Assemblages – Généralités

QUESTION:(2015) Pour un assemblage à cornières jumelées boulonnées à l’âme avec cornière double soudée au support (Figure 2), le bord supérieur des angles peut-il aussi être soudé pour augmenter la capacité de la soudure?

RÉPONSE: Les assemblages rotulés doivent permettre la rotation à l’extrémité de la poutre simplement appuyée afin qu’elle puisse atteindre sa capacité en flexion, etc. Le soudage du bord supérieur des angles du support nuit à la rotation de l’extrémité et doit donc être évité.

QUESTION: (AUTOMNE2015) J’ai récemment rencontré des boulons A325 entièrement filetés dans les assemblages d’une charpente de bâtiment. Ces boulons sont-ils autorisés? Présentent-ils les mêmes résistances que des boulons à filetage de longueur normale? Comment sont-ils identifiés après l’installation? Offrent-ils de quelconques avantages?

RÉPONSE:

Les boulons A325 filetés sur la longueur entière sont autorisés en vertu de l’exigence supplémentaire S1 d’ASTM A325. Ils sont limités aux longueurs de boulons inférieures à quatre fois le diamètre nominal.

Résistances des boulons: Dans la mesure où la résistance à la traction repose sur la section filetée (0,75Ab), elle est indépendante de la longueur filetée. Toutefois, la résistance au cisaillement dans les assemblages par contact doit être réduite pour tenir compte de l’interception des filets par le plan de cisaillement. S’ils sont utilisés dans un joint antiglissement avec une grande longueur de serrage, la section de boulon moindre (filetée) sur la longueur de serrage entière influe sur la relation entre la force de serrage et l’allongement du boulon et peut entraîner une réduction de la force de serrage dans le cas où la méthode du tour d’écrou est utilisée. L’importance de cet effet est en cours d’étude.

Identification: La tête du boulon est marquée « A325T » et non « A325 », comme illustré à la Figure 1.

Avantages: Ils n’offrent aucun avantage en matière de résistance des boulons. Toutefois, le fabricant et le monteur peuvent estimer leur utilisation intéressante dans certaines situations pour des raisons de commande de pièces et de gestion des stocks, notamment dans les cas où des pièces en acier assemblées de faible épaisseur, et non les boulons, déterminent la résistance au cisaillement de l’assemblage

FIGURE 1 : Boulon A325 fileté sur toute la longueur

QUESTION: (HIVER2014/2015) Comment détermine-t-on la résistance pour une section brute de goussets – doit-on utiliser la clause 13.4.3 de la norme S16-09 sur les âmes des éléments fléchis non munis de deux ailes, ou la clause 13.11 sur la rupture en cisaillement? Les résultats sont très différents dans les deux cas.

RÉPONSE: Ni l’une ni l’autre. La clause 21.12 « Éléments assemblés sous contraintes de cisaillement et de traction combinées », qui a été récemment ajoutée à la norme CSA S16-14, couvre cet aspect.

QUESTION: (ÉTÉ2014) Les assemblages rigides boulonnés utilisés dans une marquise doivent-ils être anti-glissement? Ma question fait référence à une situation où les assemblages anti-glissement ne sont pas indispensables pour le contrôle de la flèche. Je possède de nombreuses années d’expérience dans le calcul des assemblages, mais j’ai rarement eu à travailler sur des assemblages anti-glissement pour des portiques contreventés ou des cadres rigides résistant aux charges dues au vent.s.

RÉPONSE: La question fondamentale qui se pose ici est de savoir si la fatigue doit être prise en considération et si la charpente sera soumise à des charges répétitives et à des contraintes alternées. Une marquise relativement légère soumise à des charges dues à un vent soufflant par rafales peut subir des contraintes alternées et un nombre important de cycles de charges pour justifier une telle évaluation. La décision revient à l’ingénieur chargé des calculs. La conception en fatigue est traitée à la clause 26 de la norme S16.

QUESTION: (ÉTÉ 2014) Les exigences relatives aux pièces tendues goupillées stipulées à la norme CSA S16-09 me paraissent extrêmement difficiles à respecter. Si je comprends bien, elles imposent l’utilisation de barres à œil. Est-ce que je me trompe?

RÉPONSE: Les exigences stipulées à la norme CSA S16-09 visent à garantir un état limite ultime de la plastification de la section brute et sont donc assez restrictives. De nouvelles exigences ont été introduites dans la norme CSA S16-14. Cette nouvelle disposition améliore considérablement la souplesse de la conception.

