Les éléments de construction en acier sont reliés les uns aux autres au moyen d'éléments de remplissage ou de connecteurs qui peuvent être des cornières, plaques ou même canaux à brides parallèles (PFC). Ce sont quelques-unes des configurations courantes adoptées sur les chantiers, en particulier lorsque des boulons ou des assemblages boulonnés sont principalement utilisés. Pour les connexions soudées, les éléments sont parfois directement connectés les uns aux autres sans éléments de remplissage ni connecteurs intermédiaires. Dans cet article, nous nous concentrons sur les boulons, tête hexagonale et fraisée, et certaines des connexions boulonnées courantes utilisées.
Boulons hexagonaux et fraisés
Le boulon à tête hexagonale sur la gauche est la fixation structurelle normale. Le boulon fraisé de droite a une tête conique qui affleure la surface du pli., ce qui est important lorsqu'une tête saillante encrasserait une surface d'appui ou une pièce mobile. Cette conicité est également ce qui réduit sa capacité portante, comme indiqué ci-dessous.
Institut américain de la construction en acier (AISC)
AISC utilise principalement des unités anglaises (pouce, Kg) bien que l'homologue SI soit également pris en charge et disponible. Une chose à noter est que les dimensions dans le système anglais sont généralement par incréments d'un huitième de pouce. (⅛"), qui peuvent ne pas correspondre exactement à ceux du SI.
Comparaison des diamètres de boulon
| ½" | – |
| ⅝" | M16 |
| ¾" | M20 |
| ⅞" | M22 |
| 1" | M24 |
| 1 ⅛" | M27 |
| 1 ¼" | M30 |
| 1 ⅜" | – |
| 1 ½" | M36 |
Ce sont les équivalents pratiques les plus proches, tailles non interchangeables. Un boulon de ¾" est 19.05 mm contre 20 mm pour un M20, les tailles de trous et les distances entre les bords diffèrent donc et les deux ne peuvent pas être remplacés sur un dessin.
Boulons à haute résistance
Les spécifications relatives aux matériaux des boulons sont couvertes par l'American Society for Testing and Materials. (ASTM), et AISC les trie en deux groupes par force:
Groupe A - ASTM F3125 Nuances A325, A325M et F1852; ASTM A354 Catégorie BC; ASTMA449
Groupe B — ASTM F3125 Nuances A490, A490M et F2280; ASTM A354, qualité BD
ASTM F3125 est une spécification consolidée qui a absorbé l'ancien A325 autonome, A490, Documents F1852 et F2280, c'est pourquoi celles-ci apparaissent désormais comme des notes plutôt que comme des spécifications à part entière.. Les dessins et calculs plus anciens les évoquent encore à l'ancienne.
Outre les différences de résistance et d'autres propriétés, ces groupes ont des exigences différentes en matière de prétension minimale en fonction du diamètre du boulon.
Eurocode 3 (Annexe nationale du Royaume-Uni)
L'Eurocode est entièrement en unités SI, les boulons sont donc désignés en millimètres avec la taille préfixée par “M”, par exemple M16 signifiant un 16 boulon de diamètre mm.
| M12 |
| M16 |
| M20 |
| M24 |
| M30 |
Classes et points forts des boulons
Les boulons Eurocode sont classés par une désignation en deux parties qui code les deux résistances. Pour une classe écrite comme un.b, la résistance ultime à la traction est a × 100 MPa, et la limite d'élasticité est b/10 de cette valeur. Alors la classe 4.6 a une résistance ultime à la traction de 400 MPa et un rendement de 240 MPa, pendant que la classe 8.8 a 800 MPa ultime et 640 Rendement MPa.
Il est important de mettre ces deux-là dans le bon sens, parce que les formules de résistance des boulons prennent la valeur ultime. Lors du calcul des résistances réelles des boulons, la capacité est également affectée par la précharge, appelé prétention en termes AISC, ce qui, dans certains cas, augmente la capacité de charge du boulon si la bonne quantité de tension est appliquée.
| Classe | Traction, fou (MPa) | Rendement, fb (MPa) | Plage de diamètre |
| 4.6 | 400 | 240 | M5 – M36 |
| 4.8 | 400 | 320 | M1.6 – M16 |
| 5.8 | 500 | 400 | M5 – M24 |
| 8.8 | 800 | 640 | M1.6 – M36 |
| 9.8 | 900 | 720 | M1.6 – M16 |
| 10.9 | 1000 | 900 | M5 – M36 |
| 12.9 | 1200 | 1080 | M1.6 – M36 |
Remarques sur les boulons hexagonaux et à tête fraisée
Les différences de géométrie entre les boulons hexagonaux et fraisés affectent la capacité portante, parce que la tête conique enlève la matière du pli dans lequel elle se trouve. L'épaisseur effective du roulement est l'épaisseur du pli moins la profondeur du fraisage, c'est ce que montre la figure ci-dessous. (Voir le manuel AISC 14e édition., Fig. 7-10.)
