Poutrelle en I

Une poutrelle en I est l'un des divers éléments structurels ayant une section transversale en forme de Ɪ ou de H. Les poutres en I sont généralement constituées d'acier de construction servent à une grande variété d'utilisations dans la construction.

Les éléments horizontaux du I sont appelés ailes ou ailes et l'élément vertical est appelé « âme ». L'âme résiste aux efforts tranchants (voir aussi Modèle:Lien), tandis que les ailes résistent à la majeure partie du moment de flexion (voir aussi Modèle:Lien) subi par la poutre. L'équation de poutre d'Euler – Bernoulli montre que la section en forme de I est une forme très efficace pour supporter à la fois les charges de flexion et de cisaillement dans le plan de l'âme. D'autre part, la section transversale a une capacité réduite dans la direction transversale et est également inefficace pour supporter la torsion, pour laquelle les sections structurelles creuses sont souvent préférées.

Désignation générique
Français	anglais	autres langues
poutre en I— poutre en double T	Les termes techniques pour des articles similaires incluent Modèle:Langue (pour Modèle:Langue) — Modèle:Langue (pour « Modèle:Langue ») — Modèle:Langue — Modèle:Langue,	Toutes les traductions de l'expression en français pour « poutre en double T », en particulier en polonais, bulgare, espagnol, italien et allemand.

Histoire

En 1849, la méthode de production d'une poutre en I, laminée à partir d'une seule pièce de fer forgé^[1], fut brevetée par Alphonse Halbou des Forges de la Providence à Marchienne-au-Pont, en Belgique^[2].

Bethlehem Steel, dont le siège est à Bethlehem, en Pennsylvanie, était l'un des principaux fournisseurs d'acier de construction laminé de diverses sections dans les travaux de ponts et de gratte-ciel américains du milieu du Modèle:S-^[3]. Les sections transversales laminées ont maintenant été partiellement remplacées dans de tels travaux par des sections transversales fabriquées.

Aperçu

Il existe deux formes standard de poutre en I :

Poutre en Ɪ laminée, formée par laminage à chaud, laminage à froid ou extrusion, selon le matériau.
Poutre en tôle, formée par soudage (ou occasionnellement par Modèle:Lien ou rivetage) de plaques.

Les poutrelles en I sont généralement constituées d'acier de construction (voir aussi structural steel), mais peuvent également être formées d'aluminium ou d'autres matériaux. Un type courant de poutrelle en I (aux États-Unis) est la Modèle:Langue (RSJ), parfois incorrectement rendue comme une poutrelle en acier renforcé. Les normes britanniques et européennes spécifient également les poutres universelles (Modèle:Langue, UB) et les colonnes universelles (Modèle:Langue, UC). Ces sections ont des ailes parallèles, représentées sous le nom de « Modèle:Langue » dans l'illustration ci-jointe, par opposition à l'épaisseur variable des ailes RSJ, illustrées sous le nom de « Modèle:Langue », qui sont rarement laminées aujourd'hui au Royaume-Uni. Les ailes parallèles sont plus faciles à connecter et suppriment le besoin de rondelles coniques. Les UC ont une largeur et une profondeur égales ou presque et sont plus adaptés pour être orientés verticalement pour supporter des charges axiales telles que des colonnes dans une construction à plusieurs étages, tandis que les UB sont nettement plus profondes (hautes) que larges et sont plus adaptés pour supporter des charges de flexion telles que des éléments de poutre dans les planchers.

Les Modèle:Lien, solives en I ou poutres en I fabriquées à partir de bois avec des panneaux de fibres ou du bois de placage stratifié, ou les deux, sont également de plus en plus populaires dans la construction, en particulier résidentielle, car elles sont à la fois plus légères et moins sujettes à la déformation que les solives en bois massif. Cependant, des inquiétudes ont été exprimées quant à leur perte rapide de résistance en cas d'incendie si elles ne sont pas protégés.

