Axe d’articulation avec un trou oblong – Cas d’application pour la passerelle d’Amiens

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La passerelle des Hortillonnages à Amiens comporte un tablier avec une courbure très prononcée qui, en plus, s’appuie sur des chevêtres en porte-à-faux. De ce fait, nous nous retrouvons face à un soulèvement sur un grand nombre des appareils d’appuis en service (14 des 18 appuis). Afin de palier le soulèvement sans brider la structure tout en respecter le schéma de fonctionnement de l’ouvrage, les ingénieurs du CTICM ont conçu un système d’axe d’articulation avec un trou oblong pour remplacer l’appareil d’appui ordinaire. Dans cet article nous aborderons le détail de cette conception et nous verrons les points particuliers à considérer pour les justifications vis-à-vis de la résistance par rapport au cas d’un système d’axe d’articulation normal.

Cet article fait suite à une première publication sur Métalétech :

Axe d’articulation avec un trou oblong – Conception et fonctionnement

Passerelle des Hortillonnages à Amiens et la structure de support du tablier

Hypothèses de calcul

Rappel de dispositifs du système

Le système d’axe se compose d’une chape en double oreille normale (sans trou oblong) et une oreille centrale comportant un trou oblong.

Matériaux

Comme nous l’avons déjà évoqué dans l’article précédent, les pièces mobiles et celles du contact ne peuvant pas être protégées par la galvanisation ou la peinture anticorrosion à cause de frottement éventuel lors de son mouvement, toutes les pièces du système d’appui sont en acier inoxydable.

Acier inoxydable utilisé:

  • pour l’oreille centrale et la chape :      X2CrNiMo18-13-5 ou 1.4439

                                                                         Rp0,2 = 270MPa ; Rm = 580MPa

  • pour l’axe et le carré alésé :      X17CrNi16-2 ou 1.4057

                                                                         Rp0,2 = 810MPa ; Rm = 1000MPa

Traitement de surface

Les surfaces de l’oreille centrale et du carré alésé sont traitées par nickel chimique au PTFE (NiPtef + Nickel) pour minimiser le frottement.

Avec ce traitement, nous obtenons :

  • une dureté  renforcée de la surface à 350 HV0.1. Par sécurité, cette dureté n’est pas prise en compte dans le calcul car l’épaisseur de couche de NiPtel + Nickel chimique n’est que de 8μm;
  • un coefficient de frottement de 5% contact entre NiPtef vs NiPtef (pris en compte dans le calcul).

Dimensions des pièces du système

Dimensions en mm des pièces attachées tablier

Ces dimensions satisfont aux exigences géométriques préconisées par l’EN 1993-1-8 : 2005 Tableau 3.9 Type A.

La longueur de trou oblong est dimensionnée afin de garantir un jeu de dilation de ±65mm. Cette valeur est requise, selon nos calculs, pour les déplacements possibles de l’appui en service (ELS) durant la vie de l’ouvrage.

Points particuliers dans les justifications de résistance selon l’Eurocode

Le système doit être justifié pour résister à une l’effort axial de 41 tonnes à l’ELU et de 30 tonnes à l’ELS. Les efforts horizontaux dus aux frottements (5% de l’effort axial) sont également pris en compte pour les justifications de résistance du système.

Pression de contact

Il s’agit d’un critère le plus dimensionnant vis-à-vis de la résistance. L’EN 1993-1-8 (3.15) donne la formule pour évaluer cette pression dans le cas de trou ordinaire, c’est-à-dire le contact entre un cylindre (axe) et un contre-cylindre (trou).

Ce critère est indispensable afin d’éviter le matage localisé entre les deux parties au niveau du contact. Nous justifions ce critère pour le contact entre l’axe et les deux oreilles de chape.

En revanche, pour le cas de l’oreille centrale avec le trou oblong, nous devrons évaluer la pression de contact entre le cylindre (axe) et le plan (trou oblong) pour laquelle l’Eurocode ne fournit pas de formule pour la déterminer.

Nous avons utilisé le logiciel « Calcul des contraintes de contact » développé par le CTICM afin de traiter ce cas particulier. Les formules concernées sont également données dans l’aide de logiciel.

Extrait de l’aide du logiciel « Calcul des contraintes de contact » développé par le CTICM
Logiciel « Calcul des contraintes de contact » développé par le CTICM (copie d’écran)

En ajoutant le carré alésé, ce cas de contact est assimilé par à celui entre un cylindre de très grand diamètre (côté du carré) et le plan du trou d’oblong. Nous préconisons donc in fine le diamètre (ou rayon) de courbure minimal pour les côtés du carré afin de justifier la résistance de la pression de contact.

La résistance de contact reste identique à celle du cas ordinaire :

Présence du carré alésé

Initialement, le carré alésé (du même matériau que l’axe) est ajouté afin de considérablement minimiser la pression de contact entre l’axe et le trou d’oblong. En effet, grâce à lui, la section droite de l’axe est également renforcée par le carré à l’encombrement de l’oreille centrale où se trouve le moment fléchissant maximale. Nous pouvons donc en bénéficier dans la vérification de résistance de l’axe vis-à-vis de la flexion.

Autre point important à noter : la section critique pour l’interaction entre la flexion et le cisaillement (M-V) se trouve à l’interface de l’oreille de chape et de l’extrémité du carré. Cette section doit être donc justifiée avec la section droite de l’axe seule. Dans notre cas, ceci devient dimensionnant.

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Sokchamroeun Tim, directeur de projets, CTICM