Advance Design Exercices

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Sommaire 1 Prise en main des fonctions graphiques... 4 2 Orientation des filaires... 5 3 Maillage... 6 4 Portique métal 2D... 7 4.1 Configurer les paramètres du projet... 7 4.2 Créer le modèle descriptif... 7 4.3 Analyser le modèle puis exploiter les résultats... 9 4.4 Générer une note de calcul...11 5 Poutre treillis 2D sur 2 appuis...12 5.1 Paramètres du projet...12 5.2 Paramétrer la géométrie de la structure...12 5.3 Créer le modèle descriptif...13 5.4 Analyse du modèle puis exploitation des résultats...15 6 charpente métallique 3D...18 6.1 Paramètres du projet...18 6.2 Créer le modèle descriptif...18 6.3 Analyse du modèle puis exploitation des résultats...22 7 Calcul non linéaire...24 8 Calcul par phase...28 8.1 Définition du modèle...28 8.2 Calcul des phases...28 8.3 Remarques...32 9 Bâtiment Béton...33 9.1 Paramètres du projet...33 9.2 Description du modèle:...34 9.3 Dimensions des éléments de structure:...35 9.4 Chargements...35 10 Passerelle Métallique...36 10.1 Paramètres du projet...36 10.2 Hypothèse de calcul :...36 10.3 Description du modèle:...37 11 Pont Cadre Fermé...39

11.1 Paramètres du projet...39 11.2 Hypothèses de calcul...39 11.3 Description du projet...40 1 PRISE EN MAIN DES FONCTIONS GRAPHIQUES Cette figure permet l utilisation de l ensemble des modes d accrochage proposés ainsi que les fonctions de CAO. Donner la valeur de la côte manquante (Editions Coordonnées).

2 ORIENTATION DES FILAIRES 8 profilés espacés d un angle de 45 : Tous les profilés doivent converger vers le point central.

3 MAILLAGE Maillage des filaires : Maillage des surfaciques, exemple sur un surfacique 5m x 4m : Type : Densité : Global Triangulation Sans (1) (2) (3) (1) Maillage de type global : définition de la taille des mailles, par défaut = 1m, (2) Maillage de type simplifié : définition du nombre de maille sur X et Y : içi X= 10, Y = 5, (3) Maillage de type détaillé : paramétrage par face (face 1 correspond à l'axe local x) :

4 PORTIQUE METAL 2D La structure se compose d'un portique métallique avec deux arbalétriers encastrés sur les poteaux, euxmêmes rotulés en pieds. Chaque arbalétrier porte une charge verticale linéaire. 4.1 CONFIGURER LES PARAMETRES DU PROJET Hypothèses de la structure : Options «Plan» Cocher «Structure rigide en flexion» Matériau : S235 (norme EN10025) Unités de la structure : Longueurs en mètre Forces en kilonewton Moments en kilonewton*m Contraintes en décanewton/mm² Déplacements en millimètre Enregistrer le projet. 4.2 CREER LE MODELE DESCRIPTIF Générer les éléments filaires suivant la figure suivante :

Placer 2 appuis ponctuels rigides articulés sous les poteaux. Générer le chargement : Le poids propre Une charge d exploitation linéaire sur les arbalétriers de -50 kn en FZ. Générer les deux combinaisons suivantes : une à l ELS, une à l ELU :

4.3 ANALYSER LE MODELE PUIS EXPLOITER LES RESULTATS Afficher les valeurs du moment de flexion My sous le poids propre uniquement : Demander dans les options l affichage des valeurs extrêmes sur diagramme. Mémoriser la vue d exploitation en cliquant sur l icône. Une vue d'exploitation sauvegarde le point de vue, les paramètres d'affichage ainsi que tous le paramétrage de résultats. Pour afficher une vue d'exploitation, double-cliquez sur son nom dans le pilote ou choisissez dans son menu contextuel «Activer et mettre à jour». Afficher les déplacements D sous le poids propre uniquement :

Afficher les efforts Fz sous le poids propre uniquement : Afficher les contraintes Sxx sous le poids propre uniquement :

