Comportement au Feu des Structures en Acier Eurocode (EN )

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Joseph Tassé
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1 Comportement au Feu des Structures en Acier Eurocode (EN ) Dhionis DHIMA 26 1/26 CONTENU DE LA PRESENTATION Présentation rapide de l'eurocode 3 partie 1-2 Exigences fondamentales Méthodes de vérification Propriétés des matériaux Modèles de calcul simplifiés Modèles de calcul avancés Comportement au feu de la structure d'un bâtiment (modèle avancé) Actions ISO R834 Actions non prédéterminées "feu naturel" Conclusion 26 2/26 1

2 EXIGENCES FONDAMENTALES La structure conserve la fonction porteuse (R) pendant toute la durée d'exposition au feu requise Les critères de déformations si : Objectifs de protection Influence sur les éléments séparatifs Pas de critère de déformation si : efficacité de la protection évaluée selon EN (1 à 4) élément séparatif satisfait les exigences d'un feu conventionnel 26 3/26 JUSTIFICATION AU FEU DES STRUCTURES EN ACIER Action thermique prédéterminée ISO R834 : modèles de calcul simplifiés appliqués à des éléments individuels modèles de calcul avancés essais au feu appréciation de laboratoire agréé Action thermique non prédéterminée : modèles de calcul avancés 26 4/26 2

3 ACTIONS Mécaniques : EN 199 : Charges permanentes Charges d'exploitations Neige Vent G + Ψ Ψ + Ψ k,j ( 1,1 ou 1,2 )Qk,1 2,i j 1 i> 1 Q k,i En France : Ψ 1,1 Thermiques : EN : ISO R834 Actions non prédéterminées ε =,7 ; h=25 w/m 2 K ε =,7 ; h=35 w/m 2 K 26 5/26 METHODE DE VERIFICATION E fi, d R fi,d,t 1 - Analyse par élément : E d, fi η fi Ed Recommandée : ( η fi =,65) Catégorie E : ( η fi =,7) 2 - Analyse de partie de structure 3 - Analyse structure globale 26 6/26 3

4 PROPRIETES DES MATERIAUX Thermo-physiques : λ(θ) Physico-mécanique : fy(θ) λ(θ), C(θ) et ρ(θ) (θ), E(θ) facteur de réduction k θ 1 Limite d'élasticité efficace k y, θ = f y, θ/ f y.8,.6,.4, Pente du domaine élastique linéaire k E, θ = E a, θ / Ea.2, limite de proportionnalité k p, θ = f p, θ / fy Température [ C ] 26 7/26 CLASSIFICATION DES SECTIONS TRANSVERSALES 26 8/26 4

5 Modèles de Calcul Simplifiés Eléments tendus Eléments comprimés de section de classes 1, 2 et 3 Poutre de section de classes 1 et 2 Poutres de section de classe 3 Eléments de section de classes 1, 2 ou 3 soumis à l'effet combiné d'une flexion et d'une compression axiale. Element de classe 4 1 Température Critique : θa,cr = 39,19 ln , 833,9674µ Si : θélé θcr Protection µ = Efi,d / Rfi,d, 26 9/26 Détermination de l'épaisseur de la protection Epaisseur protection Température du profilé C mm 2 mm 25 mm 3 mm 35 mm 4 mm 45 mm 5 mm 3 55 mm Facteur de massiveté m /26 5

Facteur de massiveté Eléments non protégés Eléments protégés Profilé exposé au feu sur tous les côtés : A m périmètre = V

suivant le contour périmètre del'acier aire dela section d' acier Caissons d'épaisseur constante 2 (b + h) 1) aire dela section

reconstitué soudé d'épaisseur constante) exposé au feu sur tous les côtés : si t << b : A m/v = 1/t Application d'épaisseur

constante exposés au feu sur trois côtés 1) 2 h+ b aire dela section d'acier 26 11/26 Modèles de Calcul Avancés Calculs

6 Facteur de massiveté Eléments non protégés Eléments protégés Profilé exposé au feu sur tous les côtés : A m périmètre = V airedelasection Profil creux circulaire exposé au feu sur tout le pourtour : Am/V = 1/t Application d'épaisseur constante suivant le contour périmètre del'acier aire dela section d' acier Caissons d'épaisseur constante 2 (b + h) 1) aire dela section d' acier Profilé exposé au feu sur trois côtés : A m périmètre exposéaufeu = V airedelasectiond'acier Profil creux (ou caisson reconstitué soudé d'épaisseur constante) exposé au feu sur tous les côtés : si t << b : A m/v = 1/t Application d'épaisseur constante suivant le contour exposé au feu sur trois côtés périmètre del'acier b aire dela section d'acier Caissons d'épaisseur constante exposés au feu sur trois côtés 1) 2 h+ b aire dela section d'acier 26 11/26 Modèles de Calcul Avancés Calculs Thermiques (éléments et différence finis) Calculs Mécaniques (éléments finis) Modification des propriétés des matériaux en fonction de la température 26 12/26 6

