CHAPITRE 3 MODÉLISATION NUMÉRIQUE ET MODES DE RUPTURE
3.5 Justification de la forme du fusible
Bien que la forme du fusible proposé en introduction ait montré des performances inadéquates au paragraphe 3.1.2 lorsqu’il est utilisé sans confinement, celle-ci a été conservée lors de l’ajout du système de retenue dans la partie 3.2. Rappelons que le choix de cette forme avait été fait avec objectif de minimiser l’impact du fusible sur la rigidité en flexion de la diagonale et, conséquemment, sa résistance en compression. Toutefois, ce choix aurait bien pu être mis en défaut par les faiblesses précédemment soulignées, d'autant que les découpes centrales à effectuer pour former la section réduite ne sont pas nécessairement simples à réaliser. Une réduction de section par le bord des semelles aurait ainsi pu être préférée, semblable à ce qui est fait pour les assemblages poutre-poteau de type « poutre à section réduite » (reduced beam section). Dans ce cas, les découpes sont simplifiées et aucun segment susceptible de voiler n’est formé. Ce paragraphe propose donc une brève discussion de l’opportunité de modifier la géométrie de la section réduite, en se basant sur une analyse par éléments finis ainsi que sur les modes de rupture rencontrés précédemment.
La section alternative est illustrée sur la figure 3-27. La diagonale munie de ce fusible a été analysée sans confinement, et l’aspect visuel au cours de l’analyse est présenté à la figure 3-27. Celui-ci confirme le comportement attendu qui voit un mécanisme à quatre rotules se former au niveau des fusibles et des goussets, sans rotule à mi-portée. En effet, la réduction des semelles à partir des bords réduit fortement la rigidité et la résistance flexionnelle du profilé selon l’axe faible.
Le fusible à découpe centrale (FDC) proposé par le groupe Canam qui est étudié au paragraphe 3.1.2 ne pouvait se comporter comme le prévoit la théorie pour une section pleine du fait du voilement local des parties de semelles non supportées. Dans le cas d’un fusible avec découpe des bords des semelles (FDB), le voilement local étant écarté, il est attendu que les calculs théoriques puissent mieux appréhender le comportement de la diagonale. Ainsi, on peut prévoir qualitativement que la réduction locale de la rigidité flexionnelle entraine une réduction de la charge critique de flambement, et donc une capacité réduite en compression. Cette dernière pourrait être estimée en fonction de la réduction en adaptant les équations (2.3) et (2.4) pour qu’elles tiennent compte de la position du fusible le long de la diagonale.
a) b)
Figure 3-27: Forme alternative de la section réduite a) vue globale de la diagonale b) découpe des semelles
a) b)
Figure 3-28: Aspect visuel de la diagonale munie du fusible alternatif a) première phase de compression b) phase de tension suivante
La tendance se confirme sur le graphique de la figure 3-29 alors que la capacité en compression de la diagonale avec FDB non retenu est réduite de 18 % par rapport à la diagonale avec FDC non confiné (3356 kN vs. 4110 kN) et de 23 % par rapport à la diagonale sans fusible (Cu = 4364 kN). Pour cette diagonale, la résistance post-flambement semble aussi plus fortement
affectée par la présence des fusibles de type FDB non confinés. On remarque que les capacités maximales en tension sont similaires dans les deux cas, de l’ordre de 5400 kN, soit une réduction de 27 % par rapport à la diagonale classique. De plus, chacun des fusibles a connu un écrouissage important durant la phase de compression précédente, par la rotation excessive de la rotule formée pour la diagonale avec FDB, et lors du voilement local des segments pour la diagonale
avec FDC. La ductilité de la diagonale avec FDB est quelque peu améliorée par rapport au FDC avec une striction apparaissant vers 70 mm d’élongation (56 mm pour le FDC), et la chute de résistance est moins brutale lors de la dernière excursion en tension. Ceci peut être expliqué par le fait que la section du FDB soit d’un seul tenant, et que sa forme est peu propice à l’apparition d’un voilement local. Nous avons observé que dans le cas du FDC, ce phénomène entamait grandement la réserve de ductilité du fusible durant les phases de compression.
Le fusible alternatif ainsi formé réduit donc la capacité en tension, mais affecte la capacité en compression dans les mêmes proportions. Ce bilan va à l’encontre de l’objectif même de la mise en place du fusible qui vise la conservation de la capacité en compression.
Figure 3-29: Réponse cyclique de la diagonale munie du fusible alternatif
La viabilité du FDB dépend de la limitation de la perte de capacité en compression. Pour ce faire, il serait possible de retrouver la rigidité flexionnelle originale en reprenant le moment fléchissant au moyen de pièces périphériques ajoutées à la zone du fusible. À l’image de ce qui a été fait pour le FDC, ce système pourrait être constitué de deux profilés en C placés de part et d’autre de l’âme. Du fait qu’il n’y ait pas de segments d’aile susceptible de voiler, il n’est pas nécessaire de supporter les semelles sur leur face extérieure. Toutefois, dans le cas du fusible à découpe centrale, lorsque les segments sont supportés de sorte que le voilement local est empêché, les
segments de semelles peuvent reprendre une bonne partie du moment imposé selon l’axe faible avec un bras de levier avantageux du fait de leur distance relative. Ce n’est pas le cas pour la section du fusible alternatif FDB dont le métal est concentré proche de l’axe neutre. La majeure partie du moment doit ainsi être repris par le système de retenue pour éviter l’amorce d’une rotation locale, ce qui requiert un système de retenue parfaitement ajusté et très rigide. Un effet de levier plus important est alors susceptible d’apparaître entre les deux raidisseurs, qu’il serait souhaitable de maintenir fermement ensemble pour limiter leur ouverture élastique lorsque la flexion les sollicite.
Ainsi, dans le cas du FDB, il conviendrait également de boulonner les deux profilés en C à travers l’âme. La simplicité du raidisseur présenterait toutefois deux inconvénients. Premièrement, l’épaisseur requise pourrait devenir trop importante pour permettre le formage des pièces à froid, ce qui nécessiterait des pièces assemblées. Par ailleurs, la rigidité élevée nécessaire à maintenir les profilés en C contre l’âme exigerait probablement un serrage des boulons, donc une friction qui abaisserait le gain, ou nécessiterait un matériau de désolidarisation coûteux. A la lumière de ces considérations, il a été décidé de conserver le fusible initial avec découpe au centre des semelles (jonctions âme-semelles) pour les prochaines phases du projet. D’après les analyses présentées dans ce chapitre, il paraissait possible de former un système de retenue simple dont l’épaisseur des plaques et l’encombrement une fois mis en place resteraient raisonnables. C’est donc pour ce fusible qu’a été développée la méthode de calcul du chapitre 4. Le fusible alternatif avec découpe des bords des semelles reste néanmoins une piste ouverte dans le cas ou un système de confinement efficace venait à être mis au point.