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Page 1 sur 48 PRÉVISION PAR LE CALCUL DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES STRUCTURES EN BÉTON. FASCICULE D’UTILISATION DU LOGICIEL CIM’Feu VERSION 2.0.0. - Juillet 2005 - • Produit CIMbéton. • Développé par le CSTB. Page 2 sur 48 SOMMAIRE AVANT-PROPOS _________________________________________________________3 CHAP.1 - INTRODUCTION ________________________________________________5 1.1 – Place de la résistance au feu des structures dans le domaine de la sécurité incendie. ______ 5 1.2 - Naissance et développement d’un incendie. _____________________________________ 5 1.3 – La charge calorifique _______________________________________________________ 6 1.4 – Résistance au feu d’un élément de construction selon le dtu. ________________________ 6 CHAP. 2 – DÉFINITION DE L’ACTION DU FEU SUR LES ÉLÉMENTS EN BETON. _________________________________________________________________8 2.1 – Introduction. ______________________________________________________________ 8 2.2 - Sections étudiées par CIM’Feu ________________________________________________ 9 2.3 - Caractéristiques thermophysiques des bétons ____________________________________ 10 2.4 - Les grandes lignes du modèle d’échange thermique _______________________________ 10 2.4.1 - Conditions initiales ____________________________________________________ 11 2.4.2 - Conditions de frontières courantes_________________________________________ 11 2.4.3 - Choix du pas de temps __________________________________________________ 12 2.4.4 - Calcul de la longueur à donner à l’aile de la poutre rectangulaire _________________ 13 CHAP.3 – PRINCIPES DE JUSTIFICATIONS PAR LE CALCUL. ______________14 3.1 – Combinaisons de calcul_____________________________________________________ 14 3.2 – Éclatement_______________________________________________________________ 14 3.3 – Résistances des matériaux béton et acier. _______________________________________ 15 3.4 – Affaiblissement des caractéristiques à chaud.____________________________________ 15 CHAP.4 – UTILISATION DU LOGICIEL CIM’Feu ___________________________17 4.1 – Configuration du matériel ___________________________________________________ 17 4.2 – Installation du logiciel______________________________________________________ 17 4.3 – Lancement du logiciel______________________________________________________ 17 4.4 – Menus texte______________________________________________________________ 19 4.4.1 - Menu « Fichier ». ___________________________________________________ 19 4.4.2 - Menu « Édition ». ___________________________________________________ 20 4.4.3 - Menu « Lancer ». ___________________________________________________ 20 4.4.4 - Menu « Dessiner ».__________________________________________________ 21 4.4.5 - Menu « ? ». ________________________________________________________ 21 4.5 - Boutons de raccourcis.______________________________________________________ 22 4.6 - Calcul des poutres (rectangulaires, en té et en I).__________________________________ 23 4.6.1 - Justifications vis-à-vis de la flexion. _______________________________________ 23 4.6.2 - Justifications vis-à-vis du cisaillement. _____________________________________ 23 4.6.3 – Limites d’emploi du logiciel. Simplifications admises. Astuces d’utilisation. _______ 24 4.6.4 – Exemple de calcul._____________________________________________________ 24 4.7 – Calcul des dalles.__________________________________________________________ 33 4.7.1 – Méthode de justification dans le cas général. ________________________________ 33 4.7.2 – Limites d’emploi du logiciel. Simplifications admises. Astuces d’utilisation. _______ 34 4.7.3 – Exemple de calcul._____________________________________________________ 36 4.8 – Calcul des poteaux ________________________________________________________ 41 4.8.1 – Cas de la compression centrée. ___________________________________________ 41 4.8.2 – Cas de la flexion composée avec compression._______________________________ 41 4.8.3 – Limites d’emploi du logiciel. simplifications admises. astuces d’utilisation. ________ 42 4.8.4 – Exemples de calcul.____________________________________________________ 43 BIBLIOGRAPHIE ______________________________________________________ 48 Page 3 sur 48 AVANT-PROPOS La prévision par le calcul du comportement au feu des structures en béton est actuellement régie en France par un texte codificatif (DTU P 92-701, appelé communément « DTU Feu-béton ») qui, pour la détermination des températures dans le béton, propose trois approches possibles : 1. Une approche de type analytique, consistant à appliquer les lois de la propagation de la chaleur en milieu continu (dites lois de Fourier), compte tenu des paramètres thermiques du béton. Cette approche est définie au chapitre 4 du DTU. 2. Une approche de type simplifiée (dite « règles simples ») consistant à s’affranchir de tout calcul de température, moyennant l’adoption de dispositions constructives particulières précisées pour chaque type d’élément. Cette approche est détaillée au chapitre 7 du DTU. 3. Une approche de type numérique fournissant les lignes de code FORTRAN d’un programme de calcul. Selon le DTU, les trois approches sont réputées utilisables de manière équivalente sur le plan de la sécurité structurale vis-à-vis de l’incendie. Il est, néanmoins, constaté à l’usage que les résultats de dimensionnement obtenus par chacune des trois approches ne sont pas parfaitement identiques, pour un même problème traité. Pour ce qui concerne la version 2.0.0 du logiciel CIM’Feu, le