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

1 Revue Construction Métallique ÉVALUATION DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES POUTRES MIXTES NON-ENROBÉES SUR DEUX APPUIS SIMPLES par B. ZHAO et J. KRUPPA Référence INC-EC4 1-00 1. – INTRODUCTION Les poutres mixtes acier-béton non-enrobées sont des éléments couramment utilisés dans la construction mixte. La partie 1.2 + DAN de l’Eurocode 4 [1] propose ainsi des méthodes de calcul simplifiées permettant de vérifier la résistance au feu de ce type d’élément mixte. Ces méthodes de calcul peuvent être classées de la manière sui- vante : • détermination de la température des sections mixtes acier-béton; • calcul de la résistance au feu des poutres mixtes isostatiques sur deux appuis simples; • calcul de la résistance au feu des poutres mixtes en console ou des poutres mixtes continues. Dans cette rubrique, seules les parties concernant la détermination des températures et le calcul de la résistance au feu des poutres mixtes isostatiques sur deux appuis simples (fig. 1) seront abordées. La partie relative au calcul des poutres mixtes en console et continues sera présentée ultérieurement dans une autre rubrique. Fig. 1 – Poutre mixte acier béton non-enrobée sur deux appuis simples Profilé en acier Section S1 Connecteur L S1 S1 Dalle béton 1 CENTRE TECHNIQUE INDUSTRIEL DE LA CONSTRUCTION MÉTALLIQUE Domaine de Saint-Paul, 78470 Saint-Rémy-lès-Chevreuse Tél.: 01-30-85-25-00 - Télécopieur 01-30-52-75-38 Construction Métallique, n° 3-2000 B. ZHAO – Ingénieur au CTICM – Département Incendie et Essais J. KRUPPA – Directeur Département Incendie et Essais – CTICM INC-EC4 1-00 Construction Métallique, n° 3-2000 92 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 2 2. – MÉTHODE DE CALCUL SIMPLIFIÉE DES TEMPÉRATURES Lorsqu’une poutre mixte acier-béton non-enrobée est soumise à l’incendie convention- nel, son échauffement sera supposé uniforme sur la longueur et peut être déterminé en considérant trois parties distinctes, à savoir le profilé en acier non-enrobé, la dalle béton et le connecteur. 2,1. – Température du profilé en acier d’une poutre mixte Pour calculer l’échauffement du profilé en acier d’une poutre mixte, il y a lieu de consi- dérer les deux cas de figure suivants : • le profilé en acier est traité comme une section exposée sur trois ou quatre faces avec une température uniforme (tableau 1); • le profilé est divisé en trois parties indépendantes les unes des autres, à savoir, la semelle inférieure, l’âme et la semelle supérieure (tableau 2) et chaque partie a une température propre. Les étapes utilisées pour calculer la température sont les suivantes : • détermination du facteur de massiveté; • calcul de la température en fonction du temps. 1. Détermination du facteur de massiveté Le facteur de massiveté ou lorsque le profil est protégé est déterminé en utili- sant le volume échauffé du profilé en acier par unité de longueur [V ] et la surface expo- sée Am ou Ap correspondant respectivement aux cas du profilé non-protégé et protégé. Si le profilé métallique est considéré comme un élément unique, Am et Ap doivent être déterminé selon le tableau 1. TABLEAU 1 Définition de Am et Ap en considérant un échauffement uniforme du profilé en acier Le profilé en acier est considéré comme exposé sur trois faces dans les cas suivants : dalle pleine en béton, dalle mixte si au moins 90 % de la face supérieure du profilé en acier est directement recouverte par la tôle ou le béton, ou dalle mixte lorsque les vides Ap ––––– V Am ––––– V Am Ap Am et Ap sont la surface sur le contour exposé du Ap est la surface intérieure profilé en acier par unité de longueur du caisson de protection par unité de longueur Construction Métallique, n° 3-2000 INC-EC4 1-00 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 93 3 au-dessus de la poutre sont remplis avec un matériau de protection contre le feu ou avec du béton. Dans le cas contraire, le calcul du facteur de massiveté du profilé en acier doit être conduit en le considérant comme exposé sur tout son contour (quatre faces). Lorsque le profilé en acier est décomposé en trois parties, à savoir la semelle inférieure, l’âme et la semelle supérieure, les facteurs de massiveté ou de ces trois parties peuvent être déterminés selon les formules données dans le tableau 2. TABLEAU 2 Détermination du facteur de massiveté ou en considérant un échauffement non-uniforme du profilé en acier Cette façon d’utiliser le facteur de massiveté n’est valable que pour une poutre mixte non-protégée ou protégée sur le contour. Bien entendu, la semelle supérieure doit être considérée comme exposée sur quatre faces si le recouvrement de celle-ci ne dépasse pas 90 % de sa surface. 