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001768

Cisca Tjoa, PE

05.12.2023

AISC 341-16 Résistance d'assemblage de portiques résistants à la flexion dans RFEM 6

La vérification des portiques résistants à la flexion selon l'AISC 341-16 est désormais possible dans le module complémentaire Vérification de l'acier de RFEM 6. Le résultat de l'analyse de sismicité est divisé en deux sections : les exigences pour les barres et les exigences pour les assemblages. Cet article traite de la résistance requise de l'assemblage. Un exemple de comparaison des résultats entre RFEM et le manuel d’analyse de sismicité selon l’AISC est présenté ici.

Pour en savoir plus sur les exigences pour les barres, consultez cet article : KB | AISC 341-16 Vérification des barres de portiques résistants à la flexion dans RFEM 6 .

Pour en savoir plus sur l'entrée « Configuration de sismicité », consultez cet article : KB | Analyse de la sismicité selon l’AISC 341 dans RFEM 6 .

Exigences pour les assemblages

Les « exigences pour la sismicité » incluent la résistance requise en flexion et la résistance au cisaillement requise de l'assemblage poutre-poteau. Elles sont répertoriées dans l’onglet « Assemblage de portiques résistants à la flexion par barre ». Les détails de vérification ne sont pas disponibles pour la résistance de l’assemblage. Cependant, les équations et les références aux normes sont répertoriées. Les symboles et définitions sont résumés dans le tableau ci-dessous (Figure 1).

KB 001768 | AISC 341-16 Résistance d'assemblage de portiques résistants à la flexion dans RFEM 6

1 Assemblage de portiques résistants à la flexion par barre

Manuel d’analyse de sismicité selon l’AISC - Exemple 4.3.7 Vérification des assemblages SMF avec plaque à semelle boulonnée (BFP)

Par souci de simplicité, le modèle de RFEM n’est composé que d’un seul portique au lieu de l’ensemble du bâtiment présenté dans l’exemple AISC (Figure 2). Charge de gravité sur la poutre = 1,15 kip/ft.

2 Exemple 4.3.7 du manuel pour la vérification de la sismicité selon l’AISC

La numérotation des étapes dans cet exemple suit la procédure de vérification pas à pas décrite dans l’AISC 358-16, 7.6 [3].

Étape 1. Calculer le moment maximal probable à l’emplacement de l’articulation plastique, M_pr

M_{pr} = C_{pr} \cdot R_{y} \cdot F_{y} \cdot Z_{e}

M_{pr} = 1.15 \cdot 1.1 \cdot 50 ksi \cdot 200 {in}^{3}

M_{pr} = 12650 kip \cdot in

M_pr	Probable maximum moment at the plastic hinge
C_pr	Factor to account for peak connection strength (strain hardening) per AISC 358. C_pr= (F_y+F_u)/(2F_y) ≤ 1.2
R_y	Ratio of expected yield stress to the specified minimum yield stress
F_y	Specified minimum yield stress
Z_e	Effective plastic section modulus of section at the plastic hinge

Moment maximal probable

Les étapes 2 à 5 contiennent les exigences relatives aux boulons et n’entrent pas dans le cadre du module complémentaire Vérification de l’acier.

Étape 6. Calculer les efforts tranchants à l’emplacement de l’articulation plastique de la poutre, V_pr + V_g

V_{pr} + V_{g} = \frac{2 \cdot M_{pr}}{L_{h}} + \frac{w_{u} \cdot L_{h}}{2}

V_{pr} + V_{g} = \frac{2 \cdot 12650 kip \cdot in}{299.8 in} + \frac{1.15 \frac{kip}{ft} \cdot 299.8 in}{2}

V_{pr} + V_{g} = 84.4 kips + 14.4 kips

V_{pr} + V_{g} = 98.8 kips

V_pr	Shear required to produce the maximum probable moment at the plastic hingeV_pr = 2M_pr/L_h
V_g	Shear from gravity loads at the plastic hinge locationV_g= w_uL_h/2
M_pr	Probable maximum moment at the plastic hinge location
L_h	Distance between plastic hinge locationsL_h = L_beam - d_c- 2S_h= 360.0 in - 15.20 in - 2*22.50 in = 299.8 inL_h is equal to L_cf (clear length of beam) when the plastic hinge location is omitted
w_u	Gravity loads on the beam

