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La résistance au roulement est un concept fondamental dans la conception de la connexion en acier de structure qui influence directement la sécurité, la performance et la longévité des structures en acier. Lorsque les éléments en acier sont assemblés par des raccords boulonnés, l'interaction entre le boulon et le matériau de la plaque environnante crée des contraintes de compression localisées appelées contraintes de roulement.

Ce guide exhaustif explore le rôle crucial de la résistance au roulement dans la conception des raccords en acier, en examinant les principes fondamentaux, les méthodes de calcul, les modes de défaillance, les considérations de conception et les meilleures pratiques qui assurent des raccords structuraux robustes et fiables.

Quelle est la résistance des roulements dans les connexions en acier?

La résistance au roulement est particulièrement critique pour les raccords, les joints et les points de transfert de charge où des forces concentrées sont appliquées, déterminant la capacité de charge des raccords boulonnés, rivetés ou épinglés dans les structures en acier. Contrairement à la résistance à la traction ou à la compression qui tient compte de la section entière d'un membre, la résistance au roulement se concentre spécifiquement sur les zones de contact localisées, ce qui en fait une propriété unique et essentielle dans la conception du raccordement.

Les contraintes développées lorsque deux corps élastiques sont forcés ensemble sont appelées contraintes de roulement, et elles sont localisées sur la surface du matériau et peuvent être très élevées en raison des petites zones en contact. Dans les liaisons boulonnées, cela se produit lorsque la tige de boulon supporte contre la surface intérieure du trou de boulon dans les plaques connectées.

Distribution du stress de roulement

La contrainte moyenne du palier fp = P/(db t), où P est la force appliquée à la fixation. Cependant, ce calcul simplifié suppose une répartition uniforme de la contrainte. En réalité, l'intensité de la contrainte du palier entre le rivet et le trou n'est pas constante, mais varie de zéro aux bords à une valeur maximale directement à l'arrière du rivet. Malgré cette complexité, la pratique courante consistant à supposer que la contrainte du palier soit répartie uniformément sur la surface projetée du trou du rivet fournit des résultats acceptables aux fins de conception.

L'état de contrainte du roulement peut être compliqué par la présence de boulons ou de bords voisins, et l'espacement du boulon et la distance du bord auront un effet sur la résistance du roulement.

Comportement matériel sous charge de roulement

Au niveau microstructural, la résistance au roulement se manifeste par déformation plastique localisée et compactage du matériau sous la surface de chargement, où les dislocations dans la structure cristalline commencent à se déplacer et se multiplient, créant des plans de glissement et conduisant finalement à un écoulement plastique. Ce comportement de déformation est progressif et dépend fortement des caractéristiques de ductilité et de résistance du matériau.

La résistance au roulement augmente généralement avec la résistance à la traction, mais à une vitesse décroissante, et les aciers à haute résistance ne peuvent pas afficher d'augmentation proportionnelle de la résistance au roulement en raison de la ductilité réduite.

Types de connexions boulonnées et de comportement de roulement

Pour une conception adéquate, il est essentiel de comprendre les différents types de raccords boulonnés et la façon dont les forces de roulement se développent dans chaque configuration.

Connexions de type roulement

Dans les raccords de type roulement, la charge est initialement transférée par frottement jusqu'à l'apparition du glissement, après quoi le jarret de boulon et le côté du trou de boulon entrent en contact direct, les contraintes de roulement sont développées aux surfaces de contact, et à mesure que la charge appliquée augmente, les contraintes de contact augmentent jusqu'à ce que la rupture du roulement se produise finalement.

Deux critères distincts de résistance doivent être satisfaits : 1) la résistance au cisaillement du boulon lui-même; et 2) la capacité de compression des éléments joints, car les boulons « portent » sur la surface intérieure des trous du boulon. Les deux critères doivent être vérifiés pour assurer une performance de raccordement adéquate.

Connexions critiques

Dans les cas les moins courants où aucun glissement n'est souhaité — par exemple dans les structures soumises à des renversements de contraintes répétés — les connexions dites critiques pour le glissement sont conçues sur la base de la force de serrage que les boulons imposent aux éléments d'acier en cours d'assemblage, de sorte que le frottement entre les surfaces serrées résiste à la tendance des boulons à glisser dans les trous du boulon.

