Stabilité des colonnes dans les structures métalliques dont les connexions (poteaux-poutres) sont imparfaitement rigides

LARAFI MEGHEZZI, ISMAIL (2024) Stabilité des colonnes dans les structures métalliques dont les connexions (poteaux-poutres) sont imparfaitement rigides. Doctoral thesis, Faculté des sciences et technologie.

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Abstract

RESUME : Les joints (jonction poteau-poutre) dans les structures métalliques à multi-étage permettent d’assurer la continuité entre les éléments, tels que les poteaux et les poutres. Ces joints ont une influence sur la stabilité de forme de ces structures. Alors, deux types de joints peuvent se présenter, à savoir le joint infiniment rigides ou parfaitement articulés. Cependant, dans la réalité le comportement de ces joints est semi-rigide. Par conséquent cette semi-rigidité peut conduit à une perte de stabilité (Flambement). Les incendies dans les bâtiments présentent un facteur très favorable pour l’accélération des phénomènes d’instabilité tel que le flambage, la prématuration de ces phénomènes constitue une source de rupture cruciale que les ingénieurs doivent faire face. Le présent travail présente une procédure analytique et numérique pour l'analyse de la stabilité des colonnes dans les structures en acier contreventées en tenant compte de l'effet de flexibilité des joints (assemblage) par l’introduction de facteurs de fixité γ. l’effet de l’incendie est aussi introduit en tenant compte de la dégradation des paramètres mécaniques en fonction de la température conformément aux modèles Eurocode3. Une équation analytique et paramétrique est développée pour la détermination du coefficient K de la longueur effective ; un programme en Fortran est établi pour résoudre l’équation obtenue. La formulation d’un élément fini en plan basé sur la théorie des poutres de type Bernoulli est établi pour calculer la matrice de rigidité [K] et la matrice géométrique [KG] dans le domaine non linaire. Un deuxième programme est implémenté en MATLAB pour calculer les valeurs propres à partir des matrices précédentes pour l’évaluation de la charge critique de flambement. Une validation des développements effectués précédemment est présentée. Les différentes configurations présentées montrent la précision des équations dérivées par rapport aux résultats de la littérature. L’analyse de la stabilité des portiques à température ambiante et à hautes températures a permet la validation de l’élément fini développé. Les résultats obtenus peuvent constituer un outil efficace pour l’étude de la stabilité structurelle des portiques en considérant l’effet de la connexion semi-rigide en situation normale et extrême en présence de l’action du feu. ABSTRACT : Connections (column-beam) in multi-story steel structures ensure continuity between elements such as columns and beams. These connections have an influence on the structures stability. There are therefore two kinds of connection: infinitely rigid or perfectly articulated. However, in reality the behavior of these joints is semi-rigid. Consequently, this semi-rigidity can lead to a loss of stability (buckling). Fires in buildings are a very favorable factor for the rushing of instability phenomena such as buckling and the premature onset of these phenomena is a crucial source of failure that engineers have to deal with. This work presents an analytical and numerical procedure for analyzing the stability of columns in braced steel structures, taking into account the effect of connection flexibility by introducing fixity factors γ. The effect of fire is also introduced by considering the degradation of mechanical parameters as a function of temperature in accordance with Eurocode3 models. An analytical and parametric equation is developed for the determination of the coefficient K of the effective length; a FORTRAN program is established to solve the equation obtained. The formulation of a finite element in a plane based on the theory of Bernoulli type beams is established to evaluate the stiffness matrix [K] and the geometric matrix [KG] in the non-linear domain. A second program is implemented in MATLAB to calculate the eigenvalues from the previous matrices for the evaluation of the critical buckling load. A validation of the developments carried out previously is discussed. The different configurations presented show the accuracy of the equations derived compared with the results in the literature. Analysis of the stability of the frames at ambient temperature and at high temperatures has enabled the finite element developed to be validated. The results obtained can provide an effective tool for studying the structural stability of frames by considering the effect of the semi-rigid connection in normal and extreme situations in case fire actions.

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