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National Library Bibliothèque nationale du Canada Acquisitions and Acquisitions et BiMiographic Services senfices bibliographiques 395 Wellington Street 395, nie Wellington OttawaON K 1 A W OttawaON K l A O N 4 Canada Canada The author has granted a non- L'auteur a accordé une licence non exclusive licence allowing the exclusive permettant à la National Library of Canada to Bibliothèque nationale du Canada de reproduce, loan, distribute or sell reproduire, prêter, distribuer ou copies of this thesis in microfonn, vendre des copies de cette thèse sous paper or electronic formats. la forme de rnicrofiche/film, de reproduction sur papier ou sur format électronique. The author retains ownership of the L'auteur conserve la propriété du copyright in this thesis. Neither the droit d'auteur qui protège cette thèse. thesis nor substantial extracts fiom it Ni la thèse n i des extraits substantiels may be printed or otherwise de celle-ci ne doivent être imprimés reproduced without the author's ou autrement reproduits sans son permission. autorisation. Résumé Les pylônes sont des supports métalliques réservés surtout aux l i g n e s de transport, alors que les poteaux en bois ou en béton servent plutôt aux lignes de distribution. En raison de la diminution des réserves de bois d'oeuvre, les constructeurs canadiens songent sérieusement à remplacer les poteaw de bois par des poteaux d'acier. Des marchés pour l'exportation de poteaux et pylônes en acier existent déjà. Les poteaux en acier de sedon polygonale sont aussi considérés comme des éléments stmcturawr prometteurs pour les tours d'éclairage, les tours de transmission, les piles pour les autoroutes, les haubans des pylônes des ponts, du point de vue aérodynamique et esthétique. L'objectif de ce projet est d'étudier la stabilité de poteaux en acier à parois minces formés à fioid. Pour ce f a i r e , on a opté pour des poteaux d'acier de fome octogonale. Deux types de poteaux seront considérés pour cette étude à savoir, un octogone régulier et un autre irrégulier, chacune de ces structures présentera deux types d'assemblage longitudinal : un assemblage avec une soudure et un autre avec deux soudures, ce dernier permettra un transport aisé des structures en imbriquant les deux parties du poteau. Le rapport compofle essentiellement trois volets: une étude bibliographique des travaux antérieurs entrepris dans le même contexte, un calcul par le biais du logiciel d'éléments finis COSMOSM et une série de tests en laboratoire sur huit poteaux d'acier i parois m i n c e s formés à eoid de forme octogonale. Remerciements Avant de présenter ce travail, je tiens à exprimer ma gratitude ainsi que ma profonde reconnaissance à mon directeur de recherche, Monsieur Kenneth C. Johns, pour toute la confiance qu'il m'a témoignée. Ses conseils m'ont été particulièrement précieux pour l'élaboration de ce travail sous sa bienveillante direction. Je voudrais également remercier Messieurs Michel Bélanger, ingénieur conseil, et André Rioux, fabricant, pour toute l'aide qu'ils m'ont prodiguée et pour m'avoir permis d'assurer le &té expérimental en me fournissant des échantillons pour les essais au laboratoire. Je désire aussi exprimer ma reconnaissance à Messieurs Laurent Thiiodeau et Clément Reynolds, pour leur aide indispensable pour le bon déroulement de la partie expérimentale de ce travail. I l m'est particulièrement agréable de remercier tout le personnel du Département de génie civil : le directeur, les professeurs, les techniciens, le personnel du secrétariat ainsi que les étudiants gradués. Je tiens aussi à remercier mes amis pour l'aide morale et technique qu'ils m'ont prodiguée tout au long de la période de mes études, ainsi que toutes l e s personnes qui ont contribué de prés ou de loin a la réalisation de cette étude. Et enfin, je voudrais remercier mes parents, mes Erères et ma soeur qui m ' o n t encouragé à poursuivre mes études et mes travaw je leur dédie ce mémoire. 1 LYTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . o . . . œ . o ~ o . . . o . . . . . o . o ~ . o o . œ . o . . . . . o . ~ . o . o . ~ . o ~ . . . ~ o . o o o . o . . ~ o ~ œ . œ o . . o . . . œ o . . o . o . . . . . o . . . . . . . . . . . . 1 ....................................................... I . t Introduction .................................. . . .... . . . . 1 ............................................................................................. 1 -2 Situation du problème -2 I 1.3 Travaux anteneurs .................................................................................................... -3 1.3.1 Flambement local et global d'éléments formés à froid ................................... -3 1.3.2 Flambement local de colonnes a parois minces ............................................... 4 1.3.3 Résistance au flambement local de colonnes d'acier de section .................................................................................................. polygonale -5 1 -4 Objectif de ce travail et organisation du projet ....................................... . . . ............ -5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 STRUCTURES A PAROIS MNCES .7 2.1 Introduction ............................................................................................................. -7 . . 2.2 Méthodes de fabrication ........................................................................................... - 8 ................................................................................................................... 