Assemblages boulonnés et soudés de grande longueur (AISC)

Mark D. Denavit et Rick Mulholland ont préparé cet exemple de vérification dans le cadre d'un projet commun entre l'Université du Tennessee et IDEA StatiCa.

Description

Cette étude présente une comparaison entre les résultats de la méthode des éléments finis basée sur les composants (CBFEM) et les méthodes de calcul traditionnelles utilisées dans la pratique américaine pour les assemblages boulonnés et soudés de grande longueur chargés en extrémité. L'étude porte sur les états limites de cisaillement des boulons pour les assemblages boulonnés de grande longueur, et de rupture des soudures pour les assemblages soudés de grande longueur. Une attention particulière est accordée à l'effet de la déformation différentielle qui produit une distribution non uniforme de la charge entre les éléments de fixation et une contrainte non uniforme dans les soudures d'angle de grande longueur. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux sont également présentées.

Les calculs traditionnels sont effectués conformément aux dispositions de calcul aux facteurs de charge et de résistance (LRFD) de la Spécification AISC (AISC 2022). Les résultats CBFEM ont été obtenus avec IDEA StatiCa version 23.0. Les charges maximales admissibles ont été déterminées de manière itérative en ajustant la valeur de la charge appliquée en entrée à une valeur que le programme juge sûre, mais qui, si elle est augmentée d'une faible quantité (0,1 kip), serait jugée non sûre par dépassement de la limite de déformation plastique de 5 % ou dépassement de 100 % du taux de travail des boulons ou des soudures. Les analyses de type DR peuvent aider à identifier les charges maximales admissibles. Cependant, une certaine approximation est faite dans l'évaluation de la résistance de calcul de l'assemblage ; par conséquent, tous les résultats de ce rapport sont basés sur une analyse de type EPS.

Exigences pour les assemblages boulonnés et soudés de grande longueur dans la Spécification AISC

Des expériences et des analyses sur des assemblages boulonnés et soudés de grande longueur chargés en extrémité ont montré que la contrainte dans les boulons et les soudures n'est pas uniforme (Kulak et al. 2001, Miller 2003). La contrainte dans les boulons et la soudure près des extrémités de l'assemblage est plus élevée qu'au milieu. La distribution des contraintes le long de la longueur dépend de la rigidité des boulons ou des soudures par rapport à la rigidité des matériaux assemblés. La Spécification AISC prend en compte ce comportement par de simples réductions de résistance.

Assemblages boulonnés

La résistance de calcul, \(\phi R_n\), pour l'état limite de cisaillement des boulons est définie dans la Section J3.7 de la Spécification AISC comme suit :

\[ \phi R_n = \phi F_{nv} A_{b} \]

où :

• \(\phi=0.75\)
• \(F_{nv}\) – contrainte de cisaillement nominale du boulon
• \(A_b\) – aire nominale du corps non fileté du boulon

Le Tableau J3.2 de la Spécification AISC liste les valeurs de la contrainte de cisaillement nominale des éléments de fixation et des pièces filetées, F_nv. La note de bas de page [c] du tableau indique : « Pour les assemblages chargés en extrémité dont la longueur du schéma de fixation est supérieure à 38 in. (950 mm), F_nv doit être réduit à 83,3 % des valeurs tabulées », et définit la longueur de fixation comme « la distance maximale parallèle à la ligne d'action entre l'axe des boulons reliant deux pièces avec une seule surface de contact. »

La contrainte de cisaillement nominale, F_nv, est un pourcentage de la contrainte ultime en traction du boulon, ­F_u, et est calculée conformément au commentaire de la Spécification AISC comme suit :

• Lorsque les filets sont exclus des plans de cisaillement,

\[ F_{nv} = 0.563 F_u \]

• Lorsque les filets ne sont pas exclus du plan de cisaillement,

\[ F_{nv} = 0.45 F_u \]

Le facteur 0,563 est égal à 0,625, le rapport résistance au cisaillement/traction, multiplié par 0,90, un facteur de réduction de longueur. Le facteur 0,45 représente 80 % de 0,563 et tient compte de la section réduite de la partie filetée. Le facteur de réduction de longueur de 0,90 tient compte de la déformation différentielle dans les assemblages jusqu'à 38 in., au-delà desquels le facteur de réduction de longueur supplémentaire de 0,833 est appliqué, pour un facteur de réduction combiné de 0,90 × 0,833 = 0,75 pour les effets de longueur. Ces facteurs de réduction sont basés sur une analyse statistique de données d'essais provenant de 79 assemblages boulonnés et rivetés issus de 11 investigations expérimentales différentes (Tide, 2010).

