Cours Construction Mixte Partie1

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Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton1Cours :Construction MixtePoteaux Mixtes Acier-BtonMaster en Gnie CivilOption : Structures ETMatriauxProf. Mimoune MostefaConstruction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton2POTEAUX MIXTES ACIER-BETONPoteaux mixtes acier-bton soumis une compression axialeLes poteaux mixtes acier-bton sont deux types :- Les poteaux partiellement ou totalement enrobs de bton.- Les poteaux en profils creux remplis de bton.Pourlespoteauxtotalementenrobs,lessemellesetmedesprofilslesconstituantssontenrobs dune couche de bton. Par contre, pour les poteaux partiellement seulement lespaceentre semelles qui est rempli de bton (figure ci-dessous).Lespoteauxenprofilscreuxremplisdebtonpeuvent tre desectioncirculaire,carreourectangulaire.Lebtonderemplissageamlioreconsidrablementlarsistancepareffetdeconfinement (figure ci-dessous).eyezhnhbeyezdhnhnezeyhcbczb = bch = hczConstruction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton3Avantage des poteaux mixtes :Les poteaux mixtes prsentent de nombreux avantages- unesectiontransversaledefaiblesdimensionsextrieurespeutreprendredeschargestrs leves.- lacier sert aussi de coffrage perdu.- gain de temps et de cot apprciable lors du montage.- rsistances plus leves.- lacier,enconfinantlebton,assureunrledefrettagequiprovoqueuneaugmentation de la charge portante globale.- satisfaire aux exigences relatives la plus haute classe de protection contre lincendiesans exiger de mesures complmentaires.- Dans les sections partiellement enrobes, le fait quaprs btonnage, des faces dacierrestent apparentes et peuvent tre utilises pour raliser lassemblage de poutres.Mthodes de calculPourledimensionnementdespoteauxmixtesacier-bton,deuxmthodessontprsentesdanslerglement Europen lEC4.Une MthodeGnrale quiprendencompteleseffetsdusecondordreetlesimperfections,applicable aux sections de poteaux non symtriques ainsi qu des poteaux de section variablesur leur hauteur. Cette mthode ncessite l'utilisation doutils de calcul numrique.Une Mthode Simplifie faisant aux courbes de flambement europennes des poteaux en acierqui tiennent implicitement compte des imperfections, applicable au calcul des poteaux mixtesprsentant une section doublement symtrique et uniforme sur leur hauteur.Hypothses de calcul :- Il y a une interaction complte entre la section en acier et la section de bton et ce, jusqu'la ruine.- Les imperfections gomtriques et structurales sont prises en compte dans le calcul.- Les sections droites restent planes lors de la dformation du poteau.La Mthode Simplifie :L'application de la mthode simplifie comporte les limitations suivantes :- La section transversale du poteauest constante et prsente une double symtrie sur toutela hauteur du poteau- Lacontributionrelativedelasectionenacierlarsistancedecalculdelasectioncomplte, savoirRd pl a y aN f A./ ) / ( o = , est compris entre 0,2 et 0,9 ;Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton4- L'lancement rduit i du poteau mixte ne doit pas dpasser la valeur 2,0 ;- Pour les sections totalement enrobes, l'aire des armatures doit au moins tre gale 0,3%del'airedebtonetlesarmaturesprsententdespaisseursd'enrobagedebtonsatisfaisant les conditions suivantes : 40 mm < cy< 0,4 bcet 40 mm < cz< 0,3 hc.- Il convient que le rapport entre la hauteur h de la section et sa largeur se situe entre 0,2 et5.