QUESTION: (PRINTEMPS2014) Si une seule aile d’une cornière travaillant en traction est reliée à ses supports d’extrémité au moyen de soudures d’angle longitudinales, comment puis-je déterminer si le décalage en cisaillement est important et comment est-il pris en compte?

RÉPONSE: L’effet dû au décalage en cisaillement dans une pièce en traction est habituellement évalué en utilisant une méthode de calcul selon la surface utile. Pour les éléments assemblés par soudage, l’article 12.3.3.3 de CSA S16-09 s’applique à des éléments de sections diverses en général. L’aire de la section transversale de la cornière est divisée en deux composantes, à savoir l’aile fixée et l’aile saillante. La Figure 1(a) montre une cornière assemblée par une paire de soudures longitudinales de longueur L. Pour l’aile reliée, le décalage en cisaillement est un facteur si L ≤ 2w2. En vertu de l’article 12.3.3.3 (b) (ii) et (iii), sa surface utile nette An2, représentée à la Figure 1(b), est fonction de la configuration des soudures et, pour les soudures courtes, également de l’épaisseur de l’aile. La surface utile nette de l’aile saillante An3 se calcule conformément à l’article 12.3.3.3(c). Son décalage en cisaillement est une fonction du rapport de l’excentricité de la soudure par rapport au centre de gravité de l’aile saillante x sur la longueur de la soudure L. Ensuite, la résistance à la traction de l’élément est calculée conformément à l’article 13.2(a)(iii) en utilisant la surface utile totale de la section de cornière Ane = An2 + An3.

QUESTION: (PRINTEMPS2013) La Clause 13.11 de S16-09 semble avoir omis la vérification de la rupture de la section nette en cisaillement. Qu’en est-il du mode de rupture en cisaillement et où est la disposition relative à la rupture en cisaillement pur?

RÉPONSE: L’équation fournie dans la Clause 13.11 de S16-09, indiquée ci-dessous, comprend à la fois les contributions en traction et en cisaillement à la résistance au cisaillement-traction d’un assemblage boulonné.

Le premier terme rend compte de la résistance à la traction alors que le deuxième terme représente la composante de cisaillement. Un exemple est illustré à la Figure 2a. La résistance maximale au cisaillement-traction est obtenue lorsque la ou les sections nettes soumises à la traction atteignent leur limite de rupture. Généralement, la déformation associée à cette limite de traction est trop faible pour mobiliser en même temps une rupture complète en cisaillement. Comme le recommandent Driver et al., la composante en cisaillement est fixée à 0,6 fois la valeur moyenne de Fy et Fu dans ce calcul. Il convient de noter que la surface brute en cisaillement Agv (définie comme étant la surface du ou des plans tangentiels aux trous de boulons) est utilisée dans ce calcul.La rupture en cisaillement pur, illustrée pour cet exemple à la Figure 2b, doit également être envisagée. Cela est couvert par le deuxième terme de l’équation ci-dessus. En l’absence de l’incompatibilité de déformation mentionnée plus haut, une résistance au cisaillement plus élevée peut être atteinte pour la rupture en cisaillement pur. Toutefois, la Clause 13.11 offre une solution simple.

Figure 2a: Cisaillement-traction                                             Figure 2b: Rupture en cisaillement

QUESTION: (PRINTEMPS2013) Comment le coefficient de réduction de résistance des soudures d’angle multiples, Mw , s’applique-t-il ? Veuillez fournir un exemple.

RÉPONSE:Dans la configuration de soudure illustrée à la Figure 1, des soudures d’angle de 8 millimètres sont utilisées, Xu = 490 MPa et la tôle est en acier G40.21 350W. Noter que la tôle arrière est plus épaisse.
En vertu de CSA S16-09 Clause 13.13.2.2:

V_r = 0.67 ɸ_w A_w X_u (1.00 + 0.50 sin^1.5 θ) M_w

où:

θ = angle de l’axe de la soudure par rapport à la ligne d’action de la force appliquée
Mw = coefficient de réduction de résistance des soudures d’angle multiples

a) Soudure à θ = 60°:

Orientation de la soudure considérée : θ1 = 60°
Orientation de la soudure dans l’assemblage le plus près de 90^o : θ2 = θ1 = 60°

 

b) Soudures longitudinales (θ = 0°):

Orientation de la soudure considérée : θ1 = 0°
Orientation de la soudure dans l’assemblage le plus près de 90°: θ2 = 60°

QUESTION: (AUTOMNE2012) Lors du calcul des assemblages boulonnés, les charges sismiques sontelles considérées comme étant statiques ou cycliques?

