Une connexion de cisaillement est une articulation qui permet le transfert des forces de cisaillement entre deux éléments. C'est une connexion avec une charge de force normale pure (joint de tension), chargement de cisaillement pur, ou combinaison de force normale et de cisaillement. Les connexions de cisaillement sont généralement les connexions les plus couramment utilisées. Ils sont généralement utilisés pour connecter des poutres avec d'autres poutres ou colonnes. De telles connexions transfèrent le cisaillement, avec une contrainte de rotation minimale, par opposition aux connexions de moment. Cela peut aider à réduire la dépendance aux connexions de moment, qui sont souvent plus complexes et coûteux.
Les connecteurs de cisaillement sont normalement utilisés dans les structures en acier fabriquées, comme les ponts ferroviaires, dalle de pont, plates-formes de métro, etc...
Voici quelques types de connexions de cisaillement:
Connexion angulaire (Image 1)
Connexion à plaque unique
Connexion WT
Connexion assise
Image 1. Exemple d'une connexion de cisaillement à angle unique
L'un des types les plus courants de connexions de cisaillement sont les connexions d'angle / plaque, qui utilisent soit une équerre ou une plaque pour connecter la bride du parent à l'âme du membre enfant. Les connexions de cisaillement ne résistent pas beaucoup aux forces de moment car elles sont autorisées à tourner. Si les connexions sont autorisées pour la rotation, les connexions doivent résister uniquement aux forces de cisaillement. Par conséquent, ils sont conçus comme des conenctions de cisaillement. C'est l'une des principales différences entre une connexion de cisaillement et de moment. Il est à noter que les connexions de cisaillement soudées résistent à des charges de moment plus élevées que celles boulonnées.
Étapes de la conception
Dans cette section, nous discuterons de la plaque unique (fin plate) connexions de cisaillement (Image 2). Les connexions des plaques à ailettes sont économiques à fabriquer et simples à monter. Ces connexions sont également populaires, car ils peuvent être les connexions les plus rapides à ériger et à surmonter le problème des boulons partagés dans les connexions bilatérales.
Image 2. Connexion de cisaillement à plaque unique
Le comportement des assemblages de cisaillement à plaque unique est affecté par les conditions de support, qui sont idéalisés comme étant flexibles ou rigides. Si la poutre est soutenue par un support flexible idéal tel qu'une poutre, qui est sans contrainte de torsion, puis la rotation d'extrémité de poutre est entièrement prise en charge par la rotation du support. Cependant si la poutre est supportée par un support entièrement rigide, comme la bride d'un poteau en forme de W, alors le bord soudé de la plaque restera fermement connecté à l'élément parent lorsqu'il est chargé par une force de cisaillement par gravité et la rotation est supportée par la déformation à l'intérieur de la connexion. Dans la connexion flexible idéale, le point d'inflexion se trouve sur la face de l'élément de support; mais dans la connexion rigide idéale, le point d'inflexion s'éloigne de la face de l'élément de support. Étant donné que les supports «réels» se comportent rarement exactement comme des connexions flexibles ou rigides, des procédures de conception redondantes sont nécessaires pour fournir une conception sûre et efficace. Une connexion de cisaillement à plaque unique typique est composée de trois parties: soutien, connecteur et poutre. Le support peut être une autre poutre ou poutre, une bride de colonne, ou une colonne web (Image 3). Le connecteur peut être boulonné ou soudé au support et à la poutre. Par exemple, un connecteur boulonné au support et soudé à la poutre forme une liaison de cisaillement «boulonnée-soudée».
