Chapitre 1 : Introduction 1. Concept : Supporte les charges latérales telles que les poutres de plancher, les poutres de grue, les pannes, les ponts, etc. 2. Classification : (1) Ame pleine： Profilé d'acier en forme de H. Facile à traiter, simple à fabriquer et peu coûteux : Facile à mettre en œuvre, simple à fabriquer et peu coûteuse. Section composite : Lorsque l'acier en forme de H ne peut pas répondre aux exigences de résistance et de rigidité. (2) Structure en treillis : Lorsque la portée dépasse [...]
1. Le concept :
Supporte les charges latérales telles que les poutres de plancher, les poutres de grue, les pannes, les ponts, etc.
2. Classification :
(1) Toile solide：
Section d'acier en forme de H : Facile à mettre en œuvre, simple à fabriquer et peu coûteux.
Section composite : Lorsque l'acier en forme de H ne peut pas répondre aux exigences du la résistance et la rigidité.
(2) Structure en treillis :
Lorsque la portée dépasse 40 m, il est préférable d'utiliser une ferme en treillis.
3. Grille de poutres :
Système planaire composé de poutres principales et secondaires qui se croisent verticalement et horizontalement.
(1) Grille de faisceau simplifiée : Faisceau principal unique.
(2) Grille de poutres ordinaires : Divisée en poutres principales et secondaires.
(3) Grille de poutres composées : Divisée en poutres principales et en poutres secondaires horizontales et verticales.
4. Interaction entre les poutres et les plaques :
(1) Co-working : Dalle de sol composite.
(2) Travaux non coopératifs : Dalle générale en béton armé.
L'évolution de la contrainte normale dans la section transversale peut être divisée en trois étapes :
(1) Stade élastique : Sous charge dynamique.
(2) Stade élastique-plastique : Sous charge statique ou dynamique indirecte.
(3) Stade plastique :
Capacité de flexion pendant la phase élastique-plastique d'une section transversale :
Pour une section rectangulaire :
(1) Stade élastique :
(2) Stade plastique :
(3) Stade élastique-plastique :
Facteur de forme de la section :
Développement plastique en section partielle (1/4 de section, a = h/8) comme état limite :
Dans la formule :
γ est le facteur de sécurité partiel pour le moment, qui peut être déterminé sur la base du tableau 5.1 de la section 5 du code de conception.
Dans deux cas, le facteur de sécurité partiel pour le moment doit être fixé à 1,0.
Méthode :
S:
La résistance au cisaillement peut être calculée à l'aide de la théorie du flux de cisaillement, en supposant qu'elle est uniformément répartie le long de la direction de l'épaisseur de la paroi mince.
(1) Pour calculer l'effort tranchant vertical en un point quelconque de l'âme, il est nécessaire de calculer le moment d'inertie surfacique de la section brute au-dessus ou au-dessous de ce point par rapport à l'axe neutre x.
(2) Lors du calcul de l'effort tranchant horizontal en un point quelconque de la bride, il est nécessaire de calculer le moment d'inertie surfacique de la section brute à gauche ou à droite de ce point par rapport à l'axe neutre x.
Où tw est l'épaisseur de la section à l'endroit où la contrainte de cisaillement est calculée.
Lorsque l'aile d'une poutre est soumise à une charge centrale fixe importante (y compris les réactions de l'appui) et qu'aucun raidisseur n'est prévu conformément à la figure 5-5 (a), ou lorsqu'elle est soumise à une charge concentrée mobile (telle que la pression de la roue d'une grue) conformément à la figure 5-5 (b), la résistance à la compression locale au bord de la hauteur de l'âme doit être calculée. En supposant que la charge concentrée se propage depuis le point d'application jusqu'à une hauteur de hy dans un rapport de 1:2,5, et s'étale dans un rapport de 1:1 dans une fourchette de hauteur de hRil est uniformément réparti sur la hauteur de la nappe calcul de l'arête. Le résultat σc est très proche de la pression locale théorique maximale. La résistance locale à la compression peut être calculée par la formule suivante :
Dans la formule,
Lorsque le calcul n'est pas satisfaisant, la charge concentrée fixe ou le support peuvent être renforcés par la mise en place de raidisseurs transversaux ou la modification de la taille de la section. En revanche, lorsque des charges concentrées mobiles sont supportées, seule la taille de la section peut être modifiée.
