TP_Construction Métallique.pdf

Atelier : Construction Mtallique

Attig Miniar & El Ouni Mohamed Hechmi 1

Projet de Charpente mtallique

1. Objectif :

Lobjectif de ce TP est de dimensionner, selon lEurocode 3, un btiment en charpente mtallique par le logiciel ROBOT Millenium et de vrifier manuellement les rsultats.

2. Les donnes de projet :

Profondeur b =24 m Largeur a =48 m

Btiment constitu de portiques : distance entre les portiques = 6m Hauteur des poteaux h = 7 m Pente des versantes =10 % Rgion II

Site expos au bord du littoral Couverture panneau sandwich dpaisseur 40 mm



Charge de poussire = 15 da N/m 5 % pour toutes les parois Km=1

3. Travail demand :

3.1. Calcul avec le logiciel ROBOT Millenium:

Dfinir une structure compose des portiques (poteaux+ferme) en respectant les donnes du projet.

Calculer les actions du vent Crer les combinaisons de charges Analyser la structure et dimensionner les diffrents lments de la structure (les

pannes, les lisses de bardage, les lments de la ferme, les poteaux, les potelets). Calculer les assemblages (les lments de la ferme, ferme-poteau, pied de poteau)

3.2. Calcul manuel:

Calculer les actions du vent Dimensionner les pannes Dimensionner les lments de la ferme Dimensionner les Poteaux Calculer les assemblages

3.3. Conclusion :

Comparer entre le calcul avec logiciel Robot Millenium et celui manuel Conclure.



Prsentation Gnrale du logiciel Robot

ROBOT Millennium est un logiciel de calcul destin modliser, analyser et dimensionner diffrents types de structures : mtalliques, bois, bton arm, ouvrages d'art, structures cbles sous chargements statiques et excitations dynamiques... et diter des notes de calcul. Lanalyse de la structure comprend la dfinition du modle, les calculs des efforts internes, des dformations et la vrification des rsultats obtenus avec les exigences rglementaires en vigueur.

Le mode opratoire du logiciel ROBOT Millennium peut tre divis en plusieurs tapes :

dfinition du modle de calcul de la structure calculs (statiques, non linaires ou dynamiques) dimensionnement des lments de la structure partir des rsultats de calculs

obtenus et des normes disponibles (acier, BA, bois, etc.) et la gnration des dessins d'excution des lments dimensionns (dans le logiciel ROBOT ou dans RCAD Bton et Acier).

Fig1 : le mode opratoire standard dans le logiciel.

Le systme ROBOT regroupe plusieurs modules spcialiss dans chacune des tapes de ltude de la structure (cration du modle de structure, calcul de la structure, dimensionnement). Les modules fonctionnent dans le mme environnement.

1) Types de structures disponibles :

Aprs le lancement du logiciel ROBOT, la fentre reprsente ci-dessous s'affiche. Dans cette fentre, vous pouvez choisir le type de la structure tudier, ouvrir une structure existante ou charger le module permettant d effectuer le dimensionnement de la structure.



Etude dun portique plan

Etude dun treillis plan

Etude dun grillage

Etude dun treillis spatial

Etude dun portique spatial

Etude dune structure paramtre

Etude dune plaque

Etude dune coque

Etude en contrainte plane

Etude en dformation plane

Etude dune structure axisymtrique

Modlisation en volumique

Ferraillage dune poutre en bton arm

Ferraillage dun poteau en bton arm

Ferraillage dune semelle en bton arm

Etude dune longrine en bton arm

Ferraillage dune poutre-voile en bton arm

Etude dune dalle en Bton arm



Assemblages charpentes mtalliques

Etude dune section

Visionneuse des catalogues de profils

Crer un modle de dessins traceur

Ouvrir une affaire existante

Crer une nouvelle affaire

2) Les lments principaux de l cran :

Les lments principaux de l cran sont reprsents dans la figure ci-dessous (bureau standard de dmarrage), ils sont identiques pour la plupart des bureaux :

L cran est divis en plusieurs parties :

La barre de titre sur laquelle les informations de base concernant laffaire actuelle sont affiches (nom du projet, informations sur l tat des calculs de la structure : rsultats actuels, non actuels, calculs en cours)



Les menus droulants, les barres d outils (y compris la barre d outils affiche droite de l cran, qui regroupe les icnes les plus souvent utiliss) et la liste de slection des bureaux prdfinis du systme ROBOT,

La liste de slection des nuds, barres, cas de charges et modes propres, La zone graphique (fentre de l diteur graphique) qui sert modliser et

visualiser la structure, La barre d'tat dans la partie infrieure de l'cran affiche les informations

suivantes : noms des fentres d'dition ouvertes (visionneuses), coordonnes du curseur, units utilises, et plusieurs icnes qui donnent accs des boites de dialogue.

