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1 Revue Construction Métallique ÉVALUATION DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES ÉLÉMENTS

1 Revue Construction Métallique ÉVALUATION DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX EN ACIER INOXYDABLE par B. ZHAO Référence INC-EC3 2-02 1. – INTRODUCTION Dans la construction en acier de nos jours, l’utilisation des éléments en acier inoxydable devient de plus en plus courante. Or en matière de résistance au feu, aucune méthode de calcul actuellement n’existe permettant aux ingénieurs de vérifier de manière simpli- fiée la tenue au feu des éléments en acier inoxydable le cas échéant. La présente rubrique a-t-elle ainsi pour objectif de donner quelques éléments pratiques dans ce domaine. Les données utilisées ici s’inspirent des résultats obtenus des recherches Européennes [4] sur les nuances courantes des aciers inoxydables, à savoir : ●EN 1.4301 (304); ●EN 1.4401 (316); ●EN 1.4571; ●EN 1.4462; ●EN 1.4003 Cette rubrique sera consacrée d’une part aux facteurs de réduction relatifs à la résis- tance et à la rigidité de différentes nuances d’acier inoxydable, d’autre part aux méthodes de calcul simplifiées de la résistance au feu des éléments de base en acier inoxydable, à savoir tirants (éléments tendus), poutres sur appuis simples et poteaux sous charge axiale (éléments comprimés). Par contre, la présente rubrique se limite aux éléments en acier inoxydable ayant une classe de section 1, 2 ou 3. Les éléments avec une section de classe 4, a priori présentant des risques du voilement local importants, ne seront pas traités ici. 1 CENTRE TECHNIQUE INDUSTRIEL DE LA CONSTRUCTION MÉTALLIQUE Domaine de Saint-Paul, 78471 Saint-Rémy-lès-Chevreuse Cedex Tél.: 01-30-85-25-00 - Télécopieur 01-30-52-75-38 Construction Métallique, n° 4-2002 B. ZHAO – Ingénieur au CTICM, Service Incendie INC-EC3 2-02 Construction Métallique, n° 4-2002 56 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 2 2. – FACTEURS DE RÉDUCTION DES ACIERS INOXYDABLES À TEMPÉRATURES ÉLEVÉES Pour évaluer la résistance au feu des éléments structuraux, il est indispensable de dis- poser de données sur la résistance des matériaux à températures élevées. Ces données relatives à l’acier inoxydable correspondent en général aux valeurs caractéristiques sui- vantes : ●Module d’élasticité à l’origine Ea,θ; ●Limite d’élasticité à 0,2 % de déformation plastique f0.2p,θ ; ●Résistance efficace à 2 % de déformation totale famax,θ ; ●Contrainte de rupture en traction fau,θ. Fig. 1 – Signification des différentes valeurs caractéristiques pour l’acier inoxydable La signification physique de ces valeurs caractéristiques est également illustrée sur la figure 1. Ces valeurs caractéristiques sont utilisées dans le domaine incendie par l’intermédiaire de facteurs de réduction représentés par le taux de ces valeurs caractéristiques à tempé- ratures élevées par rapport à leurs valeurs à température normale, à savoir : ●facteur de réduction du module d’élasticité à l’origine : kE,θ = ●facteur de réduction de la limite d’élasticité à 0,2 % de déformation plastique : k0,2p,θ = f0,2p,θ f0,2p,20°C Ea,θ Ea,20°C f0.2p, θ α=arctan(Ea, θ) fau, θ Déformation εθ Contrainte εamax, θ = 2% famax, θ ε 0.2p ,θ = 0,2% Construction Métallique, n° 4-2002 INC-EC3 2-02 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 57 3 ●facteur de réduction de la résistance efficace à 2 % de déformation totale : kamax,θ = ●facteur de réduction de la contrainte de rupture en traction : kau,θ = En fait, parmi les quatre facteurs de réduction définis ci-dessus, trois, à savoir, les fac- teurs de réduction du module d’élasticité à l’origine, de la limite d’élasticité à 0,2 % de déformation plastique et de la contrainte de rupture en traction, peuvent être détermi- nés indépendamment pour les aciers inoxydables. Mais le facteur de réduction de la résistance efficace à 2 % de déformation totale, contrairement à l’acier au carbone ne peut pas être considéré comme une valeur indépendante