Préambule : La version définitive de l'Eurocode 3 [1] n'aborde pas le cas des poutres métalliques avec ouvertures d'âme. Aussi, nous prenons pour référence l'annexe N [2] de l'Eurocode 3 version ENV [3], datée de mars 1995. La dernière version de cette annexe N est parue en septembre 2002 [4]. La différence des deux versions consiste principalement en une différence de notations, sans incidence sur la méthodologie.
Domaine d'application : Vérification des poutres avec ouvertures d'âme rectangulaires ou circulaires non renforcées et sans raidisseurs transversaux.
Présentation succincte du calcul
Le calcul classique des poutres métalliques avec ouverture d'âme repose sur un modèle élastique faisant intervenir dans chaque Té :
- l'effort tranchant et la flexion secondaire due à cet effort ;
- l'effort normal résultant de la division du moment fléchissant global par un bras de levier défini comme la distance entre les axes neutres des Té.
Une difficulté pouvant être rencontrée est le calcul de l'effort tranchant dans chaque Té dans le cas des ouvertures excentrées. On peut appliquer, dans ce cas, la méthode de Knostman, Cooper et Snell [5].
L'annexe N adopte un modèle basé sur la formation de quatre rotules plastiques aux coins de l'ouverture. Le mécanisme de ruine se forme par la rotation des quatre rotules plastiques avec augmentation de la flèche de la poutre sur la longueur de l'ouverture.
Récapitulatif des expressions à appliquer selon l'annexe N
Les limites de validité de ces expressions sont groupées à l'article « Limites et recommandations d'application ».
1 - Ouvertures rectangulaires
Fig. 1a Ouverture rectangulaire
1 - 1 Résistance au cisaillement
Vpl,Rd : résistance plastique au cisaillement selon [3]
γMo = 1,0
fyw : limite d'élasticité de l'acier de l'âme
Vba,Rd : résistance au voilement par cisaillement calculée par la méthode post critique simple selon [3] §5.6.3
Les autres termes géométriques sont donnés à la figure 1 a.
1 - 2 Résistance à la flexion et au cisaillement
Le terme « flexion + cisaillement » signifie que la vérification tient compte à la fois :
- de la flexion globale de la poutre au droit de l'ouverture ;
- de la flexion secondaire ;
- de l'interaction flexion et effort tranchant vertical.
1 - 2 - 1 Section de Classe 1 ou 2
Mpl,Rd : moment de résistance plastique de la section
Wpl,y : module de flexion plastique de la section
Vo,Sd : effort tranchant au centre de l'ouverture
Vo,Rd : résistance à l'effort tranchant en présence de l'ouverture
1 - 2 - 2 Section de Classe 3
Mel,Rd : moment de résistance élastique de la section
Iy : moment d'inertie de la section passent par l'ouverture
2 - Ouvertures circulaires
Fig. 1b Ouverture circulaire
2 - 1 Résistance au cisaillement
Vpl,Rd, γMo, fyw, Vba,Rd idem paragraphe 1 - 1.
2 - 2 Résistance à la flexion et au cisaillement
2 - 2 - 1 Section de Classe 1 ou 2
Pour la définition des différents termes, voir 1-2 et figure 1b.
2 - 2 - 2 Section de Classe 3
χ1 donné 2-2-1 ci-dessus.
D'après : D. BITAR
« Vérification à l'ELU des poutres métalliques avec ouverture d'âme. Exemples de calculs et recommandations ». Revue Construction Métallique - n° 1 de 1998 (CTICM)
Références :
[1] NF EN1993-1-1 : Calcul des structures en Acier. Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments. Octobre 2005.
[2] CEN/TC250/SC3/N477E - annexe N : Ouvertures dans les âmes. Mars 1995.
[3] P22-311-5 : Eurocode 3, Calcul des structures en Acier et Document d'Application Nationale. Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments. Décembre 1992.
[4] XP ENV P 22-311/A2, annexe N : Ouvertures dans les âmes. Septembre 2002.
[5] Journal of the Structural Division STG : « Shear force of distribution at eccentric web opening » Knostman, Cooper et Snell. Juin 1977.
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