Assemblages renforcés par raidisseur de platine

Deux séries d’essais, sous chargement cyclique, d’assemblages poteau-poutre par platines d’about raidies, attachées au poteau par quatre rangées de boulons, sont réalisés dans le but de montrer l’influence du renforcement par des raidisseurs de platine sur le comportement [Ghobarah 1990, Korol 1990, Ghobarah 1992]. Au total, onze assemblages ont été testés. Les auteurs ont conclu que les assemblages avec raidisseurs de platines d’about présentaient un meilleur comportement par rapport aux assemblages non raidies en particulier en terme de moment résistant dans les régions où l'intensité sismique est élevée. De même, pour un assemblage avec platine d’about non raidie de résistance égal à MP, l’ajout d’un raidisseur de platine d’about raidie permet d’avoir un moment résistant supérieur ou égal à 1,3 Mp, où Mp est le moment plastique de la poutre à condition que la zone comprimée ne limite pas la résistance de l'assemblage. Ces raidisseurs peuvent limiter les déformations de la platine d'about dans la partie débordante et empêcher la concentration des contraintes dans la platine d'about, au niveau de la semelle tendue de la poutre. Ils ont également recommandé l'utilisation de poteaux raidis pour éviter les ruines en zone comprimée.

Trois groupes d’assemblages poteau-poutre et poutre-poutre par platine d’about raidie boulonnée par huit rangées de boulons sous chargement monotone ont été examinés par Mazroi [Mazroi 1990]. Les spécimens dans un groupe concernent seulement des assemblages poteau-poutre de rive (configuration unilatérale). Les spécimens dans les deux autres groupes concernent des assemblages poteau-poutre de configuration bilatérale et des assemblages poutre-poutre (Figure I-25). Certains assemblages ont été renforcés par raidisseurs dans les zones tendues et comprimées du poteau et d'autres ont eu des raidisseurs seulement dans la zone comprimée du poteau. La platine d’about a la même largeur que la semelle de la poutre

pour tous les essais. Ces essais ont confirmé que le raidisseur dans la zone tendue améliore la

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Figure I-25 : Mesure de la séparation des platines d’abouts [Mazroi 1990]

Trois essais sur assemblages par platines d'about débordantes boulonnées par quatre rangées de boulons ont été réalisés [Tsai 1990]. Les auteurs ont précisé que le renforcement des assemblages par raidisseurs de platine d’about et l’utilisation de boulons plus résistants peut améliorer de manière significative le comportement de ces assemblages sous chargement cyclique en augmentant leur capacité de résistance plastique et en diminuant l'effort de levier. Les auteurs ont constaté que le procédé de dimensionnement, des assemblages de platine d’about soumis au chargement monotone, proposé par le règlement américain (AISC 1986) était satisfaisant bien que dans certains cas des ruine d’assemblage par ruptures de boulons se soient produites. Ils ont donc proposé de conserver les règles existantes mais d’augmenter le diamètre des boulons par un facteur de 1,6.

Six essais d’assemblages poteau-poutre avec platine d’about débordante raidie boulonnée par quatre rangés de boulons sous chargement statique et cyclique ont été testés par Seradj [Seradj 1997]. Dans cette étude, pour tous les spécimens, seule l'épaisseur de la platine d’about a été changée, alors que les autres dimensions géométriques ont été maintenues constantes. Les détails de la platine d’about testée sont présentés à la figure I-26. Il convient de noter que la platine d’about est plus large que la poutre. Il a été constaté que ce type d’assemblage pourrait agir en tant qu’assemblage entièrement rigide ou semi-rigide dépendant principalement de l’épaisseur de la platine d’about et du diamètre des boulons. Les platines minces favorisent le comportement semi-rigide. Par conséquent, il est possible de concevoir un assemblage qui possède une ductilité suffisante en choisissant une platine d’about relativement mince et des boulons de plus grands diamètres.

Figure I-26 : Détail de la platine d’about testée [Seradj 1997]

bb

tp

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Une recherche expérimentale sur 15 assemblages par platine d’about subissant une charge cyclique est effectuée [Adey 2000] afin d’évaluer l’importance de certains paramètres de conception. Les paramètres sous investigation sont les dimensions de la poutre, la configuration de l’emplacement des boulons, l’épaisseur de la platine d’about, le processus de soudage et la préparation pour la soudure. Parmi les 15 spécimens, onze sont conçus de façon à favoriser la ruine au niveau de la platine d’about, alors que les quatre autres sont conçus afin d’atteindre la capacité du moment plastique de la poutre. Les auteurs ont conclu que l’utilisation des raidisseurs de platine d’about augmente le moment résistant de l’assemblage, la capacité de rotation aussi bien que la capacité de dissipation d'énergie. Une augmentation de l’épaisseur de la platine d’about permet une augmentation du moment résistant de l’assemblage. En outre, la flexion des boulons est observée sur tous les spécimens testés.

