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Tome 1 : actions et comportement des structures

Souvent méconnus, les silos constituent pourtant l’un des domaines les plus exigeants de la construction métallique. Entre la diversité des formes pour répondre aux besoins de l’utilisateur final et la complexité des actions, notamment celles exercées par la matière ensilée, leur conception représente un défi technique majeur.
Ce guide offre une plongée complète au cœur des phénomènes physiques : comportement de la matière en vrac, stabilité des plaques et coques, comportement membranaire, câbles, éléments minces… Bien au-delà d’un simple recueil de formules, cet ouvrage invite l’ingénieur à une compréhension profonde des structures et leur comportement pour prévenir les défaillances. Un outil indispensable pour passer de la simple application des normes à une véritable expertise technique.

La liste des normes et recommandations ci-après s’inscrit principalement dans le cadre des marchés privés de travaux relatifs à la structure en acier des charpentes et ossatures de bâtiments. Elle est volontairement limitée aux aspects les plus courants de ces constructions. Elle inclut également divers domaines connexes. Elle ne traite pas des normes applicables aux structures en aluminium.

Cet article traite du comportement mécanique de la connexion d’une poutre mixte acier-bois-béton (ABB). La poutre mixte ABB est réalisée par un profilé métallique connecté à une dalle constituée d’un panneau CLT et d’une couche de béton coulée sur site. La connexion est obtenue par des goujons soudés insérés dans des encoches cylindriques pratiquées à intervalles réguliers dans le panneau de CLT. Les encoches sont remplies de béton lors du coulage de la couche supérieure. Les panneaux en CLT comprennent 5 plis : les plis externes et le pli central sont orientés perpendiculairement à l’axe de la poutre, pour reprendre la flexion transversale de la dalle ; les deux plis restants sont orientés dans le sens longitudinal et peuvent donc être mis à contribution pour la reprise de la flexion de la poutre. Une campagne expérimentale de 6 séries de 3 essais push-out a été menée pour caractériser la connexion. Elle a permis d’étudier l’influence du diamètre de l’encoche cylindrique, de la hauteur du goujon, du rapport des épaisseurs de CLT et de béton et de la résistance du béton. Cette connexion est très ductile et permet d’obtenir une résistance et une rigidité du même ordre de grandeur que celles qui auraient été obtenues avec une dalle pleine en béton.

Contexte et objet de l’article
Les assemblages par doubles cornières rivetées ont souvent été mis en œuvre dans les ouvrages métalliques anciens, notamment dans les ponts en acier, où ils sont utilisés pour relier les poutres secondaires aux poutres principales ou aux poteaux. Ces assemblages sont conçus pour transférer principalement des efforts tranchants et les méthodes de calcul existantes ([1]-[3]) reposent sur cette hypothèse simplificatrice. Cependant, un moment fléchissant se développe dans le domaine élastique et ne peut être négligé pour le dimensionnement en fatigue, en particulier pour les assemblages de ponts ferroviaires ([4], [5]). En présence d’assemblages rivetés de longeron sur pièce de pont par doubles cornières rivetées, ce moment fléchissant engendre des efforts de traction et de compression ([5], [6]) (voir Figure 1). La zone comprimée peut ainsi s’étendre jusqu’à la deuxième rangée inférieure de rivets attachés au support.