Efforts tranchants au niveau de l'articulation plastique

Étape 7. Déterminer le moment attendu sur la face de la semelle du poteau, M_f

M_{f} = M_{pr} + M_{extra}

M_{f} = M_{pr} + \frac{(V_{pr} + V_{g})}{S_{h}}

M_{f} = 12650 kip \cdot in + \frac{98.8 kips}{22.50 in}

M_{f} = 14872 kip \cdot in

M_f	Moment expected at the face of the column
M_pr	Probable maximum moment at the plastic hinge location
M_extra	Extra moment from the shear force at the plastic hinge location
V_pr+ V_g	Shear forces at the plastic hinge location
S_h	Distance from the face of column to the plastic hinge location

Moment attendu sur la face du poteau

L’équation ci-dessus néglige la charge de gravité sur la petite partie de la poutre entre l’articulation plastique et la face du poteau (1,15 kip/ft*1,875 ft = 2,16 kips*22,5 in = 48,6 k-in). Cette valeur peut être incluse [3].

Étape 14. Déterminer la résistance au cisaillement requise sur la face du poteau, V_u

La résistance au cisaillement requise à la face du poteau est utilisée pour vérifier l’assemblage en cisaillement âme-poteau (plaque unique) de la poutre.

V_{u} = V_{pr} + V_{g (at face of column)}

V_{u} = \frac{2 \cdot M_{pr}}{L_{h}} + \frac{w_{u} \cdot L_{cf}}{2}

V_{u} = 84.4 kips + \frac{1.15 \frac{kip}{ft} \cdot 344.8 in}{2}

V_{u} = 84.4 kips + 16.5 kips

V_{u} = 100.9 kips

V_u	Required shear strength at the face of the column
Vpr	Shear required to produce the maximum probable moment at the plastic hinge location
V_{g (at face of column)}	Shear from gravity loads at the face of the column
w_u	Gravity loads on the beam
L_cf	Clear length of the beamL_cf = L_beam - d_{c =} 360.0 in - 15.2 in = 344.8 in

Résistance au cisaillement requise sur la face du poteau

Pour être plus précis, le calcul ci-dessus montre que V_g est pris sur la face du poteau plutôt que sur la ligne centrale (comme le montre l’exemple AISC [2]). La petite différence est visible dans les diagrammes de cisaillement (Figure 3).

3 Efforts tranchants sur la ligne centrale et la face des poteaux

Les valeurs obtenues à partir des formules ci-dessus peuvent être comparées au résultat produit par RFEM dans les « Exigences pour la sismicité » (Figure 1). Les petits écarts sont dus aux arrondis. Le résultat peut également être inclus dans le rapport d’impression (Figure 4).

4 Rapport d’impression

Les procédures détaillées pour le calcul des boulons, des plaques à semelle, des plaques simples, des plaques de continuité et des plaques de renfort ne font pas partie de cette champ d'application. Les étapes pour ces vérifications ont donc été omises dans cet article.

Les exigences pour les moments et le cisaillement basées sur le scénario le plus défavorable des combinaisons de charges de sur-résistance, Ω_oM and Ω_oV sont également répertoriées. Pour la vérification de portiques résistants à la flexion (OMF), les aspects potentiellement limitants pour la résistance des assemblage incluent la charge sismique en sur-résistance [Manuel d'analyse sismique selon l’AISC, clause 4.2(b)]

Général

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Auteur

Cisca est responsable des formations clients, du support technique et du développement des programmes Dlubal pour le marché nord-américain.

Liens

Références

Institut américain de la construction métallique. (2016). AISC 341-16, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Chicago: AISC.
Institut américain de la construction métallique. (2018). Seismic Design Manual, (3e éd.). Chicago : AISC.
Institut américain de la construction métallique. (2016) Assemblages préclassés selon l'AISC 358-16 pour les portiques en acier spéciaux et intermédiaires pour les applications de sismicité. Chicago : AISC.