Une série de huit spécimens d’assemblages par platine d’about débordante boulonnée a été examinée sous chargements cycliques [Shi 2007a, Shi 2007b]. La figure I-27 montre le dispositif d'essai utilisé par les auteurs. Les paramètres étudiés étaient l’épaisseur de la platine d’about, le diamètre des boulons, le renfort de la platine d’about débordante, le renfort du poteau, le type de platine d’about débordante ou non et l'effet du cisaillement du panneau d'âme du poteau (Figure I-27). Les résultats indiquent que les assemblages avec platine d’about débordante présentent une plus grande rigidité, une plus grande ductilité et une grande capacité de dissipation d'énergie. Ce type d’assemblage présente une alternative de conception sous sollicitation sismique. Les auteurs ont conclu que les assemblages par platine d’about, sans raidisseurs de poteau, ont montré des caractéristiques mécaniques plus faibles que celles des assemblages renforcés. Ainsi l'utilisation des raidisseurs de poteau dans les assemblages est recommandée de point de vue conception sismique. L'utilisation de platines d'about débordantes et raidies peut augmenter le moment résistant de l'assemblage, sa capacité de rotation et sa capacité de dissipation d'énergie. Ces raidisseurs peuvent empêcher que la déformation inélastique soit concentrée dans les racines de la prolongation de la platine d’about et transformer le mode de déformation de la platine d’about débordante d’une flexion uni-axiale à une flexion bi-axiale ce qui minimiserait ses déformations (Figure I-28). Un modèle analytique, validé par des résultats expérimentaux, décrivant le comportement moment-rotation de ce type d’assemblage a été proposé par les auteurs.

Figure I-27 : Essai d'assemblage par platine d’about raidie [Shi 2007]

Raidisseur Poutre Raidisseur de platine Raidisseurs Support rigide Poteau Vérin Capteur de force Platine d’about

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Figure I-28: Déformées des assemblages testés

Des recommandations sur le dimensionnement des raidisseurs de platine d’about sont proposées dans le document AISC [AISC 2005]. Elles considèrent que le raidisseur qui renforce la platine d’about agit comme une partie continue de l’âme de la poutre qui permet de transférer une partie de la force de traction de la semelle de la poutre vers la platine d’about et puis aux boulons de l'assemblage. Pour assurer un transfert favorable de la charge, des détails de la géométrie du raidisseur de la platine d’about est à prendre en considération. La figure I-29 illustre la disposition recommandée de la géométrie du renfort de la platine d’about.

Figure I-29 : Géométrie des raidisseurs de platine d’about boulonnée

 La longueur minimum de renfort est:   30 tan st st h L (Eq. I-2) Avec :

Lst : Dimension du raidisseur soudé sur la semelle de la poutre ;

hst : Dimension du raidisseur soudé sur la platine.

25 mm

25 mm

hst

46  L’épaisseur du renfort est :

         ys yb wb st f f t t (Eq. I-3) Avec : wb

t : Epaisseur de l’âme de la poutre ;

yb

f : Limite élastique de la poutre ;

ys

f : Limite élastique du raidisseur.

 Pour faciliter la soudure du renfort, les raidisseurs au niveau de la semelle de la poutre et au niveau externe de la platine d’about devraient être aplatis approximativement de 25 mm.

 Les raidisseurs devraient être coupés à l’intersection entre la semelle de la poutre et la platine d’about afin d’éviter la concentration des contraintes à ce niveau.

 Pour fournir un chemin cohérent de transfert de la charge dans l’assemblage, avec platine d’about raidie, le raidisseur de la platine doit avoir une limite d'élasticité plus importante que l’âme de la poutre. Cependant, lorsque les raidisseurs de la platine d’about ont les mêmes résistances que l’âme de la poutre, l'épaisseur des raidisseurs devrait être supérieure ou égale à l'épaisseur de l'âme de la poutre.

Aucune recommandation n’est donnée pour les dimensions limites (maximale et minimale) des raidisseurs de platine d’about.