Ils sont surtout nécessaires en présence de fatigue avec renversement de la charge, trous surdimensionnés, trous par fente (sauf lorsque la charge est normale à la fente), et quand glisser à la surface de frayage serait préjudiciable à la performance de la structure.

Connexions à simple cisaillement et à double cisaillement

Lorsque le boulon est en double cisaillement, deux sections sont efficaces pour résister à la charge, et le boulon en double cisaillement aura le double de la résistance au cisaillement d'un boulon en simple cisaillement. La configuration du cisaillement affecte également le comportement du roulement, car la répartition de la charge et l'épaisseur de la plaque diffèrent entre les arrangements de cisaillement simple et double.

Pour les boulons en simple cisaillement, l'épaisseur de la partie la plus fine est l'épaisseur de l'élément la plus mince qui est jointe, tandis que pour les boulons en double cisaillement, l'épaisseur correspondante est soit celle de la pièce centrale, soit les épaisseurs combinées des deux (la partie latérale) des pièces extérieures, selon la moins élevée des deux (en supposant que tous les éléments joints soient fabriqués à partir du même matériau).

Modes de défaillance dans les connexions de roulement

Les connexions boulonnées peuvent échouer dans plusieurs modes distincts, chacun avec des caractéristiques et des implications différentes pour la conception. Reconnaître ces modes de défaillance et comprendre les conditions qui conduisent à chaque type est crucial pour créer des connexions sûres et efficaces.

Défaillance du roulement des plaques

Lorsqu'un boulon ordinaire est soumis à des forces de cisaillement, le glissement se produit et le boulon entre en contact avec les plaques, et la plaque peut être écrasée, si le matériau de la plaque est plus faible que le matériau du boulon. Ce type de défaillance implique une déformation excessive et éventuellement l'écrasement du matériau de la plaque autour du trou du boulon.

Les contraintes de compression qui se produisent entre le boulon et la plaque sont dues à des déformations excessives sur le boulon et la plaque, et pour calculer la contrainte de roulement entre le boulon et le bord du trou, l'hypothèse d'une répartition uniforme des contraintes sur cette surface est définie.

Défaillance du roulement des boulons

Le boulon est écrasé autour de la moitié de la circonférence, la plaque peut être forte dans le roulement et la plaque la plus lourde stressée peut appuyer sur le tige du boulon, bien que la défaillance du roulement des boulons ne se produit généralement pas dans la pratique, sauf lorsque les plaques sont en acier haute résistance et les boulons sont en acier de très faible qualité.

Défaut de fuite et de fuite

Le problème de roulement peut être compliqué par la présence d'un boulon à proximité ou la proximité d'un bord dans la direction de la charge, l'espacement du boulon et la distance d'extrémité influence la résistance du roulement, et un éventuel mode de rupture résultant d'un roulement excessif est le déchirement par cisaillement à l'extrémité de l'élément connecté.

Les spécimens présentaient trois modes de défaillance : coupe transversale nette, déchirement et rupture de séparation, où la distance finale et la distance de bord étaient deux paramètres contrôlés qui déterminaient les modes de défaillance.

Section nette

Deux modes principaux de rupture ont été observés lors des essais de raccordement boulonné, à savoir les ruptures de tension du roulement et du filet. La rupture de section nette se produit lorsque la zone de section transversale réduite aux trous du boulon ne peut pas supporter la force de traction appliquée, entraînant une fracture au-delà du filet.

En raison d'une réduction de la surface nette (c.-à-d. en raison de trous de boulons) de la plaque le long de la ligne de boulon, la résistance à la traction de la plaque sera inférieure à la valeur réelle de cette section, et par conséquent, la plaque pourrait échouer sous tension, il devient donc important de calculer la zone la moins nette entre les différentes lignes de boulon pour trouver la résistance la moins forte de la plaque et de la vérifier pour la sécurité de la charge appliquée.

Défaut de block Shear

Le chevron peut être défectueux en raison de la rupture de tension ou du cisaillement de blocs, et le roulement de la partie connectée/connectée en raison du roulement des trous de boulons. Le cisaillement de blocs est un mode de rupture combiné impliquant le cisaillement le long d'un plan et la tension le long d'un plan perpendiculaire, ce qui entraîne la déchirure d'un bloc de matériau.

La résistance caractéristique au cisaillement par blocs Rn est calculée en fonction des états limites de rendement et de rupture le long de la ou des surfaces de cisaillement et des états limites de rupture le long de la surface de traction.

