Conception de structures mixtes et en béton précontraint
Développement de la méthodologie de calculs aux Eurocodes
Pierre Aymeric
ellipses
Chapitre Premier : Construction mixte15
1 Hypothèses et généralités
15
1.1 Avantages et inconvénients15
1.2 Applications courantes20
1.2.1 Exemples de ponts20
1.2.2 Exemple en bâtiment21
1.3 Hypothèses générales22
1.3.1 Hypothèse d'adhérence parfaite entre le béton et l'acier22
1.3.2 Hypothèses sur les matériaux22
1.3.2.1 Caractéristiques du béton de structure
23
1.3.2.2 Caractéristiques des aciers
24
1.3.3 Hypothèse structurelle26
2 Calcul de section critique
27
2.1 Largeur participante de dalle27
2.2 Calcul plastique de section critique31
2.2.1 Rappel ; équilibre de section31
2.2.2 Calcul plastique de la section critique sous moment positif32
2.2.2.1 Recherche de la position approximative de l'axe neutre
32
2.2.2.2 Axe neutre dans la dalle
33
2.2.2.3 Axe neutre dans le profilé
35
2.2.3 Calcul plastique de la section critique sous moment négatif38
2.2.3.1 Position de l'axe neutre
39
2.2.3.1 Moment résistant
39
2.3 Calcul élastique de section critique40
2.3.1 Calcul élastique de la section critique sous moment positif40
2.3.1.1 Axe neutre se trouvant dans la dalle
41
2.3.1.2 Axe neutre se trouvant dans le profilé
44
2.3.1.3 Position préliminaire de l'axe neutre
46
2.3.1.4 Calcul du moment élastique
47
2.3.2 Calcul élastique de la section critique sous moment négatif48
2.3.2.1 Calcul de la position de l'axe neutre
48
2.3.2.2 Calcul de l'inertie homogénéisée
49
2.3.2.3 Calcul du moment résistant
49
2.4 Calcul de la connexion50
2.4.1 Calcul de la sollicitation plastique transmise par la connexion50
2.4.1.1 Sollicitation à transmettre dans les section critiques
50
2.4.1.2 Effort à transmettre sur un tronçon
51
2.4.2 Calcul de la sollicitation élastique transmise par la connexion53
2.4.2.1 Flux de cisaillement à l'interface
53
2.4.2.2 Sollicitation à l'interface par tronçon
53
2.4.3 Résistance de la connexion54
2.4.3.1 Calcul de la résistance et du nombre de goujons
54
2.3.4.2 Calcul de la résistance de la connexion lorsque la dalle est coulée sur une plaque nervurée
56
2.4.4 Dispositions constructives57
3 Vérification d'une section mixte
58
3.1 Combinaisons d'actions58
3.1.1 Etats limites ultimes (ELU)59
3.1.2 Etats limites de service (ELS)59
3.2 Vérification de la poutre aux ELU60
3.2.1 Classification des sections60
3.2.1.1 Définition de la classe
60
3.2.1.2 Classification de l'âme
61
3.2.1.3 Classification de la semelle
62
3.2.2 Vérification de la résistance63
3.2.2.1 Sections critiques
63
3.2.2.2 Vérification de l'effort tranchant
63
3.2.2.3 Vérification de la concomitance effort tranchant et moment
63
3.2.2.4 Vérification du moment
64
3.2.2.5 Vérification de la connexion
64
3.2.3 Vérification du déversement65
3.2.3.1 Procédure 1 : calculatoire
65
3.2.3.2 Procédure 2 ; simplifiée pour les bâtiments
65
3.2.4 Vérification de la phase provisoire66
3.2.5 Organigramme de vérification66
3.3 Vérification aux ELS68
3.3.1 Vérification des contraintes élastiques68
3.3.2 Calcul simplifié de la flèche68
3.3.2.1 Limitations de la flèche
68
3.3.2.2 Calcul de la flèche
69
3.3.2.3 Retrait et flèche
70
3.3.3 Contrôle de la fissuration du béton70
4 Applications
71
