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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1993-1-5 de mars 2007 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1993-1-5/A2 (P22-315/A2) : Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - Partie 1-5 : plaques planes (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2002 (Mars 2020).
RÉSUMÉ
Les constructions mixtes acier – béton sont faites de deux matériaux dont l’un est ductile et l’autre fragile. Concevoir des ossatures dont le comportement plastique global en situation sismique soit ductile implique donc des réflexions particulières, tant au niveau des mécanismes plastiques locaux qu’en ce qui concerne la réponse globale des structures. Les règles de détail qui assurent la ductilité des divers types d’éléments constitutifs des ossatures sont définies et expliquées. Elles concernent les poteaux, les poutres, les dalles collaborant avec des profils en acier et des murs mixtes de divers types. Ces derniers participent à des systèmes mixtes qui n’existent pas en charpentes acier classique.
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André PLUMIER : Professeur à l'université de Liège
INTRODUCTION
Durant les dernières années, la construction mixte acier/béton a connu un essor important. Cette tendance peut s'expliquer par l'association des qualités respectives des deux matériaux.
L'ossature acier offre sa rapidité d'exécution, ainsi qu'une résistance et une ductilité élevées pour un encombrement limité.
Le béton, irremplaçable matériau des planchers, offre un complément de résistance en compression à ces armatures particulières que sont les profils en acier constituant l'ossature. En outre, le béton donne aussi sa flexibilité géométrique lors de la mise en place ainsi que son inertie thermique.
Mais, chercher à utiliser le béton pour sa collaboration structurale dans des structures mixtes primaires, c'est-à-dire soumises à des actions autres que gravitaires, pose des problèmes nouveaux, qui ne sont pas traités par l'Eurocode 4.
Certains d'entre eux ont été résolus lors de l'élaboration de l'Eurocode 8, norme parasismique qui sera en vigueur en 2011. On peut notamment citer :
-
la définition des conditions assurant la ductilité des sections enrobées de béton, partiellement ou complètement ;
-
la définition d'armatures « sismiques » de dalles, et autres conditions aux nœuds garantissant le développement de pleins moments plastiques mixtes aux nœuds des ossatures en portique autostable ;
-
l'expression de conditions pour les assemblages mixtes ;
-
la définition d'éléments de projet pour les « systèmes mixtes ».
Tous ces aspects nouveaux de la construction mixte sont décrits et expliqués, au sein d'un texte qui définit et motive, avec les formulations et les symboles de l'Eurocode 8, l'état actuel des éléments de projet de construction parasismique mixte acier/béton.
On y mentionne aussi les limites des connaissances, car des problèmes restent à étudier, comme le comportement cyclique de diagonales mixtes ou les conditions pour bénéficier en pied de poteau de portique d'un plein moment résistant plastique mixte, couplé à une pleine résistance mixte au cisaillement.
Les questions relatives aux structures acier exclusives sont traitées dans le dossier [C 2 559].
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3. Ossatures mixtes avec triangulations
3.1 Ossatures mixtes avec triangulations à barres centrées
Selon l'Eurocode 8, les éléments dissipatifs d'une ossature à triangulation mixte dissipative doivent être des diagonales en acier. Les éléments structuraux non dissipatifs, poteaux ou poutres, peuvent être en acier ou mixtes.
Les raisons en sont les suivantes :
-
des diagonales mixtes contribueraient à surcharger les poutres et poteaux dans la situation avant flambement des diagonales, ce qui est contraire à l'économie du projet ;
-
on ne dispose pas d'information sur le comportement cyclique des diagonales mixtes, et il n'est donc pas possible de le définir dans une approche simple comme on la fait pour les diagonales en acier seul .
Le dimensionnement des ossatures mixtes avec triangulations à barres centrées, qui sont dissipatives dans les diagonales, est donc similaire à celui des ossatures acier du même type.
Il ne faudrait toutefois, pas négliger l'intérêt possible :
-
d'ossatures non dissipatives, qui tirent avantage de la résistance en compression des diagonales mixtes ;
-
d'ossatures à triangulation centrée, dont les assemblages sont les zones dissipatives.
Mais, ces options constructives doivent encore faire l'objet de travaux de recherche.
HAUT DE PAGE3.2 Ossatures mixtes avec triangulations à barres excentrées
-
En principe, tous les éléments structuraux de ce type d'ossatures peuvent être mixtes. Toutefois, la capacité de déformation plastique requise dans les tronçons d'excentrement est nettement supérieure à celle offerte par les poutres de portique (≈ 80 mrad contre ≈ 30 mrad). Ceci est source d'incertitude quant à la formation de ces rotules plastique mixtes et à leur résistance.
Si la résistance des tronçons d'excentrement est sous...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BETBEDER-MATIBET (J.), DOURY (J.-L.) - Constructions parasismiques - Traité Bâtiments et Travaux Neufs, [C 3 290] (Mai 1997).
-
(2) - BISCH (P.) - Constructions Parasismiques – Eurocode 8 - Traité Construction, [C 3 292] (Août 2002).
-
(3) - PLUMIER (A.) - Constructions Parasismiques en Acier dans le contexte de l'Eurocode 8 - Traité Construction, [C 2 559] (2009).
ANNEXES
Ouvrages, articles, actes de colloque
PLUMIER (A.) - Conception parasismique - Note de cours de l'université de Liège. Publication Interne de la Faculté des Sciences de l'Ingénieur (2007).
CARVALHO (E.), ELNASHAI (A.), FARDIS (M.), FACCIOLI (E.), PINTO (P.), PLUMIER (A.) - Designers Guide to EN 1998-1 and 1998-5. Eurocode 8 : Design Provisions for Earthquake Resistant Structures - Thomas Telford Publisher (2005).
DONEUX (C.), PLUMIER (A.) - ICONS Report 4. Composite Steel Concrete Structures - Editors. Laboratorio Nacional de Engenharia Civil. Lisbon-Portugal. ISBN 972-49-1890-4 (2001).
DONEUX (C.), PLUMIER (A.) - Distribution of stresses in the slab of composite steel concrete moment resisting frames submitted to earthquake action - Der Stahlbau (6/1999).
Constructions parasismiques en acier - Brochure technique Arcelor Mittal.
The Cyclic Behaviour of Steel Elements and Connections - European Steel Design Educational Program ESDEP. WG 17.SEISMIC DESIGN. Lecture 17.3.
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