Normes de conception et calculs de résistance au roulement

Diverses normes internationales de conception prévoient des dispositions spécifiques pour le calcul de la résistance des roulements dans les raccords en acier. La compréhension de ces exigences et de leurs principes fondamentaux est essentielle pour une conception conforme et sûre.

Spécifications AISC pour la résistance au roulement

La résistance au roulement de conception (LRFD J3.10) La résistance au roulement de conception est prise aux trous de boulon par section J3.10 de la LRFD AISC, et la résistance au roulement de conception au trou de boulon est φRn. La spécification AISC fournit des équations détaillées pour différents types de trous et conditions de chargement.

La résistance au roulement de conception est pour la charge de service lorsque la déformation est une considération de conception (la déformation du bord du trou est limitée à un maximum de 1⁄4"), et le boulon est également en liaison avec des trous standard, surdimensionnés et à courte fente indépendamment de la direction de la charge, ou un trou à longue fente avec la fente parallèle à la direction de la force de roulement: Rn = 1,2LctFu ≤ 2,4dtFu.

La résistance disponible pour un boulon dans le roulement, Rn/↓ = 1,5dbtFu, où le facteur de sécurité pour le roulement, ↓ = 2.0. Ces équations expliquent la distance libre entre les trous du boulon ou le bord de la pièce connectée.

Spécifications des matériaux de boulonnage

Les désignations ASTM A325, F1852 et A-490, la nouvelle spécification ASTM F1852 fait référence aux fixations fréquemment appelées commande de tension, TC, attaches à torsion ou couple-et-dérapage, et les boulons à haute résistance ont un diamètre de 1⁄2 à 1 1⁄2 po. Différentes qualités de boulons ont des propriétés de résistance différentes qui doivent être prises en compte dans les calculs de roulement.

La contrainte nominale de cisaillement des boulons peut être prise comme 68 ksi pour les boulons du groupe A (A325) et 84 ksi pour les boulons du groupe B (A490): lorsqu'ils sont divisés par le facteur de sécurité pour le cisaillement des boulons, ↓ = 2,00, les contraintes admissibles deviennent 34 ksi pour les boulons du groupe A et 42 ksi pour les boulons du groupe B.

Codes internationaux de dessins ou modèles

La calculatrice prend actuellement en charge trois grands codes de conception : IS 800:2007 (Indian Standard), AISC 360-16 (American) et Eurocode 3 (EN 1993-1-8), et les calculs s'ajustent automatiquement en fonction des exigences et des facteurs de sécurité du code sélectionné.

Bien que le comportement mécanique de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone diffère sensiblement, les dispositions de conception relatives aux raccords en acier inoxydable dans les normes actuelles sont essentiellement basées sur les règles relatives à l'acier au carbone et aux raccords boulonnés, les résistances de conception dans la norme EN 1993-1-4 et le manuel de conception SCI/Euro Inox pour l'acier inoxydable structurel sont basés sur celles de la norme EN 1993-1-8 et de la norme EN 1993-1-3, avec quelques modifications mineures seulement.

Facteurs critiques affectant la force du roulement

Plusieurs facteurs influencent la résistance des raccords en acier et la compréhension de leurs effets individuels et combinés est essentielle pour optimiser la conception des raccords.

Propriétés du matériau

La résistance à la traction (Fu) ultime du matériau de la plaque est un paramètre primaire dans le calcul de la résistance au roulement. Pour les assemblages faits de différents types d'acier, la capacité de roulement doit être calculée pour chaque élément, en fonction de son épaisseur et de ses propriétés, avec la plus petite capacité qui régit la conception de la connexion au roulement.

Les ingénieurs limitent généralement les contraintes de roulement de conception à 50 à 70 % de la résistance ultime du matériau pour tenir compte des incertitudes liées à la charge, à la variabilité des matériaux et aux facteurs environnementaux, et cette approche assure une marge suffisante contre la déformation localisée.

Les facteurs de sécurité pour la résistance au roulement varient selon l'application : 2,0-2.5 pour les applications structurelles générales, 3,0-4.0 pour les connexions critiques soumises à une charge dynamique et 1,5-2.0 pour les structures temporaires avec des charges bien définies.

Distance de l'extrémité et de l'extrémité

Les essais et l'analyse numérique ont été effectués pour étudier les connexions boulonnées de type roulement avec des distances de bout et de bord allant d'une fois le diamètre du trou de boulon à deux fois le diamètre du trou de boulon, et les résultats ont montré que la distance de bout et la distance de bord étaient deux paramètres contrôlés qui ont déterminé les modes de rupture.