4.4 GENERER UNE NOTE DE CALCUL

5 POUTRE TREILLIS 2D SUR 2 APPUIS La structure se compose d'un treillis métallique supporté par deux appuis ponctuels. Cette poutre treillis est chargée avec des charges ponctuelles, des déplacements imposés et des charges thermiques. 5.1 PARAMETRES DU PROJET Hypothèses de la structure : Options «Plan» Décocher «Structure rigide en flexion» Matériau : S235 Unités de la structure : Longueurs en mètre Forces en kilonewton Moments en kilonewton*m Contraintes en décanewton/mm² Déplacements en millimètre Enregistrer le projet. 5.2 PARAMETRER LA GEOMETRIE DE LA STRUCTURE Créer deux sections utilisateur, définies par les paramètres suivants : Aire cm² Iy cm 4 Iz cm 4 It cm 4 Welyinf cm 3 Welysup cm 3 Welzinf cm 3 Welzsup cm 3 Sy cm 2 A1 14.10 16.57 16.57 27.96 8.80 8.80 8.80 8.80 11.75 11.75 A2 28.20 66.27 66.27 111.80 25.00 25.00 25.00 25.00 23.50 23.50 Activer le menu Édition / Sections utilisées, et la boîte de dialogue "Description de géométries paramétrés" apparaît. Appuyez sur le bouton "Ajouter" pour développer la fenêtre : Sz cm 2

Dans l'onglet «Utilisateur», cliquer sur l'icône. Quand le symbole apparaît ouvert, cela signifie qu il est possible d accéder à la grille de sections située en-dessous, dans laquelle vous pouvez insérer et modifier les paramètres des sections. Appuyer sur le bouton «Ajouter» situé en bas de la fenêtre pour insérer une ligne dans la grille des sections. Taper le nom de la section dans la première colonne, et saisir les paramètres de la section dans les colonnes suivantes. Sélectionner la ligne de section créée et appuyer sur le bouton «Importer» pour ajouter la nouvelle section dans la liste courante des sections. 5.3 CREER LE MODELE DESCRIPTIF Générer les filaires du treillis : Barres horizontales : section utilisateur A1 Barres verticales et diagonales : section utilisateur A2

Subdiviser les barres de manière à ce qu elles soient toutes indépendantes les unes par rapport aux autres : Remarque : Un modèle constitué de barres ne doit pas être maillé, car le calcul devient instable. Dans ce cas, sélectionner toutes les barres et dans leur feuille de propriétés communes, sous la rubrique "Maillage", désactiver l'option "Automatique". Placer les deux appuis : Placer un appui ponctuel rigide articulé au pied du premier montant, Placer un appui ponctuel rigide autre (libérer le degré de liberté en translation en X en décochant la case TX) au pied du triangle inférieur du treillis.

Créer les chargements : Le premier cas de chargement à créer est une famille d'exploitation contenant 2 charges ponctuelles : de -150 kn en FZ à l intersection de la 2ème et de la 3ème diagonales. de -100 kn en FZ à l intersection des dernières barres diagonales. Le deuxième cas de chargement à créer est une autre famille d'exploitation contenant 3 déplacements imposés : de -0,02m en DZ à l extrémité inférieur gauche du treillis. de -0,03m en DZ au pied du triangle inférieur du treillis. de -0,015m en DZ au niveau de l extrémité inférieure droite du treillis. Le troisième cas de chargement à créer est une famille de température : température uniforme de - 150 C (s assurer que la génération automatique est active pour «tout»). 5.4 ANALYSE DU MODELE PUIS EXPLOITATION DES RESULTATS Dans la barre d outils «Analyse Résultats EF», cliquer sur l icône pour accéder à la boite de dialogue «Résultats». Cliquer sur le bouton «Cas / Combinaisons» et s assurer que tous les cas de charges sont cochés.

