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Boulons et assemblages boulonnés

04/02/2021

| Auteur: Alexander Szotkowski

Steel

Bolts

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Traduit par IA depuis l'anglais

Les boulons et les soudures sont les éléments les plus difficiles à prendre en compte dans le calcul des assemblages acier. Les feuilles de calcul Excel simplifient très souvent leur vérification. Leur modélisation dans les logiciels éléments finis généraux est complexe, car ces logiciels ne proposent pas d'ensembles d'éléments prédéfinis. C'est pourquoi la méthode CBFEM a été développée et intégrée 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 le CBFEM est décrit et vérifié selon plusieurs codes de calcul des structures acier. La résistance aux charges 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 pression diamétrale est le composant décrit par des ressorts non linéaires dépendants. Le boulon en traction est décrit par un ressort avec sa rigidité initiale axiale, sa résistance de calcul, l'initialisation de la plastification et la capacité de déformation. Pour l'initialisation de la plastification et la capacité de déformation, il est supposé que la déformation plastique se produit uniquement dans la partie filetée de la tige du boulon.

Dans notre base théorique, vous pouvez trouver plus d'informations sur la façon dont la méthode CBFEM décrit et vérifie les boulons. Si vous souhaitez en savoir plus sur le CBFEM en général, la Base théorique générale complète est définitivement le meilleur point de départ.

Boulons selon les codes de calcul

Examinons comment le CBFEM aborde les boulons du point de vue des différents codes de calcul. Jusqu'à présent, IDEA StatiCa prend en charge huit codes de calcul dans lesquels le dimensionnement et/ou le détaillage des boulons et des boulons précontraints sont traités.

Vérification des boulons et des boulons précontraints selon l'Eurocode

La rigidité initiale et la résistance de calcul des boulons en cisaillement sont modélisées dans le CBFEM conformément aux articles 3.6 et 6.3.2 de l'EN 1993-1-8. Le ressort représentant la pression diamétrale et la traction présente un comportement force-déformation bilinéaire avec une rigidité initiale et une résistance de calcul conformément aux articles 3.6 et 6.3.2 de l'EN 1993-1-8.

Détaillage

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

Vérification des boulons et des boulons précontraints selon l'AISC

Les efforts dans les boulons sont déterminés par analyse par éléments finis. Les efforts de traction incluent les efforts de levier. Les résistances des boulons sont vérifiées conformément à l'AISC 360 - Chapitre J3.

Détaillage

L'espacement minimal entre les boulons et la distance entre le centre du boulon et le bord d'une pièce assemblée sont vérifiés. L'espacement minimal de 2,66 fois (modifiable dans la configuration du code) le diamètre nominal du boulon 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 assemblée est vérifiée conformément à l'AISC 360-16 – J.3.4 ; les valeurs figurent dans les Tableaux J3.4 et J3.4M.

Vérification des boulons et des boulons précontraints selon d'autres normes

Détaillage des boulons

Comment définir les distances

Les distances au bord utilisées pour la résistance à la pression diamétrale des boulons doivent être adaptées aux géométries générales des plaques, aux plaques avec ouvertures, découpes, etc.

L'algorithme lit la direction réelle du vecteur de l'effort tranchant résultant dans un boulon donné, puis calcule les distances nécessaires pour la vérification de la pression diamétrale.

Les distances en bout (e₁) et en bord (e₂) sont déterminées en divisant le contour de la plaque en trois segments. Le segment en bout est délimité par une plage de 60° dans la direction du vecteur de force. Les segments en bord sont définis par deux plages de 65° perpendiculaires au vecteur de force. La distance la plus courte entre un boulon et le segment concerné est ensuite retenue comme distance en bout ou en bord.

Les distances d'espacement entre les trous de boulons (p₁ ; p₂) sont déterminées en agrandissant virtuellement les trous de boulons environnants d'un demi-diamètre, puis en traçant deux lignes dans la direction du vecteur de l'effort tranchant et perpendiculairement à celui-ci. Les distances aux trous de boulons agrandis intersectés par ces lignes sont ensuite considérées comme p₁ et p₂ dans le calcul.

Exemples de vérification

Nous avons préparé plusieurs exemples de vérification pour contrôler les résultats en comparaison avec d'autres méthodes de calcul.

EN

AISC

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