Les codes de conception précisent les distances minimales pour éviter ce mode de défaillance, mais les distances optimales dépassent souvent ces valeurs minimales pour assurer le comportement ductile et le développement de la capacité de roulement.

Espacement de la boulon

L'espacement entre les boulons affecte la répartition de la contrainte et les voies de rupture potentielles dans les connexions. L'espacement adéquat empêche l'interaction entre les trous adjacents et permet à chaque boulon de développer sa pleine capacité de roulement.

Les exigences minimales en matière d'espacement varient généralement de 2,67 à 3 fois le diamètre du boulon, avec un espacement privilégié de 3 fois le diamètre, ce qui permet une répartition optimale de la charge et une tolérance à la fabrication.

Épaisseur de la plaque

L'épaisseur de la plaque affecte directement la capacité du roulement, car la résistance du roulement est proportionnelle à la surface du roulement projeté (diamètre de boulon multiplié par l'épaisseur de la plaque).

Une modification des dispositions relatives aux coefficients de roulement pour les aciers à tôles minces G550 et G300 est nécessaire pour tenir compte de la résistance réduite des matériaux reliés au roulement, et cette réduction de la résistance au roulement est liée davantage à l'épaisseur de l'acier qu'à la qualité de l'acier (G550 vs. G300).

Type et taille de trou de boulon

Ces trous sont classés comme suit : i) trous standard – 1/16 po de diamètre nominal du boulon ii) trous surdimensionnés – non autorisés dans les raccords de type roulement iii) trous à courte portée – autorisés dans les deux types de roulement et de glissement critique. Le type de trou affecte la surface du roulement et le potentiel de déformation avant le contact complet du roulement.

Les trous standard sont généralement de 1/16 pouces plus grands que le diamètre nominal du boulon pour les boulons de 1 pouce de diamètre, ce qui permet une tolérance de fabrication adéquate tout en minimisant la réduction de la surface de section nette.

Procédure de conception pour la résistance au roulement

Une approche systématique de la conception de la résistance au roulement garantit que tous les états limites pertinents sont pris en compte et que la connexion fonctionne comme prévu pendant toute sa durée de vie.

Étape 1: Déterminer les forces de conception

La première étape de la conception de la connexion consiste à déterminer les forces de calcul factorielles que la connexion doit résister. Ces forces doivent tenir compte de toutes les combinaisons de charges et de facteurs de charge applicables spécifiées par le code de conception directeur. La répartition des forces entre plusieurs boulons doit être déterminée en fonction de la géométrie de la connexion et de la configuration de chargement.

Étape 2: Sélectionner la taille et la qualité de la boulon

La sélection des boulons consiste à choisir un diamètre et une qualité de matériau appropriés qui résistent aux forces de cisaillement et de tension appliquées. Le diamètre des boulons affecte à la fois la capacité de cisaillement et la surface de roulement, tandis que la qualité de boulons détermine les propriétés de résistance du matériau.

Étape 3: Calculer la capacité de servo-mousse

La capacité de cisaillement des boulons doit être calculée en fonction de l'inclusion ou de l'exclusion des fils du plan de cisaillement. Résistance des boulons : Φ = 2,0 Diamètre de boulon = 0,768 en Résistance nominale des vis, Fnv = 54 ksi Résistance nominale des vis (par boulon), Rnv = 0,6 Fnv Ab = 0,6 (54 ksi) 0,463 in^2 = 25,0 kips (Rnv / ↓) = 12,5 kips. Le nombre de plans de cisaillement (simple ou double cisaillement) doit également être pris en compte.

Étape 4: Calculer la capacité de roulement

Résistance des boulons standard : ↓ = 2,0 (Profondeur des boulons à l'écart au niveau de la charge de service) distance de bord, le = 0,84 en (clair) distance du trou adjacent, lc = 2,19 po, et comme la distance de bord est inférieure à la distance adjacente du trou de boulon suivant, la distance de bord sera contrôlée. Le calcul de la capacité de roulement doit tenir compte de la distance claire du bord ou des trous adjacents, en utilisant la valeur plus petite.

La valeur de boulon est la moins élevée de la résistance au roulement (Vdpb) et de la résistance au roulement (Vdsb) du boulon. La capacité de commande est le minimum de la capacité de cisaillement et de roulement.