Conception

Les poutres en I sont largement utilisées dans l'industrie de la construction et sont disponibles dans différentes tailles standard. Des tableaux sont disponibles pour permettre une sélection facile d'une taille de poutre en I en acier appropriée pour une charge appliquée donnée. Les poutres en Ɪpeuvent être utilisées à la fois comme poutres et comme colonnes.

Les poutres en I peuvent être utilisées seules ou agissant de manière composite avec un autre matériau, généralement du béton. La conception peut être régie par l’un des critères suivants :

flèche : la raideur de la poutre en Ɪ sera choisie pour minimiser la déformation
vibration : la rigidité et la masse sont choisies pour éviter les vibrations inacceptables, notamment dans les environnements sensibles aux vibrations, comme les bureaux et les bibliothèques
rupture en flexion par écoulement (Modèle:Langue): où la contrainte dans la section transversale dépasse la contrainte à la limite élastique (Modèle:Langue)
rupture en flexion par déversement par torsion latérale : lorsqu'une aile en compression a tendance à flamber latéralement ou que la section transversale entière se déforme en torsion
rupture par flexion par flambage local : lorsque l'aile ou l'âme est si mince qu'elle se déforme localement
écoulement local (Modèle:Langue) : causé par des charges concentrées, comme au point d'appui de la poutre
rupture par cisaillement : là où l'âme échoue. Les âmes minces se rompent par flambage, ondulation dans un phénomène appelé action de champ de tension (Modèle:Langue), mais la rupture par cisaillement est également combattue par la rigidité des ailes.
flambage ou écoulement des composants : par exemple, des raidisseurs utilisés pour assurer la stabilité de l'âme de la poutre en I.

Conception pour la flexion

Une poutre en flexion subit des contraintes élevées le long des fibres axiales les plus éloignées (fibre extrême) de l'axe neutre. Pour éviter toute défaillance, la majeure partie du matériau de la poutre doit être située dans ces régions. Relativement peu de matériau est nécessaire dans la zone proche de l’axe neutre (l'âme). Cette observation est à la base de la section transversale de la poutre en Ɪ ; l'axe neutre s'étend le long du centre de l'âme qui peut être relativement mince et la majeure partie du matériau peut être concentrée dans les ailes.

La poutre idéale est celle ayant la plus petite section transversale (et nécessitant donc le moins de matériau) nécessaire pour atteindre un module d'inertie donné. Étant donné que le module d'inertie dépend de la valeur du moment quadratique, une poutre efficace doit avoir la majeure partie de son matériau située aussi loin que possible de l'axe neutre. Plus une quantité donnée de matériau est éloignée de l'axe neutre, plus le module d'inertie est grand et, par conséquent, un moment de flexion plus important peut être résisté.

Lors de la conception d'une poutre en I symétrique pour résister aux contraintes dues à la flexion, le point de départ habituel est le module d'inertie requis. Si la contrainte admissible est Modèle:Formule et le moment de flexion maximum attendu est Modèle:Formule, alors le module d'inertie requis est donné par^[4]:

S = \frac{M_{m a x}}{σ_{m a x}} = \frac{I}{c}

où Modèle:Mvar est le moment d'inertie de la section transversale de la poutre et Modèle:Mvar est la distance entre le sommet de la poutre et l'axe neutre (voir la théorie des poutres pour plus de détails).

Pour une poutre de section transversale a et de hauteur h, la section transversale idéale aurait la moitié de la surface à une distance h/2 au-dessus de la section transversale et l'autre moitié à une distance h/2 en dessous de la section transversale. Pour cette coupe transversale:

I = \frac{a h^{2}}{4}; S = \frac{1}{2} a h

Cependant, ces conditions idéales ne peuvent jamais être atteintes car la matière est nécessaire dans l'âme pour des raisons physiques, notamment pour résister au flambage. Pour les poutres à larges ailes, le module de section est d'environ

S \approx 0.35 a h

ce qui est supérieur à celui obtenu par les poutres rectangulaires et les poutres circulaires.