Assemblages soudés

La résistance de calcul, \(\phi R_n\), pour l'état limite de rupture de soudure est définie dans la Section J2.4 de la Spécification AISC comme suit :

\[ \phi R_n = \phi F_{nw} A_{we} k_{ds} \]

où :

• \(\phi\) – facteur de résistance
• \(F_{nw}\) – contrainte nominale du métal d'apport
• \(A_{we}\) – aire efficace nominale de la soudure
• \(k_{ds}\) – facteur d'augmentation de résistance directionnelle

Le facteur d'augmentation de résistance directionnelle, k_ds, est calculé comme suit :

\[ k_{ds} = (1.0+0.5 \sin^{1.5} \theta ) \]

où \(\theta\) est l'angle entre la ligne d'action de l'effort requis et l'axe longitudinal de la soudure. Pour les assemblages étudiés dans cette étude, \(\theta = 0\) et donc \(k_{ds} = 1\) pour les calculs traditionnels. Dans IDEA StatiCa, \(\theta\) est déterminé à partir des efforts résultants dans chaque segment de soudure et peut varier de zéro (par exemple en raison de l'effet Poisson).

Le Tableau J2.5 de la Spécification AISC fournit les valeurs de \(\phi\) et F_nw pour les soudures chargées en cisaillement, respectivement 0,75 et 0,60F_EXX­, où F­_EXX est la résistance de classification du métal d'apport.

L'aire efficace nominale de la soudure, A_we, est définie pour les soudures d'angle dans la Section J2.2a de la Spécification AISC comme la longueur efficace multipliée par la gorge efficace, où la gorge efficace est la distance la plus courte entre la racine et la face de la soudure, et la longueur efficace est la longueur de l'axe de la soudure le long du centre du plan passant par la gorge.

La Section J2.2b(d) de la Spécification AISC fournit les limitations suivantes sur la longueur efficace des soudures d'angle chargées en extrémité :

• Pour les soudures d'angle d'une longueur allant jusqu'à 100 fois la taille de la soudure, il est permis de prendre la longueur efficace égale à la longueur réelle
• Lorsque la longueur de la soudure d'angle dépasse 100 fois la taille de la soudure, la longueur efficace doit être déterminée en multipliant la longueur réelle par le facteur de réduction, β, déterminé comme suit :

\[ \beta = 1.2-0.002 (l/w) \le 1.0 \]

où :

\( l \) – longueur réelle de la soudure chargée en extrémité

\(w\) – taille du cordon de soudure

• Lorsque la longueur de la soudure dépasse 300 fois la taille du cordon, w, la longueur efficace doit être prise égale à 180w.

Selon le commentaire de la Spécification AISC (AISC 2022), le facteur de réduction β est une approximation simplifiée de formules exponentielles basées sur de nombreuses années d'essais et de modèles par éléments finis, et est équivalent à la réduction donnée dans l'Eurocode (CEN 2005).

Assemblages boulonnés de grande longueur

Pour étudier l'effet de la déformation différentielle sur la résistance globale de l'assemblage pour les assemblages boulonnés de grande longueur, un simple assemblage de continuité en traction est utilisé. L'assemblage est constitué d'une plaque d'essai boulonnée entre deux plaques de réaction à l'aide d'une rangée unique de boulons A325 de 3/4 in. de diamètre dans des trous standard, avec les filets non exclus du plan de cisaillement. Pour étudier l'effet de la rigidité de la plaque sur la distribution des efforts vers les boulons individuels, des épaisseurs de plaque d'essai de 1/2 in., 1 in. et 2 in. ont été analysées. L'épaisseur de chaque plaque de réaction a été prise égale à la moitié de l'épaisseur de la plaque d'essai. La largeur de toutes les plaques était de 12 in. Une vue tridimensionnelle de l'assemblage avec une épaisseur de plaque d'essai égale à 1 in. et une longueur d'assemblage égale à 27 in. est présentée à la Figure 1.

