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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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This article deals mainly with the design of composite columns of doubly symmetrical cross-sections subjected to compression, uniaxial or biaxial bending and transverse shear. It applies to isolated columns and columns included in sway or non-sway frames. It also deals with the shear resistance of the steel-concrete interface and states some detailing provisions to be satisfied for concrete cover and reinforcement. Two worked examples are given for illustration purposes. Finally, some basic notions are given for designing other types of less frequently used composite columns.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
steel | building | Concrete | metallic construction | civil engineering | structural analysis
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2005 par Jean-Marie ARIBERT
DOI (Digital Object Identifier)
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Considérations préliminaires sur les méthodes de dimensionnement
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7. Glossaire – Définitions
Élément mixte ; composite member
Élément structural comportant des éléments en béton et en acier de construction ou formé à froid, liés entre eux par connexion afin de limiter le glissement longitudinal entre béton et acier et la séparation de ces éléments.
Poteau mixte ; composite column
Élément mixte soumis principalement à la compression ou à la compression et la flexion.
Ossature mixte ; composite frame
Ossature dans laquelle certains ou la totalité des éléments sont mixtes et où la plupart des éléments restants sont des barres en acier de construction.
Analyse globale ; global analysis
Détermination d’une distribution cohérente de sollicitations dans une structure, en équilibre avec une combinaison particulière d’actions agissant sur la structure.
Analyse globale au 1er ordre ; first order global analysis
Analyse globale où la détermination des sollicitations et déplacements est basée sur la géométrie initiale de la structure.
Analyse globale au 2e ordre ; second order global analysis
Analyse globale où la détermination des sollicitations et déplacements prend en compte l’influence de la déformation de la structure.
Ossature rigide ; non-sway frame
Ossature pour laquelle les sollicitations et déplacements peuvent être déterminés par une analyse globale au 1er ordre. Une ossature rigide n’est pas nécessairement une ossature contreventée.
Ossature souple ; sway frame
Ossature pour laquelle les sollicitations et déplacements doivent être déterminés par une analyse globale au 2e ordre.
Analyse locale au 2e ordre ; second order local analysis
Analyse des sollicitations amplifiées d’un élément lorsqu’on tient compte de sa déformation par rapport au repère local attaché à l’élément.
Longueur d’épure d’un poteau ; system length of column
Distance entre deux points adjacents au niveau desquels le poteau est tenu vis-à-vis du déplacement latéral dans un plan donné, ou distance entre un tel point et une extrémité du poteau.
Longueur de flambement d’un poteau ; buckling length of column
Longueur...
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Glossaire – Définitions
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
-
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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