Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 13001 citée dans cet article a été remplacée par la norme :
- NF EN 13001-2 de mars 2021 : Sécurité des appareils de levage à charge suspendue - Conception générale - Partie 2 : charge
- NF EN 13001-3-5+A1 de mai 2021 : Appareils de levage à charge suspendue - Conception générale - Partie 3-5 : états limites et vérification des crochets forgés
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2106 (Juin 2021).
La norme NF P22-101-2/CN de juillet 2009 citée dans cet article a été intégrée dans la norme NF EN 1090-2/CN (P22-101-2/CN) : Exécution des structures en acier - Exigences techniques pour les structures en acier - Partie 2/CN : complément national à la NF EN 1090-2 (Révision novembre 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2011 (Décembre 2020).
Les parties 3 et 4 de la norme NF EN 13001 citée dans cet article ont été remplacées par la norme NF EN 13001-3-4 (E52-013-4) "Appareils de levage à charge suspendue - Conception générale - Partie 3-4 : états limites et vérification d'aptitude des éléments de mécanismes - Paliers" (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1904 (avril 2019).
RÉSUMÉ
Les structures métalliques soumises à un chargement cyclique peuvent être impactées par des problèmes de fatigue. Il s’agit d’un endommagement progressif de détails constructifs dû à la fissuration à partir de défauts préexistants, pouvant les amener à la ruine. La première approche serait d’empêcher complètement cette fissuration par un calcul à la fatigue mais ce n’est pas toujours «rentable». Comme la solidité d’un détail, et encore plus d’une structure, n’est pas impactée par l’apparition des premières fissures de fatigue, la durée de vie résiduelle est souvent non négligeable. Il peut donc être économiquement intéressant de suivre la fissuration et de contrôler la solidité de la structure au cours de la fissuration, plutôt que de procéder à des renforcements ou des remplacements coûteux.
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Steel structures subjected to cyclic loading can be impacted by fatigue-related problems. These cause progressive damage to structural details due to cracking from pre-existing flaws, which can result in massive failure. The first approach to preventing this effect is fatigue analysis, which is not always cost-effective. However, because the robustness of a detail and even more so that of a structure is usually not affected by the appearance of the first fatigue cracks, residual lifespan is often quite long. It may thus make economic sense to follow the cracking and monitor the robustness of the structure during cracking, rather than undertake expensive reinforcements or replacements straight away.
Auteur(s)
-
Mladen LUKIĆ : Président du TC6 « Fatigue et rupture » de la CECM Animateur du WG9 « EN 1993-1-9 » du CEN/TC250/SC3 Chef de projets recherche CTICM (Saint-Aubin, France)
INTRODUCTION
Une structure est composée de détails constructifs : elle peut être défaillante lorsqu’au moins un des détails constructifs atteint un des états limites ultimes. Parmi ces états limites figure l’état limite de fatigue. Ce dernier traduit la fissuration progressive, due à des charges répétées en un très grand nombre de cycles dans le temps. Passé un certain seuil de fissuration, il risque de se produire un phénomène de rupture.
le terme « état limite de fatigue » n’est pas officialisé dans les Eurocodes. Par contre, d’autres documents peuvent s’y référer.
L’amorçage d’une fissure se produit nécessairement à partir d’un défaut. Dans le cas d’une pièce d’apparence lisse, la fissure peut prendre naissance à partir de défauts microscopiques à l’échelle du grain, ou de défauts de bord dus à l’oxycoupage, au perçage, etc.
Dans le cas des pièces avec des soudures, c’est plutôt à partir d’un défaut dans un cordon de soudure qu’une fissure peut s’amorcer (inclusion solide ou gazeuse, retassure, crique, etc.). Ces défauts, combinés aux entailles causées par le changement plus ou moins brusque de la géométrie dû au cordon de soudure, sont plus importants que ceux dans les pièces sans soudures.
La vérification à la fatigue, qui sert à se prémunir de toute fissuration, peut se révéler déterminante dans le cas des ponts, des chemins de roulement, des structures très élancées exposées au vent, ou des structures hydrauliques. Elle est inutile pour les bâtiments courants soumis à des actions comme le vent ou la neige considérées comme quasi-statiques.
Pour effectuer une vérification à la fatigue, la référence est généralement faite à la norme NF EN 1993-1-9, « Calcul des structures en acier – Partie 1-9 : Fatigue ». Mais d’autres Eurocodes donnent quelques détails supplémentaires concernant cette vérification pour des structures pouvant être susceptibles à la fatigue, comme par exemple les ponts, les pylônes, les mâts, les cheminées ou les chemins de roulement.
Le calcul de la propagation de fissures est abordé, mais sans grande précision, dans la NF EN 1993-1-10, ou plutôt dans son document de référence .
