Bonjour,

Sur un projet, nous avons eu besoin de mettre des poutres continues en acier tube rond. Apres la derniere travée, nous avons une console de 5m.

La structure est conçue pour supproter son propre poids. Nous voulons l'utiliser pour autre chose qui risque de la solliciter un peu plus que ce qu'elle peut supporter.

Afin d'augmenter sa resistance, nous avons envisagé de remplir le tube de béton et eventuellement mettre des armatures minimales.

Auriez vous des idées quels logiciels/outils pourront calculer ce genre de conception? ou meme un document...

Je n'ai rien trouvé d'utile dans l'eurocode des structures mixtes...

 

Merci.

Bonsoir

Pour la justification de la variante section tubulaire rempli en béton sous réserve de l'adhérence parfaite entre le béton et l'acier de la tige tubulaire :

on note ,

         Ea : module de déformation de l'acier de même Eb celui du béton;

         n = Ea/Eb : coefficient d'équivalence acier/béton égal approximativement à 15

         Sa : la section d'acier de la tige tubulaire de même Sb : la section du béton de remplissage et S = Sa+Sb

         D_int_S : double intégrale sur la section S de même pour Sa et Sb D_int_Sa et D_int_Sb

           Sigma : contrainte de compression ou de traction

         roh : rayon de courbure 

         Eps : déformation relative

         y : fibre située à une distance y par rapport au centre de gravité de la section homogénéisée. Dans notre cas c'est le centre du cercle de la section tubulaire

D'après la théorie relative aux poutres homogènes avec la conservation des sections planes on a : Eps(y) = -y/roh

Loi de Hooke : pour Sa on a Sigma_a(y) = Ea.Eps(y) = -yEa/roh de même pour Sb; Sigma_b(y) = Eb.Eps(y) = -yEb/roh 

Moment fléchissant : M = -D_int_S[y.sigma(y).dS] = D_int_Sa[y.sigma_a(y).dSa] + D_int_Sb[y.sigma_b(y).dSb] d'où 

M = (Eb/roh).{D_int_Sb[y^2.dSb]+n.D_int_Sa[y^2.dSa]}  or D_int_Sb[y^2.dSb]+n.D_int_Sa[y^2.dSa] n'est autre que le moment d'inertie de la section homogénéisée en béton que nous noterons I_hb

Finalement on a : M = Eb.I_hb/roh d'où 1/roh =  M/(Eb.I_hb)  et par conséquent,

 Sigma_a(y) = -Ea.y.M/(Eb.I_hb) = -n.y.M/I_hb : contrainte dans la section homogène x coefficient d'équivalence n

de même Sigma_b(y) = -yEb/roh = -y.M/I_hb : contrainte dans la section homogène

La rigidité ou raideur pour l'évaluation de la flèche à l'extrémité de la console vaut : K = Eb.I_hb

Maintenant faut comparer K relatif à la section rempli en béton avec K' = Ea.I_a de la section tubulaire initiale avant remplissage !!!

Si K est supérieure à K' c'est bon dans le cas contraire la variante remplissage en béton est à proscrire 

Voilà toutes les informations techniques de justification

Bon courage

 

Modifié Juin 9, 20222 a par BELLAMINE

Il y a 11 heures, Ouesray a dit :

Merci Bellamine,

 

Le plus facile à notre echelle c'est le béton. Je voudrais seulement savoir s'il y a moyen de calculer ça.

Sinon nous irons à la phase test directement pour valider le choix.

Si jamais ce n'est pas validé, nous irons voir du coté des materiaux composites, les ingenieurs des bateaux arrivent quand meme à le faire, on va solliciter leur aide. Mais j'espere pas en arriver jusqu'au là. Ceci nous pousse trop loin (temps et moyens)...

Bonjour, je pourrais te conseiller de consulter la note de calcul de  poutre mixte de cticm, mais ton cas ne s'appliquera pas facilement, ça marche bien pour un tube remplie de béton plutôt pour une colonne. Dans ton cas , le poids deviendrait une charge supplémentaire  !

Est ce que le tube a un assez grand diamètre pour espérer gagner en resistance avec remplissage du béton ? 

La liaison entre le tube et le second matériau de renfort (béton ou acier) placé à l'intérieur serait difficile à réaliser, donc on ne pourra pas bénéficier pleinement du mixte. Il faudra alors essayer de le calculer en optimisant les charges . sinon, il faut comme même proposer une variante de  renforcement extérieur acceptable pour le client.