Étape 5: États de limite de la plaque de contrôle

Les états de limite de plaques multiples doivent être vérifiés, y compris:

  • Feuille de roulement: La surface brute le long du plan de cisaillement doit être suffisante pour empêcher la production
  • Fraction de la vitre:[ La surface nette (compte tenu des trous de boulon) doit résister à la fracture
  • Tension donnant: La surface brute perpendiculaire à la charge ne doit pas donner
  • rupture de tension:[ La zone nette doit résister à la rupture en tension
  • Séculation de verrouillage: La trajectoire combinée de rupture de cisaillement et de tension doit être vérifiée

La résistance d'un raccord boulonné est la moins élevée de la valeur du boulon (résistance de conception du boulon) et la résistance de traction de conception de la plaque.

Étape 6: Vérifier les exigences géométriques

Toutes les exigences géométriques spécifiées par le code de conception doivent être vérifiées, y compris les distances minimales et maximales de bord, les distances d'extrémité et l'espacement des boulons, qui assurent une répartition adéquate de la force, empêchent les modes de rupture prématuré et assurent des tolérances de fabrication adéquates.

Les résistances de roulement de conception sont données pour différentes distances de bord (1,25 po et 2 po), Fu (58 et 65 ksi) et différents diamètres de boulons (5/8 – 1-1/2 po) Les tables de conception dans les manuels en acier fournissent des valeurs tabulées pour les configurations communes, rationalisant le processus de conception.

Considérations particulières relatives à la conception du roulement

Certaines conditions et applications exigent des considérations supplémentaires au-delà des calculs de résistance à l'appui standard.

Limites de déformation

Dans certaines applications, la déformation aux charges de service peut être considérée comme une considération de conception même si la résistance ultime est suffisante. La déformation du roulement peut entraîner une allongement excessif des trous, ce qui affecte la capacité de fonctionnement de la structure.

La résistance au roulement des raccords boulonnés a été déterminée dans des études antérieures soit sur la base d'un critère de résistance, soit sur la base d'un critère de déformation.

Connexions en acier à haute résistance

Les raccords à boulons de type roulement sont fréquemment utilisés pour les raccords de structure en acier et sont généralement petits lorsqu'ils sont utilisés pour raccorder des aciers à haute résistance. Cependant, les études sur le mode de rupture et la capacité de roulement ultime des raccords à boulons de type résistance-prolongateur sont, à notre connaissance, limitées.

La résistance au roulement est souvent en conflit avec les exigences de ductilité, et les aciers à plus haute résistance offrent généralement une résistance supérieure au roulement, mais peuvent présenter une capacité de déformation plastique réduite avant la défaillance, ce qui peut entraîner des modes de défaillance plus brusques.

Raccordements en tôle mince

Les tôles d'acier léger (G300) ont une capacité de déformation accrue par rapport aux tôles d'acier G550 en raison de leur ductilité élevée, et une augmentation de la capacité de déformation hors plan peut conduire à des déchirures qui proviennent non pas du bord du matériau empilé devant le boulon, mais plus près du centre du trou de boulon initialement placé.

Les normes ne peuvent pas être utilisées pour prédire avec précision le mode de rupture des raccords boulonnés en tôle mince chargés en cisaillement et, en général, la rupture de section nette est prévue lorsque les résultats des essais révèlent que la détresse du roulement dans l'acier de tôle est le mode de rupture de commande.

Connexions en acier inoxydable

L'étude a montré que le comportement de déformation des raccords en acier inoxydable était quelque peu différent de celui des raccords en acier au carbone, avec un durcissement prononcé de la déformation en acier inoxydable, mais les emplacements de début de fracture obtenus à partir des modèles numériques correspondaient à ceux observés lors des études expérimentales de raccords en acier au carbone et en acier inoxydable.

Le comportement de contrainte-souche non linéaire de l'acier inoxydable, particulièrement les nuances austénitiques, entraîne un durcissement significatif de la déformation qui peut augmenter la capacité de charge au-delà du rendement initial.

Erreurs de conception communes et comment les éviter

Comprendre les pièges communs dans la conception de la résistance au roulement aide les ingénieurs à éviter les erreurs coûteuses et à assurer des connexions sûres et efficaces.