Dans les bâtiments industriels à simple rez-de-chaussée en acier, la résistance au feu intrinsèque de la structure est suffisamment élevée pour qu’il soit possible d’évacuer les occupants avant tout risque d’effondrement. L’enjeu principal est donc d’éviter la propagation de l’incendie. Une solution courante consiste à diviser le bâtiment en plusieurs cellules structurellement indépendantes, séparées par des murs coupe-feu fixés à l’aide de systèmes « fusibles » qui se désolidarisent de la structure exposée au feu. Les solutions actuelles d’attaches fusibles utilisent souvent des éléments en plastique, mais leur faible résistance limite leur champ d’application. Dans le cadre du projet européen FISHWALL, une alternative a été étudiée : l’utilisation de boulons en aluminium. Ce projet avait pour objectif de développer une nouvelle solution de mur coupe-feu constitué de panneaux sandwich et des attaches fusibles pour les bâtiments à simple rez-de-chaussée en charpente métallique. En cas d’incendie, les systèmes fusibles doivent pouvoir résister aux efforts de compression dus à la dilatation thermique de la structure exposée au feu, puis se rompre en traction lors de l’effondrement de celle-ci. Sur la base d’études paramétriques numériques par éléments finis, des règles de calcul simplifiées, basées sur des règles existantes, ont été proposées pour faciliter la conception des trois solutions d’attaches fusibles considérées dans le projet FISHWALL.

Sommaire :

• Résistance au feu de systèmes fusibles avec boulons aluminium pour une solution de mur coupe-feu en panneaux sandwich : proposition de méthodes de calcul
  par Christophe RENAUD, Thi Thuy MAI
• Rigidité de la partie tendue d’un assemblage de poutre par doubles cornières d’âme rivetées
  par Lynita SAROU, Maël COUCHAUX, Mohammed HJIAJ, Stéphane SIRE, Jean-François DOUROUX
• Poutre mixte acier-bois-béton – Essais push-out sur la connexion
  par Baptiste BOUVIER, Maël COUCHAUX, Pierre-Olivier MARTIN, Mohammed HJIAJ
• Recommandations- Documents normatifs et recommandations en construction métallique et mixte de bâtiments
  par Anthony RODIER

Ce guide est une version actualisée et simplifiée du guide d’élaboration d’un CCTP relatif au lot Structures en acier de bâtiments ou installations industrielles courants, publié en 2015. Il vise plus particulièrement les bâtiments simples, avec un domaine d’utilisation bien défini. Il est organisé selon une trame qu’il est conseillé de respecter lors de la rédaction d’un CCTP.
Il passe ainsi en revue les documents de référence, la description de l’ouvrage et des travaux à réaliser, la conception et les études, les matériaux et les produits, la fabrication, le montage et la consistance du dossier technique de l’entreprise. La question des interfaces entre lots est spécifiquement étudiée. Ce guide vise en premier lieu les prescripteurs mais il est tout aussi utile pour les entreprises, les bureaux de contrôle et, plus généralement, les jeunes ingénieurs.

Le fichier téléchargeable est un zip comprenant l’ouvrage en pdf interactif + un word nommé » Modèle de CCTP » qui pourra vous servir de trame lors de la rédaction.

Au sommaire:

Actualités techniques

Parution :

Maîtriser le dimensionnement des structures en aluminium, tome 2

Guide chemins de roulement

À paraître : Nouveau guide CCTP pour les structures en acier

Dossier

L’intelligence artificielle au service de la construction métallique

Rencontre

Jérôme Torsiello, président de SOCAM

Sur le terrain

Une structure mixte bois-métal pour le nouveau centre technique des bus de Rennes Métropole (35)

Assistance technique

Les chemins de roulement constituent un élément structurel déterminant pour les bâtiments industriels équipés de ponts roulants. Ces structures étant soumises à des sollicitations complexes combinant charges statiques, effets dynamiques et phénomènes vibratoires, leur conception exige une expertise approfondie et une coordination rigoureuse entre tous les acteurs du projet.
Destiné aux constructeurs métalliques, bureaux d’études, maîtrises d’œuvre et maîtrises d’ouvrage technique, ce guide offre une base technique complète pour la conception, le calcul et la vérification des chemins de roulement pour ponts roulants posés jusqu’à 100 tonnes.
S’appuyant sur les Eurocodes en vigueur et anticipant les évolutions normatives de 2027, l’ouvrage couvre l’ensemble du processus : de l’intégration du pont roulant dans le projet de construction jusqu’aux vérifications de résistance et de fatigue, en passant par les dispositions constructives, les tolérances d’exécution et l’analyse des actions.
Des exemples pratiques détaillés illustrent la mise en œuvre concrète des concepts présentés.

