Pont Roulants

1

CT 57(ANNÉE SCOLAIRE 2001/2002)

Charpente Métallique

JM CHATEL

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Charpente métallique

1 - Le matériau acier

2 - Les instabilités élastiques

3 - L ’ossature d ’un bâtiment métallique

4 - Le contreventement

5 - Les assemblages

6 - Les règles neige et vent

7 - Les ponts roulants

8 - L ’incendie et la construction métallique

3

1 - LE MATÉRIAU ACIER1.0 - Définition

Composition de l ’acier ?

Résulte de la transformation de matières tirées du sol

Principalement :

Accessoirement :- manganèse

- chrome

- nickel, etc ...

- minerai de fer

- carbone+

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.1 - Historique (1/2)

Le fer est un matériau connu depuis très longtemps (1700 avant JC)

Jusqu ’en 1750, le matériau utilisé comprend un pourcentage de carbone très important

Fonte (matériau fragile)

A partir de 1750 le matériau est affiné

Fer doux (matériau plus souple)

1856 - Procédé BESSEMER Acier (souple et résistant)

1864 - Procédé MARTIN

1876 - Procédé THOMASIndustrialisation (prix plus

abordables)

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.1 - Historique (2/2)

1779 - Premier pont métallique en Angleterre (31 m de portée , fonte coulée)

1851 - CRYSTAL PALACE à LONDRES (70 000 m², 33m de haut)

1855 - Halles BALTARD à PARIS

1881 - Découverte de la soudure à l ’arc

1889 - Construction de la tour EIFFEL (300 m)

1892 - Effondrement d ’un pont métallique par flambement

1931 - Empire State Building (380 m)

Etc...

1884 - Viaduc de GARABIT

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.2 - Élaboration de l ’acier (1/2)

7

1 - LE MATÉRIAU ACIER1.2 - Élaboration de l ’acier (2/2)

8

1 - LE MATÉRIAU ACIER1.3 - Classification de l ’acier

MATERIAUX % DE CARBONE UTILISATION

- aciers doux

- aciers mi-durs

- aciers durs

- aciers extra-durs

0,05% < C < 0,3%

0,30% < C < 0,6%

0,60% < C < 0,75%

0,75% < C < 1,2%

charpente, boulons

rails, pièces forgées

outils

outils, poinçons

- fontes 1,7% < C < 6,3%

pièces coulées,

culasses moteurs,

bâtis machines.

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.4 - Les caractéristiques de l ’acier (1/4)

Masse volumique : 7850 kg/m3 (béton armé 2500 kG/m3)

Dilatation thermique :

Allongement relatif = . T avec = 12.10-6 /°C

Dispositions constructives pour contrer ce phénomène (ou calculs)

Exemples : Joints, trous oblongs, etc …

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Limite d ’élasticité :

en o\OO

en MPA

O

A BC

De

Norme nationale Eurocode 3 Limite d’élasticité(MPa)

Limite de rupture(MPa)

A 33 S 185 185 310E 24 S 235 235 360E 28 S 275 275 430E 36 S355 355 510

Nuances

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L ’essai de résiliencePermet de caractériser l ’aspect plus ou moins fragile du matériau (sous l ’effet d ’un choc)

h1h2

E = mg(h1-h2)

Plus h2 est faible plus l ’éprouvette a absorbée d ’énergie

plus le matériau est ductile

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C

BA

OC

O

A B

L ’énergie absorbée est proportionnelle à l ’aire OABC

°CFRAGILE

DUCTILEE

L ’énergie absorbée varie en fonction de la température

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.5 - Avantages et inconvénients de l ’acier

ACIER BÉTON

e(compression) de calcul 240 MPa 15 Ma

e(traction) de calcul 240 MPa 0 MPa

Comparatif en poids : N

N

h

Pour reprendre cet effort N, il faut mettre en œuvre en poids une quantité de béton 4,8 fois plus lourde qu ’en acier.

