Conception de connexions en acier au Connection Workshop en Belgique

Récemment, en collaboration avec InfoSteel, nous avons organisé un Connection Workshop en Belgique qui s'est concentré précisément sur ce sujet.

Divisés en trois équipes, les participants ont abordé deux problèmes de conception complexes. Chaque équipe a été chargée de concevoir une connexion en acier en tenant compte de la résistance et de la rigidité, ainsi que de la praticabilité. La présence de profils juniors et seniors leur a permis d'apprendre les uns des autres et a également été une excellente occasion de rencontrer et de retrouver des collègues.

L'ingénieur structurel expérimenté Stijn Jespers était présent pour évaluer les conceptions et soutenir les équipes dans leurs choix de conception. Au cours du processus, nous avons pu modéliser les connexions directement depuis IDEA StatiCa. Cela a donné aux ingénieurs un aperçu immédiat du modèle 3D et des résultats, que nous avons ensuite pu analyser et discuter ensemble.

Curieux de connaître les différents choix de conception des équipes ? Nous expliquons les résultats ci-dessous, en commençant par la tâche 1.

Cas 1 - Résistance aux moments

Dans le premier exercice, nous examinons un nœud où trois poutres HEA300 se rejoignent sur un poteau HEB300. Le défi résidait dans les trois poutres HEA300 qui devaient toutes être connectées avec résistance aux moments. Avec des forces de cisaillement et des moments fléchissants importants sur les poutres, il s'agissait d'un véritable test pour la résistance et la rigidité de la connexion.

Un certain nombre de considérations de conception ont émergé lors des discussions. Premièrement, il y avait la question de savoir si le poteau devait être continu ou si les poutres M1 et M2 devaient être continues. Cette différence est également visible dans la conception des groupes 1 et 2 par rapport au groupe 3.

Le groupe 3 a choisi cette solution en partie pour obtenir trois connexions identiques, ce qui favorise la production et réduit la propension aux erreurs, surtout lorsque plusieurs nœuds de ce type apparaissent dans le projet. Les résultats du calcul CBFEM sont présentés ci-dessous. Les trois conceptions satisfont aux vérifications de code. Les dimensions des épaisseurs de plaques, des soudures et des renforts peuvent être optimisées davantage.

Au cours du processus de conception, un ingénieurexpérimenté a noté que les tolérances des sections en acier doivent être prises en compte lors du choix d'une poutre continue. Si le poteau est légèrement plus large que la poutre (ou vice versa), un décalage se produit. En conséquence, la plaque d'about ne peut pas être assemblée à fleur, ou les soudures ne peuvent pas être posées correctement.

Une autre considération importante lors du prolongement de la poutre sur le poteau est de savoir si les moments fléchissants en M1 et M2 se produisent toujours simultanément. Si ce n'est pas le cas, un poteau continu peut être une solution structurellement plus propre et aider à prévenir des contraintes imprévues dans le nœud. Une poutre continue sur un poteau n'est optimale que si les forces (M1 et M2) sont toujours présentes simultanément.

De plus, il était difficile de rendre les connexions résistantes aux moments, en particulier pour la poutre L, car elle est connectée dans la direction faible du poteau. Une connexion rigide dans cette situation nécessite un renfort en about. Cependant, cela nécessite également des raidisseurs dans le poteau pour assurer un transfert correct des forces. Ces raidisseurs affectent la fabricabilité de la connexion. Si un raidisseur est utilisé à la fois sur la semelle supérieure et inférieure, il est impossible d'installer les boulons sur site.

Avec IDEA StatiCa Connection, l'ingénieur peut analyser la rigidité d'une connexion. Une telle analyse a été réalisée pour la connexion en acier du groupe 3 afin de vérifier que la connexion peut être classifiée comme Rigide.Le diagramme moment-rotation a été établi pour cette connexion poteau-poutre et les résultats ci-dessous montrent que la connexion est classifiée comme Rigide.

Cas 2 - En angle

Dans le deuxième cas, nous considérons un nœud dans lequel quatre poutres se rejoignent à un angle de 30 degrés. Les poutres HEB240 sont chargées en compression axiale, en flexion et en cisaillement, tandis que les membrures de rive, construites en RHS120/80/8 ou IPE120, transfèrent des forces axiales de traction ou de compression.

L'angle entre les membrures crée un assemblage serré. À première vue, les conceptions des trois groupes sont très similaires, mais chacune adopte une approche légèrement différente pour transférer efficacement les forces.

Tous les groupes ont sélectionné une connexion efficace, reliant les poutres avec une plaque d'about et fixant les membrures RHS aux plaques d'about à l'aide d'une connexion par plaque de liaison. Cela évite des travaux de plaques supplémentaires et crée un nœud ordonné qui peut être assemblé sur le chantier avec une relative facilité.

Ci-dessous se trouvent les résultats d'IDEA StatiCa Connection. 100 % de la charge est transférée et toutes les vérifications de code sont satisfaites.

D'autres considérations de conception qui ont émergé lors des discussions concernent le placement des boulons et le choix de savoir si la plaque de recouvrement se prolonge en haut ou en bas. Cela dépend souvent de l'espace disponible. Sur le plan constructif, une rangée supplémentaire de boulons en haut peut être plus efficace car c'est là que se produisent les forces de traction. Cependant, si le moment fléchissant dans la poutre HEB240 peut également se produire dans l'autre direction, l'effet de cette rangée de boulons est limité. Cela montre combien de facteurs influencent la conception d'une connexion en acier et qu'il n'est pas facile de les capturer dans un seul exemple de calcul.

Les groupes 2 et 3 ont choisi deux plaques d'about identiques mais en miroir. C'est pluséconomique pour la production, la découpe et le soudage, ainsi que pour l'assemblage. De plus, sachez que, comme les membrures de rive sont connectées directement aux plaques d'about, la force de cisaillement dans les boulons peut ne pas correspondre entièrement à votre calcul manuel initial. Dans IDEA StatiCa, nous pouvons voir la direction des forces de cisaillement dans les boulons et constater qu'elles sont influencées par la force de cisaillement dans les poutres HEB240 ainsi que par la force de traction dans les membrures RHS.

Lors de la conception de connexions aussi compactes, la modélisation 3D est très utile car vous pouvez immédiatement vérifier si les boulons s'adaptent et peuvent être assemblés sur site. Cela permet de prendre immédiatement la décision de savoir si une plaque doit être prolongée ou si une rangée de boulons doit être décalée.

Mot de conclusion

La conception des connexions en acier dépend de nombreux facteurs : la continuité des poutres ou des poteaux, le placement des boulons et des plaques, le choix des sections et le transfert efficace des forces. Chaque décision affecte à la fois la fabricabilité et la clarté structurelle de la connexion. Avec IDEA StatiCa Connection, vous pouvez rapidement évaluer tous ces aspects : calculer la rigidité, effectuer des vérifications de code et vérifier si la conception est pratiquement réalisable. De cette façon, vous obtenez une connexion techniquement solide qui peut être efficacement réalisée sur site.