Image 3. Poutre / poteau de connexion de cisaillement à plaque unique (la gauche) et faisceau / faisceau (droite)
Afin de continuer, nous devons tenir compte des considérations relatives aux états limites. La liste suivante ci-dessous sont les 11 chèques (Normes AISC) nécessaire pour concevoir une connexion de cisaillement à plaque unique:
Cisaillement du boulon en tenant compte de l'excentricité du boulon
Résistance au support du matériau du groupe de boulons pour la plaque et l'âme de la poutre
Cisaillement de la plaque cédant
Fracture de cisaillement de la plaque
Cisaillement du bloc de plaque
Résistance à la flexion de la plaque due à la flexion en utilisant le module de section plastique de la plaque
Fracture de flexion de la plaque due à la flexion
Force de soudure de la plaque à l'élément de support
Cisaillement de bloc pour poutres à chape
Flexion de la section couronnée de la poutre
Demande de rotation de connexion pour les connexions rigides uniquement
Pour pouvoir passer les critères mentionnés, nous devons nous en tenir aux exigences générales pour les plaques de connexion, boulons, et soudures.
La portance minimale est obligatoire pour tous les types de fractures de tous les composants de connexion.
Certaines des recommandations (qui suit les normes australiennes et américaines) qui peut être fait pour le faire passer sont les suivants:
Capacité du groupe de boulons reliant la plaque à ailettes à l'âme de la poutre supportée
La capacité portante par boulon doit être supérieure à la force résultante sur le boulon le plus à l'extérieur en raison du cisaillement direct et du moment.
Résistance de la plaque à ailettes à la section du filet sous roulement et cisaillement
La capacité de cisaillement de la plaque à ailettes doit être supérieure à la réaction en bout de poutre. Le module élastique de la section nette de la plaque à ailettes doit être supérieur au moment dû à la réaction finale et à la projection de la plaque à ailettes.
Résistance de la poutre supportée à la section nette
La capacité de cisaillement de la poutre supportée doit être supérieure à la réaction à l'extrémité de la poutre. Pour les plaques à ailettes longues, la résistance de la section du filet doit être supérieure au moment appliqué.
Résistance de la soudure reliant la plaque à ailettes à la colonne de support
La longueur de jambe de la soudure d'angle(s) doit être supérieur à 0,8 fois l'épaisseur de la plaque à ailettes.
Contrôle de cisaillement local de l'âme du poteau
La capacité de cisaillement locale de l'âme du poteau doit être supérieure à la moitié de la somme des réactions d'extrémité de poutre de chaque côté de l'âme du poteau.
Résistance au flambement des longues plaques à ailettes
Le moment de résistance au flambage de la plaque d'ailette doit être supérieur au moment dû à la réaction finale et à la projection de la plaque d'ailette.
Intégrité structurelle
La capacité de tension de la plaque d'aileron et de l'âme de la poutre doit être supérieure à la force d'attache. La capacité portante de l'âme de la poutre ou de la plaque d'ailette doit être supérieure à la force d'attache et la capacité d'attache de l'âme du poteau doit être supérieure à la force d'attache..
Conception de connexion de cisaillement (Exemple travaillé)
Dans cette section, nous montrerons un exemple de connexion de cisaillement à plaque unique, utilisation de SkyCiv Connection Design. Le logiciel montrera les calculs étape par étape d'une conception de connexion de cisaillement:
Image 4. Définition du code de conception, catégorie et type de connexion de cisaillement
En définissant les facteurs de conception (membre, facteurs de boulon et de soudure), l'étape suivante de la conception consiste à créer un assemblage de connexion (Image 5) auquel les forces peuvent être affectées (Image 6) et le comportement de la connexion de cisaillement à plaque unique peut être simulé.
Image 5: facteurs de conception et assemblage de connexion
Image 6. Affectation des forces à un membre enfant
Après avoir simulé le comportement d'une connexion de cisaillement à plaque unique, Les resultats (Image 7) sera donné conformément à la norme américaine AISC 360-10 (14e édition).
Image 7. Résultats
Le logiciel produira également un guide étape par étape des calculs de conception de cisaillement de connexion pour la référence de l'utilisateur. Cliquez sur l'icône "Rapport" pour afficher la sortie de conception.
Pour une vue détaillée de cet exemple travaillé, n'hésitez pas à télécharger le détail exemple travaillé d'une connexion de cisaillement divers - produit par Connexion SkyCiv.
