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RÉSUMÉ
Cet article traite essentiellement du calcul des poteaux mixtes de section doublement symétrique, soumis à de la compression, à de la flexion uniaxiale ou biaxiale et à de l’effort tranchant. Il s’applique à des poteaux isolés et à des poteaux faisant partie d’une ossature rigide ou souple. La résistance au cisaillement de l’interface acier–béton est également traitée, et l’article précise certaines dispositions constructives à respecter pour le béton d’enrobage et l’armature. Deux exemples numériques sont développés à titre d’illustration. Pour terminer, des notions sont données pour le calcul d’autres types de poteaux mixtes, d’utilisation moins fréquente.
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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
Une présentation générale des poteaux mixtes a été donnée au § 1.2.3 de l’article [C 2560], montrant qu’il existe une grande variété de sections possibles, en distinguant toutefois deux grandes familles :
-
les poteaux partiellement ou totalement enrobés de béton ;
-
les profilés creux remplis de béton.
Comme les poteaux en acier, les poteaux mixtes présentent les avantages suivants :
-
une capacité portante élevée pour des dimensions de section relativement réduites ;
-
une facilité d’assemblage aux autres éléments, les poutres en particulier, en raison de la présence de la partie acier des poteaux (cf. § 1.2.4 de l’article [C 2560]) ;
-
une aptitude à se déformer dans le domaine plastique et à présenter un comportement ductile.
De par la collaboration du béton avec l’acier, la solution d’un poteau mixte peut permettre une réduction appréciable de la section du profilé acier, par comparaison à la solution du poteau en acier seul, pour une capacité portante fixée.
La protection apportée par le béton, dans le cas de profilés partiellement enrobés (et à plus forte raison de profilés totalement enrobés), peut permettre de conférer à ces éléments une résistance élevée à l’incendie (cf. clause 4.3.5. et Annexe G de l’EN 1994-1-2). Même pour des profilés creux remplis de béton non protégés, la partie intérieure en béton armé compense largement la perte de résistance de l’acier rapidement échauffé, et permet d’obtenir des durées au feu appréciables sous réserve d’un dimensionnement approprié (cf. Annexe PCRB de la NF EN 1994-1-2/NA et , ; voir également les articles [C 2506] et [C 2507]).
Les premières études sur la capacité portante des poteaux mixtes à température ordinaire furent entreprises vers les années 1960, avec de nombreux essais réalisés aux USA, au Japon et en Europe, débouchant sur des codes nationaux spécifiques à chaque pays. La Section 4.8 de la prénorme européenne ENV 1994-1-1, publiée en 1994, a été basée ainsi sur la méthode de dimensionnement allemande, combinée à des apports venant des méthodes belge et anglaise. Les méthodes de dimensionnement de l’EN 1994-1-1 publié en 2005 se veulent d’application plus générale que l’ENV, comme cela est expliqué au § 1.
C’est pourquoi la rédaction du présent article est basé sur les principes et règles d’application de l’EN, Section 6.7, mis à part le § 5 abordant des modèles possibles de calcul dans des cas particuliers non couverts par ce code.
Dans cet article, l’accent est mis au § 2 sur la méthode dite « simplifiée » pour le calcul des poteaux comprimés et fléchis, même si ce choix de présentation avant une méthode générale peut ne pas paraître totalement logique. En fait, la méthode simplifiée permet de couvrir la plupart des cas pratiques du bâtiment en utilisant seulement le calcul manuel, comme le montrent les exemples traités au § 4.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2005 par Jean-Marie ARIBERT
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Présentation
Méthode simplifiée de calcul
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1. Considérations préliminaires sur les méthodes de dimensionnement
Toute méthode de dimensionnement d’un poteau mixte ne doit s’envisager qu’aux états limites ultimes.
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Détermination de la capacité portante d’un poteau mixte
Évidemment, il s’agit de l’objectif prioritaire du dimensionnement, mais elle doit être complétée par d’autres aspects de dimensionnement plus locaux.
Ceux-ci sont traités au § 2.2 pour le risque de voilement local des parois en acier, et au § 3 pour :
-
l’introduction des charges aux extrémités des poteaux ;
-
le cisaillement longitudinal le long de l’interface acier-béton ;
-
les dispositions constructives concernant l’épaisseur d’enrobage des profilés et de l’armature longitudinale, l’aire de section et l’espacement des armatures transversales, etc.
-
-
Combinaisons des actions aux états limites ultimes
Pour mémoire, les combinaisons des actions aux états limites ultimes sont définies dans la Section 6.4.3 de l’EN 1990 et les valeurs des coefficients partiels des actions et des coefficients d’accompagnement dans son Annexe A1 applicable aux bâtiments.
Toutefois, une particularité est à signaler pour un poteau mixte soumis...
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Considérations préliminaires sur les méthodes de dimensionnement
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ARIBERT (J.M.), RENAUD (Ch.), ZHAO (B.) - Simplified fire design for composite hollow-section columns - Structures and Buildings, ICE, vol. 161, issue SB6, p. 325-336 (2008).
-
(2) - ARIBERT (J.M.), RENAUD (Ch.), ZHAO (B.) - Calcul simplifié de poteaux à profils creux remplis de béton exposés aux conditions d’incendie normalisé – Exemples d’application manuelle - Revue Construction Métallique, n° 2 (2009).
-
(3) - HANSWILLE (G.), BERGMAN (R.) - Ermittlung geometrischer Ersatzimperfektionen für Verbundstützen mit hochfesten Stählen. - Forschungsvorhaben P3-5-17.10-99201, Deutsches Institut für Bautechnik, Berlin (2001).
-
(4) - BERGMAN (R.), HANSWILLE (G.) - New design method for composite columns including high strength steel - Proceedings of Composite Construction V -The Kruger National Park, South Africa-18/23 July 2004 – Published by ASCE (2005).
-
(5) - TIMOSHENKO (S.P.) - Théorie de la stabilité élastique - Chapitre I...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Construction mixte acier-béton. Généralités. Caractéristiques des matériaux
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Construction mixte acier-béton. Calcul des poutres mixtes de bâtiments. Partie 1 : Poutres en T à âme pleine
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Construction mixte acier-béton. Calcul des poutres mixtes de bâtiments. Partie 2 : Poutres en T à enrobage partiel ou à âmes ajourées
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Construction mixte acier-béton. Calcul des ossatures mixtes
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Sécurité incendie des ouvrages en structures acier et acier – béton – Partie 1....
-
Arcelor Sections – Brochure « Construction mixte acier – béton à base de poutrelles laminées »
http://197.14.51.10 :81/pmb/GENIE CIVIL/Construction_Mixte.pdf
-
CTICM & ArcelorMittal – Brochures « Bonnes Pratiques pour la Construction de Structures en Acier – Bâtiments à usage commercial – Bâtiments à usage résidentiel »
https://www.cticm.com – Guide_bonnes_pratiques_bâtiment_résidentiel.pdf
-
ConstruirAcier
Logiciel A3C, développé par le CTICM en collaboration avec ArcelorMittal : la version 2.50 de mars 2016 traite le cas des poteaux mixtes comprimés et fléchis, avec section acier en I et H partiellement ou totalement enrobée.
https://www.cticm.com/content/a3c-logiciel-verification-barre-Eurocodes.3-et-4
...
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