Construction métallique
Notions fondamentales et méthodes de dimensionnement
Manfred A. Hirt, Rolf Bez et Alain Nussbaumer
Presses polytechniques et universitaires romandes
Avant-proposV
Avant-propos à la deuxième éditionVII
Table des matièresIX
Principes de base
1. Introduction1
1.1 Objectifs de l'ouvrage3
1.2 Structuration et contenu3
1.3 Documents de référence4
1.4 Conventions5
1.4.1 Terminologie et typographie5
1.4.2 Axes5
1.4.3 Notations et signes6
1.4.4 Unités6
1.5 Historique de la construction métallique7
1.6 Concept de dimensionnement7
1.6.1 Principes7
1.6.2 Sécurité structurale8
1.6.3 Aptitude au service9
Références10
2. Principes de dimensionnement11
2.1 Introduction13
2.2 Etapes de la vie d'un ouvrage et documents d'organisation14
2.3 Elaboration du projet16
2.3.1 Convention d'utilisation16
2.3.2 Base du projet18
2.3.3 Conception21
2.3.4 Analyse structurale22
2.3.5 Dimensionnement23
2.4 Actions27
2.4.1 Approche probabiliste28
2.4.2 Approche avec des facteurs partiels31
2.4.3 Valeur de calcul32
2.4.4 Résumé des actions33
2.5 Analyse d'une structure métallique38
2.5.1 Modélisation de la structure38
2.5.2 Calcul des effets d'actions39
2.5.3 Calcul de la résistance42
2.6 Vérification de l'aptitude au service44
2.6.1 Principe de la vérification44
2.6.2 Cas de charge45
2.6.3 Calcul des déplacements46
2.6.4 Limites de service47
2.7 Vérification de la sécurité structurale49
2.7.1 Principe de la vérification49
2.7.2 Cas de charge50
2.7.3 Résistance ultime51
Références53
3. Matériaux55
3.1 Introduction57
3.2 Elaboration de l'acier et produits des aciéries58
3.2.1 Elaboration de l'acier58
3.2.2 Traitements thermiques et mécaniques61
3.2.3 Produits laminés à chaud62
3.2.4 Produits façonnés à froid66
3.2.5 Profilés tubulaires66
3.2.6 Imperfections des produits laminés67
3.2.7 Contraintes résiduelles69
3.3 Caractéristiques des matériaux de construction70
3.3.1 Acier de construction70
3.3.2 Aluminium74
3.3.3 Aciers d'armature et de précontrainte76
3.3.4 Béton77
3.4 Caractéristiques du matériau des moyens d'assemblage80
3.4.1 Rivets81
3.4.2 Boulons81
3.4.3 Soudures82
3.4.4 Eléments de connexion acier-béton83
3.4.5 Autres moyens d'assemblage84
Références85
Dimensionnement d'éléments
4. Résistance en section87
4.1 Introduction89
4.2 Résistance à un effort normal90
4.3 Résistance à un moment de flexion93
4.3.1 Flexion simple93
4.3.2 Flexion d'une section monosymétrique96
4.3.3 Flexion d'une section hybride99
4.3.4 Flexion gauche100
4.4 Résistance à un effort tranchant105
4.5 Résistance à un moment de torsion107
4.5.1 Modes de résistance à la torsion108
4.5.2 Torsion uniforme109
4.5.3 Torsion non uniforme117
4.5.4 Torsion mixte123
4.6 Résistance sous interaction d'efforts125
4.6.1 Principes125
4.6.2 Moment de flexion et effort normal126
4.6.3 Moment de flexion et effort tranchant132
4.6.4 Effort normal et effort tranchant136
4.6.5 Moment de flexion, effort normal et effort tranchant138
4.6.6 Interaction avec un moment de torsion138
4.7 Section mixte acier-béton143
4.7.1 Définitions143
4.7.2 Principes144
4.7.3 Résistance à un effort normal148
4.7.4 Résistance à un moment de flexion153
4.7.5 Résistance à un effort tranchant166
4.7.6 Résistance sous interaction d'efforts166
Références167
5. Eléments fléchis169
5.1 Introduction171
5.2 Principes de dimensionnement172
5.2.1 Aptitude au service172
5.2.2 Sécurité structurale175
5.2.3 Sécurité à la fatigue179
5.3 Profilés laminés179
5.3.1 Domaine d'application179
5.3.2 Dimensionnement180
5.4 Profilés avec semelles de renfort183
