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12.09.2018

Panneaux avec raidisseurs longitudinaux selon EN 1993-1-5, section 4.5

Dans SHAPE-THIN, le calcul des panneaux raidis au flambement peut être effectué selon la section 4.5 de l’EN 1993-1-5. Pour les panneaux avec raidisseurs longitudinaux, les aires efficaces résultant du flambement local des différents panneaux entre les raidisseurs et les aires efficaces du flambement global du panneau raidi doivent être considérés.

L’aire efficace de chaque panneau est d'abord déterminée à l’aide d’un facteur de réduction selon l'EN 1993-1-5, 4.4 [1] afin de tenir compte du flambement local. Dans la deuxième étape, la résistance au flambement de l'ensemble de la plaque est déterminée en considérant un comportement au flambement similaire à celui des barres de flambement. Les largeurs efficaces des différents panneaux sont réduites à nouveau à l’aide du facteur de réduction pour le flambement d’ensemble du panneau. La section efficace obtenue est ainsi traitée comme appartenant à la classe de section 3.

Exemple

L’exemple suivant est tiré du Stahlbau-Kalender 2015 [2]. La poutre a une section en I dont l’âme est raidie par des raidisseurs transversaux et un raidisseur longitudinal. Les raidisseurs transversaux sont disposés à une espacement de 3 000 mm les uns des autres et le raidisseur longitudinal est soudé à une distance de 500 mm de la semelle inférieure. Les cordons de soudure ne sont pas pris en compte. Un effort normal en compression de NEd = 4 000 kN agit.

Matériau :
S355 J0
fy = 35,5 kN/cm² (pour t ≤ 3 mm et t ≤ 16 mm)
fy = 34,5 kN/cm² (pour t >16 mm et t ≤ 40 mm)
E = 21 000 kN/cm²
G = 8 076,92 kN/cm²
γM0 = 1,0

a = 3 000 mm
b1 = 500 mm
b2 = 2 500 mm
bf = 800 mm
bst = 250 mm
tw = 15 mm
tf = 40 mm
tst = 25 mm
h = 3 080 mm

Section brute et distribution des contraintes

Les contraintes sont calculées comme suit :

La section brute et la répartition des contraintes sont indiquées sur la Figure 02.

Classification des sections

Lors de la classification d'une section, une évaluation est effectuée pour déterminer si une analyse du flambement des panneaux est nécessaire. Si un panneau a une classe de section 3 au moins, le flambement local ne s'applique pas.

Semelle

Le ratio c/t maximal λi est déterminé selon le Tableau 5.2 de l'EN 1993-1-1 [3].

La semelle doit être assignée à la classe de section 3. Ainsi, le flambement local n'est pas déterminant et il n'est pas nécessaire de réduire les panneaux de la semelle.

Âme

Le ratio c/t maximal λi est déterminé selon le Tableau 5.2 de [3].

Le panneau 1 doit être assignée à la classe de section 3. Ainsi, le flambement local ne s'exerce pas et il n'est pas nécessaire de réduire les panneaux.

Le ratio c/t maximal λi est déterminé selon le Tableau 5.2 de [3].

Le panneau 2 doit être assignée à la classe de section 4. Le flambement local est donc déterminant pour ce panneau et une réduction du panneau est nécessaire.

Raidisseur

Le ratio c/t maximal λi est déterminé selon le Tableau 5.2 de [3].

L’âme doit être assignée à la classe de section 3. Ainsi, le flambement local n’est pas déterminant et il n’est pas nécessaire de réduire ce panneau.

Largeurs efficaces

Le panneau 1 est assignée à la classe de section 3, le flambement local n’est donc pas déterminant. Les valeurs de la section efficace correspondent à celle de la section brute. Selon le Tableau 4.1 de [1], il en résulte les largeurs efficaces suivantes :

Le panneau 2 est assigné à une classe de section 4, le flambement local n’est donc pas déterminant. Les largeurs efficaces du panneau 2 doivent être déterminées selon [1] , section 4.4.

