Mécanique des structures
Analyse des structures et milieux continus
François Frey
Presses polytechniques et Universitaires Romandes
Avant-proposv
Introductionvii
Table des matièresix
Première partie1
Connaissances de base et analyse élastique
3
1. Contrainte et principe d'équivalence
1.1 Notion de contrainte5
1.2 Hypothèses et remarques6
1.3 Application aux poutres et principe d'équivalence6
1.4 Lexique8
2. De l'essai de traction à quelques principes fondamentaux
2.1 Loi de Hooke9
2.2 Loi constitutive et propriétés mécaniques11
2.3 Loi de Hooke unidimensionnelle et module d'élasticité11
2.4 Essai de traction ou de compression13
2.5 Diagramme de l'essai de traction ou compression16
2.6 Déformation transversale et coefficient de Poisson19
2.7 Quelques conséquences fondamentales21
2.8 Problèmes dynamiques26
2.9 Exercices26
2.10 Lexique28
3. Notion de sécurité
3.1 Introduction31
3.2 Incertitudes31
3.3 Conception classique ou déterministe de la sécurité32
3.4 Conception semi-probabiliste de la sécurité34
3.5 Commentaires39
3.6 Exercices39
3.7 Lexique40
4. Traction et compression
4.1 Poutres prismatiques soumises à un effort normal constant43
4.2 Pièces à section et effort normal variables44
4.3 Pièces formées de deux matériaux45
4.4 Pièces composées acier-béton47
4.5 Principe de la précontrainte49
4.6 Anneaux53
4.7 Tubes et récipients cylindriques sous pression54
4.8 Dilatations thermiques56
4.9 Sécurité des pièces tendues et comprimées57
4.10 Exercices58
4.11 Lexique63
5. Flexion plane
5.1 Flexion pure et flexion simple65
5.2 Flexion pure plane66
5.3 Poutres à section non symétrique71
5.4 Signe, module de flexion et sécurité72
5.5 Forme rationnelle des sections droites des poutres fléchies74
5.6 Poutres composées de matériaux différents76
5.7 Flexion simple77
5.8 Exercices78
5.9 Lexique82
6. Flexion oblique et flexion composée
6.1 Flexion oblique83
6.2 Flexion composée85
6.3 Flexion composée plane85
6.4 Flexion composée oblique90
6.5 Exercices92
6.6 Lexique96
6.7 Annexe - Relations supplémentaires96
7. Propriétés mécaniques des matériaux
7.1 Importance et complexité du problème99
7.2 Essai de traction sur matériaux ductiles (métaux)100
7.3 Essai de fatigue105
7.4 Deux effets de la température106
7.5 Influence du temps108
7.6 Modèles mathématiques des matériaux (lois constitutives ou de comportement)113
7.7 Modèles unidimensionnels indépendants du temps113
7.8 Modèles unidimensionnels dépendants du temps116
7.9 Modèles à deux et trois dimensions119
7.10 Critères rhéologiques120
7.11 Exercices127
7.12 Lexique130
8. Torsion uniforme
8.1 Introduction133
8.2 Poutres à section circulaire134
8.3 Essai et résistance136
8.4 Types de section droite138
8.5 Sections massives139
8.6 Sections ouvertes à parois minces140
8.7 Sections fermées à parois minces142
8.8 Forme rationnelle des sections droites146
8.9 Sections composées147
8.10 Poutres composées de deux matériaux150
8.11 Exercices151
8.12 Lexique155
9. Contraintes dues à l'effort tranchant
9.1 Introduction157
9.2 Théorie élémentaire157
9.3 Effort rasant158
9.4 Poutres à parois minces162
9.5 Poutres à parois minces et à section ouverte162
9.6 Poutres composées de deux matériaux166
9.7 Poutres tubulaires à parois minces167
9.8 Poutres à section massive170
9.9 Centre de cisaillement ou centre de torsion173
9.10 Coïncidence des centres de torsion et de cisaillement177
9.11 Poutres à section variable178
9.12 Résistance180
9.13 Exercices180
9.14 Lexique184
10. Déformée des poutres soumises à flexion simple
10.1 Introduction185
10.2 Déformée due au moment de flexion185
10.3 Cinématique sous l'action de l'effort tranchant191
10.4 Exercices196
10.5 Lexique197
11. Sollicitation composée - Cisaillement direct - Assemblages
11.1 Sollicitation composée199
11.2 Assemblages et moyens d'assemblage201
11.3 Cisaillement direct et rupture des assemblages203
11.4 Calcul des assemblages longitudinaux205
11.5 Exercices208
11.6 Lexique213
12. Principes des travaux virtuels et calcul des déplacements
12.1 Introduction215
12.2 Forme du travail virtuel intérieur216
