, sélectionnez une Platine de base simple et confirmez votre choix en cliquant sur OK.  Vous remarquerez peut-être que le code de calcul est différent, mais cela sera pris en charge dans les étapes suivantes.

Sélectionnez le type de soudure E70xx, le type d'acier A36 et le type de béton 4000psi.

Appuyez sur le symbole + à côté du type d'assemblage de boulons, choisissez 1" F1554 Gr. 55 puis appuyez sur OK pour continuer.

Ensuite, configurez les paramètres dans BP1 conformément à l'image ci-dessous, enregistrez les paramètres de l'assemblage et fermez enfin l'application Connection.  Remarquez comment l'assemblage que vous avez défini apparaît dans le modèle Member.

Choisissez ensuite l'assemblage CON2 et cliquez sur 'Modifier l'assemblage' dans le module IDEA StatiCa Connection.

Proposez à nouveau un assemblage depuis la Connection Library.  C'est une excellente façon de créer des assemblages basés sur des modèles déjà créés.  L'assemblage suggéré peut ne pas correspondre exactement, mais comme nous l'avons déjà vu, il est très facile de modifier quelque chose pour l'adapter.

Les éléments principaux sont automatiquement récupérés depuis le modèle.  Il suffit de mapper les caractéristiques supplémentaires avec les valeurs correctes.  Modifiez la taille de la cornière en 3 1/2 x 3 1/2 x 1/4 en naviguant vers la bibliothèque L correspondante via le bouton +, le type d'acier en A36 et le type de soudure en E70xx.  Enfin, modifiez l'assemblage de boulons en 3/4 A325 avant d'appuyer sur OK.

Les bibliothèques de sections dans IDEA StatiCa sont assez complètes et couvrent plusieurs éditions des normes AISC.

Par conséquent, votre assemblage ressemblera à l'image suivante.

Enregistrez cet assemblage avant de fermer.

Continuez en modifiant l'assemblage CON3.

Ici, nous allons ajouter une opération platine sur platine pour créer une éclisse d'élément.

Ajustez les paramètres comme suit pour finaliser l'assemblage.

Enregistrez et fermez CON3.

Enfin, modifiez l'assemblage CON4. Même si le logiciel nous propose de simplement reproduire la même conception que pour CON1, nous allons modifier l'assemblage pour en créer un différent.

Ouvrez CON4, cliquez sur Proposer et sélectionnez la conception d'un ancrage sur platine de base avec raidisseurs comme indiqué dans l'image suivante.

Sélectionnez le type de soudure E70xx, l'acier A36, le béton 4000psi et l'assemblage de boulons 1" F1554 Gr 55.

Pour finaliser la conception, modifiez l'opération BP1 comme indiqué dans l'image ci-dessous.

Vérifiez également l'épaisseur des raidisseurs dans WID1 conformément à l'image ci-dessous.

Vérification

Passons à l'onglet Vérification et effectuons l'analyse. L'analyse dans IDEA StatiCa Member est calculée en trois étapes à l'aide de la technologie CBFEM. Tout d'abord, analysez la MNA (analyse non linéaire matérielle) pour vérifier la capacité structurelle, puis calculez la LBA (analyse linéaire de flambement) pour étudier la stabilité structurelle et enfin saisissez les imperfections initiales pour les modes de flambement appropriés et calculez la GMNIA (analyse non linéaire géométrique et matérielle).

Tout d'abord, pour ce projet complexe particulier, vous devez augmenter le Nombre d'itérations d'analyse à 40 et le Nombre d'itérations divergentes à 15 dans la Configuration du code (dans l'onglet Vérification) afin de fournir une capacité de calcul suffisante.

Sélectionnez ensuite l'analyse MNA et appuyez sur Calculer.

Les résultats de l'analyse MNA sont affichés et vous pouvez vérifier l'état de chaque partie structurelle ainsi que les résultats dans la fenêtre 3D, par exemple la distribution des déformations dans la partie analysée de la structure.

Passez ensuite à l'analyse LBA et répétez le Calcul.

Vous pouvez lire les facteurs de mode de flambement dans l'onglet et visualiser le premier mode de flambement 1 en activant l'affichage Uy pour une meilleure vue d'ensemble de la déformation.

Vous pouvez parcourir la visualisation des autres modes de flambement en les sélectionnant dans l'onglet, par exemple le mode de flambement 6.

Étant donné qu'au moins un des facteurs de mode de flambement est inférieur à 15, passez à la GMNIA pour effectuer l'analyse non linéaire de la stabilité structurelle.  Choisissez le mode de flambement le plus critique ou une combinaison de modes de flambement et saisissez l'imperfection initiale de la poutre critique. Dans ce cas, choisissez le premier mode de flambement 1 comme le plus critique.  Passez à l'onglet GMNIA dans le panneau de droite et déterminez l'imperfection de 1/4" (L/1000 = 18*12/1000 = 0,21", soit 1/4"), que vous saisissez comme Amplitude dans la colonne 1. 

Cliquez à nouveau sur le bouton Calculer. Dans ce cas, l'analyse peut prendre plusieurs minutes.

Pour les besoins de l'argumentation, supposons que l'analyse ne se termine pas ; vous pouvez remarquer que les charges appliquées par la GMNIA n'ont pas atteint 100 %, ce qui signifie que sous les charges données, la structure perd sa stabilité, OU vous souhaitez simplement un facteur de flambement minimal plus élevé — vous devez renforcer le portique.

Opérations

Retournez à l'onglet Conception et dans le menu arborescent, naviguez vers Opérations, faites un clic droit sur AM2 et ajoutez des raidisseurs transversaux pour renforcer l'angle de portique le plus sollicité et réduire les effets de flambement.

Modifiez les paramètres du raidisseur pour introduire une série de raidisseurs régulièrement espacés le long de l'élément.

Modifiez ensuite les paramètres du raidisseur et ajoutez un raidisseur transversal supplémentaire à la même poutre AM2 et un autre au poteau AM3 et positionnez-les correctement.

Copiez l'opération STIFF T1 et définissez la distance d'un raidisseur unique (changez le nombre à 1) à 220".

Pour AM2, nous pouvons également tenir compte des effets de raidissement du tablier de toiture en introduisant une opération de retenue au déversement :

Modifiez les paramètres pour tenir compte du positionnement réel des pannes (par exemple) ou, comme dans ce cas, d'un tablier continu.

En passant à AM3, créez une nouvelle opération de raidissement et définissez les propriétés comme indiqué dans l'image suivante. 

Retournez maintenant à l'onglet Vérification et répétez le calcul en trois étapes — MNA, LBA, GMNIA. Le portique conçu a satisfait aux vérifications normatives de stabilité avec les imperfections initiales appliquées, et vous pouvez parcourir les résultats tels que la distribution des déformations et le diagramme des efforts intérieurs.

Comme vous pouvez le constater en examinant les nouveaux résultats, le renforcement et la retenue supplémentaire ont un impact important sur le facteur de flambement, permettant à la conception d'être plus robuste sans avoir besoin d'augmenter la taille de la section.  Dans une telle situation, IDEA StatiCa Member est une excellente application pour mener des études avancées rapidement et efficacement.

Rapport

Enfin, accédez à l'onglet Rapport. IDEA StatiCa propose un rapport entièrement personnalisable à imprimer ou à enregistrer dans un format modifiable.

Félicitations, vous avez conçu, optimisé et effectué la vérification normative d'un portique acier selon l'AISC.

Téléchargements joints

• AISC-Frame-A.zip (ZIP, 7,3 MB)