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Gousset – pourquoi est-il important ?
Ils existent depuis des siècles et si vous n'êtes pas ingénieur en structure, vous ne les remarqueriez jamais. Et ce n'est pas grave, ils devraient être fabriqués de cette façon – discrets, modestes mais d'une sécurité inébranlable.
Lorsque vous devez créer très rapidement un assemblage de gousset, que faites-vous ? Il suffit d'ajouter un rectangle de tôle à la poutre principale et de relier l'élément secondaire à cette platine. Et voilà. Alors pourquoi on en parle ?
Il n'y a pas de problème lorsque 1. vous connectez un élément sous charge de traction, 2. vous avez suffisamment d'espace pour tous les composants de l'assemblage et 3. vous n'avez pas à vous préoccuper de l'esthétique de l'assemblage. C'est avec la complexité des assemblages, compression dans les éléments et la pression sur le coût et l'aspect visuel de la tâche que cela devient intéressant.
Types principaux des assemblages de gousset
La figure suivante montre les dispositions transversales typiques des goussets dans les assemblages de structures en acier.
L'application la plus courante des goussets se trouve dans les poutres en treillis et dans les systèmes de contreventement latéral, où les éléments diagonaux sont reliés par les goussets.
Qu'est-ce qu'un gousset et qu'est-ce qui ne l'est pas ?
Pour un œil inexpérimenté, il peut être difficile de trouver le gousset (ou les goussets) parmi tous les composants en acier de l'assemblage. On pourrait se demander s'il ne s'agit pas simplement d'un autre raidisseur ? Eh bien, ce n'est pas le cas.
Les goussets sont les parties essentielles de la structure par lesquelles tous les efforts internes des éléments connectés sont transmis.
Les raidisseurs, quant à eux, sont des éléments importants nécessaires pour assurer une rigidité correcte des assemblages et éviter le voilement des platines.
En d'autres termes, si le gousset se rompt, on peut craindre une catastrophe. Sans raidisseurs, la structure survit (au moins pour un certain temps).
Le terme gousset n'est souvent mis en évidence qu'après l'effondrement d'une structure ou d'une partie de celle-ci. L'effondrement du pont de l'Interstate 35W en 2007 est l'un de ces événements malheureux.
Dans ce cas, la conception insatisfaisante des goussets des poutres en treillis et l'absence de vérification de ces parties de l'assemblage lors des inspections innombrables du pont ont été identifiés comme étant responsables. On a simplement supposé que les goussets ne seraient pas le maillon faible de la conception et que les assemblages de gousset seraient plus résistantes que les poutres qui s'y insèrent. Malheureusement, ce n'était pas le cas.
Les normes de conception nous donnent des manuels sur la manière de vérifier la conception des assemblages de gousset. Quelques exemples de normes avec des spécifications pour les goussets :
AISC 360-16 (États-Unis)
CSA-S16-09 (Canada)
EN 1993-1-8 (Europe)
Ces manuels sont basés sur une approche analytique qui est assez facile à appliquer mais qui peut prendre beaucoup de temps en raison du nombre croissant de types d'assemblages ou d'alternatives.
Éléments en traction
Les assemblages des éléments en traction sont, disons, les plus faciles. Mais l'ingénieur doit quand même effectuer plusieurs vérifications des goussets. Par exemple, pour la section transversale de Whitmore, les efforts de traction doivent être vérifiés.
Comment cela se présente-t-il dans une image ?
Et dans une structure réelle :
Une autre vérification est liée à la rupture par cisaillement dans un assemblage qui implique à la fois des composants en cisaillement et en traction et est spécifiée dans la section J4.3 de AISC 360. En tant que concepteur d'assemblages, vous devez vérifier tous les modes de rupture de cisaillement possibles dans les grilles de boulons, comme vous pouvez le voir dans l'exemple ci-dessous.
Vous trouverez un exemple bien préparé d'évaluation de la résistance au cisaillement dans cet article de vérification.
Éléments en compression
La conception des assemblages de gousset peut devenir un « sport » complètement différent lorsqu'il s'agit d'éléments en compression. Nous devons toujours vérifier toutes les ruptures par cisaillement, mais la question de voilement commence à jouer un rôle beaucoup plus important.
Un paramètre très important dans la conception des assemblages des éléments en compression est le fait si l'élément peut osciller hors du plan du gousset. Cela influencera le comportement du mode de rupture et la création des articulations plastiques dans les platines. Dans IDEA StatiCa Connection, vous pouvez définir ce comportement pour chaque élément particulier en sélectionnant simplement le Type de modèle approprié.