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.5 - Avantages et inconvénients de l ’acier

ACIER BÉTON

Fluage Rare Important (flèches différées)

Adaptation plastique Importante Très faible

Tenue au feu Mauvaise sans

protections complémentaires

Bonne

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.6 - Adaptation plastique de l ’acier (1/3)

Diagramme des contraintes en se limitant au domaine

élastique

Mu

b

h

Tant que Mu < Me (moment élastique) les fibres travaillent toutes dans le domaine élastique de l ’acier

Me=e . b . h²

6

16


Mu

b

h

Toutes les fibres plastifiées

+ Mu’

e e e

+ Mu’’

Apparition d ’une rotule plastique

Pour qu ’il y ait équilibre de la section, le moment ultime total Mu doit être inférieure au moment plastique MP

MP= Wpl . e

Wpl : module d ’inertie plastique de la section par rapport à l ’axe ….

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Exemple de dimensionnement :

L = 8,00 m L = 8,00 m

pu = 50 kN/m

En admettant que dans ce cas, le comportement plastique du matériau soit accepté par la réglementation, proposer un profilé permettant de supporter cette charge.

Question :

18

1 - LE MATÉRIAU ACIER1.7 - Les produits sidérurgiques

Les poutrelles normales européennes IPN

Les poutrelles I européennes IPE

Les poutrelles H européennes à larges ailes ou à trèslarges ailes

HE HL(HEA, HEB, HEC, HEM, HEA-A, HL)

Les poutrelles-poteaux à larges ailes HD

Les poutrelles-pieux à larges ailes HP

Les fers U normaux européens UPN

Les fers U à ailes parallèles UAP

Les cornières, les plats, les plaques, tôles et plaques enrelief, ...

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1 - LE MATÉRIAU ACIER1.8 - Réglementation et règles de calcul

Charges permanentes NF P 06 004

Charges d'exploitation NF P 06 001

Charges neige règles NV 65 et N 84

Charge vent règles NV 65

Charges ponts roulants recommandation CTICM

Actions des séismes règles parasismiques PS 92 (NFP 06013)recommandations AFPS 90 (3 tomes )

Les actions sur les constructions :

Les règles de calcul :

Règles nationales Règles européennes

Règles CM 66 calcul en élasticité (critère decontrainte)

Additif 80 calcul en plasticité

Eurocode 3 applicable à partir de 1996

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2 - LES INSTABILITÉS ÉLASTIQUES2.1 - Le flambement (1/4)

F

ETAT NON DEFORME

Dans un premier temps nous n ’avons pas pris en compte les déplacements de la structure dans le calcul des sollicitations (M,N et V)

FN

ETAT NON DEFORME

Fv1

ETAT DEFORME AVEC F SEUL

Le déplacement v1 n ’a pas d ’influence sur la valeur maximum du moment fléchissant

F Nv2

ETAT DEFORME AVEC F ET N

Le déplacement v2 a une influence certaine sur la valeur maximum du moment fléchissant

! Augmentation du risque de flambement

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Vérification au flambement Limitation de l ’effort N < Nk

avec Nk =

² . E . A(maxi)²

² . E . Imini

(Lf)²=

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Lf > Lo

Diminution de la longueur de flambement :

Lo

Vent important

Vent

Lf << Lo

faible

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Systèmes articulés :

Compression

Montant limitant la longueur sur laquelle peu flamber la membrure supérieure

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2 - LES INSTABILITÉS ÉLASTIQUES2.2 - Le déversement d ’une poutre (1/3)

Ce phénomène s ’observe sur des éléments fléchis par rapport à leur axe de plus grande inertie

Considérons une poutre sur deux appuis soumis à un chargement ponctuel à mi-travée :

COMPRIMEE

TENDUEFIBRE TENDUE

FIBRE COMPRIMEE L ’aile supérieure comprimée risque de flamber

Déversement du profilé

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Cas particulier : Déversement d ’une console

