Analyse du comportement au feu des planchers mixtes acier-béton constitutés de poutres cellulaires

TLDR: In this article, a methode analytique FRACOF is proposed to evaluate the performance of poutres cellulaires in acier-seul and mixtes.

Abstract: En situation d’incendie, la degradation des proprietes mecaniques des materiaux constitutifs d’une structure peut sensiblement en modifier le comportement global. Ainsi, lors d’essais au feu ou de sinistres reels, des fleches significatives sont observees sans ruine globale du plancher. Ceci traduit l’activation d’un mecanisme base sur une borne superieure de plasticite en grands deplacements et appele effet membrane. Ainsi, malgre la perte des proprietes du beton, de l’acier d’armatures et de l’acier de construction des poutres connectees a une dalle en beton arme ou mixte acier-beton, la capacite portante de cette dalle se definit comme une fonction croissante de sa fleche. En pratique, le comportement complexe des planchers mixtes acier-beton peut etre apprehende par des modeles dits simplifies ou avances, suivant le niveau de precision souhaite. La methode analytique FRACOF permet par exemple d’etudier un plancher global a temperature elevee, en se basant sur les modeles de comportement simplifies des materiaux, acier et beton, definis dans les Eurocodes. Par cette methode, la capacite portante d’une dalle peut alors etre determinee en tenant compte des profiles metalliques connectes a la dalle, et de l’activation d’un effet membrane en grands deplacements. Cette methode analytique a ete validee par une comparaison a des modeles elements finis, ainsi qu’a des resultats d’essais au feu en grandeur nature. Elle est applicable a des profiles en acier lamine a chaud avec des portees pouvant atteindre 20 m. Or le franchissement de ces portees necessite des sections de poutre a forte inertie, afin de limiter les fleches du plancher en service. Pour limiter la quantite d’acier que requerraient de telles poutres, le recours a des poutres cellulaires est une solution pratique et esthetique. Un modele element finis de poutres cellulaires en acier seul et mixtes est propose dans le cadre de la these de doctorat. Le comportement thermo-mecanique des poutres cellulaires en acier seul est modelise sous le code Cast3M. Les poutres mixtes sont modelisees en combinant un calcul de transfert thermique sous Cast3M et une analyse mecanique sous ANSYS. Les poutres en acier et la dalle en beton ou mixte sont representees par des elements de type coque. Les connecteurs sont representes par des elements de type poutre. Ce modele tridimensionnel tient par ailleurs compte des non-linearites materielle et geometrique. Il est confronte a des resultats d’essais a temperatures normale et elevee. La validation du modele est suivie d’une comparaison a une methode analytique existante pour en verifier la precision et le degre de conservatisme. Les poutres cellulaires sont ensuite etudiees en tant que partie integrante de planchers mixtes acier-beton sous incendie. Un essai en grandeur nature sous feu reel met en evidence l’activation d’un effet membrane en presence de poutres cellulaires non-protegees, sans ruine du plancher. Les resultats de l’essai sont utilises pour calibrer un modele element fini tridimensionnel. La calibration est effectuee en s’appuyant sur la distribution des temperatures dans les differents composants du plancher, la duree de resistance au feu, la forme des deformees et les modes de ruine. Ensuite, le modele, qui peut reproduire le comportement thermo-mecanique d’un plancher mixte, est utilise pour evaluer une proposition d’extension de la methode FRACOF a des planchers mixtes comportant des poutres cellulaires.