Guide Eurocode 3 : Semi-rigidité des assemblages

Dans la pratique courante du calcul de structures métalliques, nous avons tendance à classer les assemblages dans deux catégories extrêmes : l’articulation parfaite et l’encastrement parfait. Pourtant, la réalité physique se situe entre les deux : l’assemblage semi-rigide.

Ignorer cette nuance peut conduire soit à un surdimensionnement inutile des poteaux, soit à un sous-dimensionnement dangereux des poutres. Voyons comment l’Eurocode 3 nous permet de modéliser avec précision le comportement réel de nos structures.

Le spectre de la rigidité : De l’articulation à l’encastrement

L’EN 1993-1-8 définit trois catégories d’assemblages en fonction de leur capacité à limiter la rotation relative des éléments connectés :

• L’articulation (Nominalement articulé) : Elle doit être capable de transmettre les efforts tranchants et les efforts normaux sans développer de moments fléchissant significatifs susceptibles d’affecter défavorablement les barres ou la structure dans son ensemble. Elle doit aussi être capable de supporter les rotations résultant de l’effet des charges de calcul.
• L’encastrement (Rigide) : Un assemblage est classé comme rigide si sa déformation est jugée suffisamment faible, c’est à dire « possédant une rigidité en rotation suffisante pour justifier une analyse basée sur une continuité totale (clause 5.2.2.3 de l’Eurocode 3 partie 1-8) ».
• La semi-rigidité : C’est l’entre-deux. L’assemblage possède une rigidité rotationnelle (S_j) qui influence directement le diagramme des moments et la stabilité globale de la structure.

Risques et opportunités : L’impact sur le dimensionnement

Considérer un assemblage comme un encastrement pur alors qu’il est techniquement semi-rigide modifie radicalement le comportement de votre portique.

Mauvaise redistribution des efforts (ELU)

Dans un portique, un assemblage semi-rigide est « plus souple » qu’un encastrement parfait. Il va donc « soulager » le nœud et le poteau en déportant une partie du moment fléchissant vers le centre de la poutre (aussi nommée « arbalétrier »).

• Risque de sous-dimensionnement : Si vous calculez votre poutre avec une hypothèse d’encastrement pur, vous sous-estimez le moment en travée. La poutre réelle subira des sollicitations plus importantes que prévu, risquant de dépasser sa limite élastique.
• Opportunité d’optimisation : À l’inverse, si vous aviez dimensionné vos poteaux pour reprendre le moment total d’un encastrement parfait, vous risquez de les surdimensionner inutilement. La prise en compte de la semi-rigidité permet d’affiner les sections de poteaux de portiques.

Impact sur les flèches et la stabilité (ELS)

Si vous négligez la souplesse du nœud, vous sous-évaluerez la flèche des poutres et les déplacements horizontaux du bâtiment. Cela peut mener à un sous-dimensionnement vis-à-vis des critères d’aptitude au service (ELS) ou, plus grave, masquer une instabilité globale (effets du second ordre P-Delta plus importants que prévu).

Réglementation : L’Eurocode 3 partie 1-8 (EN 1993-1-8)

Cet Eurocode traite ces particularités principalement dans deux sections :

• Section 5.2.2 : Fixe les critères de classification (Rigide, Semi-rigidité, Articulé).
• Section 6.3 : Détaille la méthode des composantes. Chaque élément (boulons, platine, âme, béton) est vu comme un ressort de raideur k_i.

La rigidité initiale est calculée par la formule :

Où z représente le bras de levier de l’assemblage (distance entre le centre de compression et le centre de traction).

Illustration : Ancrage de pied de poteau semi-rigide d’une ombrière photovoltaïque

Prenons l’exemple d’un ancrage par platine raidie munie de deux groupes de trois tiges filetées.

Sous l’action d’un moment de flexion, le comportement est complexe :

• Zone tendue : Le groupe de 3 tiges s’allonge. La raideur dépend de la section d’acier et de la longueur libre des tiges.
• Zone comprimée : Le béton sous la platine se comprime. La surface de contact et la résistance du béton dictent la raideur locale.
• Flexion locale de la platine : Même raidie, la platine participe à la rotation globale.

En sommant ces raideurs, on obtient la valeur de S_j,ini.

Si cette valeur est inférieure aux seuils de l’EN 1993-1-8, cette raideur est automatiquement injectée par notre logiciel de calcul comme un ressort rotationnel dans le modèle de calcul de structure.

Distinction importante: Rigidité vs Résistance

Un point essentiel à ne pas confondre est la différence entre la capacité résistante et la rigidité :

• Un assemblage peut être très résistant (transmettre le moment plastique de la poutre) mais rester semi-rigide (autoriser une rotation importante).
• À l’inverse, un assemblage peut être classé comme rigide mais avoir une résistance limitée.

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La prise en compte de la semi-rigidité n’est pas qu’une contrainte normative, c’est un levier d’optimisation économique et une garantie de sécurité. En utilisant des outils de calcul d’assemblages précis, vous quittez les approximations pour entrer dans le domaine du dimensionnement performant.

Et vous, intégrez vous systématiquement la rigidité rotationnelle dans vos modèles de portiques, ou restez-vous sur des modèles simplifiés ?