Types fondamentaux de raccordements utilisés dans la construction en ossature métallique
Dans les structures à ossature, le dimensionnement des liaisons poutre-colonne intègre une variété de types de liaison afin de tenir compte des sollicitations. En général, les liaisons poutre-colonne sont réalisées par boulonnage, soudage ou l’emploi de liaisons rigides en I ou en J. Le choix du type de liaison dépend des exigences propres à la structure. Par exemple, une ossature non contreventée, soumise à des moments fléchissants, peut comporter des liaisons rigides en I ou en J entièrement soudées. Pour une structure mobile, des liaisons réalisées à l’aide de boulons de classe 8.8 peuvent assurer une retenue, analogue à celle des ceintures de sécurité. Ces liaisons sont faciles à démonter et à remplacer. Une approche de conception similaire peut être adoptée pour intégrer des liaisons destinées à absorber des déplacements potentiels, par exemple au moyen de liaisons articulées. Dans les structures de ponts, des liaisons articulées peuvent être utilisées pour permettre ces déplacements. Les liaisons rigides dans une ossature sont intégrées aux ossatures géantes (« mega frames ») et aux gratte-ciels afin d’assurer la résistance aux charges latérales. D’un point de vue économique, d’autres ossatures peuvent comporter un degré de détail moindre. D’un point de vue esthétique, les ossatures géantes présentent un niveau élevé de détail. Pour les éléments de grande section, les liaisons soudées satisfont davantage aux dispositions de la norme EN 1993-1-8 que les liaisons boulonnées.
L’utilisation de soudures dans les liaisons entre poutres en acier et poteaux augmente la rigidité globale du portique et contribue à répartir les charges sur l’ensemble du portique. Pour les soudures en pénétration totale, l’assemblage est considéré comme monolithique. Les charges sont appliquées à l’assemblage sur une longue période et restent appliquées durablement. Par conséquent, l’emploi de soudures en pénétration totale est privilégié par rapport à l’utilisation d’un nombre élevé de boulons. L’expression « Les dispositions de l’EN 1993-1-8 soutiennent la participation de personnes compétentes » signifie que l’implication de telles personnes est recommandée. Il incombe à ces personnes compétentes de déterminer et de vérifier si une soudure a été réalisée conformément aux normes définies. Un atelier peut effectuer des essais ultrasonores afin de détecter d’éventuels défauts dans une soudure. De telles soudures éliminent les problèmes liés à l’utilisation de boulons. Toutefois, du point de vue de la responsabilité et de la gestion du stress, les employés doivent faire preuve d’une vigilance accrue en raison des effets de l’environnement ambiant et des conditions météorologiques, notamment des variations survenant pendant le procédé de soudage.
Connexions : plaques d’extrémité, connexions sur appui, systèmes de plaques latérales
Dans l’assemblage des charpentes en acier, les connexions boulonnées offrent de nombreux avantages. Les principaux systèmes utilisés actuellement sont :
— les connexions par plaques d’extrémité, qui facilitent le transfert de moment entre la semelle inférieure et la semelle supérieure en traction, ou entre la semelle inférieure et la semelle supérieure en compression ;
— les connexions sur appui, qui assurent un soutien vertical à l’aide d’une cornière inférieure ;
— l’utilisation de connexions par plaques latérales, dont la popularité s’est accrue récemment. Ces types de connexions permettraient de réduire le temps nécessaire sur site pour relier les éléments.
Comme indiqué ci-dessus, la fonction principale de tous ces systèmes de connexion est de réduire les exigences relatives aux tolérances de conception et de construction, telles qu’affectées par diverses modifications. Des essais récemment menés sur des plaques d’extrémité prolongées (EEP) ont montré une amélioration de la résistance aux moments allant jusqu’à 15 % par rapport à une conception basée sur une épaisseur nulle. La variabilité des modifications sur site est supérieure à celle normalement admise en conception structurale.
Facteur de liaison : soudé / boulonné
Vitesse d’installation : Rapide (préfabriqué) / Lente (soudage sur site)
Souplesse des modifications : Limitée (soudage) / Souple (préfabriqué)
Complexité de l’inspection : Nécessite des essais non destructifs / Vérification visuelle (préfabriqué)
Une résistance supérieure aux vibrations exige l’utilisation d’écrous freins
Diverses considérations de conception pour des assemblages en acier efficaces et économiques (préfabriqué)
Transfert des moments, ductilité et efficacité des assemblages
Dans les portiques à moment, la ductilité est nécessaire pour maîtriser l’amplitude de la déformation latérale du portique. Pour contrôler la déformation des assemblages à moment, la ductilité de l’assemblage doit être suffisante afin d’absorber la déformation du portique. Les assemblages doivent être conçus pour atteindre le niveau requis de ductilité. Lors d’un événement sismique, si les assemblages sont conçus de façon rigide, ils risquent de rompre de manière fragile et prématurée. Cela ne signifie pas qu’un assemblage extrêmement souple soit recommandé. Un compromis idéal est nécessaire.
Conception et montage de section en H
Lors du montage sur site, le protocole consiste à serrer les fixations hautes résistance à environ 70 % du couple nominal, avec un alignement des poutres dans une tolérance de L/500. Jusqu’à ce que 75 % des assemblages atteignent leur résistance nominale, des contreventements temporaires sont requis. Cela permet de réduire les difficultés sur site. Une répartition uniforme des charges améliore les performances de la structure.
Questions fréquemment posées
Quels sont les différents types d’assemblages dans une structure en charpente métallique ?
Les différents types d’assemblages dans les structures en charpente métallique comprennent, sans s’y limiter, le soudage, le boulonnage, le rivetage et les assemblages par broche.
Quels sont les avantages d’un assemblage soudé dans une structure en charpente métallique ?
L’assemblage soudé confère une rigidité nettement supérieure à l’assemblage, jouant ainsi un rôle déterminant dans les performances de la charpente. En outre, un assemblage de cadre permet à la structure de supporter les charges de façon homogène, celles-ci étant réparties sur la zone d’assemblage.
Quels sont les avantages des assemblages boulonnés dans une structure en charpente métallique ?
Le principal avantage d’une liaison boulonnée réside dans le fait que la structure de charpente peut être facilement assemblée, démontée et transportée. Les liaisons boulonnées entre les éléments de la charpente peuvent être facilement transportées si la structure est de grande taille.
Quelles sont les liaisons de charpente pour une structure en acier, et comment sont-elles conçues ?
Les moments de charge agissant sur une charpente donnée sont transmis aux éléments adjacents. Les assemblages dans les structures en acier sont conçus pour faciliter la construction et en réduire les coûts.