Figure 1. Épaisseur efficace dans le roulement d'un boulon à tête fraisée
Spécifications de connexion et trous de boulon
Les connexions boulonnées peuvent être spécifiées comme étant bien serrées, précontraint ou antidérapant. Ces conditions jouent un rôle important dans le choix du trou de boulon utilisé. Les types de trous sont standard (Ordinaire, en termes FR), surdimensionné, ou fendu court ou long, et ils sont adoptés selon les spécifications de connexion. La spécification RCSC définit les exigences relatives à l'étanchéité. Si la connexion est conçue pour autre chose qu'une connexion bien serrée, cette condition doit être clairement identifiée sur les dessins, qu'il s'agisse d'une prétension AISC ou d'une exigence de précharge EN.
La distinction n'est pas de la paperasse. Un boulon bien serré résiste à la charge en portant une fois qu'il a glissé en contact, tandis qu'une connexion à glissement critique est conçue de telle sorte que la force de serrage empêche complètement les plis de bouger.
Les connexions critiques au glissement sont importantes partout où le glissement doit être évité, et différents facteurs sont appliqués dans le calcul de la résistance au glissement en fonction du type de trou, puisqu'un trou surdimensionné ou fendu donne au pli plus d'espace pour bouger avant qu'il ne supporte. Dans la plupart des cas, les trous de boulons standard ou normaux sont adoptés avec un niveau spécifié de prétension ou de précharge. Ces variables peuvent être modélisées et analysées à l'aide d'outils tels que Analyse et conception de structures en acier SkyCiv, qui aide les ingénieurs à prendre en compte le comportement des connexions dans le système structurel plus large.
Figure 2. Angle boulonné, un type de connexion de cisaillement
Connexions boulonnées
Les connexions boulonnées peuvent être utilisées à la fois dans les connecteurs à plaques de cisaillement tels que les plaques d'âme, tees, et angles de sangle et d'assise, et des connexions instantanées (rigide, entièrement retenu) qui utilisent couramment le remplissage, plaques de continuité et d'épissure. Utiliser des boulons signifie ajouter un connecteur intermédiaire ou un élément de connexion du type qui vient d'être mentionné..
Figure 3. Connexion de plaque à bride boulonnée
En théorie, il existe de nombreuses façons de combiner les configurations de connexion. En pratique, la constructibilité et le coût de fabrication signifient que certains types de connexions sont favorisés par rapport à d’autres et sont donc plus largement adoptés. Voici quelques-uns des types de connexions courants utilisant des boulons, avec de brèves descriptions.
Tondre (Facile) Connexions
- Plaque simple/double (languette ou aileron) utilise une ou plusieurs plaques pour relier une âme de poutre à l'élément de support, une poutre ou une colonne. Un côté nécessite généralement une soudure au bord de la plaque, tandis que les boulons le relient en recouvrement à l'âme de la poutre.
- Célibataire/Angle double est semblable aux assiettes, sauf que les angles peuvent être boulonnés des deux côtés de la connexion.
- Angle d'assise, comme le nom le suggère, utilise une section d'angle pour supporter la bride de l'élément supporté (ou le mur plat pour une section fermée) pour que la poutre puisse s'asseoir dessus. Les boulons peuvent être utilisés dans tout ce type de connexion.
Moment (Restreint) Connexions
- Plaques de bride, utilisé avec une connexion de cisaillement, assurer la continuité des ailes s'encadrant dans les colonnes d'un cadre résistant aux moments, ou plus généralement dans les épissures de membrures.
- Les colliers et les plaques traversantes se trouvent sur les colonnes HSS (RHS ou CHS) faisant partie d'un cadre résistant aux moments. Une plaque traversante traverse la colonne, tandis qu'une plaque de collier est installée autour de lui, porté un peu comme un col sur une chemise. Les deux sont coûteux à fabriquer en raison de la découpe et de l'ajustement impliqués..
Consultez notre article sur Types de connexions en acier pour apprendre plus, comparer les fixations dans boulons vs soudures vs rivets, ou essayez notre calculateur de résistance au cisaillement des boulons. Ce logiciel documentation sur les boulons explique comment les boulons sont classés, les types de trous et la prétension sont saisis dans le module de conception de connexion.
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Références
[1] Institut américain de la construction en acier (AISC). (2016). Spécification pour les bâtiments en acier de construction. Chicago, LES 60601-6204
[2] Institut américain de la construction en acier (AISC). (2011). Manuel de construction en acier. 14e éd.. Chicago, LES 60601-6204
[3] Le Steel Construction Institute et la British Constructional Steelwork Association. (2014). Assemblages dans la construction métallique Assemblages simples selon Eurocode 3. Ascot SL5 7QN; Londres SW1A 2ES, UK
[4] Le Steel Construction Institute et la British Constructional Steelwork Association. (2014). Assemblages dans les constructions en acier Assemblages résistants aux moments conformes à l'Eurocode 3. Ascot SL5 7QN; Londres SW1A 2ES, UK
