Bases de la conception et de l’analyse des structures

2. Analyse de la charge

Ensuite, l’ingénieur structurel doit identifier toutes les charges possibles que la structure peut subir au cours de sa vie. Voici des exemples de charges sur les structures :

• Les charges permanentes, c’est-à-dire le poids propre de la structure ;

• Charges d’exploitation : occupation de personnes dans des bâtiments, déplacement d’équipements et mouvement de voitures sur les ponts ;

• Charges de vent : toutes les pressions ou forces horizontales, de soulèvement ou de cisaillement que le vent exerce sur un bâtiment ;

• Charges de neige : applicables uniquement aux structures susceptibles de recevoir des chutes de neige ;

• Charges sismiques : lorsque la structure se trouve dans une région sismique ;

• Pression de la terre : à appliquer pour les tunnels, les murs de soutènement et les caves ;

• Eau et glace : pour certaines structures telles que les ponts, les plates-formes en mer et les structures côtières ;

• Charges thermiques : Le chauffage ou le refroidissement inégal de certaines parties de la structure crée des contraintes élevées ;

• Charges dynamiques : par exemple, induites par des machines.

Ainsi, selon l’endroit où se trouve votre structure, vous devez tenir compte des différents types de charges. Les valeurs de ces charges peuvent être identifiées en utilisant des codes de conception structurelle et des références appropriés.

Dans la vie réelle, différentes charges agissent simultanément sur la structure. La combinaison des différentes charges doit être évaluée. Par exemple, une action simultanée entre la charge permanente (poids de la structure) et la charge d’exploitation (utilisation du bâtiment par des personnes) peut constituer une combinaison de charges. Mais aussi, les charges permanentes et les charges de vent peuvent être combinées. Déterminer quelle est la pire combinaison de charges pour votre structure fait partie du processus d’analyse des charges. En général, les logiciels d’ingénierie structurelle créent automatiquement un ensemble avec toutes les combinaisons de charges possibles.

3. Analyse structurelle

Dans cette étape, nous effectuons l’analyse sur les éléments structurels. L’objectif est d’étudier comment le modèle structurel se comporte avec les différentes combinaisons de charges effectuées. L’analyse d’une structure entière est également connue sous le nom d’analyse globale.

Les résultats de l’analyse comprennent les diagrammes des forces internes (cisaillement, moment de flexion, normale, torsion et contraintes), les réactions, les déformations/ déflexions produites par les différentes combinaisons de charges.

Pour les structures simples, comme une poutre ou une colonne unique, cette analyse peut être effectuée à la main. Cependant, pour les structures 2D ou 3D, l’analyse nécessite de nombreux calculs détaillés, le plus souvent dans des matrices, dans lesquelles des erreurs sont rapidement commises en cas de calculs manuels. Les logiciels de conception structurelle par ordinateur ont désormais remplacé les calculs manuels. La plupart des logiciels d’ingénierie structurelle, tels que Diamonds, de BuildSoft, utilisent l’analyse par éléments finis (MEF) pour résoudre les équations d’équilibre complexes. Un excellent logiciel d’analyse structurelle doit être rapide et convivial pour faciliter la vie des débutants et des utilisateurs avancés.

4. Conception structurelle

La conception structurelle ou le dimensionnement est peut-être l’étape la plus cruciale du processus. Elle consiste à dimensionner les différentes parties du bâtiment sur la base des résultats de l’analyse. La conception structurelle est liée aux matériaux.

Les dimensions initialement estimées sont vérifiées pour s’assurer qu’elles respectent les exigences de conception dans le domaine de la stabilité, de la résistance et de la rigidité (déformations). Ces exigences se trouvent dans les normes et les codes de conception.

Si ces exigences de conception sont satisfaites, les dimensions choisies sont correctes. On peut envisager de jouer avec la taille des éléments pour obtenir un design plus économique.

Si les exigences de conception ne sont pas satisfaites, l’ingénieur doit alors répéter toutes ces étapes. Les dimensions initiales de l’élément doivent être augmentées, et nous terminons à nouveau par l’analyse de la structure et les vérifications de la conception structurelle. Cette opération est répétée jusqu’à ce que les exigences de conception soient satisfaites.

Le résultat de la conception structurelle représente les dimensions de chaque élément du modèle, en conformité avec les exigences de conception, ainsi que les détails relatifs aux matériaux, tels que la surface requise de l’armature à fournir pour les éléments en béton.

De nombreux pays ont leurs propres codes de conception structurelle, leurs codes de pratique ou leurs documents techniques. Il est nécessaire pour un concepteur de structures de se familiariser avec les exigences et les recommandations locales concernant la pratique correcte.

5. Détail

Une fois l’analyse globale et la conception terminées, l’ingénieur structurel peut commencer à détailler. Le détail des structures se compose de deux parties :

1. Où doivent être placés les détails et où doivent être réalisés les connexions et les chevauchements structurels ? Par exemple, les épissures de poutres ou de colonnes. Pour d’autres détails comme les connexions poutre-colonne ou base-colonne, le placement ne peut pas être discuté.

2. Les spécifications des armatures, des boulons et des soudures, c’est-à-dire le nombre de barres d’armature, la qualité des boulons, le nombre de boulons, l’épaisseur de la gorge des soudures, les plaques d’extrémité, etc.

Les détails vont de pair avec la ductilité des structures. Dans le cas du béton, par exemple : Si nous prévoyons le renforcement de manière équilibrée dans les poutres et les colonnes, nous pouvons augmenter la ductilité d’une structure.

Si nous planifions les connexions en acier de manière stratégique, les coûts peuvent être fortement réduits. Le chevauchement entre 2 parties de poutre ne doit pas se faire au centre de la poutre mais plutôt près des bords de la colonne, là où le moment de flexion est nul (joint articulé). De cette façon, seule une connexion de cisaillement est nécessaire, ce qui est plus facile à construire et plus rentable.