Figure 1 Vue tridimensionnelle de l'assemblage de continuité en traction (épaisseur de la plaque d'essai = 1 in., longueur de l'assemblage = 27 in.)

L'assemblage a été conçu pour rompre par cisaillement des boulons. Pour s'assurer que la résistance au cisaillement des boulons était déterminante par rapport à la plastification en traction et à la rupture en traction de la plaque, un matériau à haute résistance avec F_y = 100 ksi a été sélectionné pour les plaques. L'appui et l'arrachement au niveau des trous de boulons ont été vérifiés mais conçus pour ne pas être déterminants par le choix des matériaux et en fournissant un espacement suffisant des boulons et une distance au bord adéquate. La distance au bord dans la direction de l'effort était de 2-1/2 in., et l'espacement des boulons était de 3 in. pour tous les assemblages.

Dix-sept assemblages ont été testés, avec une longueur augmentant par incréments de 3 in. entre 3 in. et 51 in. Étant donné que l'espacement des boulons était toujours de 3 in., la longueur de l'assemblage correspond au nombre de boulons utilisés (par exemple, les assemblages de 27 in. de longueur comportent 10 boulons). Une comparaison de la résistance en fonction de la longueur de l'assemblage est présentée à la Figure 2, et les distributions de l'effort de cisaillement des boulons (dans chaque plan de cisaillement) pour des longueurs d'assemblage de 12 in., 24 in., 36 in. et 48 in. sont présentées à la Figure 3.

La résistance selon la Spécification AISC augmente linéairement jusqu'à une longueur d'assemblage de 36 in., au-delà de laquelle une chute brutale de la résistance se produit en raison du facteur de réduction de longueur de 0,833. Au-delà de ce point, la résistance continue d'augmenter linéairement. Les résistances IDEA StatiCa s'alignent bien avec les résistances AISC pour les longueurs d'assemblage plus courtes, mais contrairement aux résistances AISC, l'augmentation de résistance pour les assemblages plus longs dans IDEA StatiCa est non linéaire. Le degré de non-linéarité dépend de la rigidité de la plaque, car la rigidité des boulons et de la plaque est modélisée de manière réaliste dans IDEA StatiCa, capturant la distribution non uniforme des efforts dans les boulons.

Les distributions des efforts de cisaillement à la Figure 3 montrent l'effet de la déformation différentielle sur l'effort dans les boulons individuels tel que capturé par les analyses IDEA StatiCa, et comment cet effet est influencé par la rigidité de la plaque. L'effort dans les boulons aux extrémités de l'assemblage est le plus élevé et diminue à mesure que la distance entre les extrémités de l'assemblage et la position du boulon augmente. Cet effet est réduit pour les plaques plus rigides. 

Avec la modélisation explicite de la rigidité des boulons et des plaques dans IDEA StatiCa, le degré de réduction de résistance dû aux effets de longueur dépend de la taille des boulons par rapport à la taille des plaques, en plus de la géométrie de l'assemblage. La réduction de résistance réelle dépend également de ces paramètres (Kulak et al. 2001). Les réductions simplifiées de la Spécification AISC ne dépendent que de la longueur de l'assemblage. IDEA StatiCa présente des réductions supérieures à celles spécifiées par la Spécification AISC, comme le montre l'assemblage avec la plaque d'essai de 1/2 in. d'épaisseur, et des réductions inférieures à celles spécifiées par la Spécification AISC, comme le montrent les assemblages avec des plaques d'essai de 1 et 2 in. d'épaisseur pour une plage de longueurs d'assemblage supérieures à 38 in. D'après ces résultats, il est clair qu'IDEA StatiCa capture l'intention de la réduction pour effets de longueur de la note de bas de page [c] du Tableau J3.2 de la Spécification AISC. Notez que le facteur de réduction de 0,9 pour les effets de longueur incorporé dans F_nv est utilisé de manière conservative dans IDEA StatiCa. Ainsi, pour les assemblages de longueur inférieure à 38 in., les effets de longueur sont essentiellement comptés deux fois dans IDEA StatiCa, une fois avec le facteur de réduction de 0,9 et une autre fois en modélisant explicitement la distribution non uniforme des efforts dans le groupe de boulons. Cependant, le facteur de réduction de 0,9 peut également tenir compte d'autres effets et ne devrait pas être exclu sans recherches supplémentaires.