Problèmes

Bien que les poutres en I soient excellentes pour la flexion unidirectionnelle dans un plan parallèle à l'âme, elles ne fonctionnent pas aussi bien en pliage bidirectionnel. Ces poutres présentent également peu de résistance à la torsion et subissent une déformation sectionnelle sous charge de torsion. Pour les problèmes dominés par la torsion, les poutres-caisson et d'autres types de sections rigides sont utilisées de préférence aux poutres en Ɪ.

Formes et matériaux aux États-Unis

Une coupe transversale typique de poutres en I

Aux États-Unis, la poutre en I la plus couramment mentionnée est la forme à large ailes (Modèle:Langue, W). Ces poutres comportent des ailes dont les surfaces intérieures sont parallèles sur la majeure partie de leur surface. D'autres poutres en I incluent les formes Modèle:Langue (désignées S), dans lesquelles les surfaces intérieures des ailes ne sont pas parallèles, et les pieux en H (désignés Modèle:Langue, HP), qui sont généralement utilisés comme fondations sur pieux. Les formes à larges ailes sont disponibles dans la nuance ASTM A992^[5], qui a généralement remplacé les anciennes qualités ASTM A572 et A36. Plages de contrainte à la limite élastique (Modèle:Langue) :

A36: Modèle:Nombre psi (250 MPa)
A572: Modèle:Nombre–Modèle:Nombre psi (290–410 MPa), avec Modèle:Nombre psi (340 MPa) le plus commun
A588: Similar to A572
A992: 50,000–65,000 psi (340–450 MPa)

Comme la plupart des produits en acier, les poutres en I contiennent souvent du contenu recyclé.

Normes

Les normes suivantes définissent la forme et les tolérances des profilés en acier des poutres en I :

Normes européennes

EN 10024, Poutrelles en I à ailes inclinées laminées à chaud - Tolérances de forme et de dimensions.
EN 10034, Poutrelles I et H en acier de construction - Tolérances de forme et de dimensions
EN 10162, Profilés en acier formés à froid - Conditions techniques de livraison - Tolérances dimensionnelles et sur sections transversales

Manuel AISC

L'Modèle:Lien (AISC) publie un Modèle:Langue pour la conception de structures de différentes formes. Il documente les approches courantes pour créer de telles conceptions: l'Modèle:Lien (ASD, conception à résistance admissible) et le Calcul à l'état limite (Modèle:Langue) conception à facteur de charge et de résistance (Modèle:Langue, LRFD), (à partir de la 13Modèle:Ème édition).

Autre

DIN 1025-5
ASTM A6, poutres standard américaines
BS 4-1
IS 808 – Modèle:Langue
AS/NZS 3679.1 – Modèle:Langue

Désignation et terminologie

La dimension d'une poutre en I à larges ailes

Dans les descriptions qui suivent la hauteur des poutres est habituellement renseignée par le mot « Modèle:Langue », qui se traduit par profondeur.

Aux États-Unis, les poutres en I en acier sont généralement spécifiées en fonction de la profondeur et du poids de la poutre. Par exemple, une poutre "W10x22" mesure environ 10 pouces (254 mm) de profondeur avec une hauteur nominale de la poutre en I depuis la face extérieure d'une aile jusqu'à la face extérieure de l'autre aile, et pèse 22 lb/pi (33 kg/m) . Les poutres à section à larges ailes varient souvent par rapport à leur profondeur nominale. Dans le cas de la série W14, ils peuvent atteindre 22.84 pouces (580 mm)^[6].

Au Canada, les poutres en I en acier sont désormais couramment spécifiées en utilisant la profondeur et le poids de la poutre en termes métriques. Par exemple, une poutre "W250x33" mesure environ Modèle:Conversion de profondeur (hauteur de la poutre en I depuis la face extérieure d'une ailes jusqu'à la face extérieure de l'autre aile) et pèse environ Modèle:Unité (Modèle:Unité; Modèle:Unité)^[7]. Les poutres en I sont toujours disponibles en tailles américaines auprès de nombreux fabricants canadiens.