du fait qu’elle dépend de la limite d’élasticité à 0,2 % de déformation plastique et de la contrainte de rupture en trac- tion, deux valeurs caractéristiques variables même pour une nuance identique de l’acier inoxydable. De ce fait, le facteur de réduction de la résistance efficace à 2 % de déforma- tion totale, dépendante de ces deux variables, est déduit de manière indirecte en utili- sant la formule suivante : kamax,θ = k0,2p,θ(1 – k2%,θ) + k2%,θkau,θkE,θ = où k2%,θ est un facteur fonction de la température θ. Ainsi, les différents facteurs de réduction sont donnés pour les cinq nuances d’acier inoxydable aux tableaux 1 à 5. fau,20°C f0,2p,20°C fau,θ fau,20°C famax,θ f0,2p,20°C Facteurs de réduction à température θ par rapport aux résistances et E à 20 °C Température de l'acier θ C 20 , p 2 . 0 , p 2 . 0 , p 2 . 0 f f k ° θ θ = C 20 , au , au , au f f k ° θ θ = C 20 , a , a , E E E k ° θ θ = θ %, 2 k 20 °C 1.00 1.00 1.00 0.26 100 °C 0.82 0.87 0.96 0.24 200 °C 0.68 0.77 0.92 0.19 300 °C 0.64 0.73 0.88 0.19 400 °C 0.60 0.72 0.84 0.19 500 °C 0.54 0.67 0.80 0.19 600 °C 0.49 0.58 0.76 0.22 700 °C 0.40 0.43 0.71 0.26 800 °C 0.27 0.27 0.63 0.35 900 °C 0.14 0.15 0.45 0.38 1000 °C 0.06 0.07 0.20 0.40 TABLEAU 1 Facteurs de réduction de l’acier inoxydable EN 1.4301 à températures élevées INC-EC3 2-02 Construction Métallique, n° 4-2002 58 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 4 Facteurs de réduction à température θ par rapport aux résistances et E à 20 °C Température de l'acier θ C 20 , p 2 . 0 , p 2 . 0 , p 2 . 0 f f k ° θ θ = C 20 , au , au , au f f k ° θ θ = C 20 , a , a , E E E k ° θ θ = θ %, 2 k 20 °C 1.00 1.00 1.00 0.24 100 °C 0.88 0.93 0.96 0.24 200 °C 0.76 0.87 0.92 0.24 300 °C 0.71 0.84 0.88 0.24 400 °C 0.66 0.83 0.84 0.21 500 °C 0.63 0.79 0.80 0.20 600 °C 0.61 0.72 0.76 0.19 700 °C 0.51 0.55 0.71 0.24 800 °C 0.40 0.34 0.63 0.35 900 °C 0.19 0.18 0.45 0.38 1000 °C 0.10 0.09 0.20 0.40 TABLEAU 2 Facteurs de réduction de l’acier inoxydable EN 1.4401 à températures élevées Facteurs de réduction à température θ par rapport aux résistances et E à 20 °C Température de l'acier θ C 20 , p 2 . 0 , p 2 . 0 , p 2 . 0 f f k ° θ θ = C 20 , au , au , au f f k ° θ θ = C 20 , a , a , E E E k ° θ θ = θ %, 2 k 20 °C 1.00 1.00 1.00 0.25 100 °C 0.89 0.88 0.96 0.25 200 °C 0.83 0.81 0.92 0.25 300 °C 0.77 0.80 0.88 0.24 400 °C 0.72 0.80 0.84 0.22 500 °C 0.69 0.77 0.80 0.21 600 °C 0.66 0.71 0.76 0.21 700 °C 0.59 0.57 0.71 0.25 800 °C 0.50 0.38 0.63 0.35 900 °C 0.28 0.22 0.45 0.38 1000 °C 0.15 0.11 0.20 0.40 TABLEAU 3 Facteurs de réduction de l’acier inoxydable EN 1.4571 à températures élevées Construction Métallique, n° 4-2002 INC-EC3 2-02 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 59 5 Facteurs de réduction à température θ par rapport aux résistances et E à 20 °C Température de l'acier θ C 20 , p 2 . 0 , p 2 . 0 , p 2 . 0 f f k ° θ θ = C 20 , au , au , au f f k ° θ θ = C 20 , a , a , E E E k ° θ θ = θ %, 2 k 20 °C 1.00 1.00 1.00 0.35 100 °C 0.91 0.93 0.96 0.35 200 °C 0.80 0.85 0.92 0.32 300 ° 0.75 0.83 0.88 0.30 400 °C 0.72 0.82 0.84 0.28 500 °C 0.65 0.71 0.80 0.30 600 °C 0.56 0.57 0.76 0.33 700 °C 0.37 0.38 0.71 0.40 800 °C 0.26 0.29 0.63 0.41 900 °C 0.10 0.12 0.45 0.45 1000 °C 0.03 0.04 0.20 0.47 TABLEAU 4 Facteurs de réduction de l’acier inoxydable EN 1.4462 à températures élevées Facteurs de réduction à température θ par rapport aux résistances et E à 20 °C Température de l'acier θ C 20 , p 2 . 0 , p 2 . 0 , p 2 . 0 f f k ° θ θ = C 20 , au , au , au f f k ° θ θ = C 20 , a , a , E E E k ° θ θ = θ %, 2 k 20 °C 1.00 1.00 1.00 0.37 100 °C 1.00 0.94 0.96 0.37 200 °C 1.00 0.88 0.92 0.37 300 °C 0.98 0.86 0.88 0.37 400 °C 0.91 0.83 0.84 0.42 500 °C 0.80 0.81 0.80 0.40 600 °C 0.45 0.42 0.76 0.45 700 °C 0.19 0.21 0.71 0.46 800 °C 0.13 0.12 0.63 0.47 900 °C 0.10 0.11 0.45 0.47 1000 °C 0.07 0.09 0.20 0.47 TABLEAU 5 Facteurs de réduction de l’acier uploads/Ingenierie_Lourd/ evaluation-de-la-resistance-au-feu-des-elements-structuraux-en-acier-inoxydable-2002.pdf