La Zone Sismique – Issue No. 51
Cet article traite des exigences des cadres contreventés de type MD et certains cadres de type LD en matière de rotation ductile des extrémités de contreventements.
Les cadres à contreventement concentrique bien proportionnés démontrent un comportement ductile qui se manifeste sous la forme de flambement et de plastification des contreventements. Lors du flambement d’un contreventement comprimé, une rotule plastique se forme à trois endroits – aux deux extrémités et au milieu, comme on le voit sur la Figure 1. Pour permettre la formation d’une rotule plastique aux extrémités, la rotation de la rotule et l’inversion de charge sans rupture doivent être supportées soit par les assemblages soit par le cadre du contreventement près des extrémités.
Exigences de la norme S16
Les assemblages d’extrémités des contreventements concentriques à ductilité modérée de type MD doivent être dimensionnés et détaillés en tenant compte de la formation de rotules plastiques ductiles. Autrement, il est possible de concevoir ces assemblages en les dotant d’une résistance à la flexion supérieure à celle du contreventement (en qualité d’élé- ments à capacité protégée), imposant de ce fait la formation d’une rotule plastique dans le contreventement. Ces exigences s’appliquent également aux cadres à contreventement concentrique à ductilité limitée de type LD sauf dans les cas où le rapport d’accélération spectrale de calcul spécifié pour les courtes périodes est inférieur à 0,55 et le rapport d’élancement du contreventement est supérieur à 100. En tout état de cause, elles ne s’appliquent pas aux cadres à contreventement en construction classique.
Processus de conception
Le concepteur de la structure choisit l’orientation des sections et des sections transversales du contreventement, qui va déterminer le plan de flambement prédominant. Le plan de flambement prédominant, dans le plan ou hors plan, régit la configuration et les détails des assemblages du contreventement. À l’inverse, plusieurs facteurs, dont les dimensions et la configuration des assemblages, ont une incidence sur la longueur réelle du contreventement, qui doit être considérée comme la longueur de calcul du contreventement. Par conséquent, l’ingénieur en structure doit évaluer les dimensions et la configuration approximatives de chaque assemblage d’extrémité avant d’arriver à la longueur de calcul du contreventement. Le plan de flambement et la longueur correspondante du contreventement, entre autres facteurs, doivent aussi être spécifiés pour que l’ingénieur concepteur puisse effectuer correctement le calcul des assemblages.
Et maintenant, quels sont les configurations, les détails et les options des assemblages?
Contreventements à profilés tubulaires
Les profilés tubulaires étant l’option privilégiée pour les cadres de type MD et de type LD, nous allons nous intéresser aux assemblages pour les contreventements à profilés tubulaires. Généralement, on prévoit une zone de rotule (a) dans le gousset lorsque la conception du contreventement est déterminée par le flambement hors plan, ou (b) dans une plaque en lame de couteau lorsque c’est le flambement dans le plan qui prédomine (voir Figure 2). La zone de rotule doit pouvoir tourner librement sans entraver le flambement du contreventement dans le plan de flambement prédominant. Les raidisseurs et autres objets, dont la dalle de plancher, qui sont susceptibles de gêner la rotation libre de la zone de rotule doivent être tenus à l’écart. Le NEHRP fournit une description détaillée pour trois configurations d’assemblages dans sa publication, Seismic Design Technical Brief No. 8.
Flambement hors plan
La Figure 2a montre l’approche la plus répandue, qui a été adoptée à partir des travaux présentés par Astaneh-Asl et coll. (1986). Dans cette configuration, la zone de rotule est une bande perpendiculaire à l’axe du contreventement. La largeur de cette zone de rotule linéaire doit être égale ou supérieure à 2tg, tg repré- sentant l’épaisseur du gousset. Afin de permettre cette zone de rotule libre, le contreventement doit être raccourci, ce qui a pour effet d’augmenter la taille du gousset – en particulier si on utilise un gousset rectangulaire. Le gousset agrandi et la zone de rotule non raidie entraînent également la nécessité d’une plaque plus épaisse pour assurer la résistance à la compression.
De récents travaux par Roeder et coll. (2011) proposent un autre détail, qui comprend une zone de rotule elliptique de 8tg de largeur, comme montré sur la Figure 2b. D’autres restrictions s’appliquent. Ce détail permet l’utilisation de goussets plus minces et plus petits. C’est la rupture en cisaillement (décrochage), plutôt que le flambement du gousset, qui détermine habituellement la conception. Les assemblages à rotule elliptique se sont bien comportés dans les essais présentés par Roeder et coll.
Flambement dans le plan
La Figure 2c montre la configuration comportant la plaque en lame de couteau, perpendiculaire au gousset. La zone de rotule dans la plaque en lame de couteau est située dans une bande de largeur libre équivalant à trois fois l’épaisseur de la plaque en lame de couteau. Ce détail permet la rotation de l’extrémité du contreventement nécessaire au flambement dans le plan.
Au lieu de la zone de rotule ductile, on peut aussi concevoir des assemblages possédant une résistance à la flexion supérieure à celle du contreventement. Cette approche est relativement coûteuse lorsque la conception est déterminée par le flambement hors plan.