Sommaire :

• Contraintes résiduelles dans les PRS à section en I, par Maxime LEBASTARD, Maël COUCHAUX, Alain BUREAU
• Méthode de calcul d’un assemblage de continuité d’une poutre mixte sous moment positif – Partie 2 : Rigidité, par Pierre-Olivier MARTIN, Anthony RODIER, Cong-Viet PHAN
• Étude expérimentale et analytique d’assemblages mono-boulonnés avec différents jeux de perçages et boulons M8 à M14, par Cong-Viet PHAN, Anthony RODIER, Sébastien DURIF, AbdelHamid BOUCHAIR

Ce deuxième tome contient des exemples d’application permettant de comprendre des méthodes de calcul qui sont présentées dans le premier tome. Un ouvrage de référence en français, adapté aux besoins actuels des professionnels de la construction métallique.

Au sommaire:

Actualités

Actualité sur la réglementation et les normes parasismiques
Construire sa démarche RSE : une opportunité pour toute la filière métallique
Eiffel de l’architecture 2025 : la création métallique à l’honneur
Filière acier : l’amont et l’aval font front commun pour la souveraineté

Dossier : Révision des Eurocodes Parties incendie

Rencontre: Patrick Carret, directeur de la Fédération nationale des écoles de production

Sur le terrain: Passerelle coulissante au Havre (14)

Assistance technique

Ce guide traite des questions techniques générales liées à l’utilisation structurale de l’acier récupéré dans les structures existantes en acier et les structures mixtes acier-béton.

Il présente une brève description de l’anatomie des bâtiments à un ou plusieurs étages, la classification des différents scénarios de réemploi, une bibliographie des guides de bonnes pratiques européens et des normes produit, des critères de sélection et d’acceptation des produits, et leur classification pour les « nouvelles » conceptions conformément aux Eurocodes.

Il aborde également les aspects de la conception selon les principes des états limites. Le protocole d’évaluation qualitative des éléments, d’échantillonnage et d’essai de l’acier récupéré figure dans l’annexe A. L’estimation du coefficient partiel modifié pour la résistance au flambement des éléments en acier réemployés est présentée à l’annexe B.

Ce guide couvre la conception de nouveaux bâtiments avec des objectifs de fonctionnalité, de facilité de fabrication, de démontabilité, de réemploi futur, ainsi que d’esthétique.

Il donne les principes généraux de conception dans l’objectif de faciliter le démontage et le réemploi d’une charpente métallique.

Il définit, également, les charges et les combinaisons d’actions à utiliser dans le dimensionnement et propose des améliorations générales dans les détails de construction qui facilitent le réemploi futur.

Au sommaire:

Actualités

Actualité logiciel

Les rencontres métalliques de l’Ouest

La MCM au rendez-vous de la construction bas carbone et circulaire

ADDENDUM – Bocad, un oubli à corriger

Dossier : Le CTICM, pilier d’une construction métallique en mutation

Rencontre

Lionel Matias, à la tête d’A2M Proximétal et de l’UIMM

Sur le terrain

Extension de l’École 42 (75)