Le fait de devoir avoir recours à différentes parties de l’Eurocode 1 pour les charges de fatigue, et à différentes parties de l’Eurocode 3 pour la vérification proprement dite, rendent assez complexe la compréhension de la démarche de vérification. C’est pourquoi il est souhaitable de regrouper toutes les informations sur ce sujet dans un seul et même document.
C’est donc l’objet de cet article qui représente ainsi un condensé des principes de vérification à la fatigue des structures susceptibles à ce phénomène.
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MOTS-CLÉS
fatigue construction métallique fissuration normes acier mécanique de la rupture endommagement de surface Eurocodes
KEYWORDS
fatigue | metallic construction | cracking | standards | steel | fracture mechanics | surface damage | Eurocodes
VERSIONS
- Version courante de avr. 2024 par Mladen LUKIĆ
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Précisions et terminologie
En anglais
12. Glossaire
Catégorie de détail
La désignation numérique attribuée à un détail constructif particulier pour une direction donnée de contraintes afin d’indiquer la courbe de résistance à la fatigue à appliquer pour évaluer sa résistance (ce nombre correspond à la résistance de référence à la fatigue Δσ C en MPa)
Chargement de fatigue
Ensemble de paramètres d’action basés sur des événements-charges représentatifs et décrits par les positions des charges, leur magnitude, leur phasage et leur fréquence relative d’occurrence
Chargement de fatigue équivalent d’amplitude constante
Chargement simplifié d’amplitude constante donnant le même endommagement que les événements-charges réels d’amplitude variable
Contrainte géométrique, contrainte au point chaud
La contrainte principale maximale dans le métal de base, au pied du cordon de soudure, avec prise en compte des effets de concentration de contrainte dus à la géométrie d’ensemble du détail constructif, sans considérer les effets de concentration locale de contraintes.
Contrainte nominale
Contrainte dans le métal de base ou dans une soudure au voisinage de l’emplacement potentiel d’une fissure, calculée selon la théorie élastique, à l’exclusion de tout effet de concentration de contrainte
Contrainte nominale modifiée
Contrainte nominale multipliée par un coefficient approprié de concentration de contrainte k f permettant de tenir compte d’une discontinuité géométrique qui n’a pas été prise en considération dans la classification d’un détail constructif
Contrainte résiduelle
Un état de contrainte permanent, auto-équilibré, et indépendant de toute action appliquée. Les contraintes résiduelles résultent du laminage, du coupage, du retrait de soudage, du défaut d’ajustement entre pièces, ou de toute séquence de chargement causant une plastification partielle dans la structure
Courbe de résistance à la fatigue
La relation quantitative entre l’étendue des contraintes et le nombre de cycles de contrainte jusqu’à la ruine par fatigue, utilisée pour évaluer la résistance d’une catégorie de détail constructif
Durée de vie à la fatigue
La...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Recommandations pour la détermination des classes d’exécution selon la NF EN 1090-2 pour les structures en acier de bâtiment, - Revue Construction Métallique, N° 1-2015, pp. 69-89.
-
(2) - Recommandations sur le calcul des structures de mâts d’éclairage de grands espaces, - 3e édition, Revue Construction Métallique, N° 1-2015, pp. 91-146.
-
(3) - ALEGRE (J.M.), CUESTA (I.I.) - Some aspects about crack growth FEM simulation under mixed-mode loading, - International Journal of Fatigue Vol. 32 (2010).
-
(4) - CIDECT - Assemblages soudés de profils creux circulaires et rectangulaires sous chargement en fatigue - (2002).
-
(5) - EYMARD (R.), JACOB (B.) - Un nouveau logiciel : le programme CASTOR pour le Calcul des Actions et Sollicitations du Trafic dans les Ouvrages Routiers, - Bull. liaison Labo. P. et Ch., N° 164, pp. 64-77 (1989).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
- NF EN 1990 (P06-100-1) -
-
- NF EN 1090-2+A1 -
-
- NF EN 1991-1-4 (P06-114-1) -
-
- NF EN 1991-2 -
-
- NF EN 1991-2/NA (P06-120-1/NA-1) : -
-
- NF EN 1991-3 -
-
- NF EN 1993-1-5 -
-
- NF EN 1993-1-9 -
-
- NF EN 1993-1-9/NA -
-
- NF EN 1993-1-10 -
-
...
ANNEXES
-
IFSTTAR – Institut français des sciences et techniques des transports de l’aménagement et des réseaux
-
IIW – International Institute of Welding
-
LCPC – Laboratoire central des ponts et chaussées est devenu IFSTTAR.
-
MEDDTL– Ministère de l’Écologie, du développement durable des transports et du logement
-
SETRA – Service d’études techniques des routes et autoroutes. Dépend du ME DDTL (voir précédemment).
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