Autodesign des soudures / dimensionnement des soudures

L'outil de dimensionnement des soudures calcule la taille optimale de la soudure sur la base d'entrées spécifiques et de stratégies définies, telles que l'estimation de la capacité, la pleine résistance, la ductilité minimale ou la sur-résistance. La nouvelle conception est créée sur la base des paramètres sélectionnés, qui sont expliqués plus en détail ci-dessous. Cette fonction agit comme un assistant puissant pour éliminer les itérations manuelles, en offrant une proposition de conception solide prête pour votre vérification finale.

Dans IDEA StatiCa Connection, deux stratégies de dimensionnement des soudures sont disponibles pour tous les utilisateurs :

• à pleine résistance
• avec sur-résistance

Pour les utilisateurs de l'Eurocode, il y en a deux autres :

• à l'estimation de la capacité
• à la ductilité minimale

Pour les utilisateurs de l'AISC, il y en a un de plus :

• à l'estimation de la capacité

Comment appeler les fonctions

Ledimensionnement des soudures peut être appelé par :

• En cliquant sur le bouton Dimensionnement de la soudure dans le panneau supérieur

• Dans le dialogue Opérations

• En cliquant avec le bouton droit de la souris sur les opérations et en sélectionnant Autodesign all, mais ici vous autodesignerez non seulement les soudures mais aussi les boulons.

• Cliquez avec le bouton droit de la souris sur les opérations et sélectionnez un type spécifique de dimensionnement de la soudure.

• Cliquez avec le bouton droit de la souris sur l'opération avec la soudure et sélectionnez Autodesign, mais ici vous allez autodesigner non seulement les soudures mais aussi les boulons, dans une opération spécifique.

Lorsque vous appelez la fonction, il est nécessaire de spécifier la méthode de dimensionnement des soudures dans la boîte de dialogue Opérations. En général, la taille des soudures augmentera dans cet ordre :

• Estimation de la capacité
• Ductilité minimale
• Résistance totale
• Avec sur-résistance

Les méthodes sont décrites en détail ci-dessous.

Réglages affectant la taille de la soudure

Le processus de dimensionnement de la soudure est déterminé par les paramètres globaux spécifiques. L'algorithme évalue les entrées suivantes :

1. Soudures : Objectif d'utilisation de la capacité : Cette limite est définie dans les paramètres du projet > Conception - Général (la valeur par défaut est 0,9). L'algorithme compare les charges d'action réelles à cette valeur définie pour trouver une solution conforme à l'exigence. La valeur spécifique vérifiée pour l'utilisation est_Utc.
2. Soudures : Facteur de sur-résistance : Ce facteur garantit que la soudure est plus résistante que l'élément raccordé pour permettre la formation d'une charnière plastique, comme le recommande la norme EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) (généralement 1,4 ou 1,7). La limite est définie dans les paramètres du projet > Conception - Général (par défaut 1,4) et n'est appliquée que lorsque la méthode de dimensionnement "Sur-résistance" est sélectionnée.
3. Règle d'arrondi : La hauteur d'une soudure est ajustée en fonction des paramètres d'arrondi dans Projet > Préférences > Unités d'application - Nouvel arrondi d'entité > Taille de la soudure.
4. Incréments du contrôleur : La valeur minimale par laquelle l'algorithme augmente la hauteur de la soudure est définie dans Projet > Préférences > Unités d'application - Incréments du contrôleur > Taille de la soudure.

Estimation de la capacité

Le dimensionnement de la soudure en fonction de l'estimation de la capacité fournit automatiquement des tailles de soudure qui sont juste assez résistantes pour transférer les charges définies.

Comment fonctionne cette fonction ?

Dans l'onglet des résultats pour les soudures, deux ratios d'utilisation sont répertoriés. L'Ut (utilisation des contraintes) indique la valeur d'utilisation de l'élément fini le plus sollicité de l'ensemble de la soudure (valeur maximale), tandis que l'_Utc (utilisation de la capacité de la soudure) indique l'utilisation de l'ensemble de la soudure et donne ainsi à l'utilisateur des informations sur la capacité restante de la soudure.

Étant donné que la distribution des contraintes dans les soudures des modèles basés sur les éléments finis varie de manière incertaine en fonction de la charge appliquée, il n'est pas simple de déterminer la capacité restante sous la forme d'une fonction linéaire. Avec une augmentation de la charge appliquée, le changement de la distribution des contraintes dans les soudures peut être très spectaculaire.

Le calcul de l'_Utc utilise une fonction d'estimation basée sur l'apprentissage automatique. Basé sur l'apprentissage d'un grand nombre de modèles de connexions soudées et de divers scénarios de charge, l'algorithme peut prédire avec précision la capacité restante de la soudure. Ce chiffre est affiché dans Check, dans l'onglet Welds , dans la colonne _Utc.

Cette fonctionnalité utilise l'IA et l'apprentissage automatique pour déterminer la capacité des soudures. Et le plus beau, c'est que l'application peut le faire avec un seuil de 10 % ! Cela peut être considéré comme un excellent résultat.

Pour l'instant, elle est implémentée dans l'Eurocode et l'AISC.

