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Article test Résistance au feu - calcul automatique de la température

Steel

Fire resistance

La conception au feu est basée sur le calcul de la température à l’aide de la méthode incrémentale de la norme EN 1993-1-2 - 4.2.5. Les ingénieurs n’ont plus besoin d’effectuer eux-mêmes des calculs de température ou de s’appuyer sur des solutions manuelles supplémentaires, telles que des feuilles de calcul.

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Les boulons et les soudures sont les éléments les plus difficiles dans la conception des assemblages en acier. Les tableurs Excel simplifient très souvent leur calcul. Les modéliser dans des programmes FEM généraux est compliqué car ces programmes n’offrent pas les ensembles d’éléments prédéfinis. C’est pourquoi la méthode CBFEM a été développée et mise en œuvre dans IDEA StatiCa.

Modèle de boulon selon CBFEM

IDEA StatiCa dispose d’une méthode unique dans son solveur, la méthode des éléments finis basée sur les composants (CBFEM). Le modèle de boulon utilisé dans CBFEM est décrit et vérifié selon plusieurs codes de conception de l’acier. La résistance à la charge et la capacité de déformation sont également comparées aux principaux programmes de recherche expérimentale.

Dans la méthode des éléments finis basée sur les composants (CBFEM), le boulon avec son comportement en traction, en cisaillement et en roulement est le composant décrit par les ressorts non linéaires dépendants. Le boulon en tension est décrit par un ressort avec sa rigidité axiale initiale, sa résistance de conception, son initialisation de la limite d’élasticité et sa capacité de déformation. Pour l’initialisation de la capacité d’élasticité et de déformation, on suppose que la déformation plastique ne se produit que dans la partie filetée de la tige du boulon.

Dans notre Contexte théorique, vous trouverez plus d’informations sur la façon dont la méthode CBFEM décrit et vérifie les boulons. Si vous voulez en savoir un peu plus sur le CBFEM en général, le contexte théorique général complet est certainement le meilleur point de départ.

Boulons selon les codes de conception

Jetons un coup d’œil à la façon dont CBFEM aborde les boulons du point de vue des codes de conception individuels. Jusqu’à présent, IDEA StatiCa prend en charge huit codes de conception où la conception et/ou les détails des boulons et des boulons précontraints sont résolus.

Contrôle des boulons et des boulons précontraints selon l’Eurocode

La rigidité initiale et la résistance de conception des boulons en cisaillement sont modélisées selon les points 3.6 et 6.3.2 de la norme EN 1993-1-8. Le ressort représentant le roulement et la traction a un comportement force-déformation bilinéaire avec une rigidité initiale et une résistance de conception selon les points 3.6 et 6.3.2 de la norme EN 1993-1-8.

Détaillant

La vérification des boulons est effectuée si l’option est sélectionnée dans la configuration du code. Les dimensions du centre du boulon aux bords de la plaque et entre les boulons sont vérifiées. La distance entre les bords e = 1,2 et l’espacement entre les boulons p = 2,2 sont recommandés dans le tableau 3.3 de la norme EN 1993-1-8. Les utilisateurs peuvent modifier les deux valeurs dans la configuration du code.

Contrôle des boulons et des boulons précontraints selon AISC

Les forces dans les boulons sont déterminées par l’analyse par éléments finis. Les forces de traction comprennent les forces de levier. Les résistances des boulons sont contrôlées conformément à la norme AISC 360 - Chapitre J3.

Détaillant

L’espacement minimal entre les boulons et la distance entre le centre du boulon et l’arête d’une pièce connectée sont vérifiés. L’espacement minimum 2,66 fois (modifiable dans la configuration du code) le diamètre nominal des boulons entre les centres des boulons est vérifié conformément à l’AISC 360-16 – J.3.3. La distance minimale entre le centre du boulon et le bord d’une pièce connectée est vérifiée conformément à la norme AISC 360-16 – J.3.4 ; les valeurs figurent dans les tableaux J3.4 et J3.4M.

