Vérification de la température au feu d'un raidisseur
Introduction
L'analyse au feu n'est pas une tâche courante pour un ingénieur structure. Cet article présente la solution intégrée à IDEA StatiCa, qui calcule automatiquement la température des plaques dans le modèle d'assemblage soumis à une exposition au feu.
Les composants de soudure et de boulon prennent la température de la plaque connectée présentant la température la plus élevée. Pour en savoir plus sur les hypothèses : https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
Modèle & hypothèses
La température du raidisseur au niveau de ce point d'assemblage sera vérifiée. L'assemblage sera exposé au feu et devra résister au moins 15 minutes R15. La courbe de feu utilisée pour la simulation est la « Courbe de feu extérieur (EN 1993-1-2) ». Il est important de noter qu'aucune protection incendie n'a été appliquée.
Formules normatives
Les hypothèses sont basées sur EN 1993-1-2 pour les matériaux en acier non protégés. En l'absence d'isolation de protection, le matériau est directement exposé à la chaleur par convection et rayonnement des flammes, ce qui entraîne une montée en température beaucoup plus rapide.
L'Eurocode définit plusieurs courbes nominales température–temps utilisées dans le calcul structurel au feu :
- Courbe de feu normalisée (ISO 834 / EN 1991-1-2, Éq. 3.1)
- Représente un incendie de compartiment conventionnel et sévère.
- Utilisation : Pour la classification standard de résistance au feu (R30, R60, R90, …). Généralement appliquée dans la conception prescriptive et les essais en laboratoire.
- Courbe de feu hydrocarbures
- Montée en température rapide, atteignant ~1100 °C en 5 minutes.
- Utilisation : Pour les incendies impliquant des hydrocarbures (pétrole, gaz, stockage de carburant, industrie pétrochimique, tunnels à fort trafic).
- Courbe de feu extérieur
- Montée en température plus faible par rapport à la courbe normalisée, max ~680 °C.
- Utilisation : Pour l'exposition des façades et des parois extérieures au feu.
- Courbes de feu paramétriques (non incluses dans IDEA StatiCa)
- Basées sur la taille du compartiment, la ventilation et la densité de charge calorifique.
- Présentent des phases de chauffage et de refroidissement.
- Utilisation : Pour la conception basée sur la performance des compartiments de bâtiments réels lorsque la charge calorifique et la ventilation sont connues.
Comment les ingénieurs doivent sélectionner la courbe de feu
Conformité normative / classe de résistance requise : → Utiliser la courbe de feu normalisée.
Pétrochimie, tunnels, stockage de liquides inflammables : → Utiliser la courbe de feu hydrocarbures.
Façades, éléments extérieurs exposés à un incendie en plein air : → Utiliser la courbe de feu extérieur.
Scénario d'incendie réaliste (conception basée sur la performance) : → Utiliser la courbe de feu paramétrique (si les données d'entrée suffisantes sont disponibles).
Facteur de massiveté Am/V
Sensibilité générale
Le facteur de massiveté (Am/V) est une constante déterminante pour chaque plaque. Dans l'équation gouvernante, il apparaît au numérateur, ce qui indique qu'une augmentation de l'incrément de température influence la température en fin de simulation. Observons la sensibilité du facteur dans la plage [50, 300] avec un incrément de 25.
Comment calculer la valeur pour le raidisseur
Le calcul du facteur de massiveté pour les raidisseurs de référence doit clarifier la méthodologie de calcul des raidisseurs. Si une face non alignée avec le bord de la plaque est couverte par une autre plaque, la surface couverte doit être exclue du calcul du facteur de massiveté. Ignorer cet aspect peut conduire à des résultats trompeurs par rapport à une vérification manuelle.
Procédure de calcul étape par étape
La procédure décrite ci-dessous présente le déroulement de l'élévation de température au fil du temps pour la courbe de feu extérieur.
Comparaison entre IDEA StatiCa et le calcul manuel
La température calculée par IDEA StatiCa a atteint 608 degrés Celsius.
En utilisant la procédure manuelle étape par étape, la température a atteint 609 degrés Celsius.
Conclusion
L'objectif était d'introduire davantage de transparence dans le processus de calcul au feu et d'encourager les ingénieurs structure à utiliser en toute confiance IDEA StatiCa pour le calcul au feu et la vérification normative des assemblages acier et des éléments, en comparaison avec les calculs manuels.
Dans le calcul au feu, la température devient une variable d'état critique. Elle influence directement la rigidité et la résistance des matériaux par le biais des propriétés dépendantes de la température définies dans EN 1993-1-2.