Formation

La formation continue au CTICM

Assistance technique

Contexte et domaine d’application
Dans la norme NF EN 1994-1-1 [4], le terme d’assemblage mixte désigne l’encastrement de l’extrémité d’une poutre mixte avec un poteau, dans laquelle l’armature de la dalle reprend une partie des efforts de traction engendrés dans l’attache. La norme ne prévoit pas d’assemblage mixte en zone de moment positif, pour lequel une contribution de la dalle en compression pourrait être prise en compte.
Pour les assemblages mixtes entre une poutre et un poteau, il est nécessaire d’envisager la présence d’un moment positif quand le système structural est stabilisé par effet portique et est soumis à des actions latérales. Ce point n’étant pas abordé par la norme, plusieurs publications traitent de ce sujet, par exemple [8] ou [9].
Un assemblage mixte en zone de moment positif peut aussi être nécessaire pour réaliser la continuité d’une poutre mixte. C’est typiquement le cas pour une poutre mixte de grande portée, quand des limites d’accès ou de levage imposent une livraison du profilé dans une longueur inférieure à celle de la portée. Un assemblage en zone de moment positif doit alors être conçu, par exemple à mi-portée de la poutre.
Pour pallier l’absence d’indications dans la NF EN 1994-1-1, cet article propose un modèle de calcul pour des assemblages de continuité par platines d’about de poutres mixtes sous moment positif, basé sur la méthode des composants de la norme NF EN 1993-1-8 [3], adaptée pour tenir compte de la présence de la dalle comprimée. Il reprend aussi les concepts de calcul des poutres mixtes de la NF EN 1994-1-1 et permet, en particulier, de prendre en compte une connexion partielle. La première partie est consacrée au calcul de la résistance en flexion, elle est accompagnée d’un exemple d’application. Une seconde partie, à paraître ultérieurement, traitera de la rigidité d’un tel assemblage mixte.

RÉSUMÉ
Cet article présente le développement d’un nouvel élément fini de poutre 3D pour l’analyse non linéaire des structures en acier et des structures mixtes acier-béton soumises à l’incendie. Le modèle adopte une formulation co-rotationnelle pour le calcul du vecteur des forces internes et de la matrice de rigidité associée, permettant de traiter efficacement le phénomène de grand déplacement. Chaque nœud est doté de sept degrés de liberté afin de prendre en compte les effets de gauchissement de la section transversale d’une barre. La discrétisation des sections transversales repose sur une approche multifibre, autorisant la modélisation de sections transversales de forme arbitraire et une représentation précise des distributions de température non uniformes (pour le calcul au feu) ainsi que des états de contrainte triaxiaux induits par la torsion, les efforts axiaux et les moments fléchissants.
Le comportement thermomécanique est modélisé à l’aide de lois con-stitutives élasto-plastiques tridimensionnelles intégrant les propriétés des matériaux dépendantes de la température, conformément aux prescriptions de l’Eurocode. Le comportement de l’acier est traité par une projection en contraintes planes, tandis qu’une stratégie de condensa-tion est appliquée au comportement du béton.
Afin de pouvoir obtenir un état avancé de la déformée d’une structure à l’état limite ou une résolution numérique en cas d’instabilité locale précoce, une approche spécifique basée sur la résolution dynamique a été introduite. Cette résolution du comportement dynamique non linéaire repose sur une méthode implicite, basée sur le schéma de Newmark. En présence de rotations finies, les équations de Newmark sont formulées en fonction du vecteur de rotation incrémental et de sa dérivée temporelle. Afin d’éviter la complexité des termes dynamiques induite par la décomposition en mouvement rigide et déformation propre dans le cadre co-rotationnel, une formulation lagrangienne totale est adoptée pour l’expression des termes dynamiques.
La validation du modèle à partir d’exemples numériques de référence démontre à la fois la robustesse et la précision de la formulation dynamique dans la prédiction du comportement thermomécanique des structures. Elle permet notamment de reproduire fidèlement les modes de ruine tout en assurant une stabilité numérique supérieure à celle obtenue avec une approche statique. Cette approche offre ainsi une évaluation plus complète du comportement structural en situation d’incendie.

Sommaire :

• Application de la méthodologie ISI à la tour Maestro sans protection au feu de son exosquelette – Application of the FSE methodology to the Maestro Tower without fire protection for its exoskeleton par Gisèle BIHINA, Christophe THAUVOYE
• Méthode de calcul d’un assemblage de continuité d’une poutre mixte sous moment positif – Partie 1 : Résistance par Pierre-Olivier MARTIN, Anthony RODIER, Cong-Viet PHAN
• Développement d’un élément de poutre 3D pour le comportement thermodynamique : approche dynamique implicite – Development of a 3D beam element for thermodynamic behaviour: implicit dynamic approach par Piseth HENG, Bin ZHAO