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Dispositions constructives :

Semelles noyées dans la dalle béton

Semelles liées aux éléments qu ’elles supportent

Mise en place d ’entretoise dans le cas où la semelle inférieure est comprimée

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2 - LES INSTABILITÉS ÉLASTIQUES2.3 - Le voilement des plaques (1/2)

Le voilement est une instabilité élastique pouvant affecté les plaques (âme des profilés en I par exemple)

Voilement de l ’âme sous l ’action de la charge localisée

Voilement sous l ’effet d ’un effort tranchant trop important (au droit

d ’un appui par exemple)

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2 - LES INSTABILITÉS ÉLASTIQUES2.3 - Le voilement des plaques (2/2)

Dispositions constructives :

P P

Mise en place de raidisseurs

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3 - L ’OSSATURE D ’UN BÂTIMENT MÉTALLIQUE3.1 - Définitions

Bâtiment =

Ossature

+

enveloppe (ensemble bardage/couverture)

Ossature = Ensemble de toutes les barres d ’une construction (poteaux,

traverses, poutres,…) assemblées entre elles pour former le squelette.

Enveloppe = Ensemble bardage + couverture

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3 - L ’OSSATURE D ’UN BÂTIMENT MÉTALLIQUE3.2 - Terminologie

PIGNON

LONG PANPALEE DESTABILITE

POTEAU

POTELET

POUTRE AU VENT PORTIQUE. FAITIERE

LIERNE

BRETELLE

PANNE

SABLIERE

LISSE

SUSPENTE

31


PORTIQUEPANNE

LIERNE

BRETELLE

VUE DE DESSUS

32


CLE

JARRET

JAMBE DE FORCE

POUTRES A INERTIE VARIABLE

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4 - LE CONTREVENTEMENT4.1 - Définition

Charpente métallique Squelette composé d ’éléments très élancés

et très légers

Risque de déplacements importants sous chargement horizontal (vent)

Mise en place d ’un système de contreventement obligatoire pour

descendre au sol les charges horizontales

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4 - LE CONTREVENTEMENT4.2 - Stabilité statique d ’une structure plane (1/2)

F

R

La barre de contreventement permet de « redescendre » l ’effort horizontal au sol

La palée de stabilité (croix de Saint-André) assure la stabilité quelque soit le sens d ’action du vent

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4 - LE CONTREVENTEMENT4.2 - Stabilité statique d ’une structure plane (2/2)

Autres dispositions constructives :

Remplissage en maçonnerie

Inconvénient majeur

Occupation de l ’espace

Jambes de force

Rigidification des nœuds : création de portique de stabilité

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4 - LE CONTREVENTEMENT4.3 - Procédé de contreventement (1/4)

PLANCHER VU DE DESSUS

Palée de stabilité verticale

Stabilité longitudinale :

Les efforts de vent longitudinaux transitent :

Bardage de pignon

Montant de bardage

Poutre au vent

Palée de stabilité

Sol

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Stabilité transversale :

Portique de stabilité (cas général)

Remarque :

Les systèmes mis en place pour reprendre les efforts de vent servent également à reprendre les efforts de freinage de pont roulant.

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Une file de poteaux Au minimum un contreventement longitudinal

4 nefs

Vent longitudinal

Vent transversal

Chaque portique doit être stable Poutre au vent

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Effet du vent sur les fondations : Efforts de soulèvement

Vent longitudinal

Actions sur le sol

appuis des poutres au vent pannes sablières comprimées

Risque de soulèvement du poteau

Mise en œuvre d ’un massif de béton (puit)

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5 - LES ASSEMBLAGESExemples types

Encastrement :

V V MM

N N

F

CONTINUITE DE POUTRE PAR COUVRE-JOINT D’AME ET DE SEMELLE

ENCASTREMENT DE LA CONSOLE SUPPORT DE CHEMIN DE

ROULEMENT SUR LE POTEAU

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Encastrement :