Lorsque le vibrateur de l'abdomen est soumis à une contrainte normale, à une contrainte de cisaillement ou à une contrainte de compression locale importante à la hauteur calculée, la contrainte équivalente à cet endroit doit être calculée.
Dans la formule :
σ, τ, σc - la contrainte normale de flexion, la contrainte de cisaillement et la contrainte de compression locale au même point de la hauteur de calcul de la plaque de l'abdomen, positive pour la contrainte de traction et négative pour la contrainte de compression ;
β1 - coefficient d'augmentation de la valeur de calcul de la résistance à la compression en un point local. Lorsque σ et σc ont le même signe ou σc=0, β1=1,1 ; lorsque σ et σc sont de signes opposés, β1=1.2.
Phénomène d'instabilité générale :
Analyse du mécanisme :
Après la déformation de la poutre par flexion, l'aile supérieure est soumise à la compression. En raison de la rigidité latérale insuffisante de la poutre, celle-ci subira une déformation latérale par flambage. La déformation par flexion dans le plan causée par le moment se produit également avec une déformation par torsion due à une flexion inégale du haut vers le bas de la section de la poutre.
Par conséquent, l'instabilité globale de la poutre prend la forme d'un flambage de flexion-torsion, ou plus précisément d'un flambage de flexion latérale et de torsion.
(1) C1, C2, C3 - En fonction du type de charge
(2) Iy, Iw, It - Moment d'inertie de la section transversale
(3) L - Longueur non contreventée dans la direction latérale
(4) a - Emplacement du point d'action dans la direction de la hauteur.
(5) 
| État de charge | Coefficient | ||
| G | C2 | G | |
| Charge concentrée à mi-portée | 1.35 | 0.55 | 0.41 |
| Charge uniformément répartie sur toute la portée | 1.13 | 0.46 | 0.53 |
| Cintrage pur | 1.00 | 0.00 | 1.00 |
Les principaux facteurs affectant la stabilité globale des poutres en acier sont les suivants :
(1) La longueur non contreventée dans la direction latérale ou la distance L1 entre le point d'appui latéral de l'aile comprimée. Plus la valeur de L1 est petite, meilleure est la stabilité globale de la poutre et plus le moment de flexion critique est élevé.
(2) La taille de la section transversale, y compris les différents moments d'inertie. Plus le moment d'inertie est important, meilleure est la stabilité globale de la poutre. En particulier, l'augmentation de la largeur de l'aile comprimée b1 peut également augmenter la valeur de βy dans la formule.
(3) Les contraintes sur la section par les appuis d'extrémité de la poutre. Si les contraintes de rotation autour de l'axe y de la section peuvent être améliorées, la stabilité globale de la poutre sera grandement améliorée.
(4) Type de charge : Flexion pure, charge uniformément répartie, charge concentrée à mi-portée.
(5) L'emplacement du point d'action de la charge le long de la direction de la hauteur de la section transversale, une valeur ; négative pour l'aile supérieure et positive pour l'aile inférieure.
Flexion sur un seul plan :
1. Section transversale soudée en forme de I, à symétrie biaxiale, pure charge de flexion.
2. Section soudée en forme de I, symétrique uniaxiale (effets de la section asymétrique et des différentes charges)
Si φb>0,6, le coefficient de stabilité est considéré comme :
3. Poutre en acier laminé ordinaire en forme de I simplement soutenue.
4. Poutre en acier laminé à chaud à appui simple.
5. Une poutre cantilever en forme de I symétrique sur deux axes.
L'aile comprimée de la poutre est recouverte d'un platelage (en béton armé ou en acier). tôle d'acier) et fermement reliées afin d'éviter tout déplacement latéral de la bride comprimée.
Pour les poutres en H ou en I simplement soutenues, le rapport entre la longueur libre L1 et la largeur b de l'aile comprimée ne dépasse pas la valeur spécifiée au tableau 5.4.
Tableau 5.4 : Valeur maximale de L1/b1 pour laquelle le calcul de la stabilité globale n'est pas requis pour les poutres en H ou en I simplement soutenues.
| Qualité de l'acier | Une poutre sans points d'appui latéraux à mi-portée. | Poutre dont l'aile est soumise à une compression sur toute la portée et qui comporte des points d'appui latéraux, quel que soit l'endroit où la charge est appliquée. | |
| La charge est appliquée à la bride. | La charge est appliquée à la bride inférieure. | ||
| Q235 | 13.0 | 20.0 | 16.0 |
| Q345 | 10.5 | 16.5 | 13.0 |
| Q39 | 10.0 | 15.5 | 12.5 |
| Q420 | 9.5 | 15.0 | 12.0 |
1. Déterminer si une vérification de la stabilité globale est nécessaire.
2. Calculer les paramètres de la section.
3. obtenir le coefficient de moment de flexion critique équivalent βb en fonction des conditions de charge.