- L'airedelasectiond'armaturelongitudinaleconsidrerdanslescalculsnedoitpasdpasser 6% de l'aire de la section du btonRsistance plastique en compression axiale :Larsistanceplastiqueencompressionaxialesobtientenadditionnantlesrsistancesplastiques des lments constitutifs, suivant lexpression suivante :Pour les sections partiellement ou totalement enrobes de bton :sskscckcMaya Rd plfAfAfA N + + = 85 , 0 ..Pour les sections creuses remplies de bton :sskscckcMaya Rd plfAfAfA N + + =.Aa, Acet Assont les aires respectives de la section transversale de la section en acier, du btonet de l'armature.Pourlesprofilscreuxcirculairesremplisdebton,uneaugmentationdelarsistancelacompressionprovientdufrettagedelacolonnedebton,siletubeestsuffisammentrigidepoursopposeraugonflementdubtoncomprim.Larsistancesecalculedanscecas,comme indiqu dans la partie consacre aux poteaux comprims et flchis.Vrification de la stabilit des poteaux mixtes en compression axiale :Lavrificationdelastabilitesteffectuerselonlesdeuxaxesprincipauxdeflambement,avec les de flambement appropries.Rd pl y Rd by Sd xN N N. . .. _ = sRd pl z Rd bz Sd xN N N. . .. _ = sNb.Rd: est la valeur de calcul de la rsistance au flambement du poteau.Npl.Rd: est la rsistance plastique la compression de la section transversale mixte. : coefficient de rduction au flambement.Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton52_2_1i i _ +=]}

\|= f mais 0 , 1 s _

]

+]}

\| + =2_ _2 , 0 1 5 , 0 i i o : facteur dimperfection dpendant de la courbe de flambement approprie.Le flambement nest pas considrer si : 2 , 0_s i .Elancement rduit :y crR plyNN.._= iz crR plzNN.._= iLa charge critique lastique selon laxe y est :, y beyy crLEIN.22.t=La charge critique lastique selon laxe z est :, z be zz crLEIN.22.t=La rigidit en flexion de la section mixte selon les deux axes est :, s z s c y cd a y aeyI E I E I E EI. . .8 , 0 + + = , s z s c z cd a a z e zI E I E I E EI. . .8 , 0 + + =Ea, Es: modules dlasticit de lacier.Ecd: module dlasticit efficace du bton (voir partie compression-flexion).Ia, Icet Is: moments dinertie de lacier, du bton et des armatures.Lb: longueur de flambement selon laxe considr, peut tre prise gale sa longueur relle sielleestvraimentmaintenuelatralementauxdeuxextrmits.Danslesautressituationsonpeut la dterminer selon les conditions dappuis habituels.Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton6Les lancements limites au-del desquels les effets de fluage et de retrait sont considrer :Type de structure Structure rigide Structure soupleProfil enrob de bton8 , 0_= i 5 , 0_= iProfil creux rempli de bton, o i = 1 / 8 , 0_, o i = 1 / 5 , 0_Rd plyd aNf A.= oVoilement local des parois de la section en acier :Avanttoutevrificationdelastabilit,ilfautsassurerdunonvoilementdesparoisdesprofilsenacier.Cerisqueneseprsentepaspourunpoteautotalementenrob.Pourlesautressections,leslancementsdesparoisdelasectionnedoiventpasdpasserlesvaleurssuivantes :-290 c stdpour les profils creux ronds remplis de bton de diamtre d et d'paisseur t.- c 52 /s t b pour lme des profils creux rectangulaires remplis de bton.