Cette étude évalue la conception des assemblages en acier pour RFEM en examinant les caractéristiques de ductilité et les modes de rupture des assemblages poutre-poteau par platine d’about débordante. Le comportement de structure et la capacité portante de ces assemblages sont analysés conformément aux dispositions de calcul spécifiées dans l’Eurocode 3 (EC3), et les prévisions qui en résultent sont ensuite validées par comparaison avec un modèle d’éléments finis développé à l’aide du module complémentaire Assemblages acier pour RFEM, ainsi qu’avec les données expérimentales correspondantes.
Modèle analytique
Cette étude adopte les critères de calcul spécifiés dans l’EN 1993-1-8 pour évaluer la résistance des boulons (cisaillement et traction) et la résistance des plaques (appui et poinçonnement), en utilisant les formulations aux états limites fournies dans le Tableau 3.4.
La valeur de calcul de la résistance du tronçon en T équivalent est évaluée indépendamment pour la platine d’about et la semelle de poteau. Pour chaque composant, la résistance de calcul déterminante, FT,Rd, est définie comme la valeur minimale issue de trois mécanismes de rupture potentiels.
La résistance individuelle de chaque mode est calculée sur la base du moment plastique de la semelle (Mpl,1,Rd et Mpl,2,Rd) et de la résistance en traction du groupe de boulons (∑Ft,Rd). Ces modes tiennent compte de la plastification complète de la semelle (Mode 1), de la ruine des boulons associée à la plastification de la semelle (Mode 2) et de la rupture pure des boulons (Mode 3).
Modes de rupture :
Moments résistants plastiques :
La rigidité initiale de l’assemblage est donnée par la formule :
Où
E est le module de Young,
z est le bras de levier,
Ki est le coefficient de rigidité du ième composant et
n est le nombre de composants de base de l’assemblage.
Détails géométriques de l’assemblage poutre-poteau
Tous les éléments de poutre et de poteau ont été fabriqués en acier S355 selon les pratiques de construction courantes. Les platines d’about ont été réalisées en acier S355 ou S690. Les détails géométriques — y compris les dimensions des platines d’about et la disposition des groupes de boulons — sont présentés dans la fig. 2, tandis que la matrice d’essais et les propriétés mesurées des matériaux sont présentées dans le Tableau 1.
Les spécimens FS1 à FS4 utilisent une section de poteau HEM 340 associée à une section de poutre IPE 300. Cette configuration a été choisie pour examiner le comportement poteau faible – poutre forte. Pour les quatre spécimens, la section de poutre est restée constante en IPE 300, avec des épaisseurs de platine d’about de 10, 15, 20 et 10 mm pour FS1, FS2, FS3 et FS4, respectivement.
| Spécimens | Poteau | Nuance d’acier | Poutre | Nuance d’acier | Épaisseur de platine d’about, mm | Nuance d’acier |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FS1 | HEM340 | S355 | IPE300 | S235 | 10 | S355 |
| FS2 | HEM340 | S355 | IPE300 | S235 | 15 | S355 |
| FS3 | HEM340 | S355 | IPE300 | S235 | 20 | S355 |
| FS4 | HEM340 | S690 | IPE300 | S235 | 10 | S690 |
Discussion
Assemblages acier pour RFEM
En utilisant le module complémentaire Assemblages acier pour RFEM 6, le calcul de l’assemblage a été entièrement intégré dans le modèle de structure principal. Cette étude présente une investigation expérimentale et numérique du comportement structurel de quatre assemblages poutre-poteau par platine d’about débordante, avec un accent particulier sur l’évaluation de la ductilité. L’investigation a été complétée par une caractérisation ciblée du composant tronçon en T et une analyse aux éléments finis (EF) haute fidélité. Les modèles EF développés ont été validés par rapport aux mesures expérimentales et vérifiés par rapport au cadre de calcul de l’Eurocode 3 (EC3), puis utilisés pour extraire des informations détaillées sur le comportement de déformation localisée. Les fig. 3 et 4, ainsi que les Tableaux 2 et 3, présentent des comparaisons de la résistance au moment et de la rigidité en rotation entre les résultats expérimentaux, les prévisions d’Assemblages acier pour RFEM 6 et les solutions analytiques de l’EC3.
| Spécimens | Expérimentations | Assemblages acier dans RFEM | EC3 |
|---|---|---|---|
| FS1 | 107,45 | 107,53 | 77,52 |
| FS2 | 167,93 | 122,51 | 132,09 |
| FS3 | 182,46 | 126,09 | 187,29 |
| FS4 | 164,56 | 118,46 | 124,44 |
| Spécimens | Expérimentations | Assemblages acier pour RFEM | EC3 |
|---|---|---|---|
| FS1 | 17,51 | 29,20 | 34,66 |
| FS2 | 22,69 | 38,30 | 46,76 |
| FS3 | 22,39 | 43,50 | 51,76 |
| FS4 | 16,66 | 29,20 | 32,77 |
Conclusions
La comparaison entre les prévisions expérimentales, celles basées sur les composants d’Assemblages acier pour RFEM et celles de l’EC-3-1-8 montre que le modèle RFEM présente une bonne concordance globale avec les résultats d’essai, tant pour la résistance au moment que pour la rigidité initiale, confirmant sa fiabilité pour représenter le comportement réel de l’assemblage. Les prévisions de l’EC-3-1-8 pour la résistance au moment varient selon les spécimens (ratios de 0,72 à 1,49 par rapport à RFEM), reflétant la sensibilité de la méthode des composants analytique à des paramètres géométriques spécifiques tels que l’épaisseur de la plaque et la disposition des boulons. Les résultats démontrent qu’Assemblages acier pour RFEM 6 fournit une prévision nettement plus précise de la rigidité initiale de l’assemblage que la méthode analytique de l’EC-3. Cela confirme que l’approche de RFEM basée sur les éléments finis capture mieux le comportement réel en rigidité des assemblages testés, ce qui en fait un outil plus fiable pour le calcul pratique et l’analyse par rapport à la méthode des composants selon l’EC3, conservatrice et souvent trop simplifiée.