La conception des profilés en acier est généralement influencée par l’apparition d’instabilités au niveau local et global de l’élément. Le voilement, le flambement, le déversement ont été source de nombreuses recherches dans le but d’optimiser les coûts des constructions en acier. Une estimation plus précise des charges de ruines réelles devrait permettre des gains, en pratique, de par l’allègement de structures typiquement conçues de façon excessivement sécuritaires. En effet, les règles de conception, proposées par les normes, mènent à une estimation des résistances locales et globales des profilés en I et en H, dont la précision peut être améliorée, et certains chercheurs ont ainsi orienté leur travail vers une optimisation de ces règles. Dans ce contexte, l’O.I.C. (Overall Interaction Concept) qui a été développé dans un premier temps pour les sections tubulaires en acier, permet la conception de tous types de géométries de sections, et cas de chargement, d’une manière simple et efficace. Les formules de résistances ont été développées à partir de résultats expérimentaux et numériques, ceux-ci permettant de prendre en compte, de manière continue, l’interaction entre résistance et instabilité. Cette thèse s’inscrit dans la démarche de l’O.I.C., de par le développement de formules de conception pour les sections en I et en H. Suite à une étude numérique réalisée à partir d’un modèle aux éléments finis, dont la précision a été préalablement vérifiée, des schémas de contraintes résiduelles et imperfections géométriques ont pu être recommandés, afin de garantir l’obtention de résistances fiables. Des études paramétriques furent menées sur des éléments courts, soumis à des cas de chargement simples, telles que la compression pure, la flexion d’axe fort, et la flexion d’axe faible, ainsi que des cas de chargements combinés. Des formulations prédisant la résistance, dans un format O.I.C., ont été ensuite proposées. Davantage d’analyses numériques ont été réalisées afin d’étudier la réponse globale des poutres en I et en H, sujettes au phénomène de déversement, et une équation prédisant leur résistance a été développée. Les formulations proposées ont montré une meilleure fiabilité que celle obtenue selon les directives de l’Eurocode, tout particulièrement dans le cas des sections élancées de classe 4, dont les règles de conception préconisées présentent un manque de précision important. La formulation développée selon l’O.I.C., dans le cas des chargements combinés, bien que d’apparence complexe, permet d’obtenir une estimation de la capacité locale de façon très précise, là où la norme a montré d’importantes lacunes. La performance de la formulation a été préférée à la simplicité, pour assurer son apport vis-à-vis de la précision des normes actuelles. C’est pourquoi ce travail doit être considéré comme une première étape vers une formulation complète de conception des poutres en I et en H, et de futurs travaux pourraient s’intéresser à leur simplification. / Design of steel profiles is generally ruled by the occurrence of local and global instabilities which havebeen of major interest for many years now to reduce costs within steel applications. Closer estimate of actual ultimate strengths shall allow for some savings in practice since some structures typically designed through conservative rules provided by standards such as the Eurocode shall be lightened. The designguide lines currently suggested in codes to predict local and global strengths of I and H-shapes are broadly known to exhibit some conservatism and researchers have been directing their efforts towards an optimisation of such design. Accordingly, the O.I.C. (Overall Interaction Concept) which was first developed for tubular sections,provides a general approach for steel design with a common and straightforward formulation for all load cases and cross-section’s geometries. O.I.C. design equations are derived based on strengths mostly achieved by means of full non-linear analyses since F.E. simulations can provide accurate predictions of actual ultimate strengths and continuously account for the Resistance – Instability interaction. Through the present thesis, design formulae for I and H-shapes were developed as part of the development of the O.I.C. Subsequently to an extensive numerical study through a F.E. model whose reliability was first established by means of comparisons with tests data, reasonable local geometrical imperfections as well as appropriate residual stresses patterns were chosen so that reliable ultimate strengths could be reached with the F.E.models. Then, parametric studies were carried out on short members subject to simple load cases such assimple axial force, major-axis bending or minor-axis bending and combined loadings. Observations on local strengths tendencies allowed the determination of key parameters so that O.I.C. based design proposals predicting the local strengths of hot-rolled and welded I and H-sections could be established. Numerical investigations then focused on the member strength of I and H-sections prone to suffer fromLateral Torsional Buckling so that an accurate design proposal including local/global coupling effects waseventually derived. Accuracy showed great benefits from these O.I.C. based design proposals compared to Eurocode rules,especially for slender sections. The design for which coherence and accuracy was preferred to simplicity has shown drastic efficiency for simple and combined load cases. Owing to the complex strength tendencies observed for sections subject to combined loadings, no consequent simplification of theproposals could be achieved without losing the benefits in accuracy compared to the Eurocode one. This work shall be considered as a first step towards a more coherent and accurate design for steel I andH-sections since further work may be needed towards a simplification of such proposal
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/68162 |
| Date | 10 February 2024 |
| Creators | Gérard, Lucile |
| Contributors | Boissonnade, Nicolas, Annan, Charles-Darwin |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxxi, 371 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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