Les fonctions des icnes affiches dans la partie gauche en bas de l cran sont les suivantes :

Slection du Mode d accrochage du pointeur Ouverture de la bote de dialogue Affichage des attributs

Rtablissement des attributs afficher par dfaut.

Le systme ROBOT dispose d un mcanisme de bureaux prdfinis qui facilite l tude des structures. Ces bureaux sont disponibles dans la liste droulante affiche dans la partie suprieure de la fentre du logiciel.



3) CONFIGURATION DU LOGICIEL (PREFERENCES & PREFERENCES DE L AFFAIRE)

Vous pouvez configurer les paramtres du logiciel ROBOT, dans deux botes de dialogue : Prfrences et Prfrences de laffaire. Dans la bote de dialogue Prfrences ( commande Outils / Prfrences), reprsente sur la figure ci-dessous, vous pouvez dfinir les paramtres de base du logiciel(langues, paramtres daffichage, etc..).

dans la boite Prfrences de laffaire (commande outils/Prfrences de l affaire), vous pouvez dfinir des configurations personnalises (Unit, matriaux, catalogues, paramtres danalyse.).



PARTIE N 1 :

Calcul avec logiciel ROBOT Millenium



Dmarche suivre :

1. Lancer le logiciel ROBOT Millenium

2. Choisir le module Etude dun portique plan

3. Dfinir le modle de structure

3.1- Saisies des nuds :

Saisir (en 2D) les 5 nuds dfinissant la moiti du portique pignon. - A partir de licne saisie des nuds

- Ou bien partir du tableau des nuds :

3.2- Saisie des barres :



Commencer par les poteaux (HEA) puis les membrures suprieures et infrieures de la ferme (double cornires DECD)

Remarque : Il vaut mieux saisir les familles dlments de la ferme par diffrents profils ( par exemple :DECD 50, 60, 70, 80) ; ceci facilite la slection par profil et la cration des familles. Vous pouvez la fois saisir les barres dfinir le matriaux et les paramtres de chaque type de barre ( flambement, diversement )

Diviser la membrure suprieure en 8 parties et la membrure infrieure en 7 parties



Choisir le mode daccrochage (nuds) et saisir les montants et les diagonales.

Slectionner la structure entire puis faire une copie par transformation miroir vertical par rapport laxe centrale passant par le faitage.

Saisir les potelets (HEA, Angle Gamma=90, bi-articul avec nud dplaable), relcher et dfinir les barres du treillis comme des lments travaillant uniquement en traction ou bien compression et les barres .



3.2- Saisir les appuis :

Mettre des encastrements pour les poteaux et des articulations pour les potelets.



4-Calculer les actions du vent:

Dfinir lenveloppe et les paramtres gomtriques du btiment (profondeur, entraxe entre portiques)

Cocher (vent, sans acrotre , afficher la note.)

Cliquer sur paramtres :

a. Les paramtres globaux



b. Les paramtres du vent :

c. La permabilit du btiment : (



e. Gomtrie du portique pignon : Cliquer sur dfinition (Pignons)

f . Gnrer 3D et Enregistrer le fichier : (note de calcul du vent) et saisir les barres de contreventement.



5-Dfinir les charges et les combinaisons de charge :

Dfinition le nom et la nature des diffrentes charge (permanentes, exploitation, vent)

Dfinition de type de chargement (nodal, uniformment rparti, concentr, surfacique.)

Dfinition des diffrentes combinaisons de charge lELS (G+Q ;G+Wn ) et lELU (1,35G+1,5Q ;G+We .)



6-Calcul et dimensionnement des lments de la structure :

6.1.Vrifier la structure (Analyse/vrifier)

6.2.Dfinir les familles : Les Poteaux, les Potelets, les Pannes, les lisses de bardage, les Membrures Suprieures, les Membrures Infrieures, les Diagonales et les Montants. Dfinir le type du matriaux de chaque famille (Acier 24). Dfinir les paramtres de dimensionnement de chaque famille.