- c 44 sftbpourlessemellesdelargeur b etdpaisseur tfdesprofilsenHpartiellementenrobs.aveck yf./ 235 = c o fy.kest la limite dlasticit de lacier du profil.Influence du cisaillement longitudinal :Pourlarsistancedecalculau cisaillementRdt ,paradhrenceetfrottement,lesvaleurssuivantes :Type de sectionRdt (MPa)Profils totalement enrobs de bton 0,30Profils creux remplis de bton 0,55Profil creux rectangulaires remplis de bton 0,40Semelles de profils partiellement enrobs 0,20A mes de profils partiellement enrobs 0,00Lessollicitations(effortstranchantsetmomentsdeflexion)provenantdesassemblagespoteau-poutresontrpartirentreleprofildacieretle btonarmsurunede transfert dupoteau,au-deldelaquellelasectiondupoteausecomportecommeunesectionmixtecourante.Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton7La longueur de transfert ne doit pas dpasser deux fois la dimension minimale transversale dupoteau (figure ci-dessous).Poteaux mixtes acier-bton soumis des sollicitations combinesCas des poteaux partiellementenrobs et totalement enrobs.Cas des poteaux remplis de bton.Mthode gnrale - VrificationsVrificationdes limites dapplicabilit de la mthode de calcul simplifie :Vrification de lenrobage de bton et de larmature :Vrification du voilement des lments en acier :Vrification de lintroduction des charges et du cisaillement longitudinal :Influence des effets du second ordre sur les moments flchissant :Remarques spcifiques pour les vrifications de M-N :Poteauxsollicitsparuneffortaxialdecompressionetunmomentflchissantuniaxial(Nx,Sdet My.Sdou Nx,Sdet Mz,Sd) :Vrification de la rsistance de la section du poteau :Rd pl Sd xN N. .s:.Rd plN Valeur de calcul de la rsistance plastique la compression de la section transversalemixte.pp = 2hihibpp = 2bConstruction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton8Vrification de la stabilit, selon les deux directions de flambement, du poteau sous Nx,Sd) ; min(. . bzRd Rd by Sd xN N N s: ) ; (. bzRd Rd byN N Valeurs de calcul de la rsistance au flambementde llmentmixte selonles axes y et z).Vrification de la rsistance de la section transversale sousSd y Sd xM et N. .ouSd z Sd xM et N. .InteractionSd y Sd xM et N. .ouSd z Sd xM et N. .Vrification de la stabilit du poteau sousSd y Sd xM et N. .ouSd z Sd xM et N. .:Rd y pl y Sd yM M. . .. . 9 , 0 s ouRd z pl z Sd zM M. . .. . 9 , 0 sPoteaux sollicits par un effort axial de compression et un moment flchissant bi axial(Nx,Sd, My.Sdet Mz,Sd) :Vrification de la rsistance de la section du poteau :Rd pl Sd xN N. .s:.Rd plN Valeur de calcul de la rsistance plastique la compression de la section transversalemixte.Vrification de la stabilit, selon les deux directions de flambement, du poteau sous Nx,Sd) ; min(. . bzRd Rd by Sd xN N N s: ) ; (. bzRd Rd byN N Valeurs de calcul de la rsistance au flambementde llmentmixte selonles axes y et z).Vrification de la rsistance de la section transversale sousSd y Sd xM N. ., etSd zM.InteractionSd y Sd xM et N. .ouSd z Sd xM et N. .,pourchacundesplansdeflambementsparment (xz et xy) :InteractionSd y Sd xM et N. .etSd z Sd xM et N. .Vrification de la stabilit du poteau sousSd y Sd xM N. ., etSd zM.:Rd y pl y Sd yM M. . .. . 9 , 0 s OuRd z pl z Sd zM M. . .. . 9 , 0 s0 , 1. .. ... ..s +Rd z pl zSd zRd y pl ySd yMMMM Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton9Influence du second ordre sur les moments de flexion affectant les poteauxOnsaitquelathoriedupremierordreprendencomptelagomtrieinitialedelastructurepourdterminerlessollicitations,parcontrelathoriedusecondordrefaitintervenirladformation dune structure.Danslecasdespoteauxlancssupposs,isols,sollicitsparunecompressionetuneflexion,linfluencedeseffetsdusecondordresurlaflexionpeuventprendredesvaleurssignificatives.Selon lerglementEuropenEC4, ilestexigdeprendreen comptecetteinfluencesurlemoment de flexion si les deux conditions suivantes sont satisfaites :0 , 1.