La distribution des contraintes au niveau du panneau 2 est uniforme. Il en résulte un ratio de contraintes ψ = 1 et, selon le Tableau 4.1, une valeur de flambement de kσ = 4,0. Pour l'élancement λp2, le résultat est, selon la Section 4.4 (2) [1] :

 

Le facteur de réduction locale ρ est déterminé selon l'Équation (4.2) de [1] :

Les largeurs efficaces du panneau 2 sont calculées selon le Tableau 4.1 de [1], en prenant en compte le flambement local :

Avec les largeurs de la section brute, on obtient :

Comportement similaire à celui d’une dalle

La contrainte critique de flambement du raidisseur σcr,sl est calculée selon l’Annexe A.2.2 de [1]. Il faut tout d’abord calculer la longueur efficace de la plaque ac :

La contrainte critique de flambement du raidisseur σcr,sl se traduit par a < ac :

Isl,1 et Asl,1 représentent ici le moment d’inertie de la section brute et l’aire de la section brute de la barre comprimée équivalente selon [1] ; A.2.1(2) pour le flambement perpendiculaire au plan de la plaque ainsi que b1 et b2 sont les distances entre les raidisseurs et les bords longitudinaux (b1 + b2 = b).

La distribution des contraintes est uniforme. Par conséquent, la contrainte critique de flambement σcr,p correspond à la contrainte critique de flambement σcr,sl.

L’aire de la section brute Ac du panneau avec raidisseurs longitudinaux est calculée comme suit, en négligeant les plaques de bord supportées par un composant de plaque adjacent et l’aire de la section efficace Ac, eff, loc,p de l’aire décrite ci-dessus :

La rigidité appartient à la classe de section 3, l’aire de section efficace de la rigidité correspond donc à l’aire de section brute de la rigidité.

Les valeurs de la section sont indiquées sur la Figure 04.

Le facteur de réduction βa,c,p est calculé comme suit selon la section 4.5.2 de [1] :

Selon l'Équation (4.7) de [1], l’élancement global λp du panneau raidi donne :

 

L’élancement λp est inférieur à la valeur limite de 0,673 selon 4.4(2) de [1]. Par conséquent, aucune réduction due au comportement de la dalle n’est nécessaire (par exemple, ρp = 1,0).

Comportement de flambement des plaques

La contrainte critique de flambement σcr,c est déterminée selon la section 4.5.3 (3) de [1]. Premièrement, la contrainte de flambement σcr,c,sl du raidisseur, positionnée au plus proche du bord le plus comprimé, est déterminée selon l’Équation (4.9) de [1].

La distribution des contraintes est uniforme. La contrainte critique de flambement σcr,c correspond donc à la contrainte critique de flambement σcr,c,sl du raidisseur positionné au plus proche du bord le plus comprimé.

σcr,c = σcr,c,sl = 94,7 kN/cm²

Le facteur de réduction βa,c,c est calculé comme suit selon la section 4.5.3(4) de [1] :

Le coefficient d'élancement λcdes résultats de la barre équivalente comprimée, selon l'Équation (4.11) de [1] est :

Selon la section 4.5.3 (5) de [1] , le rayon de giration i est calculé comme suit :

L’espacement e est le plus grand des deux espacements selon la Figure A.1 de [1] ; par exemple, soit l’espacement e1 du raidisseur, ajusté entre le centre de gravité et considérée indépendamment de la plaque, soit l’espacement e2 du centre de gravité de la plaque raidie au milieu de la plaque. Ces distances sont indiquées sur la Figure 05.

e = max (e1, e2) = max(10,39 cm, 2,86 cm) = 10,39 cm

Le facteur d'imperfection αe est déterminé comme suit selon l'Équation (4.12) de [1] avec α = 0,49 pour les sections ouvertes avec raidisseurs :

Le facteur de réduction χc est déterminé selon [3] , 6.3.1.2 :

Interpolation entre le flambement de plaque et le flambement de dalle

Le comportement structurel du panneau est déterminé à l'aide du facteur ξ, selon la Section 4.5.4(1) de [1] :

Le facteur de réduction final ρc est déterminé à l'aide de l'équation d’interaction selon l'Équation (4.13) de [1] :

Propriétés de la section efficace

L’aire de la section efficace de la zone comprimée Ac,eff du panneau raidi est calculée selon l’Équation (4.5) de [1] :

L’aire de la section efficace Aeff est :

Calcul des panneaux avec raidisseurs

Les axes du centre de gravité de la section brute et de la section efficace ne coïncident pas. Les moments fléchissants agissants additionnels dus au déplacement de l’axe de gravité de la section efficace lié à l’axe de gravité de la section brute doivent donc être pris en compte. Ces moments fléchissants additionnels sont calculés comme suit :

La contrainte maximale est la suivante :

Le calcul est effectué comme suit selon l'Équation (4.15) de [1] :

Vérification du flambement par torsion

Selon la Section 9.2.1(8) de [1], le critère suivant doit être respecté de manière générale pour éviter le flambement par torsion des raidisseurs à sections ouvertes :

Ip and ISt.Ven décrivent le moment d’inertie polaire et l’inertie de torsion de Saint-Venant de la section raidie seule (sans plaque), calculé autour du point de connexion avec la plaque.

