1. Généralités
2. Bases théoriques
3. Classification des assemblages
4. Les assemblages boulonnés
5. Les assemblages soudés
1. Généralités
Rôle d'un assemblage
_ Un assemblage est
un dispositif permettant de solidariser plusieurs pièces entre elles.
_ Il assure la
transmission et la répartition des diverses sollicitations entre les pièces.
L'assemblage peut être entre pièces réunies :
- bout à bout (Raboutages, éclissages) ;
- concourantes (Attaches poutre/poteau,
treillis et systèmes réticulés).
Assemblage
entre deux éléments
Poutre-poutre
Fonctionnement des assemblages
_ Les principaux modes d'assemblage sont :
- le
boulonnage,
- le
soudage,
- le rivetage,
- le collage.
_ Ils correspondent à deux types de fonctionnement distincts :
obstacle ou adhérence (frottement) des surfaces des pièces en contact.
_ Obstacle : boulons ordinaires, non précontraints dont les tiges
fonctionnent en cisaillement.
_ Adhérence : soudage, boulonnage par boulons HR (Haute Résistance),
collage.
_ Mixte : rivetage et cas extrêmes du boulonnage HR (Avant un
certain seuil, la transmission se fait par adhérence, et au-delà la
transmission s'opère par obstacle et travail en cisaillement)
Précautions constructives
_ Les assemblages
constituent des zones plus fragiles que les zones courantes des pièces. Il y a
concentration des contraintes à cause des sections réduites par perçage ou par
la chauffe du soudage.
_ Les assemblages
sont soumis à des charges qui changent de signe, ils peuvent subir le phénomène
de fatigue.
_ Les anciens disaient
: "Une charpente sous-dimensionnée, mais
correctement assemblée est préférable à une charpente correctement
dimensionnée, mais mal assemblée". Dans le
premier cas, on peut observer une déformation plastique prémonitoire, mais pas
dans le deuxième cas où la rupture est brutale.
_ Un assemblage
correctement dimensionné ne doit pas en outre créer d'effort parasite.
2. Bases théoriques
_ Pour tout
assemblage, une loi Moment-Rotation peut être associée. Cette loi décrit la
relation entre le moment fléchissant appliquer et la rotation relative entre
les éléments assemblés ΦEd.
_ Les courbes
correspondent généralement à des modèles non linéaires. Cependant, ces lois
peuvent être approchées par des modèles linéaires basés sur des analyses
globales simplifiées.
_ Chaque assemblage
présente une courbe Moment-Rotation qui lui est propre.
Cette courbe est utilisée pour classer
l'assemblage dans une catégorie donnée, ce qui permet d'identifier le type
d’analyse de la structure à réaliser :
- Analyse
globale élastique: cette analyse nécessite un classement des assemblages
en fonction de leur rigidité en rotation;
- Analyse
globale rigide-plastique: cette analyse nécessite un
classement des assemblages en fonction de leur résistance et de leur capacité
de rotation ductile;
- Analyse
globale élasto-plastique : cette analyse nécessite un
classement des assemblages en fonction de leur rigidité mais également de leur
résistance.
_ Les différentes
analyses possibles impliquent la classification des assemblages en fonction de
:
- La rigidité
flexionnelle « Moment nécessaire pour produire une rotation
unitaire dans un assemblage ». Elle conditionne les flèches, les déplacements
relatifs de la structure et la reprise des efforts. Un assemblage à faible
rigidité flexionnelle n’est pas en mesure de reprendre un moment de flexion
important et sera considéré « rotulé ».
- La résistance ou
capacité à reprendre les efforts appliqués. Elle peut être déterminée par la
méthode des composantes (EC3 1.8) dont le concept est basé sur une
décomposition de l’assemblage, l'étude du comportement de chaque composante
avant de les regrouper.
- La capacité de
rotation «Rotation maximale pouvant subir l’assemblage
sans que son moment devienne inférieur au moment résistant de calcul». Les
assemblages à comportement ductile sont capables de développer des déformations
importantes et contribuent à la sécurité d'une structure surchargée.
_ En réalité, les
assemblages sont semi-articulés ou semi-encastrés.
Mais, on simplifie le schéma de calcul en
distinguant les assemblages :
- articulés qui transmettent uniquement les
efforts (N et V) ;
- rigides qui transmettent en plus les moments
;
- semi-rigides qui transmettent partiellement
les moments.
_ Le critère
permettant de choisir un schéma ou bien l'autre s'appuie sur la flexibilité
initiale à proximité du nœud d'assemblage.
