Introduction
Le déversement (lateral-torsional buckling, LTB) est considéré par défaut lors de la vérification des poutres en acier dans le module additionnel RF-STEEL AISC. L'analyse de stabilité peut être effectuée selon deux méthodes. La première consiste à calculer le déversement selon le chapitre F de la norme AISC 360-16 [1]. La seconde méthode consiste à effectuer une analyse des valeurs propres avec RFEM pour calculer les conditions de stabilité déterminantes et le moment critique élastique (Mcr). Ces méthodes sont indiquées dans le Tableau 1.5 Longueurs efficaces - Barres et peuvent être modifiées dans le menu déroulant.
Chapitre F
Dans le chapitre F de la norme AISC 360-16 [1], le facteur de modification (Cb) est calculé à partir du moment maximal au centre et aux points des quarts de la poutre à l'aide de l'équation F1-1. La longueur non supportée (Lr) et la longueur limite latéralement non supportée (Lp) doivent également être calculées. En se basant par exemple sur le cas F.1-2b des problèmes de vérification de l'AISC [2], une section W18X50 inclut une charge constante. Ce cas et les critères de charge sont illustrés par la Figure 02. Le matériau Acier A992 est utilisé pour la poutre avec des maintiens latéraux aux extrémités et au niveau du troisième point. Le poids propre de la poutre n'est pas considéré. RF-STEEL AISC peut être utilisé pour calculer le moment de flexion nominal (Mn) tout en effectuant aussi une vérification avec les calculs manuels ci-dessous. Cette valeur est ensuite comparée à la résistance requise en flexion (Mr,y).
On calcule donc d'abord la résistance requise en flexion.
Mu = (ω ⋅ L2) / 8
Mu = 266,00 kip ⋅ pi.
Le facteur de modification du déversement (Cb) doit maintenant être calculé pour le segment central de la poutre à l'aide de l'Éq. F1-1 de [1].
| Cb | Facteur de modification du déversement pour les diagrammes de moments non uniformes |
| Mmax | Valeur absolue du moment maximal dans le segment non supporté |
| MA | Valeur absolue du moment au niveau d'un point à un quart du segment non supporté |
| MB | Valeur absolue du moment sur la ligne centrale du segment non supporté |
| MC | Valeur absolue du moment au niveau d'un point aux trois quarts du segment non supporté |
Cb = 1,01
Le facteur de modification du déversement (Cb) doit être calculé pour l'extrémité de la poutre à l'aide de l'Éq. F1-1 de [1].
Cb = 1,46
La plus grande résistance requise et le facteur de modification Cb le plus bas sont les valeurs déterminantes. La longueur limite latéralement non supportée (Lb) pour l'état limite de plastification peut maintenant être calculée.
| Lb | Longueur limite latéralement non supportée pour l'état limite de plastification |
| ry | Rayon de giration autour de l'axe y |
| E | Module d'élasticité |
| fY | limite d'élasticité |
Lb = 69,9 po. = 5,83 pi
L'équation F2-6 [1] pour une barre en I doublement symétrique permet de calculer la longueur limite sans contreventement à l'état limite de déversement non élastique :
| E | Module d'élasticité |
| fY | limite d'élasticité |
| J | Inertie de torsion |
| Sx | Module de section élastique autour de l'axe x |
| ho | Distance entre les centres de gravité des semelles |
Lr = 203 pouces
Il faut maintenant comparer l'état limite de plastification en flexion et l'état limite de déversement en torsion pour déterminer lequel est déterminant. Les valeurs de contrôle les plus faibles (Lp < Lb ≤ Lr) sont utilisées dans le calcul de la résistance nominale (Mn).
| Cb | Facteur de modification du déversement pour les diagrammes de moments non uniformes |
| Mp | Résistance plastique en flexion |
| Fy | limite d'élasticité |
| Sx | Module de section élastique autour de l'axe x |
| Lb | Distance entre les contreventements |
| Lp | Longueur limite latéralement non supportée pour l'état limite de plastification |
| Lr |
Longueur limite latéralement non supportée pour l'état limite du déversement inélastique |
Mn = 339 kip-pi.
Enfin, le facteur de résistance en flexion (φb) est multiplié par Mn pour obtenir une résistance en flexion égale à 305 kip-pi.
Valeurs propres
La deuxième méthode d'analyse pour la vérification du déversement est basée sur l'analyse des valeurs propres ou une analyse d'Euler, qui permet de déterminer la résistance théorique au flambement d'une structure élastique ou d'une barre simple, dans le cas étudié ici. Lors du flambement, les valeurs propres sont utilisées pour décrire les valeurs des charges. Des vecteurs propres permettent ensuite de déterminer la forme des valeurs propres calculées. Lorsque la rigidité résultante de la structure devient nulle, le flambement se produit. Ici, la rigidité de contrainte causée par une charge de compression est omise de la rigidité élastique. Dans la plupart des cas, les premiers modes de flambement sont particulièrement intéressants [3].
Puisqu'une analyse du flambement aux valeurs propres est théorique et prévoit la résistance au flambement d'une structure élastique, cette méthode constitue une approche plus précise qui diffère celle de l'AISC 360-16 [1]. Cette dernière fournit une valeur du moment critique (Mcr) moins conservatrice.
Comparaison
Lorsque l'on compare les résultats du module additionnel RF-STEEL AISC de RFEM à ceux de l'exemple de vérification F.1-2B [2] de l'AISC 360-16 [1], les valeurs sont presque exactes. Les résultats sont comparés ci-dessous sur les Figures 04 et 05 et le modèle peut être téléchargé en haut de l’article.
RF-STEEL AISC permet d'effectuer une analyse des valeurs propres pour la vérification du déversement. L'exemple F.1-2B [2] ci-dessus a été modélisé dans RFEM et les résultats ont été calculés. La Figure 06 donne les résultats de l'analyse des valeurs propres.
La même valeur calculée à partir des exemples de calcul de l'AISC a été la suivante :
φbMn = 305 kip-pi.
Mn selon le chapitre F de [1] varie dans RF-STEEL AISC par rapport à la valeur de Mcr obtenue à l'aide de l'analyse des valeurs propres. La norme AISC 360-16 [1] adopte une approche globalement plus conservatrice avec des calculs analytiques par rapport à une analyse des valeurs propres, qui est une approche plus théorique et précise. On suppose d'abord que la valeur de Mcr sera plus élevée et il s'avère que Mn n'est pas égale à Mcr car si le déversement n'est pas déterminant, alors Mn est égale à la valeur déterminante entre la plastification ou le flambement local. Il appartient à l'ingénieur de déterminer la méthode ou l'approche la mieux adaptée à la vérification des barres d'un projet. Il est probable que les calculs du chapitre F soient nécessaires, mais une analyse des valeurs propres permet de reconsidérer la vérification du déversement d'un point de vue théorique pour obtenir une résistance nominale de barre supérieure.
Les problèmes de vérification de l'acier du chapitre F de la norme AISC sont disponibles sur le site Web de Dlubal Software. Vous pouvez ainsi comparer les résultats obtenus par calcul manuel à ceux dans RF-STEEL AISC.
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