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Barre d'acier plate comme élément principal porteur et de contreventement Il possède de bonnes preuves La résistance exceptionnelle des barres d'acier plates résulte d'une teneur en carbone soigneusement contrôlée et de la précision du laminage à chaud. La limite d'élasticité des barres d'acier atteint environ 345 MPa ou plus, et elles présentent un allongement à la rupture supérieur à 20 %. Cette combinaison est essentielle pour résister aux forces sismiques sans subir de rupture fragile. La capacité de ce matériau à se déformer plastiquement et à absorber de l'énergie permet de concevoir des éléments de soutien suffisamment résistants pour supporter le poids de l’ouvrage ainsi que les charges latérales dues au vent. Dans ces conditions, les ingénieurs privilégient effectivement l’utilisation de barres plates pour les éléments de contreventement des immeubles de grande hauteur. À cette fin, les architectes ont besoin de matériaux capables de subir des déformations plastiques contrôlées et d’absorber une énergie élevée, même dans des conditions extrêmes.
Comparaison des performances des profilés plats, des profilés en angle et des profilés en U en traction et en compression
En raison de leur structure quasi homogène, les profilés plats offrent une meilleure performance que les profilés en angle dans les applications en traction, avec un gain d’environ 15 à 20 %. Moins de défaillances aux assemblages sont à prévoir à long terme, grâce à la répartition uniforme des charges induite par leurs sections transversales constantes. Les profilés en U, en revanche, surpassent les profilés plats en ce qui concerne les problèmes de flambement en compression. Les profilés plats conviennent mieux aux éléments de la structure soumis principalement à de la traction. Une meilleure efficacité globale de la structure est obtenue en adoptant des méthodes hybrides ; par exemple, en combinant des profilés plats soumis à une traction axiale avec des profilés tubulaires soumis à de la compression. En outre, les profilés plats peuvent simplifier la construction modulaire grâce à leurs tolérances de fabrication, généralement comprises dans une fourchette de ± 0,5 mm.
Importance des barres plates en acier dans la construction de ponts
Fiabilité de la fabrication des plaques d’about et de leurs assemblages
Les barres plates en acier ont remplacé les autres types d’acier dans la construction des plaques d’assemblage (goussets) des treillis de ponts et des connecteurs. Ceci s’explique par leur épaisseur constante, leur facilité de mise en œuvre lors de la fabrication, ainsi que leurs propriétés mécaniques uniformes dans toutes les directions. Le soudage, le perçage et la découpe au laser, par exemple, permettent d’obtenir plus facilement des soudures à pénétration complète. Ces soudures doivent impérativement être résistantes, car l’efficacité des assemblages réalisés à l’aide de plaques d’assemblage peut dépasser 95 % lors d’un essai simulé de séisme. Selon les normes AASHTO, la résistance au cisaillement d’une soudure correctement exécutée est supérieure à 200 ksi, ce qui est critique pour le bon fonctionnement d’un pont réel. La conception intégrée moderne a justifié les dimensions des barres plates en acier et a permis de créer plusieurs chemins de transmission des charges ainsi que des assemblages détaillés, comme le prévoit la norme AASHTO LRFD 6.13. Il est établi que la conception ingénieure contemporaine intègre les dimensions des barres plates en acier et crée plusieurs chemins de transmission des charges.
Conformité aux normes AASHTO LRFD en matière de durée de service et de résistance à la fatigue
Les éléments de la structure d'un pont subiront des charges de trafic continues et seront soumis à plus de 100 millions de cycles de contrainte au cours de la durée de vie prévue du pont, soit 75 ans. L'AASHTO LRFD exige une résistance minimale à la fatigue pour les éléments de pont. Les barres plates en acier sont également conformes aux normes de fatigue AASHTO LRFD, grâce à une microstructure orientée de façon optimale dans le sens de la barre, à un contrôle des inclusions non métalliques et à des caractéristiques d'arrêt de fissuration. Des essais en laboratoire ont démontré que ces barres présentent une résistance à la fatigue d'environ 24 ksi après 2 millions de cycles, soit environ 35 % supérieure à celle de sections angulaires comparables ; en outre, elles conservent leur ténacité même à une température de −40 degrés Fahrenheit. Cette capacité supplémentaire permet aux ingénieurs de concevoir en appliquant le facteur de résistance requis, d'environ 0,95, et de réduire l'épaisseur des âmes jusqu'à 20 %. En moyenne, 15 tonnes sont économisées sur un pont en treillis en acier standard. Conformément à la section 6.6 de l'AASHTO LRFD, détail de fatigue catégorie B, tous les emplacements de soudure importants font l'objet d'un contrôle ultrasonore continu dans le cadre du processus de fabrication.
