FRISCC Fire Resistance of Innovative and Slender Concrete Filled Tubular Composite Columns
Résistance au feu des poteaux mixtes en tube creux rempli de béton
INTRODUCTION
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INTRODUCTION
Avantages des poteaux mixtes en tube creux rempli de béton Coffrage inutile : béton coulé directement dans le tube en
acier Esthétique : formes de section variées
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INTRODUCTION
Comportement au feu de ce type de poteau mixte Contribution du tube non protégé négligeable Transfert des charges du tube vers le noyau en béton armé
Méthodes « simples » de vérification en situation d’incendie Eurocode 4 Partie 1-2
Valeurs tabulées Méthode générale
Annexe H Annexe Nationale
PCRB
Domaine d’application
Tout type de poteau mixte
Limitations Forme de section
Effet des contraintes
thermiques non spécifié
Charge excentrée
Forme de section Non applicable en
France Forme de section
Projet FRISCC
PROJET FRISCC
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INTRODUCTION
Projet FRISCC Fire Resistance of Innovative and Slender Concrete Filled Tubular
Composite Columns Projet FRCA
Juillet 2012 – juin 2015 Coordinateur Université de Valence (+ AIDICO) Partenaires Université de Hanovre
Université de Coimbra Imperial College of London Condesa CTICM
Sections circulaires, carrées, rectangulaires et elliptiques Essais au feu de poteaux Calibration d’un modèle éléments finis Etude paramétrique à l’aide du modèle calibré Proposition d’une méthode de calcul simplifiée
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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES
Données
Nombre d’essais 6 6 12 12
Section 193,7×8 273×10
150×8 220×10
250×150×10 350×150×10
220×110×12 320×160×12,5
Pourcentage d’armature
2,4 % ≤ ρ ≤ 5 % 2,5 % ≤ ρ ≤ 5,15 % 0 % ≤ ρ ≤ 2,7 % 0 % ≤ ρ ≤ 2,6 %
Longueur de flambement
3 m 3 m 3 m 2,1 et 3 m
Niveau de chargement
20 % 20 % 20 % 20 %
Excentricité relative de la charge
0 % ≤ ≤ 75 % 0 % ≤ ≤ 75 % 0 % ≤ ≤ 50 % 0 % ≤ ≤ 50 %
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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES
Dispositif expérimental Echauffement suivant la courbe de feu normalisée
Avant l’essai Après l’essai Ruine par flambement
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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES
Simulation des essais au feu de poteaux mixtes Modélisation bidimensionnelle par éléments finis Propriétés des matériaux : Eurocode 4 Partie 1-2 + mesures Couplage : transfert thermique + analyse mécanique
Thermique : Cast3M
Quart de section modélisé
Gradient sur la longueur du poteau
Mécanique : Sismef
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ESSAIS AU FEU DE POTEAUX MIXTES
Simulation des essais au feu de poteaux mixtes Évolution du déplacement vertical en tête de poteau
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ETUDE PARAMETRIQUE
Paramètres
Nombre de cas 2 × 4 400 2 × 4 400 2 × 8 340 2 × 4 000
Section 140×3 à 508×10
120×4 à 400×12
180×60×5 à 400×200×14,2
220×110×6,3 à 480×240×14,2
Pourcentage d’armature
0 % ≤ ρ ≤ 5 % 0 % ≤ ρ ≤ 5 % 0 % ≤ ρ ≤ 5 % 0 % ≤ ρ ≤ 5 %
Elancement réduit 0,2 ≤ ≤ 2 0,2 ≤ ≤ 2 0,2 ≤ ≤ 2 0,2 ≤ ≤ 2
Niveau de chargement
15 %≤ ηfi ≤ 70 % 15 %≤ ηfi ≤ 70 % 15 %≤ ηfi ≤ 70 % 15 %≤ ηfi ≤ 70 %
