Comportement dans le plan à température élevée

6.2.2.1 Etude d'éléments simples

Dans le cadre d'une recherche européenne financée par la CECA, Buckling Curves of Hot Rolled H Steel Sections Submitted to Fire, le programme SAFIR a été comparé à 4 autres programmes numériques ; CEFICOSS que nous avions développé pour la société ARBED [CA90], DIANA développé par l'Université de Delft et le TNO, SISMEF [ZH94] et LENAS- MT [KA90] écrits par deux auteurs différents au CTICM. Cinq cas ont été analysés sous températures croissantes ; le cadre de Lee [LE68], 2 colonnes métalliques soumises à compression centrée et 2 colonnes métalliques soumises à compression excentrée.

Certaines différences dans la manière de prendre en compte les contraintes résiduelles conduisent à des écarts entre les courbes charge-déplacement calculées par différents programmes. Ce point est discuté plus en détail dans la troisième thèse annexe.

En l'absence de contraintes résiduelles, ainsi que dans les cas où elles n'ont qu'un rôle mineur, les courbes charge-déplacement sont très proches les unes des autres [FR94].

En ce qui concerne la durée de résistance ou la température critique, la différence entre nos résultats et ceux des 4 autres programmes ne dépasse jamais 4 %. Ils ne sont ni plus sévères ni moins sévères systématiquement que ceux des autres programmes.

On pourrait envisager ici la simulation [de 16 essais sur colonnes métalliques réalisés à Bilbao], ou celle [de 76 essais sur colonnes en béton armé réalisés à Gand, Liège, Braunschweig et Ottawa]. Ces simulations seront en fait examinées en détail aux chapitres 10 et 11.

6.2.2.2 Etude d'un portique simple

Ce cas est cité ici pour mémoire. Il s'agit de l'étude d'un portique métallique à un niveau et une travée, testé à Cardington, Fire Research Station [CO87]. Le comportement de ce portique a été simulé sous diverses hypothèses, ce qui a permis de dégager d'intéressantes conclusions notamment sur le rôle protecteur joué par le béton de la dalle portée par la poutre,

même sans collaboration de ce béton à la reprise des efforts, et sur la sensibilité du mode de ruine, sway ou non sway, aux conditions d'appuis [FR95a].

Le calcul a été effectué, longtemps avant la date finale de publication des résultats, avec le programme CEFICOSS écrit dans le cadre de notre thèse de doctorat. Aucune mesure de la limite d'élasticité n'ayant été réalisée à l'époque de l'essai, on ne peut tirer de conclusion formelle sur le fait qu'une approche numérique puisse ou non donner une bonne estimation de la durée de résistance au feu. Il suffit en effet de choisir convenablement la limite élastique prise en compte dans les calculs pour obtenir le bon résultat.

Cette étude a néanmoins permis de vérifier que le mode de ruine obtenu par la simulation concorde bien avec celui qui a été observé lors de l'essai.

6.2.2.3 Etude d'un cadre à étages multiples

En Angleterre, un important programme expérimental a été mis sur pied par le Building Research Establishment. A l'intérieur des immenses hangars de Cardington construits pour abriter les dirigeables de l'entre deux guerres, on a construit au bâtiment complet de huit niveaux, voir fig. 6.12. La structure est métallique avec des planchers collaborant en béton. La stabilité latérale est assurée par un système de contreventement. La photo de ce bâtiment est reprise en couverture du Journal of structural engineering de l'ASCE.

Une série de tests doit être réalisée sur ce bâtiment et une partie d'entre eux concerne le comportement à l'incendie.

Nous avons été invité à participer à certaines modélisations numériques menées au sein du groupe de scientifiques britanniques Steel in Fire Modeling Group afin de déterminer les charges à appliquer lors des essais. Deux scénari d'incendie ont été envisagés, le premier influençant les 4 colonnes et les 3 poutres du quatrième étage et le second s'appliquant au septième étage. Pour chaque scénario, 4 niveaux de chargement différents ont été pris en compte. Les conditions expérimentales ont été choisies de manière à n'influencer qu'un seul des cadres principaux à 8 niveaux et 3 travées.

La tableau 6.3 montre les températures critiques obtenues par le programme SAFIR, par le programme NARR2 de El Rimawi à l'Université de Loughborough, par le programme 3DFIRE de Najar à l'Université de Sheffield, par le programme FAUST de Ragupathy à la City University de Londres et par le programme écrit par Wang au B.R.E. Il faut signaler que la plupart de ces programmes ne peuvent pas déterminer la distribution des températures au sein de la structure. Les simulations ont donc été menées sur base d'une distribution des températures conventionnelle et relativement simple. La température critique se rapporte à la température dans les semelles inférieures des poutres. La température en d'autres points du portique est supposée n'être qu'une fraction de cette température maximum. On suppose encore que cette fraction ne varie pas au cours du temps. La comparaison ne porte donc que

sur la simulation du comportement mécanique, étant donné que le champ thermique est imposé et le même pour tous.

Fig. 6.12 : Cadre plan de Cardington

Niveau 4 7 Taux de chargement 1 1.33 1.78 2.22 1 1.33 1.78 2.22 El-Rimawi 700 - 681 659 800 - 750 661 Franssen 697 691 681 670 744 725 697 681 Najjar 717 708 653 614 760 712 664 575 Ragupathy 696 689 681 672 740 719 696 681 Wang 782 767 731 683 751 703 697 682

La figure 6.13a reprend les résultats obtenus pour le 4e étage et la figure 6.13b ceux obtenus pour le 7e étage.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 550 600 650 700 750 800 850 Température critique [°C] Taux de chargement El-Rimawi Franssen Najjar Ragupathy Wang Etage 4 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 550 600 650 700 750 800 850 Température critique [°C] Taux de chargement El-Rimawi Franssen Najjar Ragupathy Wang Etage 7