Mini Projet : Conception de Structure Métallique (Charpente Métallique)

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Mini projet
CHARPENTE METALLIQUE
Réalisé par :
Groupe n°18
FAKIRI Aicha
3IB2
JAMMAL Fairouz 3IB1
Encadré par :
M .NIAZI
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Mini Projet [CHARPENTE METALLIQUE]
Sommaire
1.
Présentation de Projet .................................................................................................................................... 3
2.
Structure 2D : ................................................................................................................................................. 3
2.1
Modélisation ............................................................................................................................................... 3
2.2
Génération des efforts du vent ................................................................................................................... 6
2.3
Résultats de calcul ................................................................................................................................... 10
2.4
Vérification du pré-dimensionnement: ...................................................................................................... 12
2.5
Vérification des assemblages: .................................................................................................................. 14
3.
Structure en 3D: ........................................................................................................................................... 23
3.1
Modélisation ............................................................................................................................................. 23
3.2
Calcul sismiques....................................................................................................................................... 28
3.3
Les modes propres ................................................................................................................................... 31
4.
Calcul manuel : ............................................................................................................................................ 32
4.1
Calculs manuels des charges du vent selon NV65 .................................................................................. 32
4.2
Détermination des charges du vent : ........................................................................................................ 32


Pression dynamique de base : .............................................................................................................. 32
Modification de la pression dynamique de base ................................................................................... 32
4.3
Calculs des pannes .................................................................................................................................. 36

Evaluation des charges: ........................................................................................................................... 36

Calcul des combinaisons : ........................................................................................................................ 37

Calcul des sollicitations ............................................................................................................................ 37

Vérification du profilé ................................................................................................................................ 38
[Tapez un texte]
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1.
Présentation de Projet
Il s’agit d’une structure en charpente métallique constituée de portiques espacés de
5,3m .
 La longueur de la structure est L=53m.
 La largeur est de : A+B=32m.
 La charge permanente est :
 Bac acier : 8Kg/m²
 Isolant : 9Kg/m²
 Etanchéité : 7Kg/m²
 Eléments suspendus : 5Kg/m²
 La charge d'exploitation est de 20Kg/m².
Les données relatives à notre groupe G18 sont: site exposé, région vent II
2.
Structure 2D :
2.1
Modélisation
La première étape de ce projet consiste à saisir la structure en 2D. En considérant les
profilés : IPE 360 pour les poteaux de rive, HEA 220 pour le poteau central, et IPE
300 pour les traverses.
La procédure de travail est comme suit :
 Tout d’abord nous avons tracé les lignes de construction :
[Tapez un texte]
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
Nous avons ajouté les profilés IPE 360 pour les poteaux, et IPE 300 pour les
traverses :


Nous avons ensuite modélisé les poteaux et les traverses (arbalétriers)
Ensuite nous avons défini les appuis: encastrement pour les poteaux de rive,
et une rotule pour le poteau central.
[Tapez un texte]
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
Nous avons inséré aussi les jarrets: structure/ caractéristiques
additionnelles/ jarrets :

Nous avons définit par la suite des jarrets de 1m et des jarrets de 2m :