5.4.1 Domaine d'application183
5.4.2 Dimensionnement de la semelle de renfort183
5.4.3 Longueur de la semelle de renfort184
5.5 Poutres composées à âme pleine186
5.5.1 Domaines d'application et fabrication186
5.5.2 Principes de dimensionnement188
5.5.3 Dimensionnement de la liaison entre l'âme et les semelles189
5.6 Poutres ajourées192
5.6.1 Domaines d'application et fabrication192
5.6.2 Calcul des efforts intérieurs194
5.6.3 Dimensionnement d'une poutre ajourée alvéolaire196
5.6.4 Dimensionnement d'une poutre ajourée cellulaire198
5.7 Poutres à treillis202
5.7.1 Domaines d'application et fabrication202
5.7.2 Hypothèses de calcul203
5.7.3 Prédimensionnement204
5.7.4 Longueur de flambage des barres comprimées205
5.8 Poutres mixtes acier-béton208
5.8.1 Introduction208
5.8.2 Largeur participante du béton209
5.8.3 Situations à considérer210
5.8.4 Dimensionnement d'une poutre mixte212
5.8.5 Effet du retrait215
5.8.6 Calcul de la connexion216
5.9 Eléments à parois minces225
5.9.1 Domaines d'application et fabrication225
5.9.2 Dimensionnement226
Références227
6. Eléments comprimés229
6.1 Introduction231
6.2 Principes de dimensionnement231
6.2.1 Rappel de la théorie du flambage231
6.2.2 Sécurité structurale236
6.2.3 Aptitude au service237
6.3 Profilés laminés237
6.3.1 Effort normal238
6.3.2 Effort normal et moment de flexion selon l'axe fort240
6.3.3 Effort normal et moment de flexion selon l'axe faible251
6.3.4 Effort normal et flexion gauche252
6.3.5 Flambage par flexion et torsion253
6.4 Barres étrésillonnées256
6.4.1 Principes de dimensionnement256
6.4.2 Ensemble de la barre258
6.4.3 Membrures260
6.4.4 Etrésillons262
6.5 Poteaux mixtes266
6.5.1 Hypothèses de base266
6.5.2 Effort normal267
6.5.3 Effort normal et flexion uniaxiale270
6.5.4 Effort normal et flexion gauche275
6.6 Eléments à parois minces276
6.6.1 Introduction276
6.6.2 Voilement local277
6.6.3 Effort normal278
6.6.4 Effort normal et flexion uniaxiale278
Références279
Dimensionnement d'assemblages
7. Soudures281
7.1 Introduction283
7.2 Principes de dimensionnement284
7.2.1 Sécurité structurale284
7.2.2 Résistance à la fatigue284
7.2.3 Rupture fragile284
7.2.4 Assurance de qualité285
7.3 Joints soudés286
7.3.1 Procédés de soudage286
7.3.2 Types de joints et symboles287
7.3.3 Déformations et contraintes résiduelles289
7.3.4 Anomalies290
7.3.5 Contrôle de qualité291
7.3.6 Dispositions pratiques de construction292
7.4 Résistance des joints soudés294
7.4.1 Soudures complètement pénétrées294
7.4.2 Cordons d'angle294
7.4.3 Sollicitations composées299
7.5 Annexe300
Références300
8. Boulons301
8.1 Introduction303
8.2 Principes de dimensionnement304
8.2.1 Sécurité structurale304
8.2.2 Aptitude au service304
8.2.3 Résistance à la fatigue305
8.2.4 Assurance de qualité305
8.3 Boulons et rivets305
8.3.1 Types et symboles305
8.3.2 Mise en place308
8.3.3 Dispositions pratiques de construction310
8.4 Résistance des boulons313
8.4.1 Mode de transmission des forces313
8.4.2 Résistance à un effort de cisaillement313
8.4.3 Résistance à un effort de traction315
8.4.4 Résistance à une interaction entre cisaillement et traction316
8.5 Résistance des pièces assemblées317
8.5.1 Pression latérale318
8.5.2 Sections brutes320
8.5.3 Sections affaiblies321
8.6 Vérification d'un assemblage boulonné322
8.6.1 Principes322
8.6.2 Effet de la longueur de l'assemblage325
8.6.3 Effet de la dimension des trous326
8.7 Vérification d'un assemblage précontraint327
8.7.1 Principes327
8.7.2 Résistance au glissement329
8.7.3 Force de précontrainte330