 

Modifié Juin 9, 20222 a par KARIMTCA

Merci Bellamine, Merci Karimtca,

Je vais essayer cette verification theorique et l'integrer dans le rapport (si le resultat est bon)

Notre architecte ne veut rien entendre, s'il y a renforcement de l'exterieur, son truc perd toute sa valeur.

Nous avons fait une simulation avec un modele mecanique sur inventor

Sans beton: Les grandes sollicitations sont au pieds de la barre mais aussi au niveau de la courbure, le tube se plie sur lui meme

Avec beton: C'etait difficile d'exploiter le resultat mais au mois nous n'avons pas eu d'erreur sur la contrainte admissible et non plus sur la stabilité de la section (aucune deformation de la section). Notre architecte préconise de ne pas remplir le tube jusqu'à la fin pour eviter ce problème de poids propre comme vous dites, mais à peu pres à un metre apres la courbure.

Nous allons aussi effectuer un test pratique de remplissage et de chargement pour confirmer.

Nous allos inserer une armature HA4 à HA6 pour assurer la cohesion de tout le bloc en béton.

Pour ce qui est de l'adherence avec le tube, nous allos compter sur les bavures de la soudure pour assurer ce qui peut etre assuré (ce tube est obtenu en soudant une tole metallique enroulée).

Nous allos essayer de remplir du top du tube en vibrant sur les parois, et si ça ne marche pas nous allons ou bien pmper du bas ou bienrealiser un trou quelque part où ça genera pas.

 

Je vous remercie encore tres fort et je vous metterai des photos du test si j'arriverai à en obtenir.

bonsoir

Une autre solution que vous pouvez envisager avec le remplissage en béton est de penser à la précontrainte par prétention !!! ...

Cdlt 

14 hours ago, BELLAMINE said:

bonsoir

Une autre solution que vous pouvez envisager avec le remplissage en béton est de penser à la précontrainte par prétention !!! ...

Cdlt 

Merci Bellamine,

Cette idée a été tres vite abandonnée car notre fournisseur de précontrainte a dit que ça sera tres difficile d'assurer le bon schema d'armatures/cables à l'interieur du tube afin qu'ils assurent la contre-force voulue.

Mais entre nous, ces industriels ne voudront jamais bricoler sur un ouvrage d'art qui se produira une seule fois et qui ne rapportera rien sur le long terme. Seuls des operations industriels repetitives les interessent.

Bonjour 

Il suffit pour cela de prévoir des anneaux perforés et soudés à l'intérieur du tube métallique pour guider le câble de précontrainte au centre de la section du tube métallique à remplir ensuite par un coulis d'injection.

Ou encore des pièces métalliques de forme rectangulaire (une lame) perforée où la plus grande dimension du rectangle est égale au minimum au diamètre extérieur du tube à chaque emplacement. Vous sciez ensuite à chaque emplacement le tube de part et d'autre d'une largeur égale à celle de la lame métallique. Vous introduisez la lame dans le tube en calant son trou de perforation au centre du tube métallique ensuite l'opération de soudage, introduction du câble de précontrainte le long du tube via les trous de perforation, mise en tension et enfin coulis d'injection.

Cdlt

 

Il y a 23 heures, Ouesray a dit :

Merci Bellamine, Merci Karimtca,

Je vais essayer cette verification theorique et l'integrer dans le rapport (si le resultat est bon)

Notre architecte ne veut rien entendre, s'il y a renforcement de l'exterieur, son truc perd toute sa valeur.

Nous avons fait une simulation avec un modele mecanique sur inventor

Sans beton: Les grandes sollicitations sont au pieds de la barre mais aussi au niveau de la courbure, le tube se plie sur lui meme

Avec beton: C'etait difficile d'exploiter le resultat mais au mois nous n'avons pas eu d'erreur sur la contrainte admissible et non plus sur la stabilité de la section (aucune deformation de la section). Notre architecte préconise de ne pas remplir le tube jusqu'à la fin pour eviter ce problème de poids propre comme vous dites, mais à peu pres à un metre apres la courbure.

Nous allons aussi effectuer un test pratique de remplissage et de chargement pour confirmer.

Nous allos inserer une armature HA4 à HA6 pour assurer la cohesion de tout le bloc en béton.

Pour ce qui est de l'adherence avec le tube, nous allos compter sur les bavures de la soudure pour assurer ce qui peut etre assuré (ce tube est obtenu en soudant une tole metallique enroulée).

Nous allos essayer de remplir du top du tube en vibrant sur les parois, et si ça ne marche pas nous allons ou bien pmper du bas ou bienrealiser un trou quelque part où ça genera pas.