RÉPONSE: L’article de la Zone sismique intitulé « A ssemblages boulonnés pour applications sismiques » dans le numéro 31 de la revue Avantage Acier (été 2008) décrivait les exigences relatives aux assemblages boulonnés pour les applications sismiques conformément à la norme S16-01. Vous pouvez consulter cet article en cliquant sur le lien ci-dessous : https://cisc-icca.ca/ciscwp/product/advantage-steel-no-31/

Dans le CNB 2010 et la norme S16-09, la restriction en matière de hauteur des édifices pour les constructions conventionnelles où l’accélération spectrale de courte période spécifiée dépasse IEFaSa(0.2), a été relevée. Les exigences s’appliquant aux assemblages boulonnés s’appliquent également à ces structures plus élevées bâties selon des méthodes de construction classique.

QUESTION: (AUTOMNE2012) Lors du calcul des cordons de soudure en cisaillement, doit-on vérifier la résistance du métal de base au niveau de la face fusionnée?

RÉPONSE: Selon la norme S16-01, la résistance au cisaillement des cordons de soudure est calculée comme étant la moins élevée de : (a) la résistance du métal au niveau de la soudure donnée en fonction de la résistance finale de l’électrode, Xu, et du plan de gorge, Aw et (b) la résistance du métal de base donnée en fonction de sa résistance à la traction, Fu, et de la face fusionnée, Am. À moins d’utiliser des électrodes non appariées, la résistance au métal de base ne régit pas le calcul des joints soumis à une charge longitudinale. Cependant, lorsque l’orientation du cordon de soudure se rapproche de l’élément soumis à la charge transversale, c’est la résistance du metal de base qui régit le calcul en raison de la résistance nettement supérieure du métal de la soudure.

QUESTION: (PRINTEMPS2012) Si des pannes à semelle large sont également soumises à une traction axiale importante transmise par l’assemblage de la semelle inférieure aux supports au moyen de deux files transversales de boulons de haute résistance, comment doisje tenir compte du cisaillement différentiel ? En particulier, pour l’aire nette efficace Ane, doit-on prendre la valeur 0,75An, conformément à la Clause 12.3.3.2 (c) (ii) de S16-09?

RÉPONSE: Cela n’est pas une approche prudente. Dans cette situation, l’effet du cisaillement différentiel est plus sévère que dans le cas de cornières assemblées par une aile au moyen de deux lignes transversales d’organes d’assemblage. Par conséquent, Ane < 0,60An. D’un autre côté, la limite inférieure de Ane peut être fixée à Anf, où Anf est l’aire nette de la bride assemblée seule. Ainsi, Ane doit être choisie quelque part entre Anf et 0,60An.

QUESTION: (PRINTEMPS2011) Est-il approprié d’utiliser un assemblage à cornières doubles pour reprendre une traction axiale ou une combinaison de cisaillement et de traction axiale?

RÉPONSE: L’assemblage à cornières doubles est un type d’assemblage en cisaillement très courant. Il comporte une paire de cornières qui sont généralement soudées au poteau en atelier et boulonnées à l’âme des poutres au chantier (Figure 1). Bien que l’assemblage à cornières doubles soit un type d’assemblage en cisaillement très prisé, son utilisation est déconseillée lorsque la transmission d’un effort de traction axiale important est requise, par exemple pour les assemblages d’extrémité des poutres de cadres contreventés et les poutres collectrices soumises à des forces de traction axiale considérables. Les études citées dans la référence ci-dessous ont démontré que les assemblages à cornières doubles présentent une résistance à la traction axiale limitée. Dans la référence ci-dessous, les résultats des essais de plusieurs assemblages de poutres en cisaillement soumis conjointement à des forces axiales et à des forces en cisaillement sont également présentés.

Référence : Guravich, S. J. and Dawe, J. L. 2006. Simple beam connections in combined shear and tension. Canadian Journal of Civil Engineering. 33(4): 357-372.

Figure 1: Assemblage à cornières doubles