Partie 1 Daniel BITAR · PRESENTATION • INTRODUCTION • ... Essai TH1 TH2 TH3 TM1 TM2 TL1....

Conception - dimensionnement

Conception - calcul - économie

Pierre CORFDIRCETE de l’Est

Partie 1Daniel BITARCTICM

Partie 2Aude PETELSETRA

Partie 3

Damien CHAMPENOY

Constructions métalliques et mixtes - 7 et 8 décembre 2010 1

Daniel BITARCTICM

Partie 1


Ponts métalliques et mixtes – Justifications expérimentales et théoriques de l’utilisation des poutres hybrides

PRESENTATION

• INTRODUCTION

• ETUDES EXPERIMENTALES

• ANALYSE NUMERIQUE

• RECOMMANDATIONS


INTRODUCTION

850x60

850x60

2340x19

SECTION HOMOGENE ACIER S460

850x60 / S460

850x60 / S460

2340x20 / S355 SECTION HYBRIDE ACIER S355/S460

850x80

850x80 2340x20

SECTION HOMOGENEACIER S355


Plastification à la jonction âme-semelle

Déformation

Contrainte

fyw

0,2%

Pe +

Pe -

∆ε∆ε∆ε∆εP

Bauschinger

Hauteur Plastifiée

fyf Hp

εσ

fyw

ElastiqueParfaitement plastique

fyf S355

S460

σσσσâme


Ruine par cumul de déformations plastiques et par fatigue en présence de la plastification

RESISTANCE : EN 1993-1-5 & EN 1993-2Sections Hybrides - OUI

FATIGUE : Informations incomplètes

∆σf

fyw


± P ∆σ < 1,5 fy ∆τ < 1,5 fy / 3

fy ?

ETUDES EXPERIMENTALES

Soudure longitudinale

Attache transversale


ATTACHE TRANSVERSALE

P = Pm ± 200 kN

Détail testé Soudure d’angle a = 5 mm

5500

2500 2500

Maintien latéral

Raidisseurs 2 Plates 70×12 – S235

Semelles 180×15 - S460

âme 670×8 S235

GTS


Chargement et étendue de contraintes

fyf

Hp

fyw

fyf

t

TH1,TH2 & TH3

TM1 &TM2

TL1

σf

fyw

TL: 0TM: 60TH: 105Hp (mm)

fyf

Contrainte normale

TH1 TH2 TH3

TM1TM2

TL1

Charge

fyw


Histogramme de chargement

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 50 100 150 200 250

Cha

rge

(kN

)

Pu = 913 kNPmax = 880 kN

Pmin = 680 kN

S1

S2 S3 S4 S5 S6 S7S8

3.68

1

3.23

7

1.47

2

1.08

9

0.01

5

Fatigue cycling Start

Nb of cycles (millions)

∆=

0.44

4

∆ cycles (millions)

∆=

1.76

5

∆=0

.383

∆=

1.07

4

∆=

0.01

5


flangeflangeflangewebwebwebFissure traversante3.84.13.83.83.75.5Ns (Fin) (×106 cycles)2.02.32.02.13.24.5Ni (détection) (×106 cycles)060105Hp (mm)

0,561,01,25Ratio (σf/fyw)350620780Pm (kN)450720880Pmax (kN)250520680Pmin (kN)

TL1TM2TM1TH3TH2TH1ESSAI

RESULTATS


σf


200

400

600

800

1000

0 4 6 2 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 flèche (mm)

P

0

char

ge (k

N)

Charge ultime après la phase de fatigue (fissure)

898898898898898898Pu selon EC3(section de Classe 3, dimensions mesurées, γγγγM0= 1.0)

920913930—914920Pu.exp (kN)TL1TM2TM1TH3TH2TH1Essai


FATIGUE

100 200

1.E+06 1.E+07

∆σ (M

Pa)

80 5 % 50 %

1.E+05

Detail Cat. 80

TH1 Test

TH2 Test

TM1 Test

TM2 Test

TL1 Test

TH3 Test N (Cycles)

Résultats d’essais en fonction de la courbe S-N pour l’attache transversale


Résistance à la fatigue des soudures longitudinalesDans les poutres hybrides

Soudure longitudinale

P = Pm ±500 kN

2300

900 900

sem :200×15 - S460 âme : 320×12 - S235

Maintien Latéral 2 mm de défaut pour l’essai

TGAP Soudure d’angle a = 4 mm


Chargement et mesures

Côté semelle tendue

Application de la charge transversale

500

P = 400 kN

a=4mm a=6mm

100

Défaut Nominal = 2 mm×12 mm

35 70

C1

défaut

Section au droit de la charge

C2

J11,12

J1,2 J5,6 J7,8

J3,4 J9,10

Mesures

Défaut mesuré1 mm× 7 mm

2-1) PATCH LOADING PHASE


2-1) RESULTS FOR PATCH LOADING PHASE

Contrainte Verticale “hyper-elastique” dans l’âme (MPa)