4. Substituer les valeurs dans les formules pour obtenir le coefficient de stabilité globale ϕb, et vérifier la stabilité globale.
Exemple : 5-2，5-3
Plaque de la bride : La charge est relativement simple et la stabilité locale est assurée en limitant le rapport largeur/épaisseur de la plaque.
Plaque d'immatriculation : La charge est complexe et pour répondre aux exigences de résistance, la hauteur de la section est souvent importante. Si nous continuons à limiter le rapport hauteur/épaisseur de la plaque d'âme, la valeur de la plaque d'âme sera très importante, ce qui n'est pas rentable. C'est pourquoi des raidisseurs sont généralement utilisés pour réduire la taille de la plaque et améliorer la capacité portante de la stabilité locale.
1. Raidisseurs transversaux
2. Raidisseurs longitudinaux
3. Raidisseurs courts
Principe de conception : principe de l'égalité des forces.
Selon la conception élastique (avec γ=1.0 pour ne pas prendre en compte le développement plastique), en raison de l'influence du contrainte résiduellela section transversale réelle est entrée dans la phase élastique-plastique. La "spécification" prend Et=0.7E.
Si l'on considère le développement plastique (γ > 1,0), le développement plastique sera plus important, et Et=0.5E.
| Non. | L'état de la tôle d'acier. | Spécifications de l'agencement des raidisseurs | |
| 1 |  | στ=0 | Les raidisseurs peuvent être omis. |
| 2 | στ≠0 | Il est recommandé d'installer des raidisseurs transversaux qui répondent aux exigences structurelles et de calcul. | |
| 3 |  | Il est recommandé d'installer des raidisseurs transversaux qui répondent aux exigences structurelles et de calcul. | |
| 4 |  La bride comprimée est retenue contre la torsion. | Des raidisseurs longitudinaux doivent être ajoutés dans la zone de compression de la section où les contraintes de flexion sont élevées, conformément aux exigences structurelles et de calcul. | |
| 5 |  La bride comprimée est libre de se tordre. | ||
| 6 | Lorsque cela est nécessaire à des fins de calcul. | ||
| 7 | Lorsque la contrainte de compression locale est élevée. | Si nécessaire, des raidisseurs courts doivent être disposés dans la zone de compression pour répondre aux exigences structurelles et de calcul. | |
| 8 | Au niveau du support de la poutre | Il est conseillé d'installer des raidisseurs de soutien qui répondent aux exigences structurelles et de calcul. | |
| 9 | Lorsque la bride est soumise à une charge concentrée fixe importante. | ||
| 10 | En tout état de cause |  | |
1. Flambage des plaques composites sous contrainte
Seule la plaque d'âme avec les raidisseurs transversaux est configurée.
La plaque d'âme est configurée avec des raidisseurs transversaux et longitudinaux en même temps.
(1) Entre la bride comprimée et les raidisseurs longitudinaux.
(2) Entre la bride de tension et les raidisseurs longitudinaux.
Des raidisseurs transversaux courts sont installés entre la bride comprimée et les raidisseurs longitudinaux.
2. Exigences de construction des raidisseurs pour les plaques d'âme
(1) Raidisseurs transversaux en acier disposés par paires de part et d'autre de la plaque d'âme.
Largeur saillante vers l'extérieur :
Épaisseur :
(2) Raidisseurs transversaux en acier disposés d'un côté de la plaque d'âme.
Largeur de la saillie extérieure : elle doit être supérieure à 1,2 fois la valeur calculée selon la formule ci-dessus.
Épaisseur : elle ne doit pas être inférieure à 1/15 de la largeur de la saillie extérieure.
(3) Dans la plaque d'âme renforcée par des raidisseurs transversaux et longitudinaux, les raidisseurs longitudinaux doivent être déconnectés à leurs intersections tandis que les raidisseurs transversaux restent continus.
