La norme NF EN 1993-1-5 de mars 2007 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1993-1-5/A2 (P22-315/A2) : Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - Partie 1-5 : plaques planes (Révision 2020) Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2002 (Mars 2020).
28/05/2020
RÉSUMÉ
Cet article traite du calcul des assemblages couramment utilisés dans les ossatures mixtes acier-béton. Il montre comment déterminer le moment résistant et la rigidité en rotation des assemblages en soulignant les composants de base qu’il y a lieu d’ajouter à ceux des assemblages en acier. La classification en résistance et rigidité des assemblages doit également être mise en relation avec le type d’analyse globale de l’ossature de manière à pouvoir définir une modélisation appropriée d’assemblage. Enfin, deux exemples numériques sont développés à titre d’illustration.
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Jean-Marie ARIBERT
: Professeur Émérite des universités – Conseiller en Construction Mixte acier-béton - Ancien directeur du Laboratoire de Structures de l’INSA de Rennes
INTRODUCTION
Les méthodes de calcul des poutres mixtes ont été largement développées dans les dossiers [C 2 561] et [C 2 568] et celles des poteaux mixtes dans le dossier [C 2 562].
Le calcul des assemblages entre poutres de planchers et poutres et poteaux d’ossatures est abordé ici, en se basant sur une méthode très générale, dite « des composants », introduite et détaillée pour les assemblages en acier dans l’EN 1993-1-8 (clause 6.1.3), puis généralisée aux assemblages mixtes dans l’EN 1994-1-1 (Section 8 et Annexe A).
Les composants de base des assemblages en acier sont supposés ici connus. Ils comprennent d’abord les moyens d’attache tels que soudures, boulons tendus, boulons cisaillés, boulons en pression diamétrale, etc., décrits de manière détaillée dans les dossiers [C 2 520], [C 2 521] et[C 2 522]. Mais ils comprennent également les zones de liaison des éléments poutres et poteaux (par exemple, panneau d’âme cisaillé d’un poteau, âme de poteau comprimée ou tendue transversalement, semelle et âme de poutre comprimées, etc.) et les pièces intermédiaires entre ces zones de liaison (par exemple, platine d’about d’une poutre fléchie, cornières boulonnées de semelle ou d’âme, jarret entre poutre et poteau, etc.).
Quasiment la totalité de ces composants en acier sont répertoriés dans le dossier [C 2 554] , que l’on peut compléter des Recommandations du Bureau de Normalisation de la Construction Métallique pour le dimensionnement des assemblages selon la NF EN 1993-1-8 (avril 2015).
Dans cet article, l’accent est mis sur des composants de base additionnels qu’il convient de maîtriser pour le calcul des assemblages mixtes, comme l’armature longitudinale tendue d’une dalle de poutre et la plaque de contact entre semelle inférieure comprimée de poutre et aile de poteau (cf. figure 19 du dossier [C 2 560]). Le renforcement apporté, tant en rigidité qu’en résistance, à certains composants en acier par un enrobage des éléments par le béton, notamment des poteaux, est également traité.
Une présentation générale des assemblages mixtes, aussi bien de type poutre-poteau que de type poutre-poutre, a été donnée au § 1.2.4 de l’article [C 2 560], illustrant la grande variété des dispositions constructives possibles et laissant déjà entendre comment les caractéristiques des assemblages pouvaient interférer sur le comportement global des ossatures.
En particulier, le concept d’ossature mixtesemi-continue a été avancé, rendu possible grâce aux méthodes de calcul fournies par les Eurocodes 3 et 4, et évitant le surcoût de fabrication d’assemblages pleinement rigides et résistants lorsque les actions horizontales exercées sur l’ossature sont reprises, en totalité, par un système de contreventement approprié.
Pour ces ossatures semi-continues, comme pour les ossatures plus classiques de type articulé ou continu, cet article donne au § 2.3 des commentaires utiles au calculateur de projet sur les critères de choix des méthodes d’analyse globale entre les options élastique, rigide-plastique et élastique-plastique.
On précisera dans l’article [C 2 564] des adaptations possibles de ces méthodes dans le contexte particulier de la construction mixte (en rapport avec des phénomènes comme la fissuration du béton, la plastification partielle de sections critiques de poutres, la redistribution de moments, le glissement acier-béton, etc.).
Après des rappels nécessaires sur la méthode des composants, sont fournies dans ce dossier les bases et expressions de calcul permettant de déterminer le moment résistant et la rigidité en rotation des assemblages mixtes, mettant plutôt l’accent sur les composants additionnels à ceux des assemblages en acier.
La modélisation des assemblages au sein d’une ossature mixte est ensuite envisagée, en fonction de la classification des assemblages en résistance ou en rigidité et du type d’analyse globale utilisée pour l’ossature, élastique ou plastique. Reprenant des éléments mixtes de poutre et poteau des exemples traités dans les dossiers [C 2 561] et [C 2 563], deux exemples d’application numérique sont donnés au § 3 pour des configurations différentes d’assemblage, qui supposent acquises les connaissances utiles au calcul des assemblages en acier (cf. [C 2 554]).
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Comme pour les assemblages en acier, les assemblages mixtes peuvent être classés en fonction de leur résistance et de leur rigidité en rotation (cf. article 8.2.3 de l’EN 1994-1-1).
Cette classification, associée à un choix particulier d’analyse globale de l’ossature, permet de définir un type de modèle d’assemblage (articulé, semi-continu, continu) pour cette analyse, comme expliqué plus loin au § 2.3.
2.1 Classification par résistance
Dans cette classification, le moment résistant de l’assemblage, Mj,Rd, est comparé aux moments résistants des barres attachées, en vue de savoir quel est l’élément le plus faible dans la zone d’assemblage.
L’assemblage est dit « à pleine résistance » si son moment résistant est supérieur à celui des barres attachées. Ainsi, dans le cas d’un assemblage avec continuité du poteau, comme sur la figure 2, l’assemblage est à pleine résistance s’il satisfait à :
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et :
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avec...
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