Contrôle des boulons et des boulons précontraints selon d’autres normes

Détails des boulons

Comment définir les distances

Les distances d’arête utilisées pour la résistance des roulements de boulons doivent être pertinentes pour les géométries générales de plaques, les plaques avec des ouvertures, des découpes, etc.

L’algorithme lit la direction réelle du vecteur de force de cisaillement résultant dans un boulon donné, puis calcule les distances nécessaires pour le contrôle du roulement.

Les distances d’extrémité (e 1) et d’arête (e2) sont déterminées en divisant le contour de la plaque en trois segments. Le segment d’extrémité est indiqué par une plage de 60° dans la direction du vecteur de force. Les segments d’arête sont définis par deux plages de 65° perpendiculaires au vecteur de force. La distance la plus courte entre un boulon et un segment pertinent est alors considérée comme une distance d’extrémité ou d’arête.

Il existe plusieurs options pour traiter les soudures dans les modèles numériques. Les grandes déformations rendent l’analyse mécanique plus complexe, et il est possible d’utiliser différentes descriptions de maillage, différentes variables cinétiques et cinématiques et des modèles constitutifs. Les différents types de modèles géométriques 2D et 3D et donc les éléments finis avec leur applicabilité pour différents niveaux de précision sont généralement utilisés. Le modèle de matériau le plus souvent utilisé est le modèle commun de plasticité indépendante de la vitesse basé sur le critère de rendement de von Mises. Deux approches utilisées pour les soudures sont décrites. Les contraintes résiduelles et la déformation causées par le soudage ne sont pas prises en compte dans le modèle de conception.

La charge est transmise à la plaque opposée par des contraintes de force-déformation basées sur la formulation lagrangienne. La connexion est appelée contrainte multipoint (MPC) et relie les nœuds d’éléments finis d’une arête de plaque à une autre. Les noeuds d’éléments finis ne sont pas connectés directement. L’avantage de cette approche est la possibilité de connecter des maillages de différentes densités. La contrainte permet de modéliser la surface médiane des plaques connectées avec le décalage, ce qui respecte la configuration réelle de la soudure et l’épaisseur de la gorge. La répartition de la charge dans la soudure est dérivée du MPC, de sorte que les contraintes sont calculées dans la section de gorge. Ceci est important pour la répartition des contraintes dans la plaque sous la soudure et pour la modélisation des embouts en T.

Redistribution des contraintes plastiques dans les soudures

Le modèle avec uniquement des contraintes multipoints ne respecte pas la rigidité de la soudure et la distribution des contraintes est conservatrice. Les pics de contrainte qui apparaissent à l’extrémité des bords de la plaque, dans les coins et dans les arrondis, régissent la résistance sur toute la longueur de la soudure. Pour éliminer l’effet, un élément élastoplastique spécial est ajouté entre les plaques. L’élément respecte l’épaisseur, la position et l’orientation de la gorge de soudure. Le solide de soudure équivalent est inséré avec les dimensions de soudure correspondantes. L’analyse non linéaire du matériau est appliquée et le comportement élastoplastique dans un solide de soudure équivalent est déterminé. L’état de plasticité est contrôlé par les contraintes dans la section de la gorge de soudure. Les pics de contrainte sont redistribués le long de la partie la plus longue de la longueur de soudure.

Le modèle élastoplastique des soudures donne des valeurs réelles de contrainte, et il n’est pas nécessaire de faire la moyenne ou d’interpoler la contrainte. Les valeurs calculées au niveau de l’élément de soudure le plus sollicité sont utilisées directement pour le contrôle de la pièce soudée. De cette façon, il n’est pas nécessaire de réduire la résistance des soudures multi-orientées, des soudures à des brides non raidies ou des soudures longues.

Contrainte entre l’élément de soudure et les noeuds de maillage

Les soudures générales, tout en utilisant la redistribution plastique, peuvent être définies comme continues, partielles et intermittentes. Les soudures continues s’étendent sur toute la longueur de l’arête, les soudures partielles permettent aux utilisateurs de définir des décalages des deux côtés de l’arête, et les soudures intermittentes peuvent être définies en plus avec une longueur et un écart définis.

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