Le moment d'inertie autour de l'axe z doit également satisfaire :
(4) Traitement de l'extrémité des raidisseurs transversaux :
3. Raidisseurs pour le soutien
(1) Calcul de la stabilité :
La stabilité des raidisseurs pour le support est calculée comme un élément de compression soumis à des charges concentrées fixes ou à des réactions de support de poutre le long de son axe. La section transversale A de cet élément de compression comprend à la fois le raidisseur et la surface de la plaque d'âme dans la limite de 15tw de chaque côté du raidisseur. La longueur de calcul est approximativement égale à h0.
(2) Calcul de la résistance à la compression :
L'extrémité des raidisseurs d'appui de la poutre doit être calculée en fonction de la charge concentrée fixe ou de la réaction d'appui qu'ils supportent. Lorsque l'extrémité des raidisseurs est coupée à plat et serrée, la contrainte de compression sur la face d'extrémité doit être calculée comme suit :
où :
Étapes de conception des raidisseurs transversaux des plaques d'âme :
1. Déterminer s'il est nécessaire d'installer des barres transversales ;
2. Installer les traverses et déterminer l'espacement a, bs, ts ;
3. Vérifiez l'état de contrainte composite de la plaque d'âme ;
4. Vérifier le raidisseur de support : y compris la soudure (connexion entre les barres transversales et la plaque d'âme), la vérification de la stabilité de la compression axiale (stabilisation en dehors du plan de l'axe z) et la vérification de la résistance.
Exemple 5-3 : sur la base des conditions et des résultats de l'exemple 5-2, vérifiez si la section de la poutre principale illustrée à la figure 5-9(b) satisfait aux exigences. La poutre principale est une poutre simplement soutenue aux deux extrémités, fabriquée en acier Q235 et soudée avec des électrodes de soudage manuelles de la série E43.
Solution :
1. Capacité de charge de la poutre principale :
Le diagramme de calcul simplifié de la poutre principale est illustré à la figure 5-9(a). La pression exercée sur la poutre principale par les poutres secondaires des deux côtés est de 2×73,69+2×2,33=152,04 kN, et la pression des poutres secondaires à l'extrémité de la poutre est la moitié de celle de la poutre secondaire centrale.
La réaction d'appui de la poutre principale est R=2×152,04=304,08 kN.
Le moment de flexion maximal de la poutre est M=(304.08-76.02)x5-152.04×2.5=760.2 kN.m
2. Calculer les caractéristiques de la section :
A=131,2 cm², Ix=145449 cm⁴, Wx=3513,3 cm³. Le poids propre de la poutre principale est de 131,2×10²x7850x10-⁶x1,2=123,6 kg/m=1,211 kN/m. Le facteur de 1,2 tient compte de l'augmentation du coefficient du raidisseur de la poutre principale. La valeur de calcul du moment de flexion après prise en compte du poids de la poutre principale est M=760.2+1.2×1.211×10²/8=760.2+18.2=778.4 kN-m.
La valeur de conception de la force de réaction sur le support après prise en compte du poids propre de la poutre principale est R=304,08+1,2×1,211×10/2=304,08+7,27=311,3kN.
3. Vérification de la solidité
Des raidisseurs de soutien sont prévus à la connexion de la poutre secondaire, et il n'y a pas de contrainte de compression locale. En outre, la contrainte de cisaillement étant relativement faible, il n'est pas nécessaire de vérifier les autres contraintes converties de la section.
4. La poutre secondaire comporte une plaque rigide qui assure la stabilité de la poutre secondaire et peut servir de point d'appui latéral pour la poutre principale.
À ce stade, étant donné que l1/b1=2500/240=10,4<16, la stabilité globale peut être assurée sans calcul.
5. Contrôle de la rigidité
La valeur standard totale de la charge transmise par la poutre secondaire est FT=(15.5+0.52)×7.5=120.2kN, therefore,
La valeur standard totale de la charge transmise par la poutre secondaire est FQ=2.5×4.2×7.5=78.75kN, therefore,
6. Stabilité locale
Bride : b/t=(120-4)/14=8,3<13, ce qui répond à l'exigence de stabilité locale, et γx peut être fixé à 1,05 ; plaque d'appui : h0/tw=800/8=100, des raidisseurs transversaux doivent être prévus, les détails sont omis.
