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Formation technique Calcul de platine Mention légale : Veuillez noter que le pr

Formation technique Calcul de platine Mention légale : Veuillez noter que le présent manuel, y compris l’ensemble de ses chapitres individuels, est fourni à titre informatif uniquement. Hilti Corporation se réserve le droit de modifier le contenu du présent manuel, à tout moment et sans avis préalable. Hilti Corporation et/ou toute autre société du groupe Hilti n’est soumise à aucune obligation de garantie, ni responsabilité de quelque type que ce soit concernent le contenu du présent manuel, excepté celles explicitement spécifiées et approuvées dans le contrat d’abonnement individuel relatif au Service Cloud Hilti concerné. Formation technique – Calcul de platine avancée V1, 2019 Copyright © 2019, Hilti Corporation - Tous droits réservés. [BU Application Software Governance] page 1 sur 50 Table des matières 1 Introduction ........................................................................................................................................... 3 1.1 Méthode des éléments finis basée sur les composants ................................................................................ 4 1.2 Platines rigides : problèmes lors de la conception des platines aujourd’hui ...................................... 5 1.3 Conception de platine avancée dans PROFIS Engineering ......................................................................... 9 1.3.1 Option Rigide (Platine rigide)................................................................................................... 9 1.3.2 Option Flexible (Platine flexible)............................................................................................ 10 2 Conception flexible : méthode CBFEM ................................................................................................ 12 2.1 Modélisation de l’acier ............................................................................................................................................ 13 2.1.1 Modèle de platine.................................................................................................................. 13 2.1.2 Convergence du maillage ...................................................................................................... 14 2.2 Chevilles ........................................................................................................................................................................ 16 2.2.1 Chevilles avec écartement ..................................................................................................... 16 2.3 Support béton ............................................................................................................................................................. 18 2.3.1 Modèle de conception ........................................................................................................... 18 2.3.2 Raideur ................................................................................................................................... 18 2.4 Soudures ....................................................................................................................................................................... 19 2.4.1 Soudures sur les platines ....................................................................................................... 19 2.4.2 Soudure avec redistribution plastique des contraintes......................................................... 20 2.4.3 Matériau acier et arrachement lamellaire ............................................................................ 20 2.5 Point d’application des charges de cisaillement .......................................................................................... 21 2.6 Annexes nationales de l’Eurocode à prendre en compte lors de la conception .............................. 22 2.7 Application CBFEM en cas de conception sismique ................................................................................... 23 3 Conception CBFEM : Vérification des éléments conformément à l’Eurocode .................................... 25 3.1 Vérification des chevilles ....................................................................................................................................... 25 3.1.1 Combinaisons de charges statiques ...................................................................................... 25 3.1.2 Combinaisons de charges sismiques ..................................................................................... 26 3.2 Platine ............................................................................................................................................................................ 28 3.3 Profil ............................................................................................................................................................................... 30 3.4 Raidisseurs .................................................................................................................................................................. 31 Formation technique – Calcul de platine avancée V1, 2019 Copyright © 2019, Hilti Corporation - Tous droits réservés. [BU Application Software Governance] page 2 sur 50 3.5 Support béton ............................................................................................................................................................. 31 3.5.1 Sensibilité du maillage ........................................................................................................... 33 3.6 Soudures ....................................................................................................................................................................... 34 3.6.1 Aucune soudure ..................................................................................................................... 34 3.6.2 Soudures d’angle ................................................................................................................... 34 3.6.3 Soudures pleine pénétration ................................................................................................. 35 3.7 Déformations .............................................................................................................................................................. 36 3.8 Vérifications détaillées ........................................................................................................................................... 37 4 La conception de platine avancée (Advanced Base Plate), le choix d’une solution adaptée ............. 38 4.1 Conception de cheville uniquement : Platine rigide ................................................................................... 38 4.2 Conception avec liaison complète : Platine flexible, incluant chevilles, platine, soudures, raidisseurs et béton .......................................................................................................................................................... 38 5 Solution proposée pour vérifier si la platine peut être considérée comme « quasi-rigide » par l’ingénieur expert ........................................................................................................................................ 39 5.1 Avis d’expert pour définir le comportement d'une platine « quasi-rigide » .................................... 39 5.1.1 Forces d’ancrage .................................................................................................................... 