Figure 2 Comparaison de la résistance en fonction de la longueur de l'assemblage pour un assemblage de continuité boulonné en traction

Figure 3 Distributions des efforts de cisaillement des boulons pour des longueurs d'assemblage de 12 in., 24 in., 36 in. et 48 in., pour des épaisseurs de plaque d'essai de 1/2 in., 1 in. et 2 in.

Comparaison avec les résultats expérimentaux

Pour approfondir l'étude des assemblages boulonnés de grande longueur, cette section inclut des comparaisons avec des résultats expérimentaux publiés précédemment. Pour ces comparaisons, les propriétés matérielles et géométriques mesurées rapportées par les expérimentateurs ont été utilisées dans les calculs et les analyses. La résistance au cisaillement des boulons rapportée par les expérimentateurs a été déterminée par des essais de cisaillement d'un boulon unique prélevé du même lot que celui utilisé dans les éprouvettes. Par conséquent, pour les calculs traditionnels, F_nv est pris égal à 0,9 fois la résistance au cisaillement des boulons rapportée lorsque la longueur de l'assemblage est inférieure ou égale à 38 in., et pris égal à 0,833 fois cette valeur (c'est-à-dire 0,75 fois la résistance au cisaillement des boulons rapportée) lorsque la longueur de l'assemblage est supérieure à 38 in. Pour les analyses IDEA StatiCa, le modèle est défini de telle sorte que la valeur de F_nv utilisée dans les calculs de résistance des boulons est égale à 0,9 fois la résistance au cisaillement des boulons rapportée.

Pour les calculs traditionnels, les facteurs de résistance n'ont pas été appliqués. Pour les analyses IDEA StatiCa, les facteurs de résistance pour les matériaux, les boulons et les soudures ont été fixés à 1,0 dans la configuration du code.

Bendigo et al. 1963

Bendigo et al. (1963) ont effectué des essais de traction sur des assemblages de continuité boulonnés. Seize plaques de largeurs et d'épaisseurs variables ont été chargées en traction entre deux plaques de réaction par deux rangées de boulons A325 de 7/8 in. de diamètre dans des trous standard de 15/16 in. de diamètre. Quatre éprouvettes, D31, D41, D51 et D61, ont rompu par rupture en traction de la plaque, et les autres ont rompu par cisaillement d'au moins un boulon. La configuration typique de l'assemblage pour les éprouvettes de l'étude est présentée à la Figure 4(a), et une vue tridimensionnelle du modèle IDEA StatiCa pour l'éprouvette D101 est présentée à la Figure 4(b). Les propriétés géométriques et matérielles des éprouvettes sont présentées dans le Tableau 1.

Figure 4 (a) Configuration de l'assemblage pour l'investigation expérimentale de Bendigo et al. (Bendigo et al., 1963) ; (b) vue tridimensionnelle du modèle IDEA StatiCa pour l'éprouvette D101

Les seize éprouvettes ont été modélisées dans IDEA StatiCa. La résistance de chaque assemblage a également été calculée selon les calculs traditionnels en utilisant les équations de la Spécification AISC avec les propriétés matérielles et géométriques mesurées, mais sans facteurs de résistance. Les résultats de la comparaison entre la résistance expérimentale, P_exp, la résistance IDEA StatiCa, P_IDEA, et la résistance selon la Spécification AISC, P_AISC, sont présentés dans le Tableau 2 et la Figure 5.

