Classification de la rigidité des articulations

Le rôle de la rigidité des articulations dans l'intégrité structurelle

Dans la conception de l'acier, le comportement des assemblages définit souvent la façon dont les forces se déplacent, la façon dont les cadres se déforment et, en fin de compte, la sécurité et la rentabilité d'une structure.

Pourtant, nos conceptions reposent encore souvent sur des hypothèses simplifiées: un assemblage est soit "rigide", soit "chevillé". Cette simplification peut s'avérer peu économique ou peu sûre, car elle risque de négliger un comportement structurel critique.

• Les hypothèses rigides surestiment le transfert des moments, ce qui entraîne souvent une surconception.
• Les hypothèses basées sur les chevilles ne tiennent pas compte de la rigidité en rotation, ce qui peut entraîner une sous-estimation des déformations et une redistribution incorrecte des forces internes.
• Lecomportement semi-rigide est courant dans la plupart des structures, mais il est souvent ignoré au profit du conservatisme ou de la rapidité du travail de conception.

Ignorer le comportement réel de la rigidité des articulations conduit à des déformations inattendues, à des trajectoires de force mal alignées, à une surconception ou, pire encore, à des performances d'articulation dangereuses. Si nous voulons concevoir pour la performance, la sécurité et l'efficacité, la classification de la rigidité ne devrait pas être facultative, maisessentielle.

Quelles seraient les conséquences de l'absence de classification de la rigidité des articulations ?

Pourquoi devrions-nous nous préoccuper de la rigidité des assemblages et quelles seraient les implications si vous ne classifiez pas la rigidité des assemblages ?

• Comportement structurel imprécis dans l'analyse globale qui affecte la distribution des moments et la sous-estimation de la déformation de la structure.
• Les connexions peuvent avoir été conçues pour résister à un moment nul, alors qu'en fait, elles attirent les moments en raison d'une rigidité partielle.
• Surconception ou, pire, sous-conception des éléments structurels en raison d'une répartition imprécise des moments.
• Implication de la stabilité, en particulier dans les régions dominées par les séismes et le vent.
• Vulnérabilité à un effondrement disproportionné si les joints sont semi-rigides et qu'une classification erronée en tant que joints rigides ou goupillés peut vous faire manquer un chemin de charge alternatif potentiel.
• Vibrations et réponse dynamique trompeuses si les joints sont modélisés comme parfaitement rigides ou chevillés alors qu'en réalité ils sont semi-rigides ; la fréquence naturelle de la structure est alors mal prédite.
• Prévision inexacte ou peu prudente de la résistance au feu si la structure est conçue comme rigide alors que la plupart des assemblages perdent leur rigidité et leur résistance plus rapidement que les éléments en cas d'incendie.
• Et la liste est encore longue...

En bref, l'hypothèse de modélisation doit être cohérente avec la connexion fournie ; sinon, vous risquez la non-conformité. L'absence de classification de la rigidité des assemblages peut se répercuter sur la stabilité et la durabilité des performances.

L'Eurocode et l'AISC fournissent des cadres pour catégoriser la rigidité des joints, mais leur mise en œuvre dans la pratique réelle de la conception nécessite plus que de la théorie.

Comment les normes classifient la rigidité des assemblages

L'Eurocode (EN 1993-1-8) et l'AISC (360) définissent trois types de connexions :

1. Rigides ou entièrement contraints
2. Semi-rigide ou partiellement contraint
3. Fixé ou simple

Dans l'Eurocode (EN 1993-1-8 Cl. 5.2.2), la classification est basée sur la rigidité initiale en rotation, Sj_,ini de la connexion par rapport à la rigidité de la poutre.

Où :

• Sj_,ini = Rigidité initiale en rotation de l'assemblage
• E = Module d'élasticité de Young
• _Ib = Longueur théorique de la poutre analysée
• _Lb = Portée de la poutre
• _E*Ib = Rigidité en flexion de la poutre analysée

Dans le commentaire B3.4 de l 'AISC 360-16, la classification est basée sur la rigidité sécante,_Ks , mesurée au niveau de la charge de service.