Afficher les déplacements D sous le cas de charges thermiques : Afficher l effort normal FX sous le cas 1 de charges d exploitation :

Afficher les contraintes normales SXX sous le cas 1 de charges d exploitation :

6 CHARPENTE METALLIQUE 3D La structure se compose d'une charpente métallique avec 6 portiques à distances égales, d'un plancher béton situé sur la moitié de la halle et de pieds de poteaux articulés. 6.1 PARAMETRES DU PROJET Hypothèses de la structure : Options 3D Cocher «Structure rigide en flexion» Matériau : S235 Unités de la structure : Longueurs en mètre Forces en kilonewton Moments en kilonewton*m Contraintes en décanewton/mm² Déplacements en millimètre Dimension des sections en mètre Enregistrer le projet. 6.2 CREER LE MODELE DESCRIPTIF Créer 6 sous-systèmes dans le pilote : Portique, Fondations, Toiture, contreventement, Plancher et Parois. Dessiner le premier portique dans le système «Portique» : 4 filaires : 2 poteaux en IPE 400 et 2 arbalétriers en IPE 240. La structure de support du plancher béton : en HEA 200. 3 appuis ponctuels articulés.

Un cas de charge permanente (poids propre) et un cas de charge d exploitation (charges ponctuelles de -5kN en FZ en tête des poteaux et au niveau du faîtage, puis -2kN en FZ aux 2 extrémités de la poutre de plancher). Sélectionner l ensemble du portique créé avec chargements, puis créer les 5 autres portiques en utilisant la commande de copie (vecteur de translation : -6 suivant Y). Placer les pannes (IPE 120) sur les arbalétriers, dans le système «Toiture». Saisir la première panne depuis l extrémité du premier portique jusqu à celle du dernier. Dans les propriétés de cette panne, modifier l excentrement : (0,z+). Pour en modifier ensuite l orientation, créer un point et placer le au faîtage du portique. Puis dans les propriétés de la panne, modifier l orientation de 90 et mettre le numéro du point créé pour identifiant. L orientation de la panne va faire référence au point indiqué. Générer 6 autres pannes par copie en translation sur le premier versant. Sélectionner la panne faitière et supprimer son angle et identifiant d orientation dans sa feuille de propriétés.

Générer les 6 pannes de l autre versant par copie par symétrie ou par rotation (attention de ne pas copier la panne faitière : elle serait en double). Sélectionner ces 6 nouvelles pannes et modifier l orientation (-90 ). Placer les poutres et les dalles du plancher, dans le système «Plancher» : Saisir deux poutres HEA 200 suivant Y en reliant les portiques au niveau des planchers. Dans les feuilles de propriétés, à la rubrique «Neige et Vent», décocher «élément porteur». Créer un élément surfacique coque, en C20/25, d épaisseur 18 cm. Sous la rubrique «Neige et Vent», définir l option «élément porteur» comme inactive également. Ajouter les éléments de contreventement, dans le système «Contreventement» : Type d élément : tirant Section : CE505 dans l OTUA Neige et Vent : inactif. Ajouter les parois, dans le système «Parois» :

Générer les parois sur les 4 faces latérales de la charpente et sur les 2 pans de la toiture. Dans les feuilles de propriété, choisir le sens de portée des parois (suivant l axe local). Générer les charges de la structure : Créer un cas de charges permanentes correspondant au poids propre. Le sélectionner et créer une charge surfacique de -0,25 kn en FZ. Appliquer cette charge sur la toiture. Créer un cas de charges d exploitation. Créer une charge surfacique de -3kN en FZ. Appliquer la charge sur le plancher béton. Créer un cas de charges de vent. Puis par un clic droit sur le cas de charge dans le pilote, lancer la «Génération Automatique». Remarque : Par un clic droit sur la zone graphique, cliquer sur «Echelle auto des charges». Créer des combinaisons de chargement. Charger en automatique le règlement adéquat.

