Modélisation d’un assemblage par plaque d’assise
1) Dans l’onglet « Général », assignez le nouvel assemblage acier au nœud correspondant. Vérifiez la « Configuration pour la résistance » pour confirmer que les paramètres par défaut sont appropriés, et effectuez les ajustements nécessaires (Figure 01).
2) Dans l’onglet « Composants », sélectionnez « Insérer le composant au début » et sélectionnez « Plaque d’assise » (Figure 02).
3) Dans les « Paramètres des composants », indiquez les matériaux, les dimensions et les emplacements pour la plaque d’assise, le bloc de béton, le coulis, les ancrages et les cordons de soudure. Des options permettant de considérer le béton fissuré et le transfert de cisaillement par friction sont également possibles (Figure 03).
Vérifications selon AISC 360 et ACI 318
Les efforts dans les tiges d’ancrage sont basés sur l’analyse aux éléments finis (MEF), qui prend en compte les rigidités des éléments d’assemblage (tiges d’ancrage, plaques d’assise, bloc de béton, etc.). Un effet levier peut survenir lorsque la flexibilité de la plaque d’assise provoque une déformation qui augmente la traction dans les tiges d’ancrage. Ces effets levier sont également considérées dans le calcul selon la MEF.
Les vérifications suivantes sont fournies pour les tiges d’ancrage coulées :
- Résistance de portance de la plaque d’assise au niveau des trous de boulons, ϕbRnb
- Résistance en traction de l’acier de l’ancrage, ϕat Nsa
- Résistance du béton en traction à la rupture, ϕcbtNcbg
- Résistance de l’ancrage au cisaillement de l’acier, ϕavVsa
- Résistance au cisaillement à la rupture du béton, ϕcbvVcbg
- Résistance du béton au cisaillement, ϕcpvVcpg
Les vérifications suivantes seront ajoutées à l’avenir :
- Résistance du béton en traction à la rupture pour les ancrages avec 11 po ≤ hef ≤ 25 po
- Résistance à l’arrachement en traction
- Résistance à la rupture de la face latérale en béton
D’autres vérifications, telles que la résistance du béton en compression, la résistance des soudures et la déformation plastique des plaques et des barres, sont également fournis.
Exemple
L’exemple 4.7-11 de l’AISC Design Guide 1 est présenté pour vérifier les résultats du modèle RFEM. Dans cet exemple, un assemblage de plaque d’assise pour un poteau W12x96 soumis à la compression et au moment est calculé. Le poteau est fixé à une fondation en béton avec une résistance à la compression spécifiée, ƒ'c = 4 000 psi. La plaque d’assise fait 2,0 po d’épaisseur avec une épaisseur de coulis supposée de 1,0 po. La longueur efficace d’encastrement hef est égale de 18,0 po. Les charges et les propriétés de matériau sont indiquées sur la Figure 04.
Dans cet exemple, les longueurs réelles du béton ne sont pas indiquées et on suppose qu’il y a une surface suffisante pour que les cônes de rupture de traction des tiges d’ancrage se forment par rapport à la distance au bord. Pour vérifier cette hypothèse, des dimensions de bloc en béton égales à 1,5hef + espacement des tiges +1,5hef sont utilisées (66,0 po x 22,5 po).
L’entrée complète pour l’assemblage acier est illustrée ci-dessus dans la Figure 03.
Résultats
Une fois le calcul des assemblages acier effectué, le résultat pour chaque composant est affiché dans l’onglet Ratios de vérification par composant. Sélectionnez ensuite l’ancrage 1,1 pour afficher les détails de vérification (Figure 05).
Les détails de vérification fournissent toutes les formules et les références aux normes AISC 360 et ACI 318 (Figure 06). Un message sur les vérifications exclues est également donné pour plus de clarté.
Ensuite, sélectionnez « Résultats dans Assemblages acier » pour afficher graphiquement les efforts internes des ancrages (Figure 07).
Les résultats de l’AISC et des assemblages acier sont résumés ci-dessous, y compris les raisons des écarts.
Ancrages
Béton (résistance de portance)
La contrainte de portance de 2,21 ksi est tirée de l’exemple 4.7-10 avec l’hypothèse A1 = A2, ce qui fournit la résistance la plus faible possible. L’aire de la plaque d’assise est calculée comme 22 po x 24 po = 528 po2 en supposant que toute la surface de la plaque d’assise résiste à la compression.
Dans le module complémentaire Assemblages acier, ϕPp est de 885,7 kips. On suppose ici que A2 → A1 pour satisfaire la résistance à la rupture en traction De plus, l’aire efficace de la plaque d’assise en compression = 200,438 po2 est basée sur l’analyse aux éléments finis avec un seuil de contrainte de contact défini à 5 % dans la configuration pour la résistance. La réduction de ce seuil (à un niveau aussi bas que 1 %) augmente l’aire efficace.
Plaque d’assise
Le calcul de l'épaisseur de la plaque d’assise est déterminé par l’interface de portance ou de traction. Selon les calculs de l’AISC, l’épaisseur requise basée sur la portance est de 1,92 po (arrondie à 2,0 po), ce qui contrôle le calcul, tandis que l’épaisseur à partir de la traction est calculée à 0,755 po.
Dans Assemblages acier, la vérification des plaques est effectuée à l’aide d’une analyse plastique en comparant la déformation plastique réelle avec la limite admissible de 5 % spécifiée dans la configuration pour la résistance. La plaque d’assise de 2,0 po d’épaisseur a une déformation plastique équivalente maximale de 0,09 %, ce qui indique qu’une plaque plus mince peut être suffisante. Cependant, la réduction de l’épaisseur de la plaque peut augmenter les efforts de traction dans les ancrages.
Dans la plupart des cas, le module complémentaire Assemblages acier permet d’obtenir une plaque d’assise considérablement plus mince car il tient compte de la flexibilité de la plaque d’assise, contrairement à l'approche de l’AISC Design Guide 1, 4.3.1, qui suppose une plaque d’assise rigide.
L’annexe B.3 [3] de l'AISC Design Guide 1 explique comment la considération de la flexibilité de la plaque d’assise peut réduire considérablement l'épaisseur requise. L’état limite d’élasticité de la plaque correspond à une flexion vers le haut de la plaque d’assise aux emplacements supposés des lignes d’élasticité sous la pression vers le haut. Cette pression est supposée constante, ce qui suggère implicitement que la plaque d’assise est rigide.
Cependant, pour des plaques d’assise plus grandes avec une grande empreinte, cette hypothèse peut entraîner des moments extrêmement importants aux lignes d’élasticité, ce qui entraîne des plaques d’assise trop épaisses.
Il s’agit d’une hypothèse conservatrice car une grande plaque d’assise est également flexible, de sorte que les contraintes de portance se concentrent sous les semelles et les âmes du poteau. En réalité, ce type de distribution des contraintes se traduit par des moments beaucoup plus faibles dans la plaque d’assise, réduisant l’épaisseur requise.
Conclusion
Le module complémentaire Assemblages acier de RFEM 6 offre une approche avancée de la vérification des plaques d’assise en tenant compte de la flexibilité de la plaque d’'assise et des effets levier qui peuvent se produire. Par rapport aux méthodes traditionnelles décrites dans l’AISC Design Guide 1, cette approche permet souvent d’optimiser les vérifications avec des plaques d’assise plus minces.
En comparant les résultats à ceux de l’exemple AISC, le module complémentaire démontre sa capacité à fournir des solutions précises et économiques pour les assemblages de plaque d’assise.
Base de connaissance