3. Classification des assemblages
Capacité de rotation
L’Eurocode 3 stipule par exemple que dans un
assemblage par platine d’extrémité boulonnée, la capacité de rotation est
suffisante
4. Les assemblages boulonnés
Boulons obstacles : boulons cisaillés
Les boulons doivent s'opposer au glissement des
2 pièces
Les pièces travaillent en traction
Le boulon est cisaillé.
Il y a glissement plan sur plan de l'âme et du
couvre joint.
Les boulons s'opposent à la translation des 2
profils.
Le boulon est cisaillé.
L'effort est perpendiculaire à l'axe des
boulons, les boulons sont cisaillés
Le boulon joue le rôle de butée. Il exerce une
réaction sur les pièces assemblées : pression diamétrale.
Boulons obstacles : boulons tendus
Résistance en traction du boulon (Ft.Rd):
Soit As la section la plus faible du boulon (
suivant les cas, section résistante ou section à fond de filet). L’effort de
traction résistant est de As fub. Après de nombreux essais, cette valeur est
minorée par un coefficient 0.9 et on applique un coefficient de sécurité sur
l’acier.
Boulons précontraints
Mise en oeuvre de la force de précontrainte
:
Le serrage des boulons précontraints est une
opération délicate sur le chantier.
En effet un excès de précontrainte peut
s’avérer aussi préjudiciable qu’un manque de précontrainte. Trois méthodes sont
actuellement utilisées :
• Le contrôle du couple de serrage, la relation
entre le couple de serrage C et
l’effort de précontrainte est: C = 0.9KdP, avec
K coefficient de frottement vis écrou au niveau du filet (valeur moyenne 0.2),
d diamètre du boulon, P effort de précontrainte.
• La méthode du tour d’écrou, un premier
pré-serrage est fait à la clef dynamométrique
(40 ou 60% par exemple). Puis le serrage sera
terminé par une clef manuelle en appliquant une rotation de l’écrou d’un angle
bien défini
(60°, 90°ou 120°).
• L’utilisation de rondelles de mesures, elle
consiste à utiliser des rondelles avec des bossages. Les bossages de l’écrou se
déforment lors du serrage de l’écrou.
L’évaluation du serrage se fait par la mesure
du jeu après écrasement.
L’état de surface des pièces en contact
La transmission d’un effort perpendiculaire à
l’axe du boulon repose sur le frottement à l’interface des pièces. L’état de
surface des pièces en contact est donc un paramètre fondamental.
L’effort transmis peut varier de 1 à 2.5 en
fonction de l’état de surface, donc du type de traitement de surface des
pièces. Seuls quatre types de traitement de surface ont été retenus, qualifiés
et quantifiés réglementairement.
La forme et la dimension des trous
Les boulons sont toujours montés avec un jeu.
Plus le jeu est grand, plus la surface de frottement est faible donc plus la
résistance de l’assemblage est faible.
Un coefficient de forme sera donc introduit
réglementairement pour quantifier cette influence dans le calcul de la
résistance de l’assemblage
5. Les assemblages soudés
Le soudage est un procédé qui permet
d'assembler des pièces par liaison intime de la matière, obtenue par fusion ou
plastification.
Le soudage implique :
- l'existence d'une source de chaleur
(électrique, chimique, mécanique)
- la soudabilité du matériau
Le soudage admet les avantages suivants :
- continuité de la matière
- dispense de pièces secondaires
- moindre encombrement
- esthétique
Le soudage admet les inconvénients suivants :
- contrôle onéreux des soudures
- déformations dans les pièces
- main d'œuvre qualifiée
- matériel spécifique
Les procédés de soudage
- Résistance électrique
- Friction
- Chalumeau oxyacétylénique
(3000°C)
- Laser
- Bombardement électronique
- Arc au plasma
- Arc électrique
- Electrode non fusible (TIG)
- Electrode fusible (MAG)
Calcul des cordons de soudure
Les soudures bout à bout ne se calculent pas.
On admet la continuité de la matière.
Mais il faut que l'épaisseur de la soudure soit
au moins égale à l'épaisseur de la plus faible des pièces assemblées et le
métal d'apport aussi résistant que le métal de base.
Les méthodes de calcul s'appliquent donc aux
soudures d'angle.
On note :
à l'épaisseur de la gorge la longueur utile du
cordon
N l'effort pondéré appliqué à chaque cordon,
supposé centré au milieu de la longueur du cordon
