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Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 1 Université de Moncto

Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 1 Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Charpentes métalliques GCIV – 4310 Génie civil Faculté d’ingénierie Prof. Gérard Poitras Bureau : 132G2 Tél : 858-4759 Courriel : gerard.poitras@umoncton.ca Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Généralités • Introduction • Propriétés de l’acier • Les systèmes structuraux en acier - Systèmes de résistance aux charges de gravité - Systèmes de résistance aux charges latérales • Les charges et méthodes de calcul (rappel) • Considérations de stabilité • Conception et réalisation d’un projet de bâtiment en acier Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 2 UNIVERSITÉ DE MONCTON Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil Introduction • Avantages : - Haute résistance - Stabilité des propriétés mécaniques - Qualité et légèreté - Comportement conforme aux théories des résistances des matériaux - Matériau ductile, grande capacité d’absorption des charges - Dimensions modestes - Préfabrication et rapidité de montage - Flexibilité dans l’obtention de formes structurales inhabituelles - Facilité pour des modifications ultérieures de la charpente et désinstallation - Vérification en chantier simple - Prix raisonnable - Résistance à la corrosion - Multiplicité d’alliages - Facilité de recyclage Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Introduction • Désavantages : - Flambement des éléments de petites dimensions en compression - Mauvaise résistance au feu - Coût d’entretien élevé Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 3 Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Introduction • Historique : - Première construction en fer (fonte) : pont de Coalbrookdale, en Angleterre conçu par l’ingénieur J. Wilkinson, 1777 à 1779. - Pont des arts sur la Seine à Paris, France, conçu par les ingénieurs L.-A. de Cessart et J. Lacroix-Dillon, 1801 à 1811. - Première construction en fonte comme charpente dans un bâtiment : coupole de la halle au blé à Paris, France, conçu par l’architecte F.L. Bélanger avec l’ingénieur F. Brunet, 1806 à 1811. - Premier pont suspendu à l’aide de chaîne de fer : pont sur le détroit Menai à Bangor, Angleterre, construit par l’ingénieur T. Telford, 1818 à 1826. Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Introduction • Historique, suite : - Utilisation généralisée du fer à partir de 1830 dans les rails de chemins de fer. -Marché couvert de la Madeleine, Paris, France, conçu par l’architecte G. Veugny, 1835. - Marché au poisson de Hungerford, Londres, Angleterre, conçu par l’architecte F.C. Flowers, 1835. - Première ferme de toit mixte bois-métal conçu par A.R. Polonceau en 1837. - Première ferme Pratt en fer : pont sur la rivière Delaware à Trenton, conçu par T. W. Pratt en 1844. - Structure supportée par des poteaux en fonte : Bibliothèque Sainte-Geneviève de Paris, France, conçu par l’architecte H. Labrouste, 1845 à 1850. Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 4 Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Introduction • Historique, suite : - Premier pont tubulaire : pont de chemin de fer le Britannia tubular bridge, construit par l’ingénieur R. Stephenson sur le détroit de Menai en Angleterre, 1846 à 1850. -Première charpente utilisant un système d’unités modulaires préfabriquées (en fonte, fer, ver et bois) : Crystal Palace, Londres, construit par J. Paxton, 1851. - Premier pont de Montréal : pont Victoria, structure tubulaire par l’ingénieur R. Stephenson, 1854 à 1859. - Halles de Paris, architecture en fer conçu par les architectes Callet et Baltard, 1854 à 1857. - Brooklyn Bridge, pont suspendu à New York, 1883. - Premier pont à consoles («cantilever») : pont construit par J. Fowler et B. Baker à Firth of Forth, Écosse, 1882-1890. Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Introduction • Historique, suite : - Première tour en acier : L’ingénieur A.-G. Eiffel a conçu et construit la tour Eiffel à Paris, France, 1889. - Gratte-ciel Empire State Building, New York, 1929. - Pont de Québec inauguré en 1918 est le pont à consoles le plus long au monde. - Pont George Washington, pont suspendu à New York, 1931. - Pont Golden Gate, pont suspendu à San Fransico, 1937. - Gratte-ciel Seagram Building, New York, 1959. - Pont Verrazzano-Narrows, pont suspendu le plus long au monde (portée de 1298 m), New York, 1965. - Gratte-ciel John Hancock, Chicago, 1965. - Gratte-ciel World Trade center, New York, 1972. Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 5 Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Introduction • Historique, suite : - Gratte-ciel Sears Towers, Chicago, 1974. - Gratte-ciel Bank of Hong Kong and Shanghai, Hong Kong, 1986. - Gratte-ciel Bank of China, Hong Kong, 1989. - Toit mobile du Skydome de Toronto, 1989. Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Propriétés de l’acier • Les premières constructions métalliques ont été réalisées en fonte, mais le matériau qui est le plus utilisé est maintenant l’acier. M :  résilience ténacité C :  résistance dureté ductilité résilience - ductilité : capacité de subir de grandes déformations plastiques avant la rupture - résilience : capacité de résister au chocs • L’acier est un alliage qui contient les éléments suivants : - Fer, dans une proportion de 95% et plus. - Carbone, élément augmentant la résistance de l’alliage mais diminue sa ductilité. -Manganèse, élément augmentant la ténacité de l’acier, dans une proportion de 0.5 à 1.65%. Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 6 Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Propriétés de l’acier - Chrome et nickel, éléments augmentant la résistance à la corrosion de l’acier. - Les autres éléments (phosphore, chrome, silicium, molybdène, nickel, cuivre, colombium, vanadium, aluminium, etc.), selon les proportions, mènent à des aciers ayant des qualités spécifiques. - Les impuretés (soufre, phosphore). • La norme ACNOR G40.21, Aciers de construction, décrit les différentes nuances d’acier (limite élastique) avec leur composition chimique, leur capacité de résistance et leur domaine d’applicabilité. • La norme ACNOR G40.20, Exigences générales relatives à l'acier de construction laminé ou soudé, donne les tolérances acceptables des sections, la description des éprouvettes d’essais mécaniques, les méthodes de traitement thermique, etc. Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Propriétés de l’acier ) carbonique gaz ( 3 ) fer ( 4 ) coke ( 3 ) minerai ( 2 2 3 2 CO Fe C O Fe    • Procédé de production de l’acier Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 7 UNIVERSITÉ DE MONCTON Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil Propriétés de l’acier • Classification générale des aciers de charpente - Aciers non alliés (fer, carbone, manganèse) - aciers ordinaires au carbone - aciers au carbone à haute résistance - Aciers faiblement alliés (fer, carbone, manganèse + autres éléments) · aciers à haute résistance · aciers résistants à la corrosion atmosphérique · aciers traités thermiquement (aciers trempés et revenus) - Aciers alliés Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Propriétés de l’acier • Laminage d’un profilé - Lors du refroidissement après laminage, des contraintes résiduelles apparaissent dans la section. Certaines zones refroidissent en premier, ce qui produit des contraintes résiduelles en compression. Ces contraintes réduisent la résistance de la section dans certaines circonstances. Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 8 Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil UNIVERSITÉ DE MONCTON Propriétés de l’acier • Il existe sept types d’acier de même que huit nuances disponibles sur le marché. On identifie l’acier comme suit : Exemple: G40.21 - M350W Fy 260 300 350 380 400 480 550 700 W 260W 300W 350W 380W 400W 480W 550W WT 260WT 300WT 350WT 380WT 400WT 480WT 550WT R 350R A 350A 400A 480A 550A AT 350AT 400AT 480AT 550AT Q 700Q QT 700QT UNIVERSITÉ DE MONCTON Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil Propriétés de l’acier • Type W : acier soudable en chantier. • Type WT : acier soudable en chantier, avec résilience (résistance au choc) améliorée pour les basses températures (surtout utilisé dans les ponts). • Type R : acier patinable, environ quatre fois plus résistant à la corrosion. • Type A : combine les propriétés des aciers de type W et R. • Type AT : acier soudable, patinable et à résilience améliorée (surtout utilisé dans les ponts). • Type Q : acier faiblement allié, trempé et revenu, produisant des pièces légères et de hautes résistances. • Type QT : acier faiblement allié, trempé et revenu et à résilience améliorée. Généralités Université de Moncton Gérard J. Poitras 2013 9 UNIVERSITÉ DE MONCTON Université de Moncton - Faculté d’ingénierie - Génie civil Propriétés de l’acier • Les sections en acier; - Tous les profilés en acier sont compilés dans les tableaux du «Handbook of Steel Construction» avec leurs propriétés géométriques. - Profilés de type W, uploads/Ingenierie_Lourd/ combinaison-des-charges 1 .pdf