Nous avons inséré par la suite les charges sur les traverses:
Pour la charge permanente, on tient compte du poids des pannes et on obtient:
G= (8+9+7+5+
[Tapez un texte]
)×5.3= 190.06 Kg/ml
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Pour la charge d'exploitation nous avons:
2.2
Q= 20×5.3= 106Kg/m
Génération des efforts du vent
On procède ensuite à la génération des efforts dus au vent.
Notre bâtiment se situe dans la région II et il est exposé. La pression du vent est
alors égale à 68 daN/m2.
[Tapez un texte]
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La génération du vent nous donne les résultats suivants :
RESULTATS VENT
Cas de charge : Vent G/D sur.(+)
Lambda :
Gamma :
Delta :
0,132
0,850
0,851
Coefficients de chargement
barre : 1
Ce : 0,800
barre : 4
Ce :-0,320
barre : 5
Ce :-0,241
barre : 6
Ce :-0,320
barre : 7
Ce :-0,228
barre : 2
Ce :-0,305
pignon : Av Ce : -0,305
pignon : Ar Ce : -0,305
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
Cas de charge : Vent G/D dép.(-)
Lambda :
Gamma :
Delta :
0,132
0,850
0,851
Coefficients de chargement
barre : 1
Ce : 0,800
barre : 4
Ce : -0,320
barre : 5
Ce : -0,241
barre : 6
Ce : -0,320
barre : 7
Ce : -0,228
barre : 2
Ce : -0,305
pignon : Av Ce : -0,305
pignon : Ar Ce : -0,305
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
Cas de charge : Vent D/G sur.(+)
Lambda :
Gamma :
Delta :
0,132
0,850
0,851
Coefficients de chargement
barre : 1
Ce : -0,305
[Tapez un texte]
CiS :
0,417
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barre : 4
Ce : -0,241
barre : 5
Ce : -0,320
barre : 6
Ce : -0,228
barre : 7
Ce : -0,320
barre : 2
Ce : 0,800
pignon : Av Ce : -0,305
pignon : Ar Ce : -0,305
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
Cas de charge : Vent D/G dép.(-)
Lambda :
Gamma :
Delta :
0,132
0,850
0,851
Coefficients de chargement
barre : 1
Ce : -0,305
barre : 4
Ce : -0,241
barre : 5
Ce : -0,320
barre : 6
Ce : -0,228
barre : 7
Ce : -0,320
barre : 2
Ce : 0,800
pignon : Av Ce : -0,305
pignon : Ar Ce : -0,305
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
Cas de charge : Vent Av./Arr. sur.(+)
Lambda :
Gamma :
Delta :
0,219
0,850
0,765
Coefficients de chargement
barre : 1
Ce : -0,305
barre : 4
Ce : -0,280
barre : 5
Ce : -0,280
barre : 6
Ce : -0,280
barre : 7
Ce : -0,280
barre : 2
Ce : -0,305
pignon : Av Ce : 0,800
pignon : Ar Ce : -0,305
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
CiS :
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
0,417
Cas de charge : Vent Av./Arr. dép.(-)
Lambda :
Gamma :
Delta :
0,219
0,850
0,765
Coefficients de chargement
barre : 1
Ce : -0,305
barre : 4
Ce : -0,280
barre : 5
Ce : -0,280
barre : 6
Ce : -0,280
barre : 7
Ce : -0,280
barre : 2
Ce : -0,305
pignon : Av Ce : 0,800
pignon : Ar Ce : -0,305
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
CiD : -0,200
On saisie ensuite les combinaisons des efforts :
[Tapez un texte]
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ELU
ELS
1.33G+1.50Q
G+Q
G+1.75V3
G+V3
G+1.75V4
G+V4
G+1.75V7
G+V7
1.33G+1.42Q+1.42V3
1.33G+1.42Q+1.42V4
1.33G+1.42Q+1.42V7
Avec:
 V3: vent Gauche/Droite sur(+)
 V4:vent Gauche/Droite dép(-)
 V7:vent avant/arrière sur(+)
Nous saisissons donc les différentes combinaisons ( 4 à l'ELS et 7 à l'ELU) en
affectant les coefficients correspondants et en indiquant le type de combinaison
établie( effort pour l'ELU et déplacement pour l'ELS).
[Tapez un texte]
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On obtient ainsi la liste des combinaisons suivantes:
2.3
Résultats de calcul
On effectue ensuite le calcul pour avoir les diagrammes de moments ainsi que les
déplacements.
Nous cliquons sur résultats/diagramme/barres. Nous avons coché texte dans la
rubrique paramètres afin d'afficher les valeurs.
Ensuite nous avons coché le moment My dans la rubrique NTM.
Et nous obtenons le diagramme des moments suivant:
[Tapez un texte]
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
la force Fx :

la force Fy :
Nous passons à la vérification des déplacements: on clique sur
Résultats/déplacements et on choisit seulement les combinaisons à l'ELS (ce qui
concerne le déplacement).
 Le tableau des extrêmes globaux pour l’ELS:
[Tapez un texte]
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
Pour l’ensemble des combinaisons :
On constate que les déplacement sont petits.