6.3.Analyser la structure : (calcul linaire par dfaut sinon vous pouvez changer le type danalyse :Analyse/type danalyse)

6.4.-Dfinir les options de calcul (dimensionnements des familles) : La liste des familles dimensionner, lELU, la liste des cas de charges et loptimisation. Dfinir les options doptimisations en cliquant sur options de la fentre calcul CM 66, ensuite choisir loption poids et calcul sur la totalit de la famille des profils puis lancer le calcul en cliquant sur calculer ( boite de calcul CM66). Dimensionner lELU et vrifier lELS les familles des lments de la structure et les redimensionner si ncessaire .



Aprs le lancement du calcul la fentre suivante apparait en affichant les rsultats de calculs des familles( poteaux, potelets, etc) :

: Sous dimensionn : Bon

: Sur dimensionn

Cliquer sur changer tout et relancer le calcul de nouveau jusqu ce que les rsultats deviennent inchangeables.

Remarque : Aprs toute modification effectue dans le modle de la structure, il faut faire attention l tat des rsultats prsent sur la barre de titre du logiciel (l tat change de ACTUELS en NON ACTUELS).



7. Exploitation des rsultats : Exploiter les rsultats (efforts normaux, Moments flchissant, efforts tranchants, flche, dplacement, )

Consultez la note de calcul :



8.Calcul des assemblage :

8.1.Assemblage des lments de la ferme : Slectionner les lments assembler Slectionner le module Assemblage Acier et choisir le type dassemblage

Crer lassemblage Dfinir les paramtres dassemblage

Cliquer sur la fentre vue de lassemblage et slectionner l option Analyse /

Calculer (ou Analyse / Calculs manuels) ou cliquer sur l icne Calculs pour calculer et vrifier lassemblage.



Ratio : coefficient de taux de travail maximal dans les lments de l assemblage (boulons, platine, soudures etc.). La valeur dtermine le rapport le plus dfavorable entre la charge et la capacit de charge de cet lment de l assemblage. Aprs le calcul de l assemblage, cette colonne du tableau prsente de faon schmatique si l assemblage est satisfaisant vis--vis

de la norme (symbole ) ou non (symbole ).

Aprs un clic sur le bouton Note de calcul, le logiciel affiche une bote de dialogue auxiliaire dans laquelle vous pourrez slectionner le type de note de calcul (note simplifie ou note complte). Calculer les assemblages dans les autres nuds de la ferme.

Par la mme dmarche, calculer lassemblage Poteau-ferme et lassemblage Pied de Poteau.



Partie n :2 Dimensionnement par calcul manuel



I- Dterminer laction du vent sur la construction

FFiigguurree 11

II- Dimensionnement des pannes

Les pannes sont des pices destines porter la couverture ; elles sont assembles sur les fermes et disposes paralllement la ligne de fatage et perpendiculairement au versant. Etant donn que le versant est inclin, certains efforts extrieurs ne sont pas appliqus dans le plan des pannes. Ces efforts doivent donc tre dcomposs suivant deux directions : la premire dans le plan principal de la panne ; la seconde dans le plan perpendiculaire. Il est donc ncessaire de cumuler les contraintes dues la flexion dans les deux directions qui peuvent affecter les pannes. Par consquent, ces lments travaillant la flexion drive.

FFiigguurree 22 :: cchhaarrggeess aapppplliiqquueess ssuurr lleess ppaannnneess



Charges appliques sur les pannes :

Tout dabord, on commence par choisir le type de couverture. La porte de la couverture est dtermine en fonction du nombre dappuis utiliss et de la charge maximale supporte par la couverture, obtenue par combinaison rglementaire des effets initiaux (poids propre, vent, neige) :

Couverture Gc = daN/m2 Charge poussire = 15 daN/m2 Q = daN/m2 Poids propre des pannes estim 7 daN/m2 Gp = daN/m2 Charge permanent G = Gc + Gp = daN/m2 Action de vent W1 :

Vent normal selon lEurocode Wn = daN/m2 Vent extrme selon lEurocode We = daN/m2

Combinaisons des charges :

q qz (daN/m2) qy (daN/m2)

1.35 G + 1.5 x Q = qz = q cos = qy = q sin = E.L.U

G + We = qz = G cos We= qy = G sin =

E.L.S G + Q = qz = qcos = qy = q sin = TTaabblleeaauu 11 :: ccaallccuull ddeess ccoommbbiinnaaiissoonnss ddeess cchhaarrggeess llEELLUU eett llEELLSS