La limite de déformation plastique de 5 % a contrôlé les résistances IDEA StatiCa, et la plastification en traction a contrôlé les résistances AISC pour toutes les éprouvettes. Les résistances IDEA StatiCa et AISC sont toutes deux significativement inférieures aux résistances expérimentales. Cela est dû au fait que lors des essais expérimentaux, les modes de rupture par rupture en traction et cisaillement des boulons se sont produits à des charges bien après la plastification de la plaque. Les expériences de Bendigo et al. (1963) ont été incluses dans l'analyse pour développer les facteurs de réduction pour les effets de longueur qui apparaissent dans la Spécification AISC (Tide 2010). Comme le montre la Figure 3, la différence d'effort entre les boulons d'extrémité et les boulons centraux augmente avec la réduction de l'épaisseur (c'est-à-dire la réduction de la rigidité de la plaque). Les éprouvettes présentant une rupture des boulons bien après la plastification de la plaque peuvent montrer des effets de longueur exagérés.

Tableau 1 Propriétés géométriques et matérielles des éprouvettes pour l'investigation expérimentale de Bendigo et al. (1963)

Tableau 2 Comparaison avec l'investigation expérimentale de Bendigo et al. (1963)

Figure 5 Comparaison avec l'investigation expérimentale de Bendigo et al. (1963)

Kulak et Fisher 1968

Kulak et Fisher (1968) ont effectué des essais de traction sur des assemblages de continuité boulonnés de grande longueur constitués d'une plaque d'essai boulonnée entre deux plaques de réaction avec une rangée de boulons A490 de 7/8 in. ou 1-1/8 in. de diamètre. Ces essais ont également été inclus dans l'analyse pour développer les facteurs de réduction pour les effets de longueur qui apparaissent dans la Spécification AISC (Tide 2010) mais, contrairement aux essais de Bendigo et al. (1963), ils utilisaient des plaques à haute résistance.

Les huit éprouvettes ont été dimensionnées pour rompre soit par cisaillement des boulons, soit par rupture de la plaque. Les éprouvettes J071, J131 et J171 ont rompu par rupture de la plaque, et les éprouvettes J072, J132, J172, J251 et J252 ont rompu par cisaillement des boulons. La configuration typique de l'assemblage pour les éprouvettes de l'étude est présentée à la Figure 6(a), et une vue tridimensionnelle du modèle IDEA StatiCa pour l'éprouvette J171 est présentée à la Figure 6(b). Les propriétés géométriques et matérielles des éprouvettes sont présentées dans le Tableau 3.

Figure 6 Configuration de l'assemblage pour l'investigation expérimentale de Kulak et Fisher (Kulak et Fisher, 1968) ; (b) vue tridimensionnelle du modèle IDEA StatiCa pour l'éprouvette J171

Les éprouvettes ont été modélisées dans IDEA StatiCa. La résistance de chaque assemblage a également été calculée selon les calculs traditionnels en utilisant les équations de la Spécification AISC avec les propriétés matérielles et géométriques mesurées. Les résultats de la comparaison entre la résistance expérimentale, P_exp, la résistance IDEA StatiCa, P_IDEA, et la résistance selon la Spécification AISC, P_AISC, sont présentés dans le Tableau 4 et la Figure 7.

Les résistances IDEA StatiCa sont conservatives par rapport aux essais expérimentaux pour tous les cas. Les résistances IDEA StatiCa s'alignent bien avec les résistances AISC pour les éprouvettes J071, J072, J131 et J171, et sont supérieures aux résistances AISC pour les éprouvettes J132, J172, J251 et J252. La longueur de l'assemblage est inférieure à 38 in. pour les éprouvettes J071 et J072, ainsi la réduction de 83,3 % de la capacité au cisaillement des boulons n'est pas appliquée. Pour les éprouvettes J131 et J171, la longueur de l'assemblage est supérieure à 38 in., mais la rigidité de la plaque (c'est-à-dire la section transversale) est relativement faible. Ainsi, les résistances IDEA StatiCa s'alignent avec ou sont légèrement inférieures aux résistances AISC pour ces cas. Pour les éprouvettes J132, J172, J251 et J252, les résistances IDEA StatiCa sont supérieures aux résistances AISC car les plaques sont plus rigides (c'est-à-dire des sections transversales plus grandes).