2. Calcul de température du profilé en acier Une fois le facteur de massiveté déterminé, la méthode expliquée dans l’une des rubriques précédentes de cette revue [2] peut être appliquée pour calculer de manière incrémentale l’augmentation de la température du profilé métallique en fonction du temps. Lorsque le gradient de température sur la hauteur du profilé est pris en compte en le scindant en trois parties différentes et de plus la hauteur du profilé ne dépasse pas 500 mm, la température de l'âme doit être considérée comme égale à celle de la semelle inférieure, son calcul n’est donc plus nécessaire. 2,2. – Température des dalles en béton Le champ de température de la dalle en béton peut être déterminé en appliquant les valeurs données dans le tableau suivant (tableau 3). Ap ––––– V Am ––––– V Ap ––––– V Am ––––– V Facteur de massiveté ou Semelle inférieure Ame Semelle supérieure ou si elle est considérée comme exposée sur quatre faces 2(bf2 + tf2) ––––––––––––––––– bf2 tf2 bf2 + 2tf2 ––––––––––––––– bf2 tf2 2 ––––– tw 2(bf1 + tf1) ––––––––––––––––– bf1 tf1 Ap ––––– V Am ––––– V hc h tw hw bf1 tf1 bf2 tf2 + eff b INC-EC4 1-00 Construction Métallique, n° 3-2000 94 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 4 TABLEAU 3 Distribution de la température dans une dalle en béton en fonction de la distance X et de la durée d’exposition au feu conventionnel L’échauffement de la dalle peut être considéré uniforme sur sa largeur et le gradient de température est uniquement sur son épaisseur. Le tableau 3 est aussi applicable sur une dalle mixte en béton avec tôle profilée en acier. Dans ce cas, l’épaisseur efficace heff doit être utilisée. Concernant les températures de la dalle pour des distances X supérieures à 100 mm, on peut prendre les températures données à 100 mm. 2,3. – Température des connecteurs en goujon à tête soudé La résistance au cisaillement des connecteurs de type goujon à tête soudé en situation d’incendie est liée d’une part à leur température maximale et d’autre part à la tempéra- ture du béton autour des connecteurs. Afin de faciliter les calculs, les températures θv [°C] du connecteur et θc du béton peuvent être prises respectivement égales à 80 % et à 40 % de la température de la semelle supérieure du profilé métallique calculée selon le paragraphe 2.1 [4]. 3. – DÉTERMINATION DE LA RÉSISTANCE AU FEU Pour calculer la résistance au feu des poutres mixtes, il est nécessaire tout d’abord de connaître plusieurs paramètres relatifs à la réduction de résistance des matériaux en fonction de la température (tableau 4). Distance Température θc X après une durée (mm) d’incendie en minutes 30 60 90 120 180 240 5 535 705 10 470 642 738 15 415 581 681 754 20 350 525 627 697 25 300 469 571 642 738 30 250 421 519 591 689 740 35 210 374 473 542 635 700 40 180 327 428 493 590 670 45 160 289 387 454 549 645 50 140 250 345 415 508 550 55 125 200 294 369 469 520 60 110 175 271 342 430 495 80 80 140 220 270 330 395 100 60 100 160 210 260 305 hc + eff b heff x θc Face inférieure chauffée de la dalle Construction Métallique, n° 3-2000 INC-EC4 1-00 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 95 5 TABLEAU 4 Facteurs de réduction des propriétés des matériaux NB : kay,θ est le facteur de réduction pour la résistance effective de l’acier de construction à températures élevées par rapport à sa limite d’élasticité à froid; kau,θ est le facteur de réduction pour la résistance ultime de l’acier de construction à températures élevées par rapport à sa limite d’élasticité à froid; ksy,θ est le facteur de réduction pour la résistance effective de l’acier d’arma- tures à températures élevées par rapport à sa limite d’élasticité à froid; kc,θ est le facteur de réduction pour la résistance en compression du béton à températures élevées par rapport à sa résistance en compression à froid. Après détermination du champ de température en section, la résistance au feu d’une poutre mixte peut être évaluée en appliquant l’une des deux méthodes suivantes : • Méthode de la température critique; • Méthode du moment résistant. 3,1. – Méthode de la température critique Cette méthode s’applique en utilisant la procédure suivante : • Calcul du niveau de chargement • Détermination de la température critique Température (°C) kay,θ kau,θ ksy,θ kc,θ 20 uploads/Ingenierie_Lourd/ evaluation-de-la-resistance-au-feu-des-poutres-mixtes-non-enrobees-sur-deux-appuis-simples.pdf