Où :

• _Ks = rigidité sécante mesurée au niveau de service
• E = module d'élasticité de Young
• I = Longueur théorique de la poutre analysée
• L = Portée de la poutre
• E*I = Rigidité en flexion de la poutre analysée

Bien que les valeurs de ces deux normes semblent différentes, ces chiffres sont dérivés de la courbe moment-rotation (M-θ), qui représente le degré de rotation d'une articulation sous l'effet d'un moment croissant.

Pour les évaluer avec précision, les ingénieurs doivent

• concevoir la géométrie de l'articulation (plaques, boulons, soudures),
• Simuler la courbe moment-rotation,
• la comparer aux seuils de chaque code,
• Décider ensuite si le joint est rigide, semi-rigide ou goupillé.

Ce processus, bien que conceptuellement simple, est fastidieux et sujet aux erreurs, à moins quevous nedisposiez de l'outil adéquat. C'est là qu'IDEA StatiCa intervient, en permettant aux ingénieurs de passer des hypothèses à une conception vérifiée et conforme au code.

Approche de la classification de la rigidité dans l'application de connexion

IDEA StatiCa utilise la même approche d'analyse de rigidité pour l'AISC et l'Eurocode, même si ces normes diffèrent dans la méthodologie, il utilise une classification de rigidité indépendante du code qui génère le comportement moment-rotation (M-θ) complet de la connexion, principalement pour des raisons de cohérence pratique et de calcul. Cette approche s'aligne non seulement sur les normes Eurocode et AISC, mais aussi sur la plupart des normes nationales dans le monde.

Des informations sur d'autres normes nationales peuvent également être trouvées dans les articles ci-dessous :

• Classification des joints selon l'Eurocode (EN)
• Classification des joints en acier selon la norme américaine (AISC)
• Classification des joints en acier selon la norme canadienne (CSA)
• Classification des joints selon la norme australienne (AS)
• Classification selon la rigidité pour la norme indienne (IS)
• Classification selon la rigidité pour le code de Hong Kong (HKG)
• Classification des joints selon la norme chinoise (GB)
• Classification des articulations selon les normes russes (SP)

Comment se fait la classification des articulations dans IDEA StatiCa ?

Vous pouvez effectuer une analyse de rigidité dans l'application IDEA StatiCa Connection. Pour un flux de travail beaucoup plus rapide, vous pouvez utiliser vos modèles FEA ou CAD globaux pour exporter vos connexions via BIM Link. Ou essayez l'un de nos tutoriels disponibles.

Pour effectuer une analyse de rigidité, vous devez sélectionner dans la liste déroulante le type d'analyse dans l'application de connexion à la rigidité.

Après avoir effectué l'analyse, vous obtiendrez les résultats de la classification de vos joints qui peuvent être rigides, semi-rigides ou goupillés.

Et surtout, tous les paramètres importants sont affichés dans un tableau pour faciliter l'interprétation.

Vous pouvez ensuite utiliser la rigidité rotationnelle pour l'introduire dans votre modèle analytique FEA global. Votre modèle est ainsi aligné sur le comportement réel de la structure.

Conclusion

L'application IDEA StatiCa Connection rationalise le processus de classification de la rigidité, attribue automatiquement une classe de rigidité et extrait des paramètres précis de rigidité rotationnelle. En intégrant ces paramètres dans vos modèles analytiques FEA globaux, vous alignez votre conception sur le comportement structurel réel des joints, ce qui garantit une distribution des charges plus précise, des prévisions de déformation réalistes et des contrôles de sécurité fiables. Vous évitez ainsi les hypothèses dangereuses et éliminez les surconceptions inutiles, ce qui vous permet d'obtenir des structures à la fois sûres et économiques.