 

Je vous remercie encore tres fort et je vous metterai des photos du test si j'arriverai à en obtenir.

Re bonjour 

"Nous allons aussi effectuer un test pratique de remplissage et de chargement pour confirmer."

Attention : ce test doit obligatoirement se réaliser en effectuant des mesures en instantanée (durée d'application de la charge < 24h en prenant en considération dans les calculs théoriques les modules de déformation en instantanée) et éventuellement en différé (durée d'application de la charge au moins 7jrs en prenant en considération dans les calculs théoriques les modules de déformation en différé) ...

Modifié Juin 22, 20222 a par BELLAMINE

4 hours ago, BELLAMINE said:

Bonjour 

Il suffit pour cela de prévoir des anneaux perforés et soudés à l'intérieur du tube métallique pour guider le câble de précontrainte au centre de la section du tube métallique à remplir ensuite par un coulis d'injection.

Ou encore des pièces métalliques de forme rectangulaire (une lame) perforée où la plus grande dimension du rectangle est égale au minimum au diamètre extérieur du tube à chaque emplacement. Vous sciez ensuite à chaque emplacement le tube de part et d'autre d'une largeur égale à celle de la lame métallique. Vous introduisez la lame dans le tube en calant son trou de perforation au centre du tube métallique ensuite l'opération de soudage, introduction du câble de précontrainte le long du tube via les trous de perforation, mise en tension et enfin coulis d'injection.

Cdlt

 

Je connais quelqu'un qui va apprecier beaucoup cette idée, mais je connais aussi quelqu'un qui va pas etre content du boulot que ça va le lui faire.

Mais franchement une bonne idée qui va s'installer parmi les idées à essayer sur la liste. Bravo et merci.

Il y a aussi le fait de faire des ouvertures qui risque d'affaiblir la section (notre soudure n'a pas la meme qualité que la soudure industrielle des personnes qui vont fabriquer le profil, ils travaillent surement avec MIG ou semi automatique et des parametres maitrisés, alors que nos mecs travaillent avec des postes de soudure à l'arc bas de gamme et les baguettes les moins cheres...)

Mais sinon, je vais proposer la meme idée pour renforcer la section au niveau de la courbure (là où ça plie) sans avoir à couler quoi que ce soit.  À la place de la lame, une tige pour stabiliser la section.

Je vais demander à simuler ça sur Inventor. Je pense que ça vaut la peine d'essayer et que ça coute pas beaucoup de temps.

4 hours ago, BELLAMINE said:

Re bonjour 

"Nous allons aussi effectuer un test pratique de remplissage et de chargement pour confirmer."

Attention : ce test doit obligatoirement se réaliser en effectuant des mesures en instantanée (durée d'application de la charge < 24h en prenant en considération dans les calculs théoriques les modules de déformation en instantanée) et éventuellement en différé (durée d'application de la charge au moins 7jrs en prenant en considération dans les calculs théoriques les modules de déformation en différé) ...

Pour les mesures instantannées c'est planifié mais je ne comprends pas pourquoi dois je regarder pour le differé, les efforts sont principalement duent au vent qui genere une charge temporaire. Pour rappel, le vent vient de la bache accrochée au bout.

Ce qui nous a été proposé par contre, c'est de retenir seulement 70% de la charge maximale que nous auront à la fin avant rupture, pour eviter de faire un teste de cycles (voir l'effet de la fatigue et de l'occurence de la charge).

Pour l'instant c'est ce 70% qui est entrain de se discuter en vue du caractere composite du systeme. (y en a qui recommandent plus et d'autres qui recommandent moins)

 

Ça reste un plaisir de lire vos idées.

"Il y a aussi le fait de faire des ouvertures qui risque d'affaiblir la section"

Il suffit de renforcer les endroits sciés après soudure par des pièces métalliques soudés et collées (colle spéciale métal) sur le tube ayant la forme d'une coquille dont le rayon de courbure égale au rayon extérieur du tube 

Modifié Juin 22, 20222 a par BELLAMINE

Bonjour

La première chose à vérifier c'est l'adhérence entre les deux matériaux, si cette dernière ne répond pas on aura deux éléments séparés, ils ne travaillent jamais simultanément, c'est comme un assemblage dont la moitie soudé et l'autre boulonnée, le boulon ne traille que si la soudure cède.

autrement tu peut renforcer le porte à faux soit par un tirant (haut) s'il y'a la continuité de poteau ou par un bracon (bas)