Le dimensionnement des soudures pour l'estimation de la capacité nécessite des résultats. La taille des soudures d'angle est ajustée selon la formule suivante :

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

où :

• \(a_{new}\) - taille ajustée de la soudure d'angle
• \(a\) - taille de la soudure d'angle précédemment fixée
• \(Ut_c\) - estimation de la capacité basée sur un algorithme d'apprentissage automatique visible lors du contrôle de la soudure
• \(Ut_{target}\) - utilisation cible dans Paramètres → Conception → Autodesign → Dimensionnement de la soudure

Il convient de noter que la taille des soudures est limitée par des règles d'exécution, par exemple, la taille des soudures ne peut être inférieure à 3 mm (EN 1993-1-8 - 4.5.2). Ces règles d'exécution sont respectées. N'oubliez pas non plus que les soudures multiples dans IDEA StatiCa sont souvent réglées sur une seule valeur. Dans ce cas, la taille est définie en fonction de la plus utilisée.

Une boucle de calcul est également disponible. Lorsque la méthode de dimensionnement des soudures est définie sur l'estimation de la capacité, elle :

1. dimensionne les soudures d'angle à pleine résistance
2. Calcule le modèle
3. Dimensionne les soudures d'angle en fonction de l'estimation de la capacité
4. Calcule le modèle

Les soudures sont alors réglées à ou en dessous de l'utilisation cible en un seul clic.

Ductilité minimale

Le dimensionnement des soudures en fonction de la ductilité minimale permet d'obtenir automatiquement des assemblages soudés suffisamment résistants pour éviter les ruptures fragiles. La résistance de la soudure permet la déformation initiale de la plaque, mais en fin de compte, la soudure se rompt.

L'exigence de ductilité minimale des assemblages soudés figure dans la norme FprEN 1993-1-8:2023 - 6.9(4). Elle provient de l'annexe nationale néerlandaise de la norme EN 1993-1-8, où le rapport fixe entre la résistance de la soudure et celle de la plaque est de 0,8. Il est également inclus dans les livres verts largement utilisés au Royaume-Uni, à savoir dans les chapitres C2 et C3. Cependant, le rapport fixe ne convient que pour la nuance d'acier S355. Dans l'Eurocode de deuxième génération, il est étendu à toutes les nuances d'acier.

Cette exigence est vérifiée pour les soudures d'angle double face par :

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

où :

• \(a\) - épaisseur de la gorge de la soudure
• \(t\) - épaisseur de la plaque connectée par le bord
• \(\beta_w\) - facteur de corrélation de la soudure
• \(\gamma_{M2}\) - facteur de sécurité pour les boulons et les soudures ; modifiable dans la configuration du code
• \(f_y\) - Limite d'élasticité de la plaque
• \(f_u\) - Résistance ultime de la soudure
• \(\gamma_{M0}\) - facteur de sécurité pour les plaques ; modifiable dans la configuration du code

L'épaisseur de la gorge d'une soudure d'angle unilatérale est deux fois plus importante que celle d'une soudure d'angle bilatérale.

Notez que la méthode est utile pour les soudures chargées transversalement et fonctionne si la plaque est connectée sur toute sa largeur.

Résistance totale

Le dimensionnement des soudures en fonction de la résistance totale permet d'obtenir automatiquement des soudures plus résistantes que la plaque connectée. Dans le calcul, on suppose que les plaques sont chargées en tension et les soudures transversalement, ce qui est le pire cas pour la résistance et la ductilité des soudures. Cette conception est utile pour éviter les ruptures fragiles des soudures sous charge statique.

Cette approche est également incluse dans les livres verts largement utilisés au Royaume-Uni, notamment au chapitre C1.

Cette exigence est vérifiée pour les soudures d'angle double face par :

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

où :

• \(a\) - épaisseur de la gorge de la soudure
• \(t\) - épaisseur de la plaque reliée par le bord
• \(\beta_w\) - facteur de corrélation de la soudure
• \(f_y\) - limite d'élasticité de la plaque
• \(f_u\) - Résistance ultime de la soudure
• \(\gamma_{M0}\) - facteur de sécurité pour les plaques ; modifiable dans la configuration du code

Notez que la méthode est utile pour les soudures chargées transversalement et fonctionne si la plaque est connectée sur toute sa largeur.

Soudures à sur-résistance

Le dimensionnement des soudures avec sur-résistance fournit automatiquement des soudures beaucoup plus résistantes que la plaque connectée. Le facteur de sur-résistance est spécifié dans Paramètres → Conception → Autodesign → Dimensionnement des soudures. La valeur par défaut de 1,4 est tirée de la norme EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) pour former une charnière plastique.

Dans le calcul, on suppose que les plaques sont chargées en tension et les soudures transversalement, ce qui est le cas le plus défavorable pour la résistance et la ductilité des soudures. Cette conception est utile pour éviter les ruptures fragiles des soudures pour la conception plastique ou la charge cyclique. Il convient de noter que la taille importante des soudures ne garantit pas automatiquement une ductilité élevée. Au contraire, elle peut entraîner des contraintes résiduelles et des déformations excessives causées par le retrait de la soudure.

Cette exigence est vérifiée pour les soudures d'angle double face par :

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

où :

• \(a\) - épaisseur de la gorge de la soudure
• \(t\) - épaisseur de la plaque reliée au bord
• \(\beta_w\) - facteur de corrélation de la soudure
• \(\gamma_{M2}\) - facteur de sécurité pour les boulons et les soudures ; modifiable dans la configuration du code
• \(f_y\) - Limite d'élasticité de la plaque
• \(f_u\) - Résistance ultime de la soudure
• \(\gamma_{M0}\) - facteur de sécurité pour les plaques ; modifiable dans la configuration du code
• \(f_{overstrength}\) - facteur de sur-résistance spécifié dans Paramètres → Conception → Autodesign → Dimensionnement des soudures

Notez que la méthode est utile pour les soudures soumises à une charge transversale et fonctionne si la plaque est connectée sur toute sa largeur.