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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1993-1-2/NA (P22-312-1/NA) du 01/10/2007 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1993-1-2/NA/A1 de septembre 2021 : Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - Partie 1-2 : règles générales - Calcul du comportement au feu - Annexe Nationale à la NF EN 1993-1-2:2005 - Règles générales - Calcul du comportement au feu
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).
RÉSUMÉ
Cet article aborde la question du dimensionnement des assemblages de pièces planes minces. On s'intéresse ici au cas du travail en matage-cisaillement, sous chargement statique à la rupture.? Ces structures sont caractérisées par le fait qu'elles comportent généralement plusieurs rangées de boulons et que la résistance de l'assemblage n'est pas déterminée par celle du boulon le plus chargé, mais par celle de l'ensemble des pièces assemblées. Dans ce dossier sera étudié le comportement des assemblages sous une sollicitation statique et notamment sera traité le problème délicat du calcul de la répartition des charges sur les différentes rangées de fixation d'un éclissage.
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Jean GUILLOT : Professeur Émérite - Institut national des Sciences Appliquées de Toulouse (INSAT)
INTRODUCTION
Ce fascicule traite du problème du dimensionnement des assemblages de pièces planes minces, c'est-à-dire de pièces dont l'épaisseur est faible par rapport aux autres dimensions, comme les éclissages de structures aéronautiques et les assemblages de charpente métallique.
Ce qui caractérise ces assemblages, comparés à ceux étudiés dans les fascicules précédents [BM 5 561] [BM 5 562] [BM 5 563], c'est qu'ils comportent pratiquement toujours plusieurs rangées de boulons et que la résistance de l'assemblage n'est plus déterminée par celle du boulon le plus chargé, mais par celle des pièces assemblées.
Nous ne présenterons pas ici dans le détail, les calculs spécifiques aux différents types, qui sont traités dans les codes de calcul spécialisés (Eurocode 3 pour les charpentes métalliques) ou dans les manuels de calcul de structures aéronautiques. Nous avons essayé de faire une présentation unifiée, de montrer l'influence des différents paramètres et d'en tirer les principales règles de conception, applicables en construction mécanique générale.
Toutefois, nous avons choisi de traiter dans le détail de la prise en compte de la précontrainte de serrage dans le calcul des assemblages travaillant en matage-cisaillement et de la recherche du serrage optimal.
En effet, ce point est souvent ignoré des ingénieurs (et négligé à tort), alors qu'il peut constituer un moyen simple d'augmenter de manière importante la durée de vie en fatigue, au même titre que les montages avec interférence.
Dans cette première partie, on traite du comportement des assemblages sous une sollicitation statique et notamment du problème délicat du calcul de la répartition des charges entre les rangées de fixation d'un éclissage.
La deuxième partie est essentiellement consacrée au comportement des assemblages sous sollicitations variables avec le temps et au calcul de leur durée de vie.
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3. Résistance statique des assemblages travaillant au cisaillement
Pour ce type d'assemblage, essentiellement utilisé en aéronautique, où les éléments de fixation sont montés sans jeu ou avec un léger serrage radial (interférence) les calculs ou la vérification portent sur trois points :
-
l'effort appliqué sur chaque fixation ne doit pas dépasser l'effort à rupture ;
-
le matage des pièces assemblées, dans les trous des fixations, ne doit pas être excessif ;
-
la contrainte nette dans les pièces assemblées, résultant de l'application des efforts aux sections nettes (sections des pièces sans les trous) ne doit pas excéder la contrainte de rupture.
Les fixations couramment utilisées sont souvent des organes particuliers spécialement étudiés pour une application.
on donne figures 4 et 5 deux exemples de fixations utilisées respectivement pour l'assemblage de structures aéronautiques et pour l'assemblage de charpentes métalliques. Ces deux fixations permettent un assemblage rapide avec installation d'une précontrainte conventionnelle plus ou moins précise.
La fixation de type Hi-Lite® permet un montage avec interférence (ajustement serré) par traction sur la tige, puis le serrage par l'écrou est limité par la rupture de celui-ci au niveau de la gorge prévue à cet effet.
La fixation de type Huck-Fit® est prévue pour être montée avec un petit jeu, la précontrainte est installée par l'outil de pose qui vient déformer plastiquement l'extérieur de l'écrou (sertir). La valeur de l'effort de serrage est alors donnée par la rupture de l'extrémité de la tige dans la gorge prévue à cet effet.
Ces deux types de fixation nécessitent un outillage de pose particulier.
3.1 Fixation à un seul élément
Dans cette partie nous supposons connu l'effort transféré par la fixation considérée, noté F T , et nous considérons que les pièces assemblées sont réalisées dans le même matériau (ce qui est presque toujours le cas). Il est facile d'étendre ces calculs simples à d'autres situations.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTAUX (J.) - Les assemblages mécaniques en aéronautique civile : tendances actuelles et perspectives. - Les assemblages mécaniques Cetim 3G27, p. 13-49.
-
(2) - HUET (J.) - Du calcul des assemblages par boulons ou rivets travaillant en cisaillement. - Les assemblages mécaniques Cetim 3G27, p. 133-147.
-
(3) - MUZEAU (J.P.) - Caractéristiques mécaniques de boulons sertis précontraints de type Huck. - Calcul des assemblages vissés Cetim, p. 1-32, 5 déc. 2000.
-
(4) - ALEMANY (B.), ALBERT (M.) - Boulons précontraints pour assemblages à haute rigidité. - Éditions Dunod, Paris (1967).
-
(5) - BARROIS (W.) - Stresses and displacements due to load transfer by fasteners in structural assemblies. - Engineering Fracture Mechanics (Pergamon Press), vol. 10, p. 115-176 (1978).
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