42 5.1.2 Contraintes béton .................................................................................................................. 42 5.1.3 Déformation .......................................................................................................................... 42 5.2 Recommandation de Hilti pour l’avis d’expert ............................................................................................. 42 6 Conclusion ........................................................................................................................................... 43 Mentions légales de non-responsabilité ..................................................................................................... 44 Figures ......................................................................................................................................................... 46 Tableaux ...................................................................................................................................................... 48 Références ................................................................................................................................................... 49 Formation technique – Calcul de platine avancée V1, 2019 Copyright © 2019, Hilti Corporation - Tous droits réservés. [BU Application Software Governance] page 3 sur 50 1 Introduction Toute structure doit être reliée au sol par le biais de fondations. Ces fondations sont, dans la majorité des cas, fabriquées en béton. Pour transférer les charges auxquelles la structure est soumise, une liaison entre les composants structurels en acier (poutres, colonnes, etc.) et les fondations en béton est nécessaire. L’une des solutions les plus populaires consiste à assembler le composant structurel en acier soudé à une platine en le fixant aux fondations à l’aide de chevilles. Tous les éléments nécessaires à la réalisation de cette liaison doivent être conçus pour supporter les charges en jeu. Les éléments de barre sont préférés par les ingénieurs lors de la conception de structures en acier. Cependant, il existe sur la structure de nombreux points où cette « théorie des éléments » n’est pas valide, par exemple la platine, les liaisons de cheville et les joints soudés. L’analyse structurelle de ces points exige une attention particulière. Le comportement est non linéaire et ce caractère non linéaire doit être respecté, par exemple dans l’élasticité du matériau des plaques ou des profils, la platine et le bloc de béton, l’action unilatérale des chevilles, les soudures. La conception de la platine et des chevilles doit allier les principes de la conception acier, de la conception de chevilles et les directives de conception béton. Les différentes hypothèses de conception appliquées pour l’ensemble de la liaison ne doivent pas être en contradiction les unes avec les autres. Un exemple clé pour les liaisons acier/béton est l’hypothèse du comportement de la platine. Les codes de conception, tels que l’Eurocode EN 1993-1-8 [1] (Calcul des structures en acier) et les documentations techniques offrent des méthodes et des solutions d’ingénierie. Leur caractéristique principale est la dérivation des profilés type et des charges simples. L’approche est basée sur la méthode des composants. La conception basée sur la méthode des éléments finis (MEF) a révolutionné ces dernières années l’ingénierie des structures. Aujourd'hui, la plupart des ingénieurs ont accès à de puissants logiciels de calculs aux éléments finis. Étant donné que le terme « platine rigide » peut se référer à peu près à tout type de composant, nombre d'ingénieurs en conception modélisent leurs platines, leur béton et leurs chevilles en utilisant des solutions EF (parfois même à l’aide de logiciels EF non linéaires utilisant la conception plastique telle que définie dans l’Eurocode 3). Il se peut qu’ils ne soient pas informés que les directives de conception des chevilles sont fondées sur une hypothèse de platine rigide. Le présent document a pour objectif de fournir des consignes et des détails complémentaires sur la solution Calcul de platines avancé (Advanced Base Plate) du logiciel Hilti PROFIS Engineering. Formation technique – Calcul de platine avancée V1, 2019 Copyright © 2019, Hilti Corporation - Tous droits réservés. [BU Application Software Governance] page 4 sur 50 1.1 Méthode des éléments finis basée sur les composants Le comportement réel d’un assemblage acier/béton ne peut être calculé par de simples équations de poutre. La méthode des composants (CM, Component Method) permet de traiter l’assemblage en tant que système d’éléments/composants interconnectés. Le modèle correspondant est établi pour chaque type de liaison, de manière à déterminer les forces et les contraintes qui s’appliquent à chaque composant (cf. illustration ci-dessous). Figure 1. Chevilles modélisées par des ressorts dans une liaison acier/béton Le béton est modélisé par un ressort de compression, la cheville est modélisée par un ressort de traction et l’acier est défini par des éléments type coque. Les propriétés mécaniques individuelles des composants sont définies par le code EN 1992 pour le béton, le code EN 1993 pour l’acier et les spécifications techniques Hilti basées sur des tests en laboratoire pour les chevilles. La résistance de chaque composant est contrôlée séparément à l’aide des équations correspondantes issues du code (des informations complémentaires à ce sujet seront fournies plus loin dans ce document). La méthode utilisée par le logiciel PROFIS Engineering pour simuler le comportement réel de la platine est la Méthode des éléments finis basée sur les composants (CBFEM, Component-based Finite Element Method), qui est : - Suffisamment générale pour pouvoir être utilisée pour la plupart des assemblages en ingénierie ; - Suffisamment simple et rapide pour offrir, dans une utilisation quotidienne, des résultats dans des délais comparables aux méthodes et outils actuels ; Formation technique – Calcul de platine avancée V1, 2019 Copyright © 2019, Hilti Corporation - Tous droits réservés. [BU Application Software Governance] page 5 sur 50 - Suffisamment complète pour offrir aux ingénieurs structurels des informations claires sur le comportement de l’assemblage, les contraintes, les déformations et les réserves des composants individuels, ainsi que la sécurité et la fiabilité globale de la structure. La méthode CBFEM est fondée sur l’idée que la majorité des éléments vérifiés et utiles de la méthode des composants (CM) doivent être conservés. Le point faible de la méthode CM (son caractère trop général lors de l’analyse des contraintes sur les composants individuels) est compensé ici par la modélisation et l’analyse de la méthode des éléments finis (MEF). L’assemblage est divisé en composants principaux : profilé, raidisseurs, soudures, platine, béton et chevilles. Cette méthode a été prouvée via un processus de vérification et de validation de cas de référence, aussi bien numériques qu’expérimentaux, référence [2]. 1.2 Platines rigides : problèmes lors de la conception des platines aujourd’hui Les hypothèses pour la conception des platines rigides issues des directives ETAG/EN/ACI et EN1992-4 ne sont généralement pas une priorité pour les ingénieurs, bien que les réglementations relatives aux chevilles soient explicitement valides pour les platines rigides uniquement. Aucune définition claire n’est disponible pour établir précisément le caractère rigide d'une platine. Le logiciel de conception actuellement sur le marché propose une solution pour la répartition des charges sur les chevilles. Toutefois, les hypothèses de départ uploads/Ingenierie_Lourd/ abp-technical-background-europe-fr-calcul-platine.pdf