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RÉSUMÉ
La détermination du serrage d’un assemblage à brides boulonnées constitue une étape essentielle pour garantir simultanément l’étanchéité de la liaison et la résistance mécanique de ses composants. Les méthodes de calcul classiques permettent d’évaluer séparément certaines conditions d’étanchéité ou de résistance mécanique, mais ne fournissent pas toujours une vision globale du domaine de serrage admissible. La méthode TBSS (Tight Between Seal and Strength) propose une approche intégrée consistant à exprimer ces différentes conditions sous forme d’efforts de serrage équivalents. Cette formulation permet de définir deux bornes de serrage encadrant le serrage opérationnel. Cet article constitue le troisième et dernier volet d’une série consacrée aux assemblages à brides boulonnées.
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Simon PLANCHE : Chef du Service Inspection Réglementation (SIR) - EDF SA, Centre Nucléaire de Production d’Électricité de Golfech, Golfech, France
INTRODUCTION
L’article précédent [BM 5 572] de cette série a présenté les bases de la modélisation mécanique des assemblages à brides boulonnées. Il a notamment introduit les hypothèses de calcul utilisées dans les principaux codes et normes, ainsi que les méthodes analytiques permettant d’évaluer les contraintes dans les différents composants de l’assemblage, en particulier la méthode Taylor Forge pour le dimensionnement des brides. Les notions de surface effective du joint, de précontrainte de la boulonnerie et les principaux chargements appliqués à l’assemblage ont également été rappelées.
Une fois ces éléments établis, la question centrale devient la détermination du serrage à appliquer lors du montage de l’assemblage. Ce serrage doit être suffisant pour assurer l’étanchéité de la liaison, tout en restant compatible avec les limites de résistance mécanique des différents composants. En pratique, le serrage d’un assemblage à brides boulonnées ne peut donc pas être choisi arbitrairement : il doit se situer dans un domaine admissible encadré par deux limites fondamentales.
La borne inférieure correspond aux conditions minimales nécessaires pour garantir l’étanchéité de la liaison. Elle est généralement liée à la pression d’assise du joint, au maintien d’une compression résiduelle suffisante en service ou, dans certains cas, à l’existence d’un contact métal-métal ou d’une précontrainte minimale dans la boulonnerie. À l’inverse, la borne supérieure est imposée par la tenue mécanique des composants de l’assemblage : résistance des brides, limites de compression du joint et résistance de la boulonnerie.
La méthode TBSS (Tight Between Seal and Strength) repose sur cette approche. Elle consiste à exprimer les différentes conditions mécaniques de l’assemblage sous forme d’efforts de serrage équivalents afin de définir directement un domaine de serrage admissible compris entre les limites d’étanchéité et de résistance mécanique. Le serrage opérationnel correspond alors à une valeur cible située à l’intérieur de cet intervalle, tenant compte des incertitudes associées aux procédés de serrage et à la dispersion des efforts réellement appliqués.
Au-delà de la seule détermination du serrage, cette méthode permet également d’intégrer les différents moyens de serrage utilisés en pratique (couple appliqué, contrôle d’allongement des boulons, méthodes hydrauliques) ainsi que les incertitudes associées aux procédures de montage. Elle fournit ainsi un cadre cohérent pour définir un serrage robuste et reproductible dans les conditions industrielles.
Cet article présente la formulation de la méthode TBSS et les différentes bornes de serrage permettant de déterminer le serrage opérationnel. Il constitue le troisième et dernier volet d’une série consacrée aux assemblages à brides boulonnées [BM 5 571] et [BM 5 572].
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3. Évaluation du serrage opérationnel (méthode TBSS)
La détermination d’un effort de serrage adapté repose sur l’identification d’un intervalle admissible, borné par deux valeurs fondamentales :
-
la borne inférieure
, correspondant au seuil minimal garantissant l’étanchéité durable du joint ;
-
la borne supérieure
, représentant la limite maximale admissible avant défaillance mécanique des éléments de l’assemblage (brides, boulons, joint).
Entre ces deux extrêmes se situe la zone de fonctionnement utile, au sein de laquelle peut être défini un effort cible
, dit serrage opérationnel (figure 2).
Cette démarche formalise l’équilibre recherché entre deux exigences antagonistes : appliquer une compression suffisante pour garantir l’étanchéité, tout en évitant de dépasser les limites mécaniques des composants. Les paragraphes suivants (§ 3.3.1 et § 3.3.2) détaillent respectivement la méthode TBSS et les marges à considérer lors de la mise en œuvre pratique du serrage.
3.1 Efforts garantissant l'étanchéité de la liaison
La borne inférieure
de la méthode...
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