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Eurocodes pour les Structures en Acier Elaboration d'une Approche Trans-nationa

Eurocodes pour les Structures en Acier Elaboration d'une Approche Trans-nationale Formation : Eurocode 3 Module 2 : Analyse et calcul des ossatures Cours 5 : Classification des Ossatures et Représentation des Assemblages Résumé: · Ce cours traite : - la classification des ossatures en ossatures contreventées/non contreventées, - la classification des ossatures en ossatures souples/rigides, - l'évaluation de la charge critique élastique, - la nature des imperfections des ossatures et des éléments et les cas où il est nécessaire de les prendre en compte dans l'analyse globale, - la représentation des assemblages en vue de l'analyse globale. · Les implications de la classification des ossatures sur le type d'analyse (1er ordre ou second ordre) à utiliser font l'objet d'une discussion. · Les implications de l'utilisation d'éléments élancés sur le type d'analyse (1 er ordre ou second ordre) à utiliser font l'objet d'une discussion. · Les approches traditionnelle et semi-rigide de la représentation des assemblages sont brièvement décrites. Pré-requis: · Une connaissance des bases fondamentales de la théorie de la résistance des matériaux (pour les poutres et les éléments tendus) et de l'analyse des structures. · Une connaissance de la théorie fondamentale du flambement des poteaux et autres formes d'instabilité. · Une connaissance du calcul élastique et plastique des éléments simples. · Le Module 1 pour la connaissance des charges et pour les définitions des états limites. · Le Cours 4 : Idéalisation et analyse des ossatures. Notes destinées aux Formateurs: · Ce support représente un cours de 30 minutes, toutefois une certaine sélection doit être opérée afin de respecter cette limite de temps.. SSEDTA Eurocodes de Construction Métallique – Une Approche Trans-nationale Analyse et calcul des ossatures Classification des ossatures et représentation des assemblages Objectifs: Il convient que les étudiants: · Comprennent les notions de classification: ossatures contreventées/non contreventées et souples/rigides. · Comprennent quelles imperfections doivent éventuellement être prises en compte dans l'analyse globale et les cas où elles doivent être incluses. · Comprennent comment obtenir la charge critique élastique pour une ossature. · Comprennent les cas où l'utilisation d'une analyse du second ordre est exigée. · Comprennent comment les assemblages peuvent être représentés dans l'analyse globale. · Comprennent les implications qu'entraîne la supposition que les assemblages sont articulés ou rigides par rapport à l'utilisation d'un modèle semi-rigide. Références: [1] Wood, R.H., Effective lengths of columns in multi-storey buildings, The Structural Engineer N° 7,8 et 9, Vol. 52, 1974. 2] Petersen,C., “ Stahlbau ”, F.Vieweg & Sohn, Braunschweig, Wiesbaden, 1998. [3] ENV 1993-1-1, Eurocode 3 : Calcul des structures en acier : Règles générales et règles pour les bâtiments. Analyse et calcul des ossatures 2 Eurocodes de Construction Métallique – Une Approche Trans-nationale Analyse et calcul des ossatures Classification des ossatures et représentation des assemblages 1. Classification des ossatures 1.1 Contreventées et non contreventées Lorsqu'on utilise un contreventement il est normalement destiné à empêcher, ou au moins à restreindre, les déplacements latéraux dans les ossatures à plusieurs étages. Les treillis ou les murs de cisaillement (Figure 1) constituent des systèmes de contreventement courants . Mur de cisaillement Teillis Figure 1 - Systèmes de contreventement courants Pour qu'une ossature soit classifiée en ossature contreventée, elle doit comporter un système de contreventement possédant une rigidité appropriée. Lorsque la classification de l'ossature comme contreventée est justifiée, il est possible d'analyser l'ossature et le système de contreventement séparément de la façon suivante : 2. L'ossature sans système de contreventement peut être traitée comme totalement appuyée latéralement et comme devant supporter l'action des charges verticales uniquement. 3. Le système de contreventement supporte toutes les charges horizontales appliquées aux ossatures qu'il contrevente, toutes les charges verticales éventuelles appliquées au système de contreventement ainsi que les effets des défauts d'aplomb initiaux des ossatures qu'il contrevente et du système de contreventement lui-même. Il convient de remarquer que dans une ossature comportant un système de contreventement de type treillis ou de type ossature, certains éléments participent au système de contreventement en plus de leur participation à la structure (sans contreventement). Pour les ossatures dépourvues de système de contreventement ainsi que pour les ossatures munies d'un système de contreventement mais qui n'est pas suffisamment rigide pour permettre la classification de l'ossature comme ossature contreventée, la structure est classifiée comme non contreventée. Dans tous les cas d'ossatures non contreventées, un système structural unique, composé de l'ossature et du contreventement s'il existe, doit être analysé en ce qui concerne tant les charges verticales que les charges horizontales agissant ensemble ainsi qu'en ce qui concerne les effets des imperfections. 