Calcul simplifié du comportement d’un poteau métallique soumis à un impact par une masse rigide
Type article : Article de Recherche
Parution : 2024 numero 3
Auteur(s) : Hjiaj M., Heng P., Battini J.-M.
RÉSUMÉ
Les structures en acier constituent une solution bien adaptée à la construction de parkings à plusieurs niveaux ou les bâtiments mul-ti-étages. Lors de leur conception, il peut y avoir lieu d’envisager l’impact d’un véhicule sur un poteau, dont la défaillance pourrait conduire à un phénomène d’effondrement progressif. Le comportement de ce poteau étant fortement non linéaire, le traitement de ce problème nécessite généralement des simulations par éléments finis en 3D, qui sont géné-ralement coûteuses, chronophages et complexes.
Cet article propose une méthode analytique simplifiée pour déterminer le déplacement maximal du poteau soumis à l’impact par une masse supposée rigide. Les expressions analytiques du déplacement maximal sont obtenues à partir du bilan d’énergie, en considérant que l’énergie générée par l’impact est totalement absorbée par la déformation élas-tique et la dissipation plastique du poteau impacté. Le poteau impacté est retenu en tête par un ressort élastique dans la direction verticale et soumis à une charge verticale constante. Le ressort représente la rigidité de la structure tandis que la charge verticale correspond à la descente de charge provenant des planchers et, le cas échant, de la toiture. Le poteau est modélisé par deux tronçons indéformables et par des rotules élasto-plastiques dans lesquelles sont concentrées les déformations axiales et de flexion. Ces rotules prennent en compte l’interaction entre le moment et l’effort normal. L’article propose finalement les expressions analytiques pour le calcul de la réponse force-déplacement du poteau.
Un exemple d’application dans un cas particulier a été également réalisé pour comparer les déplacements maximaux obtenus par la méthode simplifiée proposée à ceux des simulations numériques par éléments finis. Les résultats montrent une concordance satisfaisante avec une marge d’erreur de 15 % pour une vitesse initiale du véhicule de 10 m/s, 2 % pour 20 m/s, et 3 % pour 30 m/s. Cela illustre l’efficacité de la méthode simplifiée. Cependant, sa validation nécessite une étude paramétrique plus exhaustive.
La méthode simplifiée repose sur certaines hypothèses et présente des limitations. Elle ne prend pas en compte l’effet de la vitesse de déformation, l’écrouissage et la déformation de cisaillement, qui peuvent influencer la réponse des structures en acier face à un impact. De plus, le véhicule est supposé indéformable, ce qui constitue une hypothèse conservatrice. En outre, cette méthode s’applique uniquement aux bâtiments à plusieurs étages avec des assemblages poteaux-poutres par encastrement, une configuration moins courante. Des développements supplémentaires peuvent être envisagés pour des configurations plus courantes, comme celles avec une stabilité par triangulation. Enfin, la méthode suppose un comportement purement élastique pour les poutres et les assemblages, et permet d’estimer le déplacement latéral du poteau impacté, sans vérifier directement le non-effondrement de la structure.