7 F ILE: batiment S3 NODES: 2861 BEAMS: 1388 TRUSSES: SHELLS: SOI LS: BEAMS PLOT potf.tem arbaf. tem ipn5f.t em ipe24f.t em soliv ef.t em pot58s3. tem pot59s3. tem pot57s3. tem arba58s3.tem arba59s3.tem arba57s3.tem ipn5s3.tem ipn52s3.tem ipe24s3.tem soliv eiso.tem ETUDE DE CAS Objectif : Feu ISO : SF 2h Feu Naturel : SF Infini 59 C2 58 C Feu ISO R Feu Naturel - Structure porteuse acier - Remplissage parpaings 42 m 8 m - Toiture Siporex + Etanchéité 6 m 12 m - Plancher béton armé Y 26 13/26 Poutres intermédiaire et de rive ETUDE DE CAS Poutre de la toiture Diamond 24 for SAFIR FILE: ipn5iso NODES: 313 ELEMENTS: 252 Dia mond 24 for SAFIR SOLIDS PLOT CONTOUR PLOT TEMPERATURE PLOT TIME: 72 sec Y X Z Diamond 24 for SAFIR FILE: 57i4t NODES: 39 ELEMENTS: X Z Y SOLIDS PLOT TEMPERATURE PLOT TIME: 21 sec Diamond 24 for SAFIR FILE: i45tf nat NODES: 364 ELEMEN TS: 28 Diamond 24 for SAFIR FILE: pot57iso NODES: 328 ELEMEN TS: 247 SOLIDS PLOT CONTOUR PLOT TEMPERATURE PLOT SOLIDS PLOT CONTOUR PLOT TEMPERATURE PLOT TIME: 9 sec TIME: 72 sec Poteau /26 Poteau 57 7

8 Action Thermique ISO R834 Portique 57 Portique 53 à 56 et 58 à 6 N41 N41 N N 75 N 75 N 18 N21 N15 N31 N87 N51 N67 N N7 N98 N75 B A N1 N /26 Action Thermique ISO R834 Portique 57 1 N21 N41 Diamond XL for SAFIR FILE: p57 NODES: 81 BEAMS: 4 TRUSSES: SHELLS: ELEMENTS PLOT BENDING MOMENT PLOT Déplacement vertical (mm) Nœud 41 Elé. 1 Elé. 2 TIME: 21 sec Temps (min) 3 y z x 5. E+4 Nm Moment fléchissant (kn.m) 2 1 Elément 1 (N 21) Elément 2 (N 41) Temps (min) 26 16/26 8

9 Action Thermique ISO R834 Diamond XL for SAFIR Portique 56 FILE: p58-cor NODES: 15 BEAMS: 52 TR USSES: SHELLS: NODES PLOT ELEMENTS PLOT DISPLACEMENT PLOT ( x 2) Diamond XL for SAFIR FILE: p58-cor NODES: 15 BEAMS: 52 TRUSSES: SHELLS: TIME: 514 sec i45f g.tem 59i4fg.t em IPN 5f g.tem ELEMENTS PLOT My BENDING MOMENT PLOT TIME: 5151 sec 5. E-1 m -1 y z x 5. E+5 Nm Déplacement horizontal (mm) Noeud 31 Noeud 87 Noeud Temps (min) 26 17/26 CONCLUSION - ACTION THERMIQUE : ISO R834 File 53 et 6 54, 55, Durée de stabilité au feu (minutes) /26 9

10 Action Thermique : "Feu Naturel" Identification des foyers initiaux du feu Définitions des scénarii d'incendie Choix du modèle pour calculer l'action thermique Détermination de l'action thermique [θ(t) et/ou Φ(t)] Choix du modèle de calcul d'échauffement Calcul de l'échauffement de chaque élément de la structure Choix du modèle du comportement mécanique de la structure Calcul du comportement mécanique de la structure Analyse des résultats des calculs Proposition de solutions afin de satisfaire les objectifs de l'étude si nécessaire /26 EVOLUTION DES TEMPERATURES POUR DIFFERENTS SCENARII - S1 : ISO R834 - S2 : Feu localisé en C1 - S3 : Feu généralisé en C1 - S4 : Feu généralisé en C2 (v1) - S5 : Feu généralisé en C2 (v2) Temperature ( C) S1 S2 S3 S4 S Temps Time (sec) 26 2/26 1

11 Scénario S4 Salle des commandes Structure initiale et sa déformée Z X Y Rive 5. E-1 m 26 21/26 Scénario S4 Salle des commandes Moments fléchissants Structure non protégée SF 1 minutes 26 22/26 11

Horizontal (mm) -1-2 -3 S4 intermédiaire S4 rive S4 protection rive

12 Structure de la Salle des commandes Protection des poutres Protection des solives 26 23/26 Scénario S4 Salle des commandes 2 1 Déplacement Horizontal (mm) S4 intermédiaire S4 rive S4 protection rive S4 protection intermédiaire Temps (minutes) 26 24/26 12

13 CONCLUSION - ACTION THERMIQUE : Feu Naturel File 53 à à Durée de stabilité au feu (minutes) illimitée (manque de combustible après 3' d'incendie) 1 ' (sans protection des poutres et des solives du plancher) illimitée (avec protection des poutres et des solives du plancher) 26 25/26 MERCI DE VOTRE ATTENTION 26 26/26 13

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