Donc, on prend les valeurs suivantes pour la suite de calcul :

qy = daN/m2 qz = daN/m2 e = m : espacement entre les pannes L = m



3L/8 3L/8

y

x

Schma de calcul Isostatique

2y

z

(q e) LM = = daN.m

8

2z

yq e LM = = daN.m

8

zz

q eV = = daN2

L

yy

q eV = = daN

2L

Schma de calcul hyperstatique

yq e= daN/m 2

yzmax

-q e LM = = daN.m

8

y0.375 q e L= daN

y1.25 q e LdaN

=

y0.375 q e LdaN

=

zq e = daN/m yq e= daN/m

yLq e ( )2

= daN

yLq e ( )2

= daN

zLq e ( )2

= daN

zLq e ( )2

= daN



3L/8 3L/8

z

x

zq e= daN/m 2

zymax

-q e LM = = daN.m8

z0.375 q e L = daN

z1.25 q e L daN

=

z0.375 q e L= daN

Dimensionnement

On considre des profils en IPE. Ces profils sont de classe 1 lorsquiils travaillent en flexion.

Vrification de la rsistance lE.L.U :

On doit vrifier en plasticit :

Essayons un IPE .

Avec = 2 ; = 1 ; M10 = 1 ; yf = 235 MPa

10

plyply

M

WM = = dN.my

f

plzplz

M10

WM = = dN.my

f

Vrification de la flche pour les panes isostatiques

La vrification se fait lELS, pour la combinaison G + Q

4z

z

y

q e L5z-z : =( ) ( ) =

384 EIf

1y zply plz

M MM M

+



4y

y

q e L5y-y :f = ( ) ( ) =384 EIz

Avec :

E = 210000 MPa 4

yI = cm 4

zI = cm On trouve les rsultats suivants :

zf = m

yf = m

( )2 2t z y Lf = f + f = , , = m = cm200=

Vrification de la flche pour les panes hyperstatiques

La vrification se fait lELS, pour la combinaison G + Q 4

zz

y

q e L2,05z-z : f = ( ) ( ) =

384 E Im

y2,05y-y : f = ( )x (qy e L4 / EIz ) = 384

m

Avec :

E = 210000 MPa 4

yI = cm 4

zI = cm

On trouve les rsultats suivants :

zf = m

yf = m

( )2 2t z y Lf = f + f = , , = m = cm200=



III- Dimensionnement des fermes

1- CONCEPTION

La ferme est une structure constitue par des barres gnralement rectilignes assembles en des points appels noeuds et forme un systme gomtriquement indformable. Toute action extrieure au systme, que ce soit une sollicitation ou une raction d'appui, agit en gnral en un noeud. Cest pourquoi toutes les barres subissent une force axiale ; grce a cela, l'acier s'utilise plus rationnellement dans les systmes rticuls que dans ceux a me pleine. Plusieurs conceptions de ferme existent, certaines seront rigidement assembles aux poteaux, d'autres articules (voir figures 1-9).

FFiigguurree 11 :: FFeerrmmee NN11 ((ffeerrmmee ddrrooiittee))

FFiigguurree 22 :: FFeerrmmee NN22 ((ffeerrmmee ddrrooiittee aavveecc mmoonnttaannttss nnoonn cchhaarrggss))

FFiigguurree 33 :: FFeerrmmee NN33 ((ffeerrmmee aammrriiccaaiinnee))



FFiigguurree 44 :: FFeerrmmee NN44 ((ffeerrmmee aannggllaaiissee))

FFiigguurree 55 :: FFeerrmmee NN55







2- CHARGEMENT DES FERMES

2.1 Chargement l'Etat Limite Ultime (E.L.U) Cas des pannes isostatiques

Charge descendante () p= [(1.35G+1.5Q} e] L = daN () Charge ascendante () p= [(G+We) e] L= daN () Cas des pannes hyperstatiques

Charge descendante () p=1.25 [(1.35G+1.5Q}e]L = daN () Charge ascendante () p=1.25 [(G+We)e]L= daN ()

Avec G = Gc + Gp + Gt,

Gt : poids propre du treillis estim 9 daN/m Gc: poids propre de la couverture en bac d'acier estim 9 daN/m Gp :poids propre des pannes estim 7 daN/m

Le chargement des fermes l'tat limite ultime est reprsent sur les figures suivantes :

FFiigguurree 1100 :: CChhaarrggee ddeesscceennddaannttee

FFiigguurree 1111 :: CChhaarrggee aasscceennddaannttee

2.2 Efforts dans les barres de la ferme Les efforts axiaux dans les barres de la ferme sont ensuite calculs soit par une

mthode analytique, soit par une mthode graphique ou l'utilisation d'un logiciel de calcul de structure ; et ce pour les deux types de chargement : ascendant et descendant.