0

400 C

harg

e (k

N) 300

200

100

-200 -400 -600 -800

fyw = 303 MPa

TGAP TNOGAP

0.5

Raccourcissement de l’âme (mm)

0.4 0.3 0.2 0.10

TGAP

TNOGAP

0

0

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1200

0 50 100 150 200 250 300

Cha

rge

(kN

)

1100 kN

100 kN

Phase de fatigue


Semelle tendue

COMPARAISON

ESSAIS – HybrideHp = 42 mm (mi-portée)

234 000 cycles - TGAP143 000 cycles - TNOGAP

CALCUL – Section homogène

Nττττ = 71 000 cycles (Cisaillement dans les soudures)


Chargement à la ruine en présence de fissures

4 2 6 8 10 12 14 16 18 0

1200

1000 800 600

400

200

0

Flèche à mi-portée (mm) C

harg

e (k

N)

Début de cyclage Fissures traversantes

TNOGAP

Semelle

Jonction

Pu Essai = 1 130 kN

Pu Calcul = 1 225 kN


Stabilisation du comportement hystérétiqueD’une barre sous flexion alternée.

TOC (Essai Oligo-cyclique)

Sem. 200x15 S460 âme 320x12 S235

±±±± PMaintien Latéral

5500

5000

Axe

± P ∆σ < 1,5 fy ∆τ < 1,5 fy / 3

fy ?


± P

5500 5000

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Cha

rge

(kN

)

PHASE A PHASE B PHASE C FAILUREINIT

HISTOGRAMME DE CHARGEMENT

Steps

+340 kN

-340 kN

+400 kN

-400 kN

+440 kN

-450 kN -485 kN

C-2.08B-1.89A-1.61∆σ∆σ∆σ∆σf/fyf


400

Flèche à mi-portée (mm) Contrainte "hyper-elastique"à la jonction âme-semelle(MPa)

char

ge (k

N)

60 -20 40 -40 20 0

Phase C et ruine 200

0

-400

-200

0 1000 -1000 -2500

Cha

rge

(kN

)

-400

200

-200

400

0

0 -10 -20 -30 10 20 30 0 300 -300

Phase B

NON4.073.722.081.907±±±±440COui3.703.391.891.7310±±±±400BOui3.152.881.611.4715±±±±340A

∆σ∆σ∆σ∆σf/fyw∆σ∆σ∆σ∆σw/fyw∆σ∆σ∆σ∆σf/fyf∆σ∆σ∆σ∆σw/fyf

Stablefyw (= 235 MPa)fyf (= 460 MPa)Nbcycles

P (kN)Phase


Propagation des fissuresLiquide nitrogène à –200°c


MODELISATION ET ANALYSE PAR EF – CODE BEASY

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000

Nombre de cycles N

Progression de la fissure a [mm]

BEASY ½ poutre

BEASY détail isoléEssai

CalculCalcul, essai 1

Calcul, essai 2


LIMITE : fyf/fyw ≤≤≤≤ 2.

ELU

RECOMMANDATIONS

- fyf est à utiliser - Classification et Section efficace de l’âme;

ELS

- Classes 3 et 4, la variation de l’a.n.e peut être négligée;

- Cisaillement, Voilement, Interaction idem sections homogènes,

- Effet de la plastification à la jonction peut être négligé pour le calcul des flèches dans les ponts métalliques et mixtes à petites et moyennes portées.


- Les courbes S-N et les catégories de détail pour les poutres à sections homogènes peuvent être utilisées pour les sections hybrides

Les soudures âme-semelle peuvent être réalisées en se basant sur l’acier de l’âme

- Contraintes dans le domaine élastique pour la semelle

- Etendues < 1,5 fyf/γγγγMf pour les contraintes normales< 1,5 x0,577 fyw/ γγγγMf pour le cisaillement

- Etendues à calculer par un calcul élastique en négligeant la plastification à la jonction mais avec prise en compte du traînage de cisaillement et de la fissuration du béton dans les ponts mixtes acier-béton

FATIGUE

FABRICATION

Partie 1 Daniel BITAR · PRESENTATION • INTRODUCTION • ... Essai TH1 TH2 TH3 TM1 TM2 TL1....

Documents

Transcript of Partie 1 Daniel BITAR · PRESENTATION • INTRODUCTION • ... Essai TH1 TH2 TH3 TM1 TM2 TL1....