Excentricité relative de la charge
0 % ≤ ≤ 100 % 0 % ≤ ≤ 100 % 0 % ≤ ≤ 100 % 0 % ≤ ≤ 100 %
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ETUDE PARAMETRIQUE
Données d’entrée fixes Poteau bi-articulé : lθ = L Matériaux
Nuance d’acier o Tube en acier S355 o Barres d’armature en acier S500
Béton de remplissage o NC de classe C30/37 o Masse volumique 2300 kg/m3
o Granulats calcaires o Teneur en eau 4 % o Conductivité thermique Limite haute
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ETUDE PARAMETRIQUE
Résultats Températures
Fort gradient entre le tube et le noyau o Exemple : section elliptique 480×240×14,2
30 min de feu normalisé 60 min de feu normalisé
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ETUDE PARAMETRIQUE
Résultats Glissement en tête de poteau
Aucun effet en l’absence d’armature Favorable en présence d’armature (surtout pour les
poteaux élancés) o Ex : poteau à section circulaire 457×8 – ρ = 2,5 %
Déplacement vertical en tête de poteau Déplacement latéral à mi-hauteur de poteau
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METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE
Températures équivalentes Sommation des mailles de la section mixte
du modèle de transfert thermique
Résistance plastique équivalente
Rigidité efficace équivalente
Température équivalente
Tube en acier Aire = Aa, Inertie = Ia
θa,eq = max{θa,eq,1 ; θa,eq,2}
Noyau en béton Aire = Ac, Inertie = Ic
θc,eq = max{θc,eq,1 ; θc,eq,2}
Barres en acier Aire = As, Inertie = Is
θs,eq = max{θs,eq,1 ; θs,eq,2}
a
tube
yi
y
i
eq,1a, A
kA
k
,
,
a
tube
i ia
eq,2a,a I
kI
kE
E
,
,
c
béton
i ic
eq,2c,c I
kI
kE
E
,
,
c
béton
ci
c
i
eq,1c, A
kA
k
,
,
s
barres
i is
eq,2s,s I
kI
kE
E
,
,
s
barres
syi
sy
i
eq,1s, A
kA
k
,
,
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METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE
Résistance au flambement Résistance plastique de la section
Rigidité efficace
Élancement réduit
Résistance au flambement sous charge centrée
Résistance au flambement sous charge excentrée
Résistance au flambement sans glissement en tête de poteau (ρ > 0 %)
sysyscccyyaRdpl,fi, eqs,eqc,eqa,fkAfkAfkAN ,,,
ssscccaaaefffi, eqs,seqc,ceqa,aEkIEkIEkIEI EEE ,,,,,,
efffi,
Rpl,fi,
crfi,
Rpl,fi,
EI
N
N
N
Rdpl,fi,fiSLIPRd,fi, NN
b) (courbe
a) (courbe1fi
34,0%0
21,0%01
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Rdfi,
froidRdb,
Rd,b,
Rd,fi, NN
NN
f(section, lθ, durée) 1,2 f(Am/V, durée, ρ)
overload
SLIPRd,fi,
NOSLIPRd,fi,
NN
f( lθ, B, δ) : ≥ 1,15
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METHODE DE CALCUL SIMPLIFIEE
Résistance au flambement : coefficient de réduction χfi FRISCC / MEF
Non sécuritaire
Non sécuritaire
Non sécuritaire
Non sécuritaire
Non sécuritaire
Non sécuritaire
Sécuritaire Sécuritaire
Sécuritaire Sécuritaire
Sécuritaire
Sécuritaire
CONCLUSION
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CONCLUSION
Méthode de calcul simplifiée proposée Sécuritaire Implémentée dans le logiciel FRISCC Renfort du noyau : barres d’armature uniquement Applicable aux sections doublement symétriques
Autres formes de section Modèles de calcul avancés Renfort alternatif : noyau en acier par exemple
Parc Technologique L’Orme des Merisiers
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