6.3 ANALYSE DU MODELE PUIS EXPLOITATION DES RESULTATS Déplacement D sous un cas de vent : Vent X- Dép Remarque : dans la boite de dialogue «Résultats» «afficher les résultats sur la déformée»., dans l onglet «Options», sélectionner Moment fléchissant Myy sous les charges permanentes :

Effort tranchant FZ sous les charges permanentes : Contraintes normales Sxx_sup pour les charges permanentes

7 CALCUL NON LINEAIRE Soit la structure ci-dessous stabilisée horizontalement par une croix de St André constituée de 2 cornières désignées en tirants : Les cas de charges élémentaires, ainsi que les combinaisons d actions sont crées classiquement. Dans notre cas : le cas 1 est le cas de charge permanent, constitué du poids propre seul. le cas 2 est une charge d exploitation horizontale en tête de poteau. Le générateur de combinaison crée 2 combinaisons numérotées 101 et 102. Par le menu Hypothèses > Analyse statique non-linéaire, un autre cas va être créé (le cas 3 ici). Si on le sélectionne dans le Pilote, sa fiche de propriété apparaît. 1. En cliquant une première fois sur la case «Options Analyse», en face de Référence. Une icône apparaît. En cliquant sur cette icône, la fenêtre Options Analyse Non Linéaire apparaît. 2. Dans cette fenêtre, appuyer sur le bouton «Ajout > Suppression d analyse», la fenêtre «Sélectionner les analyses statiques» apparaît.

3. Sélectionner dans la colonne de gauche les cas de charge élémentaires ou les combinaisons d action que vous souhaitez voir calculer en non linéarité, puis presser sur le bouton «Ajouter». 4. Une fois cette fenêtre validée, la fenêtre «Options Analyse Non Linéaire» ré-apparaît, complétée. Attention : après calcul, les cas de charges élémentaires et combinaisons visibles dans la fenêtre d exploitation sont les cas de charges linéaires (tirants calculé comme des barres). Ainsi, si vous demandez les efforts normaux Fx dans les cornières, l une sera tendue, et l autre comprimée.

Il faut aller dans les Options de résultats (Alt + Z), cliquer sur le bouton (Cas / Combinaisons), et activer le cas 3 (dans notre cas) :

Remarque : Pour alléger les temps de calcul, on peut éventuellement diminuer le taux de convergence, mais cela est fortement déconseillé. On calcule toujours avec la méthode complète. Par contre on peut diminuer le nombre d itérations stabilisées à 5 par exemple.

8 CALCUL PAR PHASE 8.1 DEFINITION DU MODELE Le modèle se compose d une poutre de 10 m de longueur et d une section rectangulaire de 20 x 30 cm. Le matériau utilisé est le C20/25. Deux cas de charges sont appliqués : Lors de la première phase, deux charges (1 et 2) d une valeur de -10 t sont mises en places aux milieux des demi-travées. L appui ponctuel à mi-travée est un appui élastique avec une raideur suivant Z importante (KTZ = 1E6 t/m) modélisant appui simple. Lors de la deuxième phase, une seule charge (3) d une valeur de -10 t est appliquée à mitravée. L appui ponctuel élastique a alors une raideur KTZ très faible (1E-3 t/m) modélisant l absence d appui. Une combinaison (101) est créée 101 = 1*cas 1 + 1*cas 2. 8.2 CALCUL DES PHASES Avant d avoir accès au calcul par phase, il est dans un premier temps nécessaire de mailler et d expertiser la structure.

Une fois la structure expertisée, il faut se rendre dans le menu Outils / Calcul par phase. La fenêtre suivante apparaît : En cliquant sur le bouton «Ajouter», nous allons créer trois phases. Dans la première phase, nous allons faire glisser le cas n 1 (noté 1 CP) dans la case "Phase en cours" à l aide du bouton ">>". Dans la deuxième phase, nous allons faire glisser le cas n 2 (noté 2 CP). La troisième phase comportera uniquement la combinaison n 101. Il ne faut pas oublier de cocher les cases : «Activer le calcul par phase», «Pause du calcul après chaque phase».

