Connexions rigides de poutre à colonne HSS résistant aux moments
Il existe un certain nombre de solutions de connexion du domaine public pour les cadres résistant aux moments sous forte charge sismique disponibles sous forme de conceptions préqualifiées dans AISC 358, mais aucune de ces solutions ne concerne directement les profilés structurels creux. Cette absence de connexions de moment sismique à pleine résistance approuvées pour les sections creuses est parfois perçue comme un obstacle à l’utilisation de colonnes HSS dans de tels cadres (en reconnaissant que les sections en W seraient généralement choisies pour les poutres) en Amérique du Nord.
Approche à membrane
Au Japon, il y a une très forte utilisation de sections creuses comme colonnes dans des cadres résistants au moment reliés rigidement en acier, car ces connexions sont préqualifiées et les ateliers de fabrication connaissent très bien ce mode de construction. En utilisant une procédure de conception (recommandée) colonne forte-poutre faible, afin d’atteindre une capacité de moment maximale, des raidisseurs de colonne transversaux sont généralement nécessaires pour transférer des charges axiales dans les brides de poutre. Ces (deux) raidisseurs peuvent être des diaphragmes internes, externes ou traversants, dont des exemples sont donnés à la Fig. 1.
Fig. 1: Raccordement du diaphragme à la colonne RHS: (a) externe; (b) les procédures de conception pour ces types de connexions à membrane sont décrites au chapitre 8 du Guide de conception CIDECT No 9 sur les connexions aux colonnes HSS (2004). Le diaphragme traversant (Fig. 1(b)) est le plus populaire au Japon, mais la procédure de fabrication du diaphragme à la colonne y est maintenant normalisée et largement réalisée par des robots de soudage dans l’atelier. Cette technique, et la qualité attendue qui en résulte, est difficile à réaliser pour des ateliers peu familiers avec une telle fabrication. Le procédé à membrane externe pour rigidifier la colonne est une alternative pratique pour une mise en œuvre généralisée; sa fabrication est beaucoup plus simple et les diaphragmes profilés peuvent être glissés sur une colonne HSS sans couper l’élément de colonne. Ce concept a déjà été adopté dans d’autres régions sismiques sévères (par exemple Fig. 2).
Fig. 2: Connexion du diaphragme externe à la colonne HSS ronde (aéroport d’Auckland, Nouvelle-Zélande)
Connexions propriétaires
AISC 358 a préqualifié la connexion de moment ConXtech® ConXL ™ pour les Trames de Moment Spéciales (SMF) et les Trames de Moment Intermédiaires (IMF), avec des rapports d’envergure /profondeur clairs du faisceau ≥ 7 (pour SMF) et ≥ 5 (pour IMF), et 16 po. colonnes carrées. ConXtech® (www.conxtech.com ) a également reçu la qualification ICC-ES pour une autre version, la connexion moment ConXR™, pour les colonnes plus petites. Cette connexion propriétaire (illustrée à la Fig. 3) se compose d’ensembles de colliers qui forment un collier de compression autour d’une colonne carrée HSS lorsqu’ils sont fixés avec des boulons prétensionnés à haute résistance. Une fixité bi-axiale rigide est obtenue entre la colonne (remplie de béton) et jusqu’à quatre poutres de section en W, sans soudure sur le terrain. Les colliers de colonne (avec un cône 3D) sont initialement soudés en atelier aux quatre coins de la colonne et les colliers de poutre (également coniques) sont également soudés en atelier aux brides de poutre supérieure et inférieure, puis sur place, les poutres sont abaissées dans leurs supports sur la colonne et enfin les pièces sont serrées ensemble avec des boulons diagonaux aux coins de la colonne. Les colliers (forgés et usinés) sont conçus pour rester essentiellement élastiques, avec une résistance suffisante pour forcer l’articulation dans les poutres. Dans la conception classique de cadres de moment, le nombre de cadres résistants au moment est réduit au minimum, pour des raisons d’économie, mais avec ce système de cadre, un « cadre spatial résistant au moment réparti” est obtenu car toutes ou la plupart des connexions poutre-colonne résistent au moment, ce qui conduit à une redondance et à une robustesse beaucoup plus grandes, avec une résistance accrue à l’effondrement progressif (AISC 358). Ce système de cadrage bi-axial breveté de la société californienne ConXtech® est préqualifié par AISC 358 pour seulement 16 po. colonnes carrées remplies de béton HSS à l’heure actuelle.
Fig. 3: Modèle de connexion à moment ConXtech® ConXL™, et avec un faisceau enlevé
Un autre système de connexion à moment sismique, potentiellement applicable aux SSH carrés et rectangulaires, mais non préqualifié à l’heure actuelle par AISC 358, est SidePlate® (www.sideplate.com ). Ce système utilise une série de plaques soudées pour créer une connexion plane rigide et fixe entre la colonne et la ou les poutres de section en W. Dans l’atelier, les plaques de recouvrement des brides sont soudées en haut et en bas de la ou des poutres et les plaques latérales sont soudées sur les deux côtés de la colonne. Sur site, dans le dernier mode de réalisation de ce système, la connexion peut être complétée par le boulonnage des plaques de couverture de poutre sur des angles dépassant des plaques latérales de colonne. Ce concept a un potentiel de développement en tant que connexion de moment sismique propriétaire préqualifiée pour les colonnes HSS.
Plaques d’extrémité ou supports boulonnés pour les connexions de colonne poutre-HSS
La gamme de connexions préqualifiées de l’AISC 358 comprend des connexions à moment de plaque d’extrémité étendue non serties et raidies boulonnées, ainsi que le support boulonné Kaiser, qui est une forme exclusive utilisant des supports raidis en acier moulé. Ces connexions standard et propriétaires sont développées pour être utilisées avec des colonnes de section W. L’adaptation de telles configurations aux colonnes HSS nécessite le développement de solutions qui traitent du problème des déformations locales de la face de colonne de raccordement.
Il peut être difficile et souvent peu pratique d’obtenir une rigidité totale ainsi qu’une résistance excessive au moment des connexions directement boulonnées aux faces des colonnes HSS, car les parois des colonnes doivent généralement être renforcées d’une manière ou d’une autre, par exemple par l’ajout de colliers ou de plaques de colliers. Figue. 4 illustre une solution réalisable pour une connexion de plaque d’extrémité, à une colonne HSS remplie de béton à l’aide de longs « boulons traversants ». Les connexions bidirectionnelles pourraient être détaillées de sorte que les boulons ou les tiges soient légèrement décalés.
Fig. 4: Connexions de la plaque d’extrémité à une colonne remplie de béton, à l’aide de longs « boulons traversants”