Application 1 : calcul d'une section mixte71
Application 2 : Vérification d'une poutre mixte81
Application 3 : Connexion d'une poutre mixte96
5 Annexes
100
5.1 Caractéristiques des profilés100
5.2 Chargements et réactions d'appuis sur une poutre hyperstatique100
Second Chapitre : Béton précontraint101
1 Introduction
101
1.1 Intérêt de la précontrainte101
1.1.1 Rappels101
1.1.2 Exemple d'application :103
1.1.3 Comparaisons Béton précontraint et béton armé105
1.2 Principales méthodes de précontrainte106
1.2.1 La méthode par pré-tension106
1.2.2 Précontrainte par post-tension107
1.2.3 Armatures de précontrainte109
2 Base des dispositions réglementaires
109
2.1 Etats limites de service (ELS)109
2.1.1 Combinaisons rares109
2.1.2 Combinaisons fréquentes110
2.1.3 Combinaisons quasi-permanentes111
2.2 Etats limites Ultimes (ELU)111
2.2.1 Equilibre d'ensemble111
2.2.2 Equilibre du câble112
2.2.3 Equilibre du béton113
2.2.3.1 Méthode interne
113
2.2.3.2 Méthode directe
113
3 Dimensionnement des structures isostatiques
116
3.1 Notations116
3.1.1 Caractéristiques géométriques116
3.1.2 Les sollicitations117
3.1.3 Les contraintes117
3.2 Respect des contraintes limites118
3.2.1 Rappel : centre de pression118
3.2.2 Calcul de la contrainte119
3.2.3 Noyau central119
3.2.4 Noyaux limites121
3.2.5 Noyau de passage du câble122
3.3 Relations de dimensionnement123
3.3.1 Condition sur le béton123
3.3.2 Condition sur la précontrainte124
3.3.3 Condition d'enrobage125
3.3.4 Notion de section critique125
3.3.4.1 Section sous-critique
125
3.3.4.2 Section sur-critique
126
3.3.4.3 Problème sans solution
127
3.3.4.4 Détermination du type de section
127
3.3.4 Précontrainte à l'origine PO128
3.3.5 Vérifications rapides128
4 Les pertes de précontraintes
129
4.1 Pertes instantanées129
4.1.1 Pertes par frottement129
4.1.1.1 Frottement par courbure
129
4.1.1.2 Frottement rectiligne
131
4.1.1.3 Frottement cumulé
131
4.1.2 Pertes par recul d'ancrage132
4.1.3 Pertes dues aux déformations instantanées du béton133
4.1.4 Pertes instantanées globales134
4.2 Pertes différées135
4.2.1 Formule générale135
4.2.2 Perte de précontrainte par relaxation136
4.2.3 Estimation du retrait du béton136
4.2.4 Calcul du coefficient de fluage137
5 Justification d'une structure précontrainte
139
5.1 Sections à prendre en compte139
5.1.1 Section brute139
5.1.2 Section nette139
5.1.3 Section homogénéisée139
5.2 Calcul de l'enrobage139
5.3 Justification des contraintes dans la section à l'ELS140
5.3.1 Justification des contraintes normales140
5.3.2 Ferraillage passif longitudinal141
5.3.3 Justification des contraintes tangentes141
6 Prédimensionnement en béton précontraint
145
6.1 Détermination du chargement145
6.2 Détermination de la force de précontrainte145
6.3 Choix des câbles146
6.4 Tracé du câble146
6.5 Effort tranchant147
6.6 Organigramme des vérifications de prédimensionnement148
6.7 Tableau de vérification de l'ouvrage au cours de sa vie150
7 Applications
152
7.1 Application 1 : Dimensionnement d'une section mixte152
7.2 Application 2 : calcul des pertes instantanées158
7.3 Application 3 ; calcul des pertes différées164
8 Projet : prédimensionnement d'un élément en béton précontraint
168
9 Annexes
188
9.1 Dispositions des gaines de précontraintes188
9.2 Dispositions d'ancrages188