Distance de l'extrémité insuffisante

L'une des erreurs les plus courantes est de fournir une distance de bord inadéquate, ce qui peut conduire à une rupture prématurée de déchirement. Bien que les distances minimales de bord soient spécifiées dans les codes, en utilisant des distances proches du minimum peut entraîner une réduction de la capacité de roulement et des modes de rupture fragile.

Compatibilité du matériel de négligeable

L'utilisation de boulons de qualité supérieure peut être gaspillée et peut provoquer une défaillance des plaques avant les boulons (défaillance du roulement). La connexion doit être conçue de manière à ce que tous les composants fonctionnent ensemble efficacement, avec des rapports d'utilisation similaires pour différents états limites.

Nombre excessif de fixations

Les composants de connexion doivent échouer de manière ductile, prévisible, et l'ajout de trop de fixations peut affaiblir les plaques en raison de la réduction de la surface de section nette, de sorte qu'il y a un nombre optimal basé sur la répartition de la charge et la géométrie.

Ignorer la distribution des charges

En supposant que la répartition de la charge entre tous les boulons ne soit pas exacte dans tous les cas, en particulier dans les longs raccordements ou les raccords à charge excentrique. Une analyse élastique ou des méthodes plus sophistiquées peuvent être nécessaires pour déterminer les forces réelles de boulons et assurer une capacité de roulement adéquate aux endroits critiques.

Sujets avancés dans l'analyse de la force de roulement

Pour les connexions complexes ou les applications spéciales, des méthodes d'analyse avancées peuvent être nécessaires pour prédire avec précision le comportement de roulement et les performances de connexion.

Analyse des éléments finis des connexions de roulement

Cet article présente une étude expérimentale et numérique pour étudier les modes de résistance et de défaillance des liaisons monoblocs, puis une méthode de modélisation FE tenant compte des propriétés des matériaux de traction et de cisaillement dans les régions correspondantes est proposée pour explorer le comportement des liaisons monoblocs. L'analyse des éléments Finite peut capter les distributions complexes de contraintes, la non-linéarité des matériaux et le comportement de contact que les calculs manuels simplifiés ne peuvent pas traiter.

La résistance du roulement supérieure à 12 % de surestimation et le mode de rupture incorrect seraient obtenus en utilisant la méthode de modélisation FE conventionnelle pour les raccords boulonnés sous contrainte dominée par le cisaillement en raison du comportement du cisaillement de l'acier.

Effets de durcissement de la souche

Les méthodes d'analyse avancées peuvent expliquer le durcissement de la contrainte en utilisant des modèles de matériaux non linéaires qui représentent la courbe contrainte-souche complète, y compris la région de durcissement de la contrainte.

Dans la simulation numérique des modèles, le comportement des matériaux de contrainte non linéaires en acier inoxydable a été pris en compte en utilisant des expressions qui représentent toute la gamme de souches jusqu'à la souche de traction ultime. Cette approche fournit des prédictions plus précises du comportement de capacité et de déformation ultime.

Approches de la mécanique de la fracture

Le critère de fracture est intégré dans les modèles FE pour étudier la relation entre la résistance au roulement et le mode de rupture des raccords boulonnés. Les approches fondées sur la mécanique de fracture peuvent prédire l'initiation et la propagation des fissures dans les raccords de roulement, fournissant des indications sur les mécanismes de défaillance et la capacité ultime.

La déformation plastique maximale dans le matériau de la plaque en avant du boulon atteint la déformation de fracture localisée du matériau, la fracture se produit et la charge maximale est réputée avoir été atteinte.

Exemples pratiques de conception

Le travail à partir d'exemples pratiques aide à mieux comprendre les calculs de résistance au roulement et les procédures de conception.

Exemple : Connexion simple de kear

Les connexions de cisaillement entre les sections en forme de I sont parmi les connexions les plus courantes dans la conception de l'acier, et pour aider à comprendre les contrôles de conception requis conformément à AISC 360, cet article utilisera un exemple de conception pour les expliquer.

Le processus de conception consiste à choisir un nombre et une taille appropriés de boulons, à déterminer l'épaisseur de la plaque requise et à vérifier tous les états limites. Essayez quatre rangées de boulons, 1/4 po d'épaisseur de la plaque et 3/16 po de taille de soudure de filet.

Exemple : Connexion de fente de tension

Les raccords à hélice de tension nécessitent une attention particulière à la capacité de section nette en plus du roulement et du cisaillement. La connexion doit développer la pleine capacité du membre de tension tout en maintenant des marges de sécurité adéquates pour tous les états limites.

