Description
Un assemblage T uniplan d'une diagonale en profil creux rectangulaire sur une membrure en section ouverte, situé dans un treillis en treillis, est étudié. La diagonale RHS est soudée directement sur la membrure H ou I, en sections ouvertes, sans utilisation de platines de renforcement. La prédiction par la méthode des éléments finis basée sur les composants (CBFEM) est vérifiée par rapport à la méthode des modes de rupture (FM) implémentée dans EN 1993-1-8:2005.
Modèle analytique
Trois modes de rupture se produisent dans l'assemblage T uniplan de profils creux rectangulaires soudés sur des sections ouvertes : la plastification locale de la diagonale, appelée rupture de la diagonale, la rupture de l'âme de la membrure et le cisaillement de la membrure. Tous ces modes de rupture sont examinés dans cette étude ; voir Fig. 7.4.1. Les soudures sont conçues pour ne pas être le composant le plus faible d'un assemblage conformément à EN 1993-1-8:2005. Les éléments des treillis en treillis sont chargés par des efforts normaux et des moments fléchissants. Le point d'application des efforts intérieurs de l'assemblage T est décrit comme suit :
Membrure H/I chargée axialement
Les efforts normaux dans la membrure à droite et à gauche d'un assemblage T agissent dans la direction de l'axe longitudinal de la membrure.
Membrure H/I chargée en flexion
Les moments fléchissants à droite et à gauche d'un assemblage T dans le plan de l'assemblage T sont pris en compte dans la membrure, et ces moments fléchissants tournent autour de l'un des axes dans le plan de la section transversale de la membrure pour la rotation dans le plan de l'assemblage T.
Diagonale RHS chargée axialement
L'effort normal dans la diagonale d'un assemblage T agit dans la direction de l'axe longitudinal de la diagonale.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Major failure modes a) chord web failure, b) chord shear (in case of gap), c) brace failure}}}\]
La résistance de l'âme de la membrure est déterminée à l'aide de la méthode donnée à la section 7.6 de EN 1993-1-8:2005, décrite dans (Wardenier et al., 2010). Les contraintes provenant de la diagonale sont transmises par la semelle de la membrure vers une zone efficace de l'âme de la membrure. Cette zone est située dans l'âme de la membrure à l'endroit où les parois de la diagonale croisent l'âme de la membrure. La valeur de calcul de la résistance axiale de l'assemblage est le minimum des résistances de calcul :
Rupture de l'âme de la membrure
\[N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Cisaillement de la membrure
\[N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Rupture de la diagonale
\[N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}\]
où
\[p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}\]
et \(A_\mathrm{v}\) est l'aire de cisaillement efficace.
La valeur de calcul de la résistance en flexion de l'assemblage est le minimum des résistances de calcul :
Rupture de l'âme de la membrure
\[M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Rupture de la diagonale
\[M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}\]
où
\[b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)\]
\[b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}\]
Un aperçu des exemples considérés chargés par un effort axial est décrit dans le Tab. 7.4.1. Un aperçu des exemples considérés chargés par un moment fléchissant est décrit dans le Tab. 7.4.2. La géométrie d'un assemblage avec ses dimensions est représentée sur la Fig. 7.4.2.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Joint geometry with dimensions}}}\]
Tab. 7.4.1 Exemples d'assemblages chargés par un effort axial
Tab. 7.4.2 Exemples d'assemblages chargés par un moment dans le plan
Vérification de la résistance
L'étude était axée sur la comparaison des modes de rupture et la prédiction de la résistance de calcul. Les résultats sont présentés dans les Tab. 7.4.3 et 7.4.4.
Tab. 7.4.3 Comparaison du CBFEM et de la FM pour l'effort axial dans la diagonale
Tab. 7.4.4 Comparaison du CBFEM et de la FM pour le moment dans le plan dans la diagonale
L'étude de sensibilité montre une bonne concordance pour tous les cas de charge appliqués. Dans la méthode CBFEM, l'arrondi de la paroi de la section ouverte est simplifié, ce qui conduit à une estimation conservative de la contrainte dans la diagonale connectée et à une hypothèse de capacité portante jusqu'à 15 %. Pour illustrer la précision du modèle CBFEM, les résultats des études paramétriques sont résumés dans un diagramme comparant les résistances de calcul par CBFEM et FM ; voir Fig. 7.4.3.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verification of CBFEM to FM for axial force and bending moment in the brace}}}\]
Domaine de validité
Le domaine de validité, sur lequel le CBFEM est vérifié pour les assemblages T entre profils creux rectangulaires et sections ouvertes, est défini dans le Tableau 7.20 de EN 1993-1-8:2005, voir Tab. 7.4.5. En cas d'application du modèle CBFEM en dehors du domaine de validité de la FM, une validation par rapport à des essais ou une vérification par rapport à un modèle de recherche validé doit être préparée pour approuver la qualité de la prédiction.
Tab. 7.4.5 Domaine de validité des assemblages T
Exemple de référence
Données d'entrée
Membrure
• Acier S235
• IPN280
Diagonale
• Acier S235
• RHS 140×80×10
Taille du maillage
• 16 éléments sur la plus grande paroi de l'élément creux rectangulaire
Résultats
• Résistance de calcul en compression/traction Fc,Rd = 457 kN (Il convient de noter que la résistance a été calculée en utilisant la fonction « Arrêt à la déformation limite ». Par conséquent, la résistance CBFEM réelle peut être légèrement supérieure.)
• Le mode de ruine est la plastification de la membrure
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Benchmark example for chord IPE270 and brace RHS 140×80×10}}}\]