Phase n 1 : Un appui est présent à mi-travée Nous allons sélectionner l appui élastique à mi-travée et entrer une valeur 1E 6 t/ml sur la raideur KTZ. Il suffit ensuite de lancer le calcul par le menu Analyser / Calculer : Le calcul de la phase n 1 est terminé. Pendant cette phase, seule la visualisation des grandeurs du cas n 1 sont accessibles. Nous avons accès aux résultats du cas de charges n 1. Nous allons demander l affichage des moments My. Le diagramme suivant apparaît :

Phase n 2 : L appui intermédiaire est supprimé Nous allons sélectionner l appui élastique à mi-travée et entrer une valeur 1E -3 t/ml sur la raideur KTZ. Les modifications sur le modèle de la phase n 2 sont terminées, il faut alors lancer le calcul par le menu Analyser / Calcul. Le calcul de la phase n 2 est terminé. Pendant cette phase, seule la visualisation des grandeurs des cas n 1 et 2 sont accessibles. Nous avons accès aux résultats du cas de charges n 2. Nous allons demander l affichage des moments My. Le diagramme suivant apparaît : Phase n 3 : Calcul de la combinaison Il suffit de relancer une nouvelle fois le calcul pour terminer la phase n 3 et obtenir ainsi la somme des phases définies dans la combinaison n 101. Le calcul de la phase n 3 est terminé. Pendant cette phase, nous pouvons avoir accès à tout les résultats des cas n 1 et 2 et de la combinaison n 101. Nous avons accès aux résultats de la combinaison n 101. Nous allons demander l affichage des moments My. Le diagramme suivant apparaît :

8.3 REMARQUES Pour que le calcul par phase se déroule correctement, il faut déclarer dès le départ l ensemble des cas de charges et des combinaisons. Les modifications entre deux phases ne peuvent porter que sur des caractéristiques éléments finis (sections, matériaux, conditions limites, etc.) et non sur des caractéristiques géométriques : il ne faut pas modifier la structure (ajout, déplacement ou suppression d un élément).

9 BATIMENT BETON 9.1 PARAMETRES DU PROJET Hypothèses de la structure : Options 3D Cocher «Structure rigide en flexion» Matériau : C25/30 Unités de la structure : Longueurs en mètre Forces en tonne Moments en tonne*m Contraintes en MPa Longueur en mètre Dimension des sections en centimètre Enregistrer le projet.

9.2 DESCRIPTION DU MODELE:

9.3 DIMENSIONS DES ELEMENTS DE STRUCTURE: Voiles épaisseur 20 cm, Poteaux 30x30 cm, Poutres 30x50 cm, Dalles épaisseur 20 cm. 9.4 CHARGEMENTS Niveaux courant : G = 0,06 t/m² + Poids propre Qbureau = 0,25 t/m², Qcouloir = 0,35 t/m², Qstockage = 0,5 t/m². Toiture : G = 0,15 t/m² + Poids propre Qtoiture = 0,1 t/m².

10 PASSERELLE METALLIQUE 10.1 PARAMETRES DU PROJET Hypothèses de la structure : Options 3D Cocher «Structure rigide en flexion» Matériau : S275 Unités de la structure : Longueurs en mètre Forces en tonne Moments en tonne*m Contraintes en MPa Longueur en mètre Dimension des sections en centimètre Enregistrer le projet. 10.2 HYPOTHESE DE CALCUL : Modélisation : Appui linéaire : blocage des 3 translations et de RX et RZ. Chargement : Charges permanentes sur tablier : 500 kg/m², Charges d'exploitation : piétons 250 kg/m².

10.3 DESCRIPTION DU MODELE:

11 PONT CADRE FERME 11.1 PARAMETRES DU PROJET Hypothèses de la structure : Options 3D Cocher «Structure rigide en flexion» Matériau : C25/30 Unités de la structure : Longueurs en mètre Forces en tonne Moments en tonne*m Contraintes en MPa Longueur en mètre Dimension des sections en centimètre Enregistrer le projet. 11.2 HYPOTHESES DE CALCUL Modélisation : Radier : épaisseur 32 cm, Voiles : épaisseur 32 cm, Tablier : épaisseur 32 cm, Appui surfacique élastique : KTX = KTY = 1000 kn/m 3, KTZ = 10 000 kn/m 3. Chargement : Charges permanentes sur tablier : revêtement + matériaux = 15.2 kn, Charges de remblai : Poussée du sol sur les voiles + charges sur radier, Charges de convoi sur le tablier : Route départementale convoi Bc et Bt.

11.3 DESCRIPTION DU PROJET