ENCASTREMENT DE POUTRE SUR POTEAU AVEC PLATINE D’EXTREMITE

CONTINUITE DE POUTRE PAR PLATINE D’EXTREMITE

42


Rotule:

43


Rotule:

44


Rotule:

LIAISON POTEAU-POUTRE PAR EQUERRE

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Rotule:

LIAISON POUTRE-POUTRE PAR ECLISSE OU COUVRE-JOINT D’AME

LIAISON DE BARRES DE POUTRE TREILLIS

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6 - LES ACTIONS CLIMATIQUES6.1 - Les actions du vent

Définies par les règles NV65 (référence DTU P 06-002) édition avril 2000

La pression de vent à prendre en compte pour chaque paroi du bâtiment est fonction :

- de la région,

- du site exposé ou non (coefficient KS),

- de la hauteur de la construction,

- des dimensions des éléments calculés,

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Pression dynamique de base

Pression dynamique d ’extrême en [daN/m²]

Région 1 87,5Région 2 105Région 3 131Région 4 157,5

Carte des vents

Région 5 210+

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Coefficient de site : Ks

Région 1 Région 2 Région 3 Région4 Région 5site protégé 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8site normal 1 1 1 1 1site exposé 1,35 1,3 1,25 1,2 1,2

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6 - LES ACTIONS CLIMATIQUES6.2 - Les actions de la neige

Définies par les règles N84 modifiées 1996.

La charge de neige à prendre en compte dans un calcul de structure est fonction :

- de la région,

- de l ’altitude,

- de la forme de la toiture,

- de la concomitance ou non avec le vent.

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Donnée de base : Charge de neige au sol

REGION 1A 1B 2A 2B 3 4S normale(daN/m²) 35 35 45 45 55 80S extrême(daN/m²) 60 60 75 75 90 130S accidentelle(daN/m²) 80 80 108 108 144

altitude S0

200/500 S0min+(0,15.H-30)/100

500/1000 S0min+(0,3.H-105)/100

1000/2000 S0min+(0,45.H-255)/100

Carte de Neige…REACTUALISEE 95

51


Coefficients de majoration à prendre en compte à certains endroits où il existe des risques d ’accumulation

Forme de la toiture :

52


Concomitance avec le vent Redistribution des charges

1 - Vent nul

2 - Vent moyen

3 - Vent fort

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7 - LES PONTS ROULANTS7.1 - Généralités

Chariot Chariot en butée

Pont roulant Levage de charges lourdes

Conçu par un industriel (ex : Potain)Les charges et forces de

freinage sont données par le fabricant

Constitution

Galets support

Crochet

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7 - LES PONTS ROULANTS7.2 - Classification des ponts roulants (1/3)

Fréquence d ’utilisation :

niveau Fréquence d’utilisationNombre decycles de

levage

AUtilisation occasionnellenon régulière suivie de

longues périodes de repos6,3.104

BUtilisation régulière en

service intermittent 2.105

CUtilisation régulière en

service intensif 6,3.105

DUtilisation régulière en

service intensif assuré à plusd’un poste

2.106

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Intensité de l’utilisation :

Niveau Etat de charge

0

très léger

Ponts roulants soulevant exceptionnellementla charge maximale et couramment des

charges très faibles

1

léger

Ponts roulants ne soulevant que rarement lacharge maximale et couramment des charges

de l’ordre de 1/3 de celle-ci

2

moyen

Ponts roulants soulevant assez fréquemmentla charge maximale et couramment des

charges comprises entre 1/3 et 2/3 de celle-ci

3

lourd

Ponts roulants régulièrement chargés auvoisinage de la charge maximale

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Classe des ponts roulants :

FREQUENCE D’UTILISATIONA B C D

ETAT 0 1 2 3 4DE 1 2 3 4 5

CHARGE 2 3 4 5 63 4 5 6 6

(Combinaison des fréquences d ’utilisation et des niveaux d ’état de charge )