Résultat des contraintes :
2.4
Vérification du pré-dimensionnement:
Nous passons à la vérification du prédimensionnement des aciers, pour ce faire on
clique sur dimensionnement acier aluminium et on calcule :
[Tapez un texte]
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On constate que les profilés de ne vérifie pas les conditions de flambement et de
déversement.
Nous allons négliger le déversement pour les poteaux et le flambement pour les
arbalétriers.
 Les traverses :
L'espacement entre les pannes 1.75m :

Les poteaux de rives:
L’aile supérieur est tenu par l’hélice donc elle ne déverse pas sur toute sa
longueur mais sur une longueur de 1.75m
Ld=k×l0 avec ld= 1.75 et l0=6m
K= ⁄ On trouve alors k=0,29
[Tapez un texte]
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
Le poteau central:

Nous avons un surdimensionnement car les ratios obtenus ne respectent pas
la condition du dimensionnement optimal qui est 0.8<ratio<1.
 Nous avons donc changé les profilés
pour obtenir les dimensions et les ratios suivants :
2.5
Vérification des assemblages:
Pour vérifier un jarret nous sélectionnons le poteau et les traverses liés par ce jarret :
[Tapez un texte]
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Nous fixons comme dimension des boulons M20 classe 8.8

Le jarret de rive gauche liant la traverse au poteau:
Schéma :
Vue 3D d’assemblage :
[Tapez un texte]
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Résultat de calcul :
Apres avoir déterminé le type des boulons on calcul l’assemblage on cliquant sur
assemblage puis calculs :
Nous obtenons le ratios suivants:

Les jarrets centraux reliant les 2 traverses et un poteau :
[Tapez un texte]
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Schéma :

Résultat de calcul

Le jarret central reliant 2 traverses :
Vue 3D :
On choisit des boulons de diamètre 16 :
[Tapez un texte]
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Schéma :
Vue 3D :
Résultat de calcul :
 Dimensionnement des pieds de poteaux:
Pour dimensionner le pied d'un poteau nous sélectionnons ce poteau ainsi que son
appui, et nous procédons aux calculs:
[Tapez un texte]
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Nous obtenons les résultats suivants
 Le pied du poteau droit:
Schéma :
Vue 3D :
[Tapez un texte]
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Résultat de calcul

Le pied du poteau articulé :
Schéma :
Vue 3D :
[Tapez un texte]
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Résultat de calcul :

Le pied du poteau gauche encastré:
Schéma :
Vue 3D :
[Tapez un texte]
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Résultat de calcul :
On obtient ainsi les ratios suivants pour tous les assemblages:
[Tapez un texte]
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Structure en 3D:
3.
3.1
Modélisation
L’étape suivante consiste à générer le modèle 3D. Pour ce faire, nous sommes
passées par les étapes suivantes:
Dans la rubrique Charges neige et vent nous avons cliqué sur Générer 3D :
Le nombre de portique est de 11 et l’espacement entre portique est égal à 5,3 :
Nous avons ajouté ensuite des treillis sur la périphérie de la structure tout en
effectuant les relâchements nécessaires
[Tapez un texte]
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Puis on ajoute les pannes de type HEA 100 :
Et les diagonales de type CEA 60×6
[Tapez un texte]
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On obtient la structure suivante :
Pour ajouter des relâchements on clique sur Structure puis relâchements
On ajoute des relâchements de type ART-ART aux pannes sablières et aux
diagonales :
[Tapez un texte]
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On procède au même travail pour l’abscisse x=3