Calculer la valeur de boulon d'un boulon de 20 mm de diamètre de grade 4.6 pour joindre les plaques principales de 12 mm d'épaisseur dans les cas suivants. Assumer Fe410 pour toutes les plaques. Le calcul de la valeur de boulon tient compte à la fois du cisaillement et du roulement, avec le minimum qui régit la conception.

Contrôle et inspection de la qualité

Un contrôle de qualité adéquat pendant la fabrication et l'érection est essentiel pour s'assurer que les connexions fonctionnent comme prévu.

Préparation du trou

Les trous de boulonnage doivent être forés ou perforés à la taille spécifiée avec des bords propres et lisses. Les trous de boulonnage peuvent nécessiter un alésage si l'épaisseur du matériau dépasse certaines limites ou si la qualité du trou est insuffisante.

Installation de boulon

Pour les performances de raccordement, il est essentiel de fixer les boulons à haute résistance à la tension spécifiée, en utilisant des clés étalonnées ou d'autres méthodes approuvées. Les boulons sous-resserrés peuvent ne pas produire de frottement adéquat dans les raccords critiques, tandis que les boulons sur-resserrés peuvent être surcontraints ou endommager le matériau connecté.

Exigences en matière d'inspection

Pour les connexions critiques, il est possible de préciser des contrôles plus détaillés, y compris des essais par ultrasons ou d'autres méthodes non destructives. Il faut conserver la documentation sur l'installation des boulons, y compris la vérification de la prétension, pour assurer la qualité.

Tendances et orientations de la recherche

Les recherches en cours continuent de nous faire mieux comprendre le comportement des roulements et d'améliorer les méthodes de conception des raccords en acier.

Matériaux avancés

La mise au point de nouveaux aciers à haute résistance et à haute performance nécessite des dispositions à jour en matière de résistance des roulements. Les décisions de sélection des matériaux permettent souvent de concilier résistance des roulements avec la fabrication et le coût, et si les aciers à haute résistance offrent une meilleure résistance des roulements, ils peuvent présenter des défis dans la formation des trous et peuvent être plus sensibles aux encoches.

Conception axée sur les performances

Les approches de conception basées sur les performances qui tiennent compte de la gamme complète de comportements de connexion, de la charge initiale à la capacité ultime et la réponse post-crête, deviennent plus courantes. Ces méthodes peuvent conduire à des conceptions plus efficaces qui correspondent mieux aux exigences de performance réelles de la structure.

Outils numériques et automatisation

L'outil de connexion en acier de la structure centrale est un logiciel d'ingénierie structurelle qui vous permet de générer rapidement les calculs nécessaires pour déterminer la résistance d'une connexion en acier, et les calculs évaluent chacun des états limites possibles pour le faisceau, boulons, soudures, angles, plaques, poutres et/ou colonnes pour déterminer quel mode de défaillance contrôlera la capacité de charge de la conception.

L'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle sont à l'étude pour optimiser la conception des connexions et prédire les défaillances, ce qui pourrait conduire à des connexions plus efficaces et plus fiables à l'avenir.

Conclusion

La résistance au roulement est une considération critique dans la conception de la connexion en acier qui affecte directement la sécurité, la performance et l'économie des structures en acier. Une compréhension approfondie du comportement du roulement, des modes de défaillance et des procédures de conception est essentielle pour les ingénieurs structuraux travaillant avec des raccords boulonnés.

La conception adéquate des roulements exige la prise en compte de multiples facteurs, notamment les propriétés des matériaux, les paramètres géométriques, les conditions de chargement et les normes de conception applicables.

À mesure que les matériaux et les méthodes de construction évoluent, la recherche et le développement continus de dispositions de conception garantissent que les calculs de résistance des roulements demeurent précis et applicables aux pratiques de construction modernes. L'intégration de méthodes d'analyse avancées et d'outils numériques améliore encore notre capacité à concevoir des connexions optimisées qui répondent aux exigences exigeantes des structures contemporaines.

Pour obtenir des ressources supplémentaires sur la conception de raccords en acier, les ingénieurs peuvent consulter le American Institute of Steel Construction (AISC)[ pour des guides et des spécifications de conception complets, le Steel Construction Institute[ pour des publications d'orientation technique et de recherche, et BG Structural Engineering[ pour des exemples pratiques de conception et des tutoriels.