>crSd xNNEt , r > 2 . 2 , 0_iSi lune quelconque nest pas satisfaite, linfluence du second ordre peut tre considreinsignifiante.:.Sd xN Est la valeur de leffort axial de calcul.Les charges critiques lastiques selon laxe de flambement appropri sont :, , 2.2y beyy crLEINt= et , , 2.2z be zz crLEINt=r : est le rapport des moments dextrmits maximum et minimum ) 1 1 ( + s s r_i : Llancement rduit du poteau mixte pour le mode de flambement considr selon laxe you laxe z.LecalculdumomentdeflexionselonathoriedusecondordreIISdM peut seffectuerenaugmentant le moment de flexion du premier ordre au moyen dun facteur de correction k.L crSd xNNk..1 =|Avec0 , 1 > kConstruction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton10| : Facteur de moment quivalent (Construction Mixte Acier-bton. www.opu-dz.com).L crN.: est la charge critique lastique du poteau mixte pour laxe considr y ou z.Le calcul du poteau est effectu pour la combinaison de la compressionSd xN.et de la flexionsdIISdM k M . = .Tableau : Imperfections gomtriques quivalentes des poteaux mixtes.Section dupoteauLimites Axe deflambementCourbe deflambementImperfection e0dlmenty y b L/200z - zcL/150y y b L/200z z c L/150% 3 ssQuelconque a L/300% 6 % 3 s q]}

\|+ =_202 3 25 , 0 i q et 0 , 120 s q- Pour10de > ou 5 , 0_> i0 , 1 02 1= = q q etModule dlasticit scant du bton pour un chargement long terme :La rigidit en lastique efficace en flexion (EI)epour une section poteau mixte est donne parlexpression :, s s c d c a a eI E I E I E EI + + = 8 , 0O les effets de chargement court terme et long terme sont pris en compte.Pourunchargementcombindecompressionetdeflexion,onconsidreuneconditionsupplmentaireconcernantlexcentricitde Nx.Rdafindedterminersilfautprendreencompte ou non linfluence du comportement long terme du bton (fluage et retrait).- Pour le chargement court terme :ccmcdEE=Ecm: module dlasticit scant du bton.c= 1,35- Pour le chargement long terme et des poteaux lancs :Si_i est suprieur aux limites donnes ci-dessous (voir tab IV.9) et si 2 = = _Choix dune autre section :- Acier du profil changer, on prendra S.275KN NRd pl5 , 2782.=Les autres paramtres sont presque identiques.Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton23KN N KN N Nsd Rd pl Rd b1750 6 , 2000. .= > = = _La section est satisfaisante.- Augmentation de la section des armatures, 416 au lieu de 412KN NRd pl2652.=j % 4 % 3 , 0 % 89 , 2 AcAse =KN N KN N Nsd Rd pl Rd b1750 1907. .= > = = _La section est satisfaisante.- Augmentation de la classe du bton de C25/30 C35/40KN NRd pl3 , 2732.=KN N KN N Nsd Rd pl Rd b1750 5 , 1964. .= > = = _Poteauxpartiellementou totalementenrobs Axesneutresetmodulesdersistanceplastique Axe fort Y-Y :Pour toute la section transversale :, , , 3 22310 32244r t h r t t h t bh tWf f f wwpa+ + + =t tps pac cpcW Wh bW =42zi sini pse A W1 = =Pour les parties de la section transversale situes dans la rgion de 2hn:Cas 1 : Axe neutre dans lme :f nthh s2Construction Mixte Prof. Mimoune MostefaPartie 1 : Poteaux Mixtes Acier-Bton24, , cd yd w cd ccd sd sn cd cnf f t f bf f A f Ah + =2 2 222n w panh t W =Cas 2 : Axe neutre dans la semelle :2 2hh thn fs < , , , , , cd yd cd ccd yd f w cd sd sn cd cnf f b f bf f t h t b f f A f Ah + + =2 2 22 2 2, , 4222 f wn pant h t bbh W =Cas 2 : Axe neutre hors de la section en acier :2 2cnhhhs