Comportement mécanique des assemblages tubes sur sphères en construction métallique : calcul numérique et validation expérimentale

Mechanical behaviour of joint between hollow sphere and a hollow circular cross section element in steel structures : numerical modeling and experimental investigations

• Auteur / Autrice : Djafer Medjahed
• Direction : Etienne Zeller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Université Robert Schuman (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction métallique

Mots clés libres

Assemblage mécanique

Résumé

L'utilisation de sphères creuses en acier constitue une alternative intéressante à la réalisation d'assemblages en construction tubulaire. Relativement aux problèmes de conception et/ou aux exigences liées au contrôle des ouvrages, le comportement de tels assemblages est toutefois mal connu. Le présent travail s'intéresse à ce problème dans le cas d'assemblages tube/sphère sous sollicitations quasi-statiques d'effort normal et de flexion. Une campagne d'expérimentation en vraie grandeur, associée à une simulation par éléments finis en élastoplasticité, permet d'abord de mettre en évidence les principaux aspects phénoménologiques du comportement d'un assemblage jusqu'à la ruine. L'influence des principaux paramètres significatifs sur le comportement mécanique a été examinée. L'analyse détaillée de la réponse élastoplastique d'un assemblage met en évidence des propriétés spécifiques de continuité et de progressivité des déformations dont la localisation suggère la possibilité d'une interprétation du comportement à la ruine par les techniques de l'analyse limite appliquées aux coques de révolution. On propose alors un modèle de calcul prévisionnel des charges ultimes de résistance à l'effort axial ou à la flexion par l'approche cinématique. La validité de la méthode proposée est montrée sur un ensemble de configurations dont les paramètres géométriques correspondent à des situations courantes en construction métallique.

This research work deals with some aspects of the mechanical behaviour of a welded steel connection between a circular cross section element and a hollow steel sphere which is to be used in future steel constructions. The problem has not been studied yet and there are consequently needs in design recommandations for the assembly as part of a structure under predominant loading. Our approach in meeting this consists of a limited series of laboratory tests and a parametric numerical analysis using the finite element method. The results obtained by means of numerical modelling show good agreement with experimental results under both axial compression loading and bending moment until the maximum carrying load is reached. Tests show that failure occurs without cracking and is due to developping plastic strain near the joint of the connection. After analysing the stress distribution the finite element model, it was concluded that a suspected failure mechanism may be worked out by means of the limit analysis of shells of revolution. Based on the kinematical theorem a model is proposed in ordered to predict the limit load under compressive axial force and bending moment for a given configuration of the connection. Calculated limit load by the proposed formulae agreed quite well with experimental and numerical results.