Soudure âme-semelle de PRS #2 – Méthode de dimensionnement

Les soudures âme-semelle des profilés reconstitués soudés (PRS) doivent faire l’objet de vérification par référence à l’Eurocode 3 partie 1-8 [1]. Cette note décrit la méthode de dimensionnement pour de tels cordons de soudure. Elle fait suite à une première publication téléchargeable sur Métalétech :

• Soudure âme-semelle de PRS – Fonctionnement et sollicitations

Publications à venir :

• Soudure âme-semelle de PRS – Effet d’une charge transversale
• Soudure âme-semelle de PRS – Exemple de calcul

Effort tranchant à retenir

La gorge minimale d’une soudure âme semelle d’un PRS est généralement vérifiée en retenant l’effort tranchant maximal le long de la barre. Cette procédure se place du côté de la sécurité, mais n’implique généralement pas un surdimensionnement très important. En effet, l’effort tranchant est souvent modéré et il n’est pas possible de retenir une gorge inférieure à la valeur minimale autorisée dans l’Eurocode 3 partie 1-8 [1] (3 mm).

Si toutefois une optimisation est recherchée, une vérification par tronçon peut être envisagée. Pour chaque tronçon, on peut retenir l’effort tranchant maximum présent dans ce tronçon augmenté de part et d’autre d’une surlargeur égale à la hauteur de la section (sauf aux extrémités de la barre), voir la Figure 1. Le cas échéant, il est recommandé que tous les tronçons comportent des soudures âme-semelle permettant de reprendre un effort de glissement calculé en retenant 25% de l’effort tranchant maximum le long de la barre.

Cas d’un PRS mono-symétrique avec un double cordon d’angle

Dans le cas d’un PRS mono-symétrique, l’effort par unité de longueur de glissement longitudinal à reprendre par les cordons âme-semelle, noté ici , est défini par l’expression ci-dessous :

Avec:

Il est proposé d’utiliser la méthode simplifiée de l’Eurocode 3 partie 1-8 [1], car elle est particulièrement bien adaptée aux vérifications faisant intervenir des efforts par unité de longueur. L’effort résistant par unité de longueur de doubles cordons de soudure d’angle, noté ici , est alors défini comme suit :

Avec:

Nuance suivant NF EN 10025	fu [MPa]	βw	fvw,d [MPa]
S235	360	0,80	208
S275	410	0,85	223
S275N/NL et S275M/ML	370	201
S355, S355N/NL et S355 M/ML	470	0,90	241

La vérification de la résistance du cordon de soudure implique naturellement de s’assurer que , soit :

Ce qui peut être réarrangé comme suit pour faire apparaitre directement la gorge minimale pour des doubles cordons d’angle nécessaire à la reprise de l’effort de glissement :

Cas particulier d’un PRS doublement symétrique

Dans le cas courant d’un PRS doublement symétrique, les semelles présentent une aire identique et le terme de distance entre le centre de gravité de la section complète et celui de la semelle vaut, quelle que soit la semelle considérée :

Avec:

Par ailleurs, il est possible de négliger de façon sécuritaire la contribution de l’âme dans l’inertie  de la section. Cela donne :

Cela permet la simplification suivante :

Soit l’expression suivante pour la gorge minimale de doubles cordons d’angle nécessaire à la reprise de l’effort de glissement :

Cas particuliers des cordons d’un seul côté

Il est parfois envisagé la réalisation de cordon d’un seul côté afin de réduire les coûts de fabrication. Cette solution n’est cependant pas sans inconvénient :

• un soin tout particulier doit être porté sur les tolérances de fabrication, en particulier l’équerrage des semelles, voir l’EN 1090-2 [2] ;
• l’excentrement implique une flexion dans le cordon de soudure en cas d’effort transversal à la section (voir également la note concernant l’effet d’un tel effort). Il s’agit d’une situation très défavorable pour le cordon âme-semelle, voir l’Eurocode 3 partie 1-8 au paragraphe 4.12 [1] ;
• l’interstice présent du côté non soudé doit faire l’objet d’un traitement particulier vis-à-vis de l’application d’un revêtement anticorrosion (non visé par la présente fiche). Cette solution parait inadaptée aux environnements les plus corrosifs.

Si toutefois cette disposition est mise en œuvre, les formules ci-dessus peuvent être adaptées en divisant par 2 la résistance  de la soudure vis-à-vis de l’effort de glissement.

Cas particuliers des cordons discontinus

L’Eurocode 3 partie 1-8 [1] et l’EN 1090-2 [2] envisagent également la possibilité de cordons d’angles discontinus. Cette solution présente des inconvénients comparables à ceux d’un cordon d’un seul côté (tolérances de fabrication, protection contre la corrosion, voire excentrement en cas de cordons discontinus alternés).

Si toutefois une telle disposition constructive est envisagée pour des soudures âme-semelle, il convient de majorer la sollicitation dans la soudure par le facteur , conformément au 4.9(7) de l’Eurocode 3 partie 1-8 [1].

          Distance libre entre les cordons

          Longueur effective de la soudure, conformément au 4.5.1 de l’Eurocode 3 partie 1-8 [1].

Par ailleurs, il convient de prendre en compte les exigences associées aux cordons discontinus données au 4.3.2.2 de l’Eurocode 3 partie 1-8 [1].

Référence

• [1]    NF EN 1993-1-8 : Eurocode 3 – Calcul des structures en acier – Partie 1-8 : calcul des assemblages. AFNOR, 2005.
• [2] NF EN 1090-2 : Exécution des structures en acier et des structures en aluminium – Partie 2 : Exigences techniques pour les structures en acier. AFNOR, 2018.

Télécharger le document

Anthony Rodier, chef du service formation, CTICM