Tableau 3 Propriétés géométriques et matérielles des éprouvettes pour l'investigation expérimentale de Kulak et Fisher (1968)

Tableau 4 Comparaison avec l'investigation expérimentale de Kulak & Fisher (1968)

Figure 7 Comparaison avec l'investigation expérimentale de Kulak et Fisher (1968)

Assemblages soudés de grande longueur

Pour étudier l'effet de la distribution non uniforme des contraintes le long de la longueur de l'assemblage pour une soudure chargée en traction, un simple assemblage de continuité soudé est utilisé. L'assemblage est constitué d'une plaque d'essai soudée entre deux plaques de réaction avec des soudures d'angle sur chaque bord des plaques de réaction. Cette configuration permet un groupe de soudures chargé de manière concentrique avec un total de quatre cordons de soudure dans l'assemblage. Notez que pour évaluer la longueur efficace de la soudure, la longueur réelle de la soudure de l'assemblage est égale à la longueur d'un seul cordon de soudure dans le groupe.

Des tailles de soudure de 3/16 in. (Assemblage A) et 3/8 in. (Assemblage B) ont été étudiées. Les assemblages ont été dimensionnés et les propriétés des matériaux ont été choisies de telle sorte que l'état limite de rupture de la soudure soit déterminant par rapport à la plastification en traction des plaques pour les calculs traditionnels. Les propriétés géométriques et matérielles utilisées pour les assemblages sont présentées dans le Tableau 5, et une vue tridimensionnelle de l'Assemblage A avec une longueur de soudure égale à 18 in. est présentée à la Figure 8.

Tableau 5 Propriétés géométriques et matérielles pour les assemblages soudés

Figure 8 Vue tridimensionnelle d'un assemblage de continuité soudé

Pour l'Assemblage A, quatorze longueurs de soudure ont été testées, augmentant par incréments de 4 in. entre 10 in. et 62 in. Pour l'Assemblage B, treize longueurs de soudure ont été testées, augmentant par incréments de 10 in. entre 10 in. et 130 in. Une comparaison de la résistance en fonction de la longueur de soudure est présentée à la Figure 9 pour l'Assemblage A et à la Figure 11 pour l'Assemblage B. Les distributions des contraintes le long de la longueur de la soudure sont présentées pour différentes longueurs de soudure à la Figure 10 pour l'Assemblage A et à la Figure 12 pour l'Assemblage B.

Les Assemblages A et B présentent un comportement similaire. Pour les longueurs de soudure plus courtes, les résistances IDEA StatiCa s'alignent bien avec les calculs traditionnels. Cependant, les résistances IDEA StatiCa deviennent conservatives par rapport aux calculs traditionnels à mesure que la longueur de soudure augmente. Les résistances issues des calculs traditionnels atteignent un plateau à une longueur de soudure de 300w, représentée par une ligne verticale en pointillés aux Figures 9 et 11. La distribution des contraintes le long de la longueur de la soudure est non linéaire car IDEA StatiCa modélise explicitement la rigidité de la soudure et de la plaque. En raison de cela et de la relation charge-déformation relativement conservative utilisée dans IDEA StatiCa pour les soudures chargées dans la direction longitudinale, les résistances IDEA StatiCa atteignent un plateau à des longueurs de soudure bien inférieures à 300w. Comme le montrent les Figures 10 et 12, les soudures plus courtes présentent une distribution des contraintes relativement uniforme, avec des contraintes légèrement plus élevées dans les segments aux extrémités du cordon de soudure. À mesure que la longueur de soudure augmente, la distribution des contraintes le long du cordon de soudure devient significativement plus non uniforme, avec des contraintes élevées dans les segments d'extrémité et des contraintes minimales près du milieu. Le changement brusque de la distribution des contraintes observé aux Figures 10 et 12 pour les soudures plus longues se situe à la frontière entre les segments de soudure qui restent élastiques et les segments de soudure qui subissent des déformations plastiques. La limite IDEA StatiCa pour la résistance de la soudure est établie lorsque le taux de travail du segment de soudure le plus sollicité atteint 100 %. Par conséquent, pour les soudures plus longues, il peut y avoir de grandes portions du cordon de soudure qui subissent de faibles contraintes à la charge associée à 100 % du taux de travail du segment de soudure le plus sollicité. Le profil de distribution des contraintes dans la vérification normative IDEA StatiCa affiche ce comportement non linéaire et doit être examiné lors de l'exercice du jugement d'ingénieur concernant la résistance des soudures dans IDEA StatiCa.