Si la rigidité de gauchissement est prise en compte, la contrainte de flambement critique par torsion σcr doit être déterminée en premier. Cette valeur est calculée selon les Équations (2.119) et (2.120) de [4] comme suit :

La rigidité présente une constante de gauchissement Iω = 0 cm6. La contrainte critique de flambement par torsion σcr est alors simplifiée comme suit :

Ip and ISt.Ven décrivent le moment d'inertie polaire et l'inertie de torsion de Saint-Venant du raidisseur seul, calculé autour du point de raccord avec la plaque.

Selon la Section 9.2.1(9) de [1], le critère dans 9.2.1(8) ou le critère suivant ne doit généralement pas être négligé lorsque l’on tient compte de la rigidité de gauchissement :

À l'aide d'un facteur assurant le comportement élastique selon la classe de section 3 d’après [5] de θ = 2 f pour les raidisseurs présentant une faible rigidité de gauchissement (barre plate ou acier plat à boudin), on obtient le résultat suivant :

La vérification du flambement par torsion est donc achevée.

SHAPE-THIN

Dans SHAPE-THIN, le calcul des plaques avec raidisseurs peut être effectué selon la section 4.5 de [1]. Le panneau de contrôle « Parties c/t et propriétés des sections efficaces » doit être activé dans les données générales. « EN 1993-1-1 et EN 1993-1-5 » doivent ensuite être sélectionnés dans les paramètres de calcul ; le panneau de contrôle « Section efficace selon l'EN 1993-1-5, Section 4.5 » doit également être sélectionné. La détermination des largeurs efficaces doit être effectuée dans un processus itératif selon la Section 4.4(3) de [1]. Dans cet exemple, une seule itération doit être utilisée pour le calcul dans SHAPE-THIN (voir la Figure 07).

Les éléments de la section doivent d’abord avoir été saisis. Les parties c/t sont généralement générées automatiquement à partir des conditions géométriques, elles peuvent cependant être créées dans le tableau « 1.7 Parties de la section pour la classification selon l'EN 1993-1 » (voir la Figure 08) ou la boîte de dialogue correspondante.

Les raidisseurs peuvent ensuite être définis dans le Tableau « 1.8 Raidisseurs » ou dans la boîte de dialogue correspondante (voir la Figure 09).

De plus, le panneau raidi doit être spécifié dans le Tableau « 1.9 Panneaux raidis » (voir la Figure 10) ou la boîte de dialogue correspondante. Les éléments du panneau raidi doivent être sélectionnés et l'espacement des raidisseurs transversaux a doit être saisi. Si aucune distance n'est définie pour les raidisseurs transversaux, la valeur a = 10 000 mm est appliquée pour le calcul. Les raidisseurs dans le panneau sont identifiés automatiquement. Les extrémités du panneau doivent être soutenues, ce qui signifie qu’un appui est nécessaire.

Les résultats de la section efficace peuvent être affichés à l'aide du bouton « Largeurs efficaces ».


Auteur

Mme von Bloh fournit une assistance technique à nos utilisateurs et est également responsable du développement du programme SHAPE-THIN et de la construction en acier et en aluminium.

Liens
Références
  1. Eurocode 3 : calcul des structures en acier - Partie 1-5 : Plattenförmige Bauteile. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
  2. Beg, D.; Kuhlmann, U.; Davaine, L.; Braun, B.: Design of Plated Structures. Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part 1-5 Design of Plated Structures. Berlin: Ernst & Sohn, 2011
  3. Kuhlmann, U.: Stahlbau-Kalender 2015 - Eurocode 3 - Grundnorm, Leichtbau. Berlin: Ernst & Sohn, 2015
  4. Johansson, B.; Maquoi, R.; Sedlacek, G.; Müller, C.; Beg, D.: Commentary and Worked Examples to EN 1993-1-5, Plated Structural Elements. Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities, 2007
  5. Eurocode 3 : Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Règles générales et règles pour les bâtiments. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010
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