8.7.4 Comportement sous un effort de traction332
8.7.5 Effet de la fatigue335
8.7.6 Force de levier336
8.7.7 Interaction entre cisaillement et traction337
8.8 Annexe339
Références340
9. Assemblages341
9.1 Introduction343
9.2 Principes de dimensionnement343
9.2.1 Rigidité344
9.2.2 Résistance345
9.2.3 Capacité de rotation345
9.3 Transmission d'un effort tranchant346
9.3.1 Conception et modélisation346
9.3.2 Couvre-joint d'âme boulonné347
9.3.3 Couvre-joint d'âme soudé et boulonné349
9.3.4 Attache par cornières350
9.4 Transmission d'un moment de flexion351
9.4.1 Conception et modélisation351
9.4.2 Couvre-joints boulonnés352
9.4.3 Plaques frontales354
9.4.4 Liaison entièrement soudée355
9.5 Interaction d'efforts355
9.5.1 Joint de poutre355
9.5.2 Liaison poutre-colonne356
9.6 Exemples numériques357
Références366
Théorie de la stabilité
10. Flambage367
10.1 Introduction369
10.2 Théorie linéaire du flambage élastique370
10.2.1 Principes370
10.2.2 Cas particulier du flambage par flexion et torsion373
10.2.3 Cas particulier de la barre étrésillonnée375
10.3 Résistance ultime au flambage378
10.3.1 Principe du flambage par divergence378
10.3.2 Imperfections des barres industrielles379
10.3.3 Courbes de flambage européennes382
Références385
11. Déversement387
11.1 Introduction389
11.2 Théorie linéaire du déversement élastique389
11.2.1 Principe du déversement389
11.2.2 Déversement d'une poutre simple en flexion pure390
11.2.3 Moment critique de déversement élastique392
11.2.4 Influence des conditions d'appui394
11.2.5 Influence du type de chargement395
11.2.6 Influence du point d'application de la charge398
11.2.7 Influence des appuis intermédiaires399
11.3 Résistance ultime au déversement401
11.3.1 Principe de calcul du moment de déversement401
11.3.2 Calcul simplifié du moment critique de déversement élastique401
11.3.3 Calcul du moment de déversement405
Références411
12. Voilement413
12.1 Introduction415
12.2 Théorie linéaire du voilement élastique416
12.2.1 Contrainte critique de voilement élastique416
12.2.2 Coefficient de voilement417
12.2.3 Plaques munies de raidisseurs422
12.3 Résistance ultime au voilement428
12.3.1 Principes pour une plaque mince comprimée428
12.3.2 Largeur efficace et élancement limite430
Références435
13. Fatigue437
13.1 Introduction439
13.2 Résistance à la fatigue440
13.2.1 Paramètres influençant la durée de vie440
13.2.2 Essais de fatigue443
13.3 Théorie de la mécanique de la rupture444
13.3.1 Théorie élastique445
13.3.2 Propagation de la fissure451
13.3.3 Calcul de la durée de vie453
13.3.4 Paramètres influençant la durée de vie456
13.3.5 Dimension critique d'une fissure459
13.4 Sollicitations de fatigue462
13.4.1 Structures soumises à des charges de fatigue462
13.4.2 Contraintes dues aux charges464
13.4.3 Histogramme des différences de contraintes465
13.5 Effet des contraintes aléatoires466
13.5.1 Cumul des dommages individuels466
13.5.2 Cumul des dommages pour un histogramme de différences de contraintes468
13.6 Courbes de résistance à la fatigue normalisées471
13.6.1 Principes des courbes de résistance471
13.6.2 Classement des détails de construction475
13.6.3 Choix des détails de construction476
13.6.4 Assurance de qualité477
13.6.5 Traitements d'amélioration478
13.7 Vérification de la sécurité à la fatigue479
13.7.1 Principes479
13.7.2 Vérification avec la limite de fatigue480
13.7.3 Vérification avec le cumul des dommages480
13.7.4 Vérification avec des facteurs de correction482
Références484
Index487
Notations490
Biographie des auteurs495