Les barres plates en acier offrent de fortes possibilités comme éléments de contreventement pour les charpentes métalliques et les barres sismiques
Soudabilité, stabilité dimensionnelle et assemblage modulaire de la charpente
Les barres plates en acier présentent une section transversale constante et uniforme, ce qui les rend nettement plus faciles à souder que d'autres barres dont la section transversale est irrégulière ou non uniforme. La déformation est moins visible lors du soudage des barres plates, et celles-ci offrent une stabilité dimensionnelle supérieure à celle d'autres barres lorsqu'elles sont soumises à des cycles thermiques répétés. Cet avantage est particulièrement significatif lors de la manipulation d'éléments structurels préfabriqués, car les barres doivent conserver leur forme. En découpe laser, les barres plates sont généralement considérées comme ayant une tolérance de ± 1,5 mm, ce qui facilite l'ajustement sur site. Cette tolérance est largement reconnue et acceptée. L'ajustement sur site des cadres en acier plat est plus simple et plus rapide, car la nécessité d'effectuer des ajustements sur site est fortement réduite, ce qui simplifie l'adaptation des cadres aux éléments structurels préfabriqués. Sans oublier que les cadres modulaires sont structurellement solides et assurent un soutien tant au niveau des liaisons poutre-colonne que dans le cas de cadres contreventés, couramment utilisés dans la construction moderne des bâtiments.
Le rôle des applications dans les voiles de cisaillement résistants aux séismes et les liaisons en flexion
L'utilisation de barres plates en acier est importante dans la conception parasismique au cisaillement, parallèlement aux voiles résistant au cisaillement capables d'absorber l'énergie et aux liaisons poutre-colonne nécessitant une flexibilité supplémentaire. La ductilité de ces barres est d'au moins 20 % selon les normes ASTM, afin de permettre le développement des rotules plastiques prévues pendant les séismes et d'absorber en toute sécurité l'énergie sismique, sans provoquer l'effondrement du bâtiment. Dans les portiques spéciaux résistants aux moments, ces barres plates sont conçues pour répartir les efforts aux liaisons soudées, plutôt que de concentrer les efforts sur une seule liaison. On considère que cette approche réduit d'environ 66 % les défaillances localisées, bien que les conditions varient selon les cas. Les barres sont conçues de façon à présenter un bon rapport entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction, afin qu'elles se déforment plastiquement avant d'atteindre leur charge ultime de rupture. Ce comportement est considéré comme une caractéristique de conception favorable, destinée à renforcer la sécurité publique et à garantir que le bâtiment subisse des secousses modérées à fortes sans s'effondrer.
L'importance des barres plates en acier spécialisées dans les infrastructures énergétiques
La protection contre la corrosion est essentielle pour les aciers utilisés dans les infrastructures énergétiques exposés à des environnements sévères. Pour la construction de plates-formes offshore, des aciers inoxydables marins tels que les nuances 316L et les aciers duplex 2205 sont couramment employés. Ces aciers duplex ne sont que légèrement plus coûteux que leurs homologues en acier inoxydable, et leurs valeurs PREN dépassent 40, ce qui indique une bonne résistance à la corrosion par les chlorures ainsi qu’une résistance à la traction supérieure à 70 ksi. Pour les postes électriques, le matériau de construction principal des structures de soutien des transformateurs et des appareillages de commutation est constitué de barres plates galvanisées à chaud. Ces barres sont conformes à la norme ASTM A123 et sont utilisées dans des environnements où l’air est à la fois chimiquement corrosif et humide. Des nuances d’acier spécialisées allient une résistance à la fissuration sous contrainte, une limite d’élasticité supérieure à 65 ksi à -40 °F, une intégrité structurelle garantie et une teneur en alliage Cr-Ni-Mo. En outre, ces nuances d’acier présentent une teneur en carbone inférieure à 0,03 %, ce qui facilite le soudage et réduit au minimum le risque de fissuration lors de la fabrication de sections épaisses. Les barres sont également conçues et fabriquées pour offrir une fiabilité optimale lors des transferts de charges dynamiques et de la protection contre les séismes, exigences standard dans le secteur de l’énergie.
Questions fréquemment posées
Quels avantages offrent les barres d'acier plates pour une utilisation dans des structures conçues pour résister aux séismes ?
En raison de leurs propriétés uniques, telles que la résistance et la ductilité, les barres d'acier plates peuvent résister à l'activité sismique et sont moins susceptibles de céder ou de se rompre que d'autres matériaux de construction.
Quelle est la performance des barres d'acier plates en termes de résistance à la traction et de résistance à la compression ?
Grâce à leur capacité de moulage, les barres d'acier plates supportent bien les charges de traction et présentent l’avantage de répartir uniformément les charges sur toute la longueur de la barre, ce qui facilite le soulèvement de la charge. En revanche, les profilés en U seraient plus performants que les barres en matière de déplacement.
Pour quelles raisons utilise-t-on des barres d'acier plates comme entretoises (goussets) dans la construction de ponts ?
Fiables, les barres d'acier plates possèdent des caractéristiques mécaniques et dimensionnelles constantes, ce qui en fait des matériaux de construction supérieurs pour réaliser des plaques d’entretoise (goussets) et des assemblages plus robustes dans la construction de ponts.
Quels sont les avantages des barres en acier plates dans la construction de structures préfabriquées à ossature ?
L'utilisation de barres en acier plates dans la construction de structures préfabriquées à ossature permettra de réduire le temps d'assemblage sur le chantier et contribuera à préserver l'intégrité structurelle de l'ossature dans les cadres modulaires en acier.
Quelles catégories de barres en acier plates présentent une résistance à la corrosion dans la construction du secteur de l'énergie ?
Les alliages 316L et 2205 duplex sont spécifiés comme étant de bonne qualité, car ils offrent à la fois une résistance mécanique et une résistance à la corrosion pour les matériaux de construction dans le secteur de l'énergie.