12.3 Forme intégrale de l'équilibre ou principe des déplacements virtuels217
12.4 Forme intégrale de la cinématique ou principe des forces virtuelles218
12.5 Remarques et rappels219
12.6 Théorème de la force unité220
12.7 Cas des matériaux élastiques linéaires221
12.8 Calcul des déplacements222
12.9 Structures hyperstatiques226
12.10 Exercices228
12.11 Lexique234
13. Energie
13.1 Introduction237
13.2 Expression de l'énergie237
13.3 Théorème de réciprocité de Betti239
13.4 Théorème de Maxwell239
13.5 Théorèmes de stationnarité et théorèmes énergétiques240
13.6 Méthode de Rayleigh-Ritz241
13.7 Exercices243
13.8 Lexique244
13.9 Annexe - Passage de la forme variationnelle à la forme différentielle245
Deuxième partie247
Plasticité et analyse limite
249
14. Traction plastique
14.1 Matériau élastique parfaitement plastique251
14.2 Traction plastique252
14.3 Quelques propriétés importantes254
14.4 Exercices256
14.5 Lexique257
15. Flexion plastique plane
15.1 Généralités259
15.2 Sections doublement symétriques260
15.3 Sections à un seul axe de symétrie263
15.4 Pièces composées264
15.5 Loi moment-courbure264
15.6 Sections âme-semelles bisymétriques266
15.7 Notion de rotule plastique268
15.8 Conclusions271
15.9 Exercices272
15.10 Lexique273
16. Calcul de la charge limite des structures hyperstatiques simples
16.1 Poutre bi-encastrée chargée uniformément275
16.2 Ruine d'une structure hyperstatique277
16.3 Calcul de la charge limite par le principe des déplacements virtuels279
16.4 Bénéfice dû à la plasticité281
16.5 Domaine de validité de la théorie de l'analyse limite282
16.6 Insensibilité de la charge limite vis-à-vis des autocontraintes de la structure282
16.7 Vérifications expérimentales de la théorie de l'analyse limite283
16.8 Exercices285
16.9 Lexique286
17. Théorèmes fondamentaux de l'analyse limite
17.1 But des théorèmes287
17.2 Loi constitutive288
17.3 Statique licite289
17.4 Cinématique licite289
17.5 Multiplicateur limite289
17.6 Théorème statique289
17.7 Théorème cinématique290
17.8 Théorème combiné292
17.9 Mise en oeuvre des théorèmes292
17.10 Applications294
17.11 Exercices296
17.12 Lexique297
18. Flexion plastique composée et simple
18.1 Introduction299
18.2 Flexion composée299
18.3 Flexion simple302
18.4 Action simultanée du moment de flexion, de l'effort normal et de l'effort tranchant305
18.5 Analyse limite en présence de l'effort normal et de l'effort tranchant305
18.6 Exercices305
18.7 Lexique306
19. Torsion plastique uniforme
19.1 Sections massives307
19.2 Sections ouvertes à parois minces309
19.3 Sections creuses unicellulaires311
19.4 Exercices312
19.5 Lexique313
Troisième partie315
Instabilité par flambement
317
20. Flambement des poutres
20.1 Phénomènes de flambement319
20.2 Flambement plan élastique par divergence323
20.3 Flambement plan élastique par bifurcation331
20.4 Elancement340
20.5 Flambement plan élasto-plastique par bifurcation343
20.6 Exercices346
20.7 Lexique352
20.8 Annexe354
21. Flambement plan des pièces industrielles
21.1 Imperfections des pièces industrielles359
21.2 Importance des imperfections en instabilité361
21.3 Pièces industrielles essentiellement comprimées362
21.4 Pièces industrielles comprimées et fléchies365
21.5 Vérification de la résistance370
21.6 Exercices375
21.7 Lexique377
21.8 Annexe - Courbes européennes de flambement des pièces en acier377
22. Instabilité énergétique
22.1 Critère et nature de l'équilibre élastique381
22.2 Nature de l'instabilité383
22.3 Critère d'instabilité385
22.4 Instabilité linéaire et principe de Rayleigh386
22.5 Application au flambement des poutres387
22.6 Exercices391
22.7 Lexique392
22.8 Annexe393
23. Annexes
23.1 Caractéristiques mécaniques de quelques matériaux395
23.2 Tableaux de IntL0Mm dx398
23.3 Réactions d'appui, moments fléchissants, flèches et angles de rotation
des poutres à une travée403
23.4 Module plastique Z de la section droite de quelques profilés laminés415
23.5 Caractéristiques géométriques de la section droite des profilés laminés des exercices418
Solution des exercices423
Bibliographie437
Index439
Notations445
Abréviations et symboles451