Article

1 - CLASSIFICATION DE LA RIGIDITÉ DES ANCRAGES

2 - CALCULS DES EFFORTS DE TRACTION AVEC PLATINE RIGIDE

3 - CALCULS DES EFFORTS DE TRACTION AVEC PLATINE FLEXIBLE

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : C2573 v1

Dimensionnement des platines d’ancrage - Rigidité et axe neutre

Auteur(s) : Irénée CORNATON

Date de publication : 10 nov. 2022

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Présentation

RÉSUMÉ

La caractérisation de la rigidité des assemblages de pieds de poteaux, que l’on nommera ancrages, est un sujet délicat en raison de la diversité des éléments entrant en jeu dans sa conception.

Historiquement, les assemblages ont presque toujours été classés conventionnellement en deux catégories : articulés ou encastrés (rigides). Les Eurocodes ont introduit la notion d’assemblages semi-rigides, afin de mieux appréhender le comportement réel qui est en fait intermédiaire, et ainsi de dimensionner plus finement l’ouvrage. Le dimensionnement des ancrages en eux-mêmes repose, quant à lui, sur la distribution des forces de traction et de compression.

 Cet article traite en détail de ce sujet, notamment la recherche de l’axe neutre séparant la partie comprimée et la partie tendue.

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ABSTRACT

Design of column base plates - Rigidity and neutral axis

The evaluation of the rigidity of the column base plates is a sensitive subject because of the diversity of the involved components.

Historically, the joints were almost always sorted conventionnally into two parts : pinned or rigid. The Eurocodes introduced the notion of semi-rigid joints, for better modelling the actual behaviour that is in fact intermediate, and so for better designing the structure. The design of column base plates themselves is based on the distribution of the tension and compression forces.

This article explains in details this subject, especially the calculations of the neutral axis splitting the zone under compression and the zone under tension.

Auteur(s)

  • Irénée CORNATON : Chargé de développement des logiciels de calculs de structures Pipestress et Beamstress, Ingénieur structures - Hexagon PPM (Genève), Aries Structure (Paris)

INTRODUCTION

La caractérisation de la rigidité des assemblages de pieds de poteaux, que l’on nommera ancrages, est un sujet délicat en raison de la diversité des éléments qui entrent en jeu dans sa conception : la platine, les tiges d’ancrage, le béton comprimé par la platine, l’interaction entre le sol et la structure et l’effort normal repris par l’ancrage.

Avant l’apparition des Eurocodes, il était d’usage de classer ces ancrages selon un mode de répartition binaire : soit parfaitement articulés, soit parfaitement encastrés. Les règles de l’art, empiriques et conventionnelles, permettaient alors de répartir de facto les ancrages dans l’une ou l’autre de ces catégories, selon leur typologie. Les ancrages articulés sont considérés comme reprenant un moment nul ou très faible, tandis que les ancrages encastrés (rigides) sont considérés comme reprenant une rotation nulle ou faible. En particulier, les pieds de poteau laminé, constitués d’une platine fixée avec 2 tiges d’ancrage très proches de l’axe principal du poteau, sont considérés de facto articulés lorsque la longueur de la platine est inférieure à 300 mm.

Dans la réalité, la plupart des ancrages ont en fait un comportement intermédiaire, et sont désignés dans les Eurocodes sous le nom d’ancrages semi-rigides. Une estimation aussi fine que possible du degré de semi-rigidité est nécessaire : en effet, une surestimation de la rigidité des ancrages peut impacter de manière significative le dimensionnement de l’ouvrage, en sous-estimant notamment les déformations de la structure. Une telle sous-estimation conduirait à une vérification invalide des critères dits ELS (État limite de service), ainsi qu’à une sous-estimation des moments de second ordre associés. La distribution des sollicitations dans les éléments constitutifs de l’ouvrage (poutres et poteaux) est également affectée.

La première partie de cet article s’intéresse à la classification en termes de rigidité de ces ancrages. Pour ce faire, deux méthodes sont proposées : la méthode des composants présentée dans les Eurocodes, et une méthode prédictive simplifiée. Deux exemples, dans lesquels tous les calculs sont développés en détail, permettent notamment de comparer les deux approches.

La deuxième partie de l’article est consacrée aux calculs de la répartition des forces de traction et de compression dans l’ancrage. L’accent est mis sur le calcul exact de la position de l’axe neutre, axe de déformations nulles séparant zone tendue et zone comprimée, lorsque la platine peut être considérée comme suffisamment rigide. Une écriture généralisée des équations régissant l’équilibre du système est présentée, ainsi qu’une approche complémentaire permettant par exemple d’intégrer dans les calculs des « irrégularités » géométriques.

Dans le cas où la platine ne pourrait pas être considérée comme suffisamment rigide, il est recommandé de recourir à des moyens de calculs plus complexes, tels que la modélisation éléments finis, afin d’évaluer plus précisément les efforts de traction dans les tiges d’ancrage ainsi que la contrainte maximale de compression sur le béton. À cet effet, un logiciel tel que Hilti Profis peut s’avérer être un outil intéressant. En effet, une platine trop fine conduit à l’apparition de phénomènes physiques supplémentaires engendrant un accroissement des efforts de traction dans les tiges d’ancrage. La non-prise en compte de cet accroissement d’efforts peut conduire à un sous-dimensionnement significatif de la platine d’ancrage.

Il est à noter que l’étude de la résistance de l’ancrage en lui-même n’est pas abordée dans cet article.

La plupart des notations utilisées dans le document sont présentées au § 6.

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KEYWORDS

prediction   |   Eurocodes   |   fastenings   |   column base   |   components method   |   neutral axis   |   anchor bolt   |   concrete compression   |   steel structure

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-c2573


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LESCOUARC’H (Y.) -   Pieds de poteaux encastrés en acier,  -  CTICM, ISBN 2-902720-15-7, 220 pages, avril 1988.

  • (2) - LESCOUARC’H (Y.) -   Pieds de poteaux articulés en acier,  -  CTICM, ISBN 2-902720-11-4, 166 pages, juin 1982.

  • (3) - WEYNAND (J.) -   Design of Structural Steel Joints,  -  European Commission Workshop, 16-17 october 2014.

  • (4) - WALD (F.), BAUDUFFE (N.), MUZEAU (J.-P.) -   Preliminary Prediction of the Column-Base Stiffness,  -  part of results of the Czech Ministry of Education grant No. J04/98, 1998.

  • (5) - HILTI -   Formation technique – Calcul de platine,  -  V1, 2019.

  • (6) - BIRKELAND (I.), AALBERG (A.), KVAM (S.) -   Classification boundaries for stiffness of beam-to-column joints and...

1 Outils logiciels

HILTI PROFIS, logiciel de calculs de platines et de chevilles d’ancrage

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2 Normes et standards

EN 1992-4 (juillet 2018), Eurocode, Eurocode 2 : Design of concrete structures – Part 4 : Design of fastenings for use in concrete

EN 1993-1-8 (mai 2005), Eurocode, Eurocode 3 : Design of steel structures – Part 1-8 : Design of joints

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