Au Mexique, les poutres en I en acier sont appelées IR et sont communément spécifiées en utilisant la profondeur et le poids de la poutre en termes métriques. Par exemple, une poutre "IR250x33" fait environ 250 millimètres (9,8 po) de profondeur (hauteur de la poutre en I depuis la face extérieure d'une aile jusqu'à la face extérieure de l'autre aile et pèse environ 33 kg/m (22 lb/pi)^[8].

En Inde, les poutres en I sont désignées par ISMB, ISJB, ISLB, ISWB. ISMB : Modèle:Langue, ISJB : Modèle:Langue, ISLB : Modèle:Langue et ISWB : Modèle:Langue. Les poutres sont désignées selon leur référence abrégée respective suivie de la profondeur de section, comme ISMB 450, où 450 est la profondeur de section en millimètres (mm). Les dimensions de ces poutres sont classées selon IS:808 (selon Modèle:Lien, BIS )Modèle:Référence nécessaire.

Au Royaume-Uni, ces profilés en acier sont communément spécifiés par un code composé de la dimension principale, généralement la profondeur-x-la petite dimension-x-la masse par mètre se terminant par le type de section, toutes les mesures étant métriques. Par conséquent, un 152x152x23UC équivaudrait à une section de colonne (UC = Modèle:Langue) d'environ 152 millimètres (6,0 po) profondeur, Modèle:Unité de largeur et pesant Modèle:Unité (Modèle:Unité) de longueur^[9].

En Australie, ces sections en acier sont communément appelées Modèle:Langue (UB) ou Modèle:Langue (UC). La désignation de chacune est donnée par la hauteur approximative de la poutre, le type (poutre ou colonne), puis le poids au mètre (par exemple, un 460UB67.1 équivaut à une poutre universelle profonde d'environ 460 mm qui pèse Modèle:Unité .

Poutres cellulaires

Les Modèle:Lien sont la version moderne de la poutres crénelées traditionnelle, qui donne une poutre environ 40 à 60 % plus profonde que sa section d'origine. La profondeur finie exacte, le diamètre des cellules et l'espacement des cellules sont flexibles. Une poutre cellulaire est jusqu'à Modèle:Nombre plus résistante que sa section d'origine et est donc utilisée pour créer des constructions efficaces à grande portée^[10].

Voir aussi

Poutre en C, également connue sous le nom de canal structurel ou canal à ailes parallèles (PFC)
DIN 1025 – une norme DIN qui définit les dimensions, les masses et les propriétés de section d'un ensemble de poutres en I
Modèle:Lien
Béton armé
Conception en acier
Acier de construction
Modèle:Lien
Modèle:Lien

Notes et références

Modèle:Références

Bibliographie

Modèle:Ouvrage.

Liens externes

Modèle:Portail

↑ Modèle:Ouvrage.
↑ Modèle:Ouvrage.
↑ Modèle:Article.
↑ Gere and Timoshenko, 1997, Mechanics of Materials, PWS Publishing Company.
↑ Modèle:Ouvrage
↑ AISC Manual of Steel Construction Modèle:14th Edition
↑ Modèle:Ouvrage
↑ IMCA Manual of Steel Construction, Modèle:5th Edition.
↑ Modèle:Lien web
↑ Modèle:Lien web

[1] Modèle:Ouvrage.

[2] Modèle:Ouvrage.

[MorningCallSupplement2003-3] Modèle:Article.

[Gere-4] Gere and Timoshenko, 1997, Mechanics of Materials, PWS Publishing Company.

[5] Modèle:Ouvrage

[6] AISC Manual of Steel Construction Modèle:14th Edition

[7] Modèle:Ouvrage

[8] IMCA Manual of Steel Construction, Modèle:5th Edition.

[9] Modèle:Lien web

[10] Modèle:Lien web

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Poutrelle en I

Sommaire

Histoire

Aperçu