Figure 9 Résistance en fonction de la longueur de soudure pour l'Assemblage A

Figure 10 Distributions des contraintes le long de la longueur de la soudure pour l'Assemblage A avec des longueurs de soudure de 18 in., 30 in., 42 in. et 54 in., unités en ksi

Figure 11 Résistance en fonction de la longueur de soudure pour l'Assemblage B

Figure 12 Distributions des contraintes le long de la longueur de la soudure pour l'Assemblage B avec des longueurs de soudure de 20 in., 40 in., 60 in. et 80 in., unités en ksi

Synthèse

Cette étude évalue la résistance des assemblages boulonnés et soudés de grande longueur par les méthodes de calcul traditionnelles utilisées dans la pratique américaine et par IDEA StatiCa. Les principales observations de l'étude comprennent :

Pour les assemblages boulonnés :

• IDEA StatiCa modélise explicitement la rigidité des boulons et des plaques ; ainsi, les effets de longueur sont naturellement capturés par les différentes résistances requises pour chaque boulon et non par l'application du simple facteur de réduction basé uniquement sur la longueur de l'assemblage dans la Spécification AISC.
• La résistance dans IDEA StatiCa s'est avérée conservative par rapport à la résistance calculée par les méthodes traditionnelles pour la plupart des cas.
• La résistance dans IDEA StatiCa s'est avérée supérieure à la résistance calculée par les méthodes traditionnelles pour certains cas où la longueur de l'assemblage dépassait 38 in. et où des plaques plus épaisses étaient utilisées.
• Les résistances issues d'IDEA StatiCa se sont avérées conservatives par rapport aux expériences physiques réalisées par Bendigo et al. (1963) et Kulak et Fisher (1968).

Pour les assemblages soudés :

• IDEA StatiCa modélise explicitement la rigidité des soudures et des plaques ; ainsi, les effets de longueur sont naturellement capturés par les différentes résistances requises pour chaque segment de soudure et non par l'application des simples facteurs de réduction basés uniquement sur le rapport longueur de soudure/taille de soudure dans la Spécification AISC.
• La résistance dans IDEA StatiCa s'est avérée conservative par rapport à la résistance calculée par les méthodes traditionnelles pour les cas étudiés.
• La résistance dans IDEA StatiCa s'est avérée plus conservative pour les longueurs de soudure plus grandes en raison de l'effet de la distribution non linéaire des contraintes entre les segments de soudure et de la relation charge-déformation relativement conservative pour les soudures chargées longitudinalement utilisée dans les analyses IDEA StatiCa.

Références

AISC (2022), Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

Bendigo, R. A., Hansen, R. M., and Rumpf, J. L. (1963). "Long Bolted Joints." Journal of the Structural Division, ASCE, 89(6), 187–213.

CEN (2005), Eurocode 3: Design of Steel Structures, Comité Européen de Normalisation, Brussels, Belgium.

Kulak, G. L. and Fisher, J. W. (1968). "A514 Steel Joints Fastened by A490 Bolts." Journal of the Structural Division, ASCE, 94(10), 2303-2324.

Kulak, G. L., Fisher, J. W., Struik, J. H. A. (2001) "Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints" Second Edition, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

Miller, D. K. (2003). "Fillet Welds that are 'Too Long.'" Modern Steel Construction, March.

Tide, R. H. (2010). "Bolt Shear Design Considerations." Engineering Journal, AISC, 47(1), 47-63.