L'AISC autorise-t-il l'utilisation de la Méthode des Éléments Finis pour la conception des assemblages ?

L'analyse par éléments finis en général, et l'analyse par éléments finis non linéaire en particulier, sont reconnues depuis de nombreuses années comme une méthode viable dans le domaine de la recherche. Elle a contribué à l'élaboration des équations et dispositions normatives utilisées par les ingénieurs. De plus, l'analyse par éléments finis non linéaire est largement utilisée en pratique aux États-Unis et dans le monde entier pour résoudre des problèmes d'ingénierie allant des plus simples aux plus complexes. 

Les codes et normes américains, notamment l'ACI, l'AISC, le TMS, le NDS et d'autres, incluent des clauses autorisant l'utilisation de l'analyse par éléments finis non linéaire pour les éléments structurels et les assemblages non couverts par les codes, qui sont généralement complexes. Si les codes autorisent l'utilisation de cette méthode pour des problèmes complexes, elle peut également résoudre des problèmes plus simples reposant sur des hypothèses simplificatrices. Des recherches ont montré que les états limites de conception des éléments et des assemblages peuvent être reproduits par l'analyse par éléments finis. Voici quelques-unes des références citées dans diverses sections du manuel AISC. 

Le commentaire de l'AISC 360 indique en plusieurs endroits la possibilité d'utiliser l'analyse par éléments finis et l'analyse par éléments finis non linéaire, notamment :

• « Les dispositions autorisent également l'utilisation d'une analyse numérique (par exemple, la méthode des éléments finis) pour remplacer les équations de la Spécification utilisées pour évaluer les états limites couverts par les chapitres D à H, J et K » dans la section Commentaire : Annexe 1, Comm 1.1 page 573, de la 16e édition du manuel AISC.
• « Toute méthode de conception basée sur une analyse inélastique et satisfaisant aux exigences générales données est autorisée. Ces méthodes peuvent inclure l'utilisation d'analyses par éléments finis non linéaires (Crisfield, 1991 ; Bathe, 1995) basées sur des éléments continus pour concevoir un composant structurel unique tel qu'un assemblage, ou l'utilisation d'analyses de portiques inélastiques au second ordre (Clarke et al., 1992 ; McGuire et al., 2000) pour concevoir un système structurel composé de poutres, de poteaux et d'assemblages. » Dans Comm 1.3 16.1-582 de la 16e édition du manuel AISC.
• « Lorsque les assemblages à modéliser ne s'inscrivent pas dans la plage des bases de données, il peut être possible de déterminer les caractéristiques de réponse à partir d'essais, d'une modélisation simple des composants ou d'études par éléments finis (FEMA, 1995). » Dans B3. Commentaire, page 16.1-322 de la 16e édition du manuel AISC. 
• « Lorsque l'ingénieur concepteur est confronté à des poutres ne comportant pas d'axe de symétrie ou toute autre forme pour laquelle il n'existe pas de dispositions dans les autres sections du chapitre F, les contraintes doivent être limitées par la contrainte de limite élastique ou la contrainte de flambement élastique. La distribution des contraintes et/ou la contrainte de flambement élastique doivent être déterminées à partir des principes de la mécanique des structures, de manuels ou d'ouvrages de référence, tels que le Guide SSRC (Ziemian, 2010), d'articles de revues scientifiques, ou d'analyses par éléments finis. Le concepteur peut également éviter ce problème en sélectionnant des sections transversales parmi les nombreux choix proposés dans les sections précédentes du chapitre F. » dans Comm. F12 16.1-393 de la 16e édition du manuel AISC. 
• « Pour des longueurs de soudure supérieures à 100 fois la taille de la soudure, la longueur efficace doit être prise inférieure à la longueur réelle. Le facteur de réduction, fourni à la section J2.2b, est équivalent à celui donné dans le CEN (2005), qui est une approximation simplifiée de formules exponentielles développées par des études par éléments finis et des essais réalisés en Europe pendant de nombreuses années. » Dans Comm J2. page 16.1-484 de la 16e édition du manuel AISC.

Le Guide de conception AISC 1, troisième édition, relatif à la conception des assemblages de platines de base pour les structures en acier, contient deux nouvelles annexes (Annexes C et D) fournissant des méthodes pour la représentation des assemblages de bases de poteaux dans l'analyse des portiques et des recommandations de conception concernant leur simulation par analyse par éléments finis.

• Annexe D - Recommandations pour l'utilisation de l'analyse par éléments finis pour l'analyse et la conception des platines de base, axées sur les détails des assemblages de bases de poteaux apparents

Le Guide de conception AISC 24, troisième édition, relatif aux assemblages de sections creuses structurelles, cite :

• « Le Commentaire du chapitre K de la Spécification AISC cite l'analyse par éléments finis (EF) inélastique comme outil de conception au-delà des limites d'applicabilité pour les ingénieurs expérimentés, et cette option est autorisée par l'Annexe 1 de la Spécification AISC. Les assemblages soudés et boulonnés peuvent être conçus par des méthodes EF, l'analyse élastique étant suffisante pour la conception à la fatigue, mais l'analyse inélastique étant généralement nécessaire pour reproduire l'état limite ultime. Toute limitation du logiciel choisi doit toujours être vérifiée afin de s'assurer que le logiciel est capable d'investiguer et de reproduire correctement l'état limite étudié. Cela peut impliquer la confirmation de l'analyse non linéaire, des critères de rupture, du nombre suffisant de nœuds et d'éléments autorisés, des types d'éléments dans la bibliothèque, etc. » dans le chapitre 2.13, p. 41.
• « Dans ce cas, la technique de modélisation EF et les paramètres de maillage et de matériaux choisis doivent être vérifiés par rapport à certaines analyses EF issues de la littérature de recherche ou de cas de référence collectés (qui ont eux-mêmes été validés), tels que ceux de Wald et al. (2017). » dans le chapitre 2.13, p. 41. 

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