2.3 Matériau -9 7 . 2.3.1 Nuances d acier .............. . , ............................................................................. -9 .......................................................... 2.3 -2 Imperfections des profils formés a froid 10 ......................................................... .......... 2.3 -3 Protection contre la corrosion . , , . -10 ......................... 2.3.4 Influence de la température sur les caractéristiques de l'acier 11 2.4 Problèmes particuliers dans le comportement des profils a parois minces 8 ..................................... ...*..*....... ................................ formes a froid . . . . . . . . . 12 ........................................................................... 2.4.1 Imperfections géométriques -12 ..................................................................................................... 2.4.2 Ecrouissage 13 .................................................................................... 2.4.3 Effet BAUSCHINGER 14 ......................... ..................... 2.4.4 Contraintes résiduelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . 15 2.5 Influence des imperfections des profils formés a froid sur le comportement . # .............................................................................................................. des elements 15 . . ................................................................................... 2.5.1 Influence sur la stab~lité 15 2.5.2 Influence sur la tenue en fatigue ...................................................................... 16 2.6 influence de ia minceur de paroi sur la résistance et la stabilité des éléments ........ -16 2.6.1 Comportement des profils métalliques en compression .................................. 16 2.6.2 Interaction des instabilités globales et locales .............................................. -22 2-63 Flambement des tubes soudés par résistance électrique .................................... 23 ........................................................................................................... 3.1 Introduction - 2 5 3.2 Etapes de base de l ' a n a l y s e par éléments finis .................................................... - 2 5 3.3 Flambement linéaire élastique dans COSMOSM .................................................. -26 3 -4 Méthodes de calcul des valeurs propres ................................................................. -27 ................................................................................................... 3.4.1 Introduction -27 3 .4.2 Méthodes de calcul des valeurs propres ........................~............................... -27 3 -5 Étapes d'analyse da une structure avec le module "Buckhg "de COSM0S.M ..... -36 . . . 3 ................................................................................................... 3.6 Modèles a etudter -40 3- 6.1 Poteaux soumis à une charge concentrique .................................................... -41 3.6.2 Poteaux soumis à une charge excentrique ...................................................... -42 3 ................................................................................................ 3.7 Résultats de calcul -43 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 PROGRALWIE EXPÉRIMENTAL . . . . . . . . . . . . , . , il6 ............................................................................................................ 4.1 Introduction 46 ....................................................................... 4.2 Objectifs de l'étude expérimentale -46 . . ............................................................................................. 4.3 Description des essais 47 . . 4.3.1 Specimens à tester ...................................................................................... 47 4.3 -2 Fabrication des échantillons ......................................................................... -47 4.3.3 Montage expérimental ............................................................... -49 ........................................................................................ 4.4 Résultats expérimentaux -50 5 ANALYSE ET INTERPRETATION DES R É S U L T A T ~ ; . . . . . . 57 5.1 Introduction ........................................................................................................... -57 . . 5.2 Calculs theonques ................................................................................................. -57 5.2. 1 Contrainte critique de voilement élastique ................................................. 57 5.2.2 Détermination de la contrainte critique ..................................................... 3 9 5 -2-3 Prédictions de la norme Canadieme ....................................................... 61 5.3 Analyse des résultats de la modélisation numérique ..........................................-. -63 5.4 Analyse des résultats de l'étude expérimentale ................................................ -64 6 CONCLUSIONS ET R E = C O M M A N D A T I O N S . - - - Y - - Y - - - - - - . - w w . - . w . - - . a-68 6.1 Conclusions ................................................................................. -68 6.2 Recommandations pour des recherches fritures.. ..................................... -70 BIBLIOGRAPHIE ANNEXE A Liste des symboles section de l'élément largeur de uploads/Ingenierie_Lourd/ poteaux-d-x27-acier-formes-a-froid.pdf