Assemblage boulonné - Interaction cisaillement et traction

Description

L'objectif de ce chapitre est la vérification de la méthode des éléments finis basée sur les composantes (CBFEM) pour l'interaction du cisaillement et de la traction dans un boulon par rapport à un modèle analytique (MA). Un assemblage poutre-à-poutre avec platines d'extrémité et deux rangées de boulons a été sélectionné pour la vérification ; voir Fig. 5.5.1. La rigidité en flexion de l'assemblage est suffisamment élevée pour être classifiée comme rigide.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}\]

Modèle analytique

La résistance des boulons en interaction cisaillement et traction est calculée conformément au Tab. 3.4 du chapitre 3.6.1 de l'EN 1993-1-8:2005. Une relation bilinéaire est utilisée. La géométrie et les dimensions de la platine d'extrémité de l'assemblage sont choisies de manière à limiter la résistance de calcul de l'assemblage par la rupture des boulons. La résistance de calcul du T-stub équivalent en traction est modélisée conformément au Tab. 6.2 du chapitre 6.2.4 de l'EN 1993‑1‑8:2005.

Vérification de la résistance

Les paramètres du modèle sont le diamètre des boulons et la dimension de la poutre ; voir Fig. 5.5.2 à 5.5.5. Les dimensions de la platine d'extrémité et les distances entre boulons sont modifiées afin de limiter la résistance de l'assemblage par la rupture des boulons. La résistance au cisaillement et à la flexion de l'assemblage est comparée lors du chargement à la rupture des boulons. Les résultats sont résumés dans les Tab. 5.5.1 et 5.5.2.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}\]

Tab. 5.5.1 Étude de sensibilité pour la résistance avec variation du diamètre des boulons

Tab. 5.5.2 Étude de sensibilité pour la résistance avec variation de la dimension de la poutre

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}\]

Les résultats des études de sensibilité sont résumés dans les graphiques des Fig. 5.5.6 et 5.5.7. Les résultats montrent que les différences entre les deux méthodes de calcul sont inférieures à 10 %. Le modèle analytique donne généralement une résistance plus élevée.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}\]

Exemple de référence

Données d'entrée

Éléments assemblés

• Acier S355
• Poutres HEA300
• Épaisseur de la platine d'extrémité t_p = 40 mm
• Dimensions de la platine d'extrémité 300 × 330 mm

Boulons

• 4 × M24 8.8
• Distances e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Résultats

• Résistance de calcul en flexion M_Rd = 93 kNm
• Résistance de calcul au cisaillement V_Rd = 291 kN
• Le mode de ruine est la rupture des boulons en interaction cisaillement et traction