Barre L(m) P(daN) P(daN) Max.Traction (daN)

Max.compression (daN)

2-6 6-7 7-8

9-10 10-11

Membrures suprieures

11-3 5-17

17-16 16-15 15-13

Membrures infrieures

13-4 6-5

7-17 8-16 9-15

10-14 11-13

Montants

3-4 2-5 5-7

7-16 16-9 9-14

14-11

Diagonales

11-4

TTaabblleeaauu 11 :: EEffffoorrttss ddaannss lleess bbaarrrreess ddee llaa ffeerrmmee



2.3 Dimensionnement des barres de la ferme On utllise souvent des cornires jumeles comme le montre figure 12.

FFiigguurree 1122 :: CCoorrnniirreess jjuummeelleess

On vrifie que l'lancement maximal ( y, z) ne dpasse pas sa valeur limite:

Elments Barres comprimes Barres tendues (charge statique) Membrures, diagonales

l'aplomb d'un appui et montant transmettant les ractions aux

appuis

120 400

Autres lments de la ferme 150 400

Barres de contreventement 200 400

Membrures suprieures non contrevents au cours du

montage 200

y= ky

limy

li

; iy est lu directement sur le tableau de profil

z=kz

limz

li

; 2

02 22gz

z z z c y c

tIi ; I I A d ; A A

A

= = + + =

Ac aire dune cornire tg paisseur du gousset ; fonction de l'effort maximal dans les barres

Efforts Max. dans les barres

(kN) 400

400

450

450

750

750

1150

1150

1650

1650

2250

2250

3000

3000

3800

3800

5000

Epaisseur du gousset

(mm) 8 10 12 14 16 18 20 22 24



Remarque : Les plus petites dimensions de cornires utilises dans les fermes sont 45 x 45 x 5 pour les barres de fermes et 75 x 75 x 5 pour les barres de contreventement

Pour les lments en traction:

02

M ncnc c

y

N AA ; Af

Pour les lments en compression:

On dtermine les longueurs de flambement (lky et lkz) et on adopte un lancement approximatif selon lequel On cherche Pour les membrures 50 90 Pour les barres du treillis 60 110 Tenant compte que les barres de fermes sont constitues de profils lamins dont leur Section est toujours de classe 1, A = 1 Pour les calculs on peut commencer par = 0.6 Les longueurs de flambement sont lky = 0.9 l0 et lkz = l0.

1Mnc

A y

NA f

=

2nc

c

AA Choisir des cornires jumeles : 2L X X

Dterminer :

A=2Ac Iy= iy= dy=

2

02 2g

z z c y

tI I A d

= + +

zz

Ii

A=

ky

limy

li

kyy

y

kzz

z

li

li

=

=

39 9

39 9y y

z z

/ .

/ .

=

=



Courbe de flambement ( ) =

( )( )

2

0 522

0 5 1 0 2

1

y yy

.

yy y y

. .

/

= + + =

= + =

( )( )

2

0 522

0 5 1 0 2

1

z zz

.

zz z z

. .

/

= + + =

= + =

( )min y zM in , =

Vrification :

1

yR min A

M

fN A

=

Si RN N condition vrifie : retenir le choix

Si RN N condition non vrifie : Choisir des cornires jumeles de plus grande dimension

2.1 Chargement l'Etat Limite de Service (E.L.S)

Cas des pannes isostatiques p "= [(G+Q} e] L = daN ()

Cas des pannes hyperstatiques p=1.25 [(G+Q}e]L = daN ()

Le chargement des fermes l'tat limite de service est reprsent sur les figures suivantes :

FFiigguurree 1133 :: CChhaarrggeemmeenntt llEE..LL..SS..



La flche de la forme est calcule soit par une mthode analytique, soit par une mthode dutilisation dun logiciel de calcul de structure. On doit vrifier que :

300L

L tant la largeur de la ferme



BIBLIOGAPHIE

Manuelle dutilisation du logiciel ROBOT MILLENNIUM Version 19. ROBOT MILLENNIUM Version 19. Cours de structure et construction mtallique de Mr Nabil Ben Kahla (Matre de

confrence).

Documents

TP_Construction Métallique.pdf