Rapport CTICM : Comprendre les différences dans les résultats d’assemblages
Méthode des composants
Dans la Méthode des Composants traditionnelle, un assemblage métallique est décomposé en composants mécaniques individuels, chacun représentant un mode de déformation spécifique (par exemple, boulon en traction, flexion de la platine d'about, flexion de la semelle du poteau, âme du poteau en traction ou en compression).
Chaque composant se voit attribuer une rigidité analytique d’une forme fermée et une relation simple effort–déformation. Le comportement global de l'assemblage est ensuite obtenu en assemblant ces composants.
Méthode des éléments finis basée sur les composants
La CBFEM (Component-based finite element method) combine la précision de l'analyse par éléments finis avec la clarté et la philosophie normative de la Méthode des Composants.
Le principe est simple :
- Plaques et soudures → modélisées comme des éléments finis coques
- Boulons, ancrages et fixations similaires → conservés comme composants de type Méthode des Composants
Évaluation indépendante du CTICM
Le CTICM, l'institut technique français pour la construction métallique, a réalisé une vérification d'IDEA StatiCa en comparant les résultats de la CBFEM avec la Méthode des Composants de l'Eurocode appliquée dans le logiciel Platinex, développé par le CTICM. Leur étude a examiné plusieurs assemblages métalliques classiques, en se concentrant sur la résistance des assemblages, les efforts dans les boulons et le comportement structurel global. En évaluant toutes les approches côte à côte, le CTICM a pu identifier l'origine des différences et confirmer la fiabilité et la cohérence des résultats d'IDEA StatiCa.
Assemblages de continuité de poutres boulonnés par platine d’about
Pour l'assemblage poutre-poutre soumis à de la traction, les rangées de boulons supérieure et inférieure présentent des efforts quasi identiques dans les deux approches, avec des différences inférieures à 1%.
La rangée centrale, en revanche, diffère d'environ 2 à 5 %. Dans IDEA StatiCa, les efforts dans les boulons ne sont pas répartis de manière égale car des déformations plastiques se développent dans les zones de la platine autour des boulons, ce qui réduit légèrement l'effort transmis par la rangée centrale.
Lors de la comparaison des assemblages soumis à un moment, la résistance de la rangée de boulons la plus éloignée de la zone comprimée (côté tendu) est très similaire dans les deux méthodes, et les deux prévoient le même type de rupture dans le boulon tendu. Des différences apparaissent dans les rangées de boulons restantes, où les efforts se redistribuent différemment.
Ce comportement s'explique par la distinction entre un modèle non linéaire 3D dans IDEA StatiCa et l'approche idéalisée 2D utilisée dans la Méthode des Composants. Le modèle CBFEM capture la déformation réaliste des plaques et la diffusion des contraintes dans l'assemblage, ce qui conduit naturellement à une distribution différente des efforts entre les rangées de boulons.
Assemblage d’une simple cornière en traction sur un gousset
Pour l'assemblage cornière-gousset soumis à de la traction, les deux méthodes prévoient une résistance quasi-identique et le même mécanisme de rupture. IDEA StatiCa identifie une déformation plastique dans l'aile de la cornière dépassant la limite de déformation de 5 %, tandis que la Méthode des Composants indique une rupture dans la cornière. La résistance calculée par IDEA StatiCa est légèrement inférieure (6 %).
Assemblages articulés par doubles cornières
Pour la plupart des cas d'assemblages en cisaillement, les résultats d'IDEA StatiCa et de la Méthode des Composants sont très proches, généralement dans un écart de 3 %. La seule exception notable est la configuration 3, où une poutre est connectée à l'âme d'un poteau continu. Dans ce cas, IDEA StatiCa prédit une résistance légèrement supérieure à celle de la méthode Eurocode.
Un aspect clé des assemblages en cisaillement dans IDEA StatiCa est l'apparition d'efforts de traction inattendus. Bien qu’un seul effort tranchant soit appliqué, l'assemblage se déforme de manière à introduire une légère rotation en flexion, comme visible sur le modèle déformé. Cette déformation modifie l'équilibre des efforts internes et génère de la traction dans certains boulons, car les boulons sont définis comme des ressorts non linéaires actifs en traction et en cisaillement.
Il est également important de noter que les efforts prédits sont sensibles à la définition de la position du moment fléchissant nul. De petites différences dans ce point de référence peuvent entraîner des variations notables dans les efforts résultants dans les boulons.
Conclusion
La vérification du CTICM a confirmé que les résultats d'IDEA StatiCa sont toujours très proches des calculs de Platinex, avec des écarts généralement compris dans ±15 %. Dans la plupart des cas, IDEA StatiCa fournit des résultats légèrement plus conservateurs, ce qui est bénéfique du point de vue de la sécurité. Les différences restantes s'expliquent entièrement par le contraste entre la modélisation par éléments finis non linéaire 3D dans IDEA StatiCa et les simplifications analytiques utilisées dans la Méthode des Composants de l'Eurocode. Dans l'ensemble, l'évaluation a démontré qu'IDEA StatiCa s'aligne bien avec la pratique de l’ingénierie française et fournit des estimations de structure fiables et transparentes.