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7 - LES PONTS ROULANTS7.3 - Chemin de roulement (1/3)

CHEMIN DE ROULEMENT poutres supportant le pont roulant

Chariot en butée

Rail de roulement

Poutre de roulement

Les actions horizontales de freinage sont dans le même sens

58


Chariot en butée

Rail de roulement

Poutre de roulement

Les actions horizontales de freinage sont dans le sens inverse

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Dimensionnement : Classe du

pontFlèche verticale Flèche horizontale

1-2 L/500 L/5003-4 L/750 L/7505-6 L/1000 L/1000

PONTS LEGERS N<20 TonnesStructure du bâtiment

porteuse du pont roulant

PONTS MOYENS N<80 TonnesPotelés porteur du pont roulant

et contreventés entre eux ou par la structure du bâtiment

PONTS LOURDSPortique sur mesure

Type de support :

60

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.1 - Exigences réglementaires

Se référer à la réglementation propre à chaque type de construction

Exemple : ERP

Catégories Hauteur Structure Plancher Charpente Gaines Cloisonnementtraditionnel non

réservé ausommeil

1 2 3 4 Rdc SF 30mn CF 30mn SF 30mn CF de traversée30mn

PF 30mn

2 3 4 8m SF 30mn CF 30mn SF 30mn CF de traversée30mn

PF 30mn

1 8m SF 1H CF 1H SF 30mn CF de traversée30mn

PF 30mn

2 3 4 8 à 28m SF 1H CF 1H SF 30mn CF de traversée30mn

PF 30mn

1 8 à 28m SF 1H30mn CF 1H30mn SF 30mn CF de traversée30mn

PF 30mn

61

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.2 - Développement d ’un incendie

Évolution des températures en fonction de la charge combustible :

Courbe incendie normalisée

62

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.3 - Comportement de l ’acier (1/3)

en o\OO

en MPA

O

A BC

De

Comportement à « froid » :

63


Comportement à « chaud» : Variation des caractéristiques mécaniques

64

Température critique :

Tige métallique de 1 mm²24 kg à 0°C

12 kg à 500 °C


65

Poutre isostatique Poutre hyperstatique

Ruine rapideRuine plus lente

Création de rotule

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.4 - Influence du degré d ’hyperstaticité (1/2)

66

Variation de la température critique C :

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.4 - Influence du degré d ’hyperstaticité (2/2)

67

A surface égale, la section de gauche (possédant un facteur de massiveté plus grand) se comportera mieux vis à vis du feu

Facteur de massivité = Surface / Périmètre

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.5 - Échauffement de l ’acier (facteur de massivité) (1/3)

68


Exemples :

69


Exemples (montée en température) :

70

8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.6 - Mode de protection (1/2)

Possibilités d ’action :

Augmentation de la température critique par surdimensionnement des éléments ou élévation du degré d ’hyperstaticité de la structure

Diminution de la vitesse d ’échauffement par des systèmes de protection ou d ’irrigation des profilés

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8 - L ’ACIER ET L ’INCENDIE8.6 - Mode de protection (2/2)

Possibilités de protection :

1 - Matériaux projetés ou peintures intumescentes

3 - Profilés noyés dans le béton (construction mixte acier-béton)

2 - Protection par plaques en plâtre (encoffrement)

4 - Irrigation des profilés

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JOYEUX NOËL ET BONNE ANNÉE 2002

73

Pont sur la SEVERN

à COALBROOKDALE (GB)

74

CRYSTAL PALACE à LONDRESarchitecte Joseph PAXTON

Vue générale extérieure

75

CRYSTAL PALACE à LONDRESarchitecte Joseph PAXTON

Vue intérieure

76

Halles du marché de BERLINarchitecte Friedrich HITZIG

77

Viaduc de GARABIT

79

Ponts sur le Vecchio (Corse)

Pont Roulants

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