Croix de couverture :
Pour ajouter les diagonales et les montants on génère des nœuds intermediaires :
[Tapez un texte]
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Puis on ajoute des diagonales de type CEA 60×6 et des montants de type HEA
100 :
Puis on relâche les montants et les diagonales :
Pour ajouter les pannes et les montants de l’autre extrémité, on translate les 2
premiers portiques :
[Tapez un texte]
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Il faut ensuite lier les poteaux intermédiaires par des montant HEA 100
Déplacements :
Apres avoir lancé les calculs nous avons obtenu les déplacements suivants :
3.2
Calcul sismiques
Pour effectuer le calcul sismique. Nous avons cliqué tout d’abord sur type
d’analyse de la structure, nous avons choisi un nouveau type : Modale et nous avons
choisi un type d’analyse Sismique:
[Tapez un texte]
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Puis nouveau et nous avons choisi analyse sismique RPS 2000 :
Notre bâtiment se situe dans la zone 2 du séisme avec un coefficient de
comportement égal à 2 :
[Tapez un texte]
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Puis on doit convertir les charges en masses avec un coefficient égal à 1 pour les
charges permanentes et 0.2 pour les charges d’exploitations
Et on ajoute des combinaisons manuelles sismique de type ACC :
G+0.2Q +S
[Tapez un texte]
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On obtient alors les combinaisons suivantes :
3.3
Les modes propres
Pour afficher les résultats des modes propres on clique sur Résultats puis
avancé et enfin modes propres :
On obtient alors les résultats suivants :
On constate que le % de la masse participante est supérieur à 90% suivant X et Y
donc on n’a pas besoin d’augmenter le nombre de mode.
[Tapez un texte]
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4.
4.1
Calcul manuel :
Calculs manuels des charges du vent selon NV65
Selon les règles NV65, on définit la pression élémentaire s’exerçant sur l’une des
faces d’un élément de parois par :
Avec
: pression dynamique de base à 10 m
: coefficient correcteur dû à la hauteur au dessus du sol.
: coefficient qui tient compte de la nature du site ou se trouve la construction
considérée.
: coefficient de masque.
: coefficient de réduction des pressions dynamiques, en fonction de la plus grande
dimension de la surface offerte au vent.
et
sont les coefficients de pression extérieure et intérieure
: coefficient de majoration dynamique
4.2
Détermination des charges du vent :
Pression dynamique de base :
Le bâtiment projeté est situé dans la région 2 : q10 = 68 kg/m2
Modification de la pression dynamique de base
 Effet de la hauteur
(
)
Pour
6+1=7m
On trouve :
0.93
 Effet du site
Les valeurs du coefficient du site sont données sur le tableau suivant:
Table 1: coefficient du site
Région
Site protégé
Site normal
Site exposé
I
0.8
1
1.35
II
0.8
1
1.3
III
0.8
1
1.25
Pour notre hangar, il s'agit d'un site normal dans la région II, donc
.
 Effet du masque
Il y a effet de masque lorsque la construction envisagée est masquée et protégée par d’autres
constructions de grande probabilité de durée.L’environnement de construction étant sans
obstacle, on prend alors
[Tapez un texte]
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 Effet de dimension
Les pressions dynamiques s’exerçant sur les éléments d’une construction
(pannes, poteaux, etc..), doivent être affectés d’un coefficient de réduction en
fonction de la plus grande dimension (horizontale, verticale) de la surface offerte au
vent(maitre-couple) intéressant l’élément considéré, et de la cote H du point le plus
haut de la surface considérée.
On tiendra compte de cet effet lors de la vérification de chaque élément de la
structure à part.
 Effet de majoration dynamique
Pour tenir compte de l’effet des actions parallèles à la direction du vent, les pressions
dynamiques normales servant au calcul de l’action d’ensemble sont multipliées à
chaque niveau par un coefficient de majoration .
On a :
; la forme du bâtiment n’est pas favorable au vent.
On a :
ainsi le coefficient de pulsation est :
Coefficient de réponse :
Vent perpendiculaire au pignon :
on a : L = 53 m
La période de vibration propre de l’ossature métallique est :
√
D’après l’abaque, on trouve :
Vent perpendiculaire au long-pan :
on a : L = 32 m
La période de vibration propre de l’ossature métallique est :
√
D’après l’abaque, on trouve :
 Coefficient de majoration dynamique :
Vent perpendiculaire au pignon :
On a :
Donc :
Vent perpendiculaire au long-pan :
On a :
Donc :
 Actions extérieures et intérieures du vent:
Rapport de dimension
Vent normal au pignon :
Vent normal au longpan :
[Tapez un texte]
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Le coefficient γo
La valeur de γo est donnée l’abaque du règlement NV65 en fonction des rapports de
dimensions :
Vent normal au long- pan
On a : = 0.132< 0.5
Puisque :
donc
Vent normal au pignon
On a :
= 0.219< 1
Puisque :
donc
On raisonne par rapport à la face la plus grande donc
Cas de charge 1 : Vent normal au longpan

Actions extérieures :
- face au vent
- faces sous le vent :

1ere Couverture ( α = 6,34°)
 au vent : D’après l’abaque :
 sous le vent : D’après l’abaque :