1.1.1 Critères de classification en ossatures contreventées et non contreventées L'existence d'un système de contreventement dans une structure ne garantit pas que la structure de l'ossature doive être classifiée comme contreventée. La classification en ossature contreventée n'est possible que lorsque le système de contreventement réduit les déplacements horizontaux d'au moins 80%. 4. S'il n'existe aucun système de contreventement: l'ossature est non contreventée. 5. S'il existe un système de contreventement, la règle suivante s'applique : si Ybr > 0,2 Yunbr : l'ossature est classifiée comme non contreventée, 5.2.5.3 5.2.4.3 5.2.4.4 5.2.5.3(6) 5.2.4.2 5.2.5.3(2) Analyse et calcul des ossatures 3 Eurocodes de Construction Métallique – Une Approche Trans-nationale Analyse et calcul des ossatures Classification des ossatures et représentation des assemblages si Ybr £ 0,2 Yunbr : l'ossature est classifiée comme contreventée, où Ybr flexibilité latérale de la structure avec le système de contreventement. Yunbr flexibilité latérale de la structure sans le système de contreventement. 1.2 Ossatures souples et rigides Le terme ossature rigide est applicable lorsque le comportement de l'ossature soumise à des forces horizontales dans le plan est suffisamment rigide pour pouvoir négliger toutes sollicitations supplémentaires provoquées par les déplacements horizontaux de ses noeuds. Les effets du second ordre globaux (c'est-à-dire les effets de déplacement latéral P- D) peuvent être négligés dans le cas d'une ossature rigide. Lorsque les effets du second ordre globaux ne sont pas négligeables, on dit que l'ossature est une ossature souple. Ossture contreventée (peut être souple si le Ossature non contreventée (peut être rigide si elle est insensible contreventement est très flexible) aux charges horizontales) Figure 2 - Ossatures contreventée et non contreventée Normalement, une ossature comportant un contreventement est susceptible d'être classifiée comme rigide, alors qu'une ossature non contreventée est susceptible d'être classifiée comme souple. Cependant, il est important de noter qu'il est théoriquement possible qu'une ossature non contreventée soit classifiée comme rigide (cela est souvent le cas des bâtiments composés d'une ossature de portique à un seul étage) tandis qu'une ossature munie d'un contreventement peut être classifiée comme souple (possible pour les bâtiments à plusieurs étages) (cf Figure 2). Lorsqu'une ossature est classifiée comme rigide, une analyse du premier ordre peut toujours être utilisée. Lorsqu'une ossature est classifiée comme souple, une analyse du second ordre doit être utilisée. Une procédure impliquant des itérations sur une analyse élastique du premier ordre convient généralement (cf Cours 4 “Idéalisation et analyse des ossatures”). En outre, à condition que la structure satisfasse certaines conditions, on peut utiliser une analyse du premier ordre (sans processus d'itération) soit en apportant une correction nominale aux forces d'extrémité des éléments pour prendre en compte les effets du second ordre globaux, soit en effectuant une analyse des charges verticales et des effets des charges de déplacements latéraux (à amplifier pour le calcul) séparément (cf Cours 6 “Choix d'analyse d'ossature et implications pour le calcul”). Il convient de noter que les systèmes de contreventement eux-mêmes constitués par des ossatures (ou des ossatures secondaires) peuvent également être classifiés en ossatures souples ou rigides . 5.2.5.2(1) 5.2.1.2(1b) 5.2.1.2(2c) 5.2.6.2 5.2.5.3(7) Analyse et calcul des ossatures 4 Eurocodes de Construction Métallique – Une Approche Trans-nationale Analyse et calcul des ossatures Classification des ossatures et représentation des assemblages 1.2.1 Critères de classification en ossatures souples et rigides La classification d'une ossature (ou d'un système de contreventement) comme souple ou rigide est basée sur la valeur du rapport de la valeur de calcul de la charge verticale totale VSd appliquée sur l'ossature à sa valeur critique élastique Vcr provoquant une instabilité latérale (mode à nœuds déplaçables). De toute évidence, plus la charge appliquée est proche de la charge critique, plus grand est le risque d'instabilité et plus importants sont les effets du second ordre globaux sur l'ossature (effets P- D). La règle de classification est la suivante : · VSd / Vcr £ 0,1 le structure est classifiée comme rigide. · VSd / Vcr > 0,1 la structure est classifiée comme souple. Cette règle peut également être exprimée de la façon suivante: · 10   Sd cr cr V V  le structure est classifiée comme rigide. · 10   Sd cr cr V V  la structure est classifiée comme souple. 2. Evaluation de la charge critique élastique pour une ossature en mode souple 2.1 Procédure approchée Pour les ossatures planes de type poutre-poteau des structures de bâtiments, comportant des poutres assemblées à chaque poteau à chaque niveau d'étage, la charge critique de flambement élastique suivant un mode à nœuds déplaçables peut être calculée au moyen de la procédure suivante: uploads/Marketing/ lecture-5.pdf