Après le gauchissement de la plaque mince, des contraintes de traction transversales sont générées au milieu de la plaque, ce qui limite encore la déformation longitudinale par flexion de la plaque, lui permettant de continuer à résister à une pression accrue.
1. Capacité de charge en cisaillement après flambement : Formule (5-94)
2. La capacité de charge en cisaillement comprend deux parties : L'effort de cisaillement de flambage (résistance au flambage) + l'effort de cisaillement dans le champ de tension (résistance après le flambage).
3. Force de cisaillement dans le champ de tension :
(1) Méthode du champ de tension (complexe) ;
(2) Spécification du code.
Si l'on considère que la capacité de charge en flexion de la plaque d'âme diminue légèrement après le flambage.
Deux hypothèses :
(1) Hauteur effective ;
(2) Symétrie entre la zone de tension et la zone de compression.
La formule de calcul de la capacité portante :
Dans la formule,
Ceci indique que :
(1) Lorsque M sur la section est inférieur à Mf que la bride peut supporter, la plaque d'âme peut supporter la force de cisaillement Vu ;
(2) Lorsque V sur la section est inférieur à 0,5Vu, prendre M = Meu.
(1) Si les raidisseurs porteurs seuls ne peuvent satisfaire à l'équation (5.99), des raidisseurs transversaux jumelés doivent être ajoutés des deux côtés de l'âme pour réduire la longueur de la zone de flambement.
(2) Les dimensions de la section transversale des raidisseurs transversaux doivent être conformes aux exigences de construction des raidisseurs d'âme, conformément à l'équation 5.85.
(3) Conformément aux spécifications de la structure en acier, le raidisseur transversal central doit être traité comme un élément de compression axiale et sa stabilité en dehors du plan de l'âme doit être calculée sur la base de la force axiale à l'aide de la formule suivante :
Lorsque le raidisseur est soumis à une charge transversale concentrée F, Ns doit être augmenté de F.
Calculer la valeur de conception du moment de flexion maximal Mmax pour la poutre en fonction des conditions réelles.
Déterminer le module de section requis en fonction de la résistance à la flexion et de la stabilité globale :
Déterminez la section de l'acier en vous basant sur les tableaux de sections.
Vérification de la section :
(1) Vérification de la résistance : flexion, cisaillement, compression locale et contrainte équivalente.
(2) Vérification de la rigidité : vérifier le rapport entre la flèche et la portée de la poutre.
(3) Vérification de la stabilité globale (la stabilité locale de la section d'acier ne nécessite généralement pas de vérification).
(4) Ajuster la section en fonction des résultats de la vérification et effectuer une nouvelle vérification jusqu'à ce qu'elle réponde aux exigences de la conception.
1) Déterminer le module de section requis en fonction des conditions de charge.
2) Déterminer la hauteur de la poutre :
Hauteur sélectionnée : hmin ≤ h ≤ hmax.
3). Déterminer l'épaisseur de l'âme (en supposant que tous les efforts de cisaillement sont supportés par l'âme) :
L'épaisseur de la bande peut également être déterminée à l'aide de formules empiriques :
4). Déterminer la largeur de la bride :
Après avoir déterminé l'épaisseur de l'âme, la surface de l'aile Af peut être déterminée sur la base des exigences de résistance à la flexion. Prenons l'exemple d'une section en forme de I :
Une fois Af est déterminée, b ou t peut être sélectionné pour déterminer l'autre valeur.
5). Vérification de la section :
6). Calcul des soudures entre l'âme et la bride
La soudure de raccordement est principalement utilisée pour résister cisaillement de flexionet le cisaillement par unité de longueur est :
Lorsque la poutre est soumise à une charge concentrée fixe sans raidisseurs de soutien, la soudure de l'aile supérieure supporte à la fois l'effort de cisaillement T1 et la force concentrée F. La force par unité de longueur générée par F est V1:
Objet : Pour économiser l'acier et faire face aux variations du moment de flexion.
Méthodes de changement de section :
Points à noter :
1. Classification : collage en usine et collage sur place.
2. Profilés en acier laminé : soudure bout à bout et épissure soudage de plaques.
3. Dans l'assemblage des poutres composites, l'âme et les ailes sont décalées : L'âme et les ailes sont décalées en usine. L'âme et les ailes sont jointes sur la même section dans le cas d'une jonction sur site.
Points à noter :
1. Assemblage des poutres d'acier primaires et secondaires : chevauchement et jonction.
2. Supports de poutre :
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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