2eme Couverture ( α = 8,13°)
 au vent : D’après l’abaque :
 sous le vent : D’après l’abaque :
 Surpression
Actions intérieures :
On considère que la construction est fermée :
Pour toutes les faces, on a:
Charges du vent :
Face sous le vent
Face au vent
Couverture sous le vent
Couverture au vent
 Dépression
Actions intérieures :
Pour toutes les faces, on a:
On prend
[Tapez un texte]
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Charges du vent :
Face sous le vent
Face au vent
Couverture sous le vent
Couverture au vent
Cas de charge 2 : Vent normal au pignon
Actions extérieures :
face au vent :
faces sous le vent
couverture ( α = 0°)
D’après l’abaque :
 Surpression
Actions intérieures :
On considère que la construction est fermée :
Charges du vent :
face au vent :
faces sous le vent
couverture
 Dépression
Actions intérieures :
Pour toutes les faces, on a:
,on prend
Charges du vent :
face au vent :
faces sous le vent
couverture
[Tapez un texte]
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 Récapitulatif du calcul du vent
q en kg/m
2
Vent normal au longpan
Suppression
Face sous le vent
Dépression
Vent normal au pignon
Surpression
Dépression
-42,58
Face au vent
Couverture sous le vent
Couverture au vent
4.3
Calculs des pannes
Compte tenu de la pente du versant, donnée par la pente des traverses de
portiques, les pannes sont posées inclinées d’un angle α et, de ce fait, fonctionnent en
flexion déviée.
Les pannes sont soumises :
- A des charges verticales (poids propre de la panne et de la couverture),
dont la résultante ramenée en charge linéique, se décompose en une
charge parallèle à l’âme de la panne et une charge perpendiculaire à
l’âme ;
-
A une charge oblique V, due au vent appliquée perpendiculairement au
versant, donc parallèlement à l’âme de la panne.
 Evaluation des charges:
Caractéristiques des pannes
Portée de la panne
:
5.3m
Entraxe des pannes
:
1,75 m
Le coefficient dépendant de la dimension :
= 0,86
Limite élastique de l’acier :
σe = 24 kg/mm2
Charges permanentes
Poids propre du bac acier 8 kg/m2
Poids de l’isolant
9 kg/m2
Etanchéité
7 kg/m2
Eléments suspendus
5kg/m2
D’où :
G=
Charges d’exploitation
Poussière
Q=
Charges d’entretien : 2 x 100 kg appliqués à L/3
Vent
[Tapez un texte]
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 Calcul des combinaisons :
Les combinaisons de calcul selon le règlement CM 66 sont :
ELU :
ELS :
 Calcul des sollicitations
ELU :
La combinaison la plus défavorable est :
La projection de la combinaison sur l’axe xx’
La projection de la combinaison sur l’axe yy’
Le moment de flexion selon l’axe xx’ :
[Tapez un texte]
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Le moment de flexion selon l’axe yy’ :
L’effort tranchant selon l’axe xx’ :
L’effort tranchant selon l’axe yy’ :
ELS :
La combinaison la plus défavorable est :
La projection de la combinaison sur l’axe xx’
La projection de la combinaison sur l’axe yy’
 Vérification du profilé
On vérifie pour un IPE 140.
 Vérification de la résistance :
Vérification de la flexion déviée

Vérification du cisaillement
La contrainte du cisaillement engendrée par le chargement selon l’axe xx’ :
La contrainte du cisaillement engendrée par le chargement selon l’axe yy’ :
La formule de vérification du cisaillement passe largement
On a bien :
 Vérification du déversement
En ce qui concerne la semelle supérieure, celle-ci est fixée à la toiture bac acier donc il
n’y a pas donc risque de déversement. Alors que la semelle inférieure si elle est
comprimée sous l’action du vent de soulèvement est susceptible de déverser vu
qu’elle est libre tout au long de sa portée.
La combinaison prise en compte dans le calcul :
La projection de la combinaison sur l’axe yy’
[Tapez un texte]
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Mini Projet [CHARPENTE METALLIQUE]
Le moment de flexion selon l’axe xx’ :
La contrainte de flexion est :
Ainsi, on procédera à la vérification sous la combinaison suivante :
√
√
C = 1,132 (charges uniformément répartie)
B = 1 (les charges sont appliquées au niveau de la fibre neutre)
On calcule alors la contrainte de non déversement :
On a:
Donc, il y a risque de déversement.
On calcule l’élancement
√(
)
√(
)
Et :
̅
√
√
A partir des tableaux figurant dans le CM66, on trouve le coefficient du flambement :
[Tapez un texte]
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