Les modes de rupture pour ces deux situations différentes sont illustrés dans l'image suivante.
Ce problème pourrait également être résolu par une approche analytique, mais vous passeriez probablement beaucoup de temps avec chaque disposition de l'assemblage. Il est plus probable que l'ingénieur gagnerait un temps précieux en évitant simplement cette situation et ajouterait des raidisseurs. C'est une solution compréhensible, mais coûteuse.
Une autre solution est d'utiliser un outil intelligent permettant de vérifier la stabilité de ces assemblages. L'analyse de voilement est une partie essentielle de l'application IDEA StatiCa Connection et vous fournit des formes de voilement et des coefficients de charge pour un nombre de formes défini par l'utilisateur.
Recherche
Dans le développement d'IDEA StatiCa, il n'y a aucune place pour des essais et erreurs. Toutes les méthodes utilisées dans les applications et les modèles de calcul sont vérifiées par des tests de structures réelles et analysées en collaboration avec des universités réputées.
L'une de ces recherches était également consacrée à la conception des assemblages de gousset. Les résultats des tests ont été comparés à la modélisation CBFEM avec une très bonne corrélation. Vous trouverez ici notre article de vérification avec les résultats de la recherche.
Comment être efficace et compétitif
Quelles sont donc les options qui s'offrent à vous lorsqu'il s'agit de concevoir des assemblages conformément aux normes, mais aussi lorsque vous devez réaliser vos conceptions et vos vérifications pas en quelques mois, mais en quelques semaines ? En outre, vous devez être flexibles avec les révisions en cours de projet et comparer plusieurs dispositions dans un délai raisonnable. Et vous souhaitez également que vos assemblages soient faciles à assembler et ne coûtent pas une fortune ?
Vous connaissez déjà la bonne réponse : il faut utiliser des outils du 21e siècle qui feront la majeure partie du travail non créatif pour nous. Si nous voulons avoir les mains libres dans la conception, le nombre d'options se réduit considérablement.
Vous pouvez simplement essayer d'utiliser IDEA StatiCa Connection et vous découvrirez que c'est tout ce dont vous avez besoin pour ce travail. Vous pouvez également suivre le parcours d'apprentissage standard :
commencer par utiliser des feuilles de calcul Excel,
puis essayer un logiciel d'assemblages plus sophistiqué basé sur des feuilles de calcul,
lorsque vous êtes à la limite, expérimenter avec quelque chose d'encore plus sophistiqué,
créer peut-être des modèles de coque détaillés dans vos applications MEF
Après ce parcours, vous apprécierez pleinement tous ses avantages.
Petit tutoriel vidéo consacré aux assemblages de gousset
Lorsqu'il faut estimer les coûts, aujourd'hui il peut être très difficile de calculer le prix de chaque assemblage. Dans l'application IDEA StatiCa, cette information apparaît presque comme un effet secondaire agréable. Dans cet article, vous trouverez tous les conseils nécessaires pour utiliser cette fonction.
Autre utilisation typique des goussets
Grâce à l'arrivée de l'usinage CNC dans les ateliers de construction civile, les goussets sont l'un des principaux moyens d'assembler non seulement les éléments en acier, mais aussi les éléments en bois. Au lieu d'adapter des formes compliquées aux extrémités des éléments, nous pouvons simplement ajouter une platine en acier avec des trous. Les éléments en bois sont préparés à l'aide de trous et de cannelures réalisés par CNC, et l'assemblage est finalement assemblé à l'aide d'articulations et de boulons en acier.
L'étape suivante dans l'évolution de la conception structurale consiste à combiner des matériaux structuraux et à utiliser le meilleur de leurs propriétés au bon endroit. C'est ainsi que sont nées les structures hybrides bois-acier. Outre leur beauté visuelle naturelle, de nombreuses autres raisons justifient leur utilisation, telles que la réduction des coûts, la diminution des besoins en matière de protection contre les incendies ou la réduction de l'empreinte carbone.
Pour ceux qui s'intéressent à la conception acier-bois, lisez plus sur les assemblages bois résolus dans IDEA StatiCa Connection dans notre Centre d'assistance.
IDEA StatiCa est fier d'être en première ligne pour la conception des assemblages et des éléments structuraux. Si vous avez une idée sur la façon dont la conception des goussets pourrait être améliorée, faites-le nous savoir.