traitement proposé met en œuvre : a) pour le calcul des températures, l’approche analytique définie au chapitre 4 du DTU et mentionnée en 1 ci-dessus ; b) pour le calcul mécanique, les principes définis au chapitre 5 du DTU (exception faite du paragraphe 5,4 qui annonce la possibilité de recourir aux règles simples) ; Les structures considérées sont supposées avoir été préalablement dimensionnées et vérifiées à froid selon les règles BAEL91. CIM’Feu vise les éléments de structures suivants : • les dalles appuyées sur deux ou quatre côtés, simples ou continues, chargées uniformément ; • les poutres simples et continues, à section rectangulaire ou en té, chargées uniformément ; • les poutres simples, à section en I, avec ou sans blochet, chargées uniformément ; • les poteaux à section rectangulaire, sollicités en compression centrée ou en flexion composée. CIM’Feu permet, au cours d’une séquence unique, de déterminer les champs de températures dans l’élément concerné, pour la durée de stabilité au feu spécifiée, puis d’enchaîner le calcul mécanique à chaud. Le logiciel a été conçu pour un poste de type PC dont les configurations requises pour un fonctionnement convenable sont les suivantes : Page 4 sur 48 CONFIGURATION MINIMALE CONFIGURATION RECOMMANDÉE Microprocesseur Intel 486 Microprocesseur Intel Pentium 75 (ou plus). Affichage coul. VGA 860 x 600 (256 couleurs) Affichage coul. VGA 1024 x 768 (16 bits) 16 Mo de RAM 32 Mo de RAM (ou plus) Les données sont entrées sous environnement WINDOWS® (98, 2000 ou XP), permettant une saisie interactive et intuitive, avec aide contextuelle sur chaque case de donnée. Certaines données sont discrétisées (ascenseur), afin d’aider l’utilisateur sur les limites de certaines variables. D’autres sont laissées libres, au cas où des valeurs spéciales, non-standard, sont envisagées, ou encore lorsque l’éventail de valeurs est trop large ou difficilement discrétisable. Page 5 sur 48 CHAP.1 - INTRODUCTION 1.1 – PLACE DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES STRUCTURES DANS LE DOMAINE DE LA SÉCURITÉ INCENDIE. La sécurité incendie est une discipline permettant de prendre en charge la sécurité des personnes vis-à-vis des conséquences induites par un incendie. Cette prise en charge de la sécurité passe par un certain nombre de mesures à adopter dans un ouvrage donné, liées à la configuration architecturale de l’ouvrage, son accessibilité par les services de secours, les matériaux dont il est constitué, l’organisation de ses issues d’évacuation, etc. Le nombre et la complexité des situations pouvant être rencontrées dans la pratique font que les règles de mise en sécurité sont diverses et on distingue à ce titre deux types de mesures, pour la mise en sécurité des bâtiments vis-à-vis de l’incendie : a – Sécurité active : il s’agit de mesures adoptées, visant à mettre à disposition des moyens de lutte directe contre le feu et ses conséquences (extinction automatique, alarme, etc.). b – Sécurité passive : il s’agit de moyens permettant, du fait de leur conception et de leur emplacement, une maîtrise des conséquences de l’incendie, permettant ainsi une réduction du risque (cloisons ou planchers coupe-feu, par exemple). Parmi les moyens relevant du deuxième type, on trouve celui relatif à la résistance au feu des structures. Selon ce critère, on est conduit à qualifier les réponses des structures aux sollicitations appliquées, en tenant compte d’un certain nombre de paramètres, dont le plus important est celui de la chute de résistance des éléments de structure compte tenu de l’échauffement auquel ils sont soumis au cours de l’incendie. Les justifications à entreprendre pour quantifier la résistance au feu des structures sont basées sur des concepts généraux de mécanique des structures et se conduisent selon des critères codifiés. En ce qui concerne les éléments en béton, le code utilisé en France est la norme DTU NF P 92-701 (DTU Feu-béton). Dans un proche avenir, il est prévu que ce code soit remplacé par l’Eurocode 2, partie 1-2. 1.2 - NAISSANCE ET DÉVELOPPEMENT D’UN INCENDIE. Trois paramètres sont nécessaires et suffisants pour qu’un incendie puisse apparaître et se développer : • une source de chaleur ; • du matériau combustible ; • de l’oxygène. Page 6 sur 48 Des observations effectués lors d’incendies réels, il ressort que le développement d’un feu présente une phase critique, qui correspond à celle qui survient lorsque l’apport d’oxygène devient suffisamment important (après le bris des vitres, par exemple) pour entraîner la combustion rapide des matériaux combustibles. C’est en effet durant cette phase que la température augmente et que la sollicitation thermique sur les éléments structuraux devient importante. On a constaté notamment que, avant cette phase, la sollicitation restait modérée car l’on était en phase de développement de l’incendie, et qu’après cette phase, la sollicitation diminuait par manque de combustible. Toutes ces considérations sont actuellement ignorées lorsque l’on utilise les deux codes précités pour les calculs de résistance au feu car, comme il sera vu plus loin, ces codes utilisent une courbe conventionnelle de montée en température, valable tous les cas, et qui ne tient pas compte, en particulier, de la masse combustible disponible, en supposant que celle-ci n’est pas bornée. Notons simplement que cette courbe est celle qui est utilisée par les laboratoires d’essais, dans les fours destinés aux essais de résistance au feu des éléments de construction. 1.3 – LA CHARGE CALORIFIQUE La charge calorifique représente uploads/Ingenierie_Lourd/ cim-feu-2-0-0.pdf