Note d’expert importante : Il s’agit d’un texte éducatif d’archives, et non d’une spécification de conception actuelle, d’un calcul statique ou d’instructions de fabrication et d’assemblage. Le dimensionnement et l’exécution des structures en acier doivent suivre les réglementations et normes en vigueur, le projet d’un ingénieur agréé, la documentation du fabricant, le contrôle des matériaux et des joints soudés ou mécaniques, ainsi que les mesures de sécurité prescrites.
La conception et la construction de structures en acier ne font pas partie de l’offre publique actuelle de Savo Kusić. L’accent de production actuel se compose de fenêtres en bois, fenêtres en bois-aluminium et portes personnalisées.
Dans les constructions en acier, il y a des tiges, des poutres, des cuves, des supports de surface, etc. composés de profils valides. Les connexions doivent relier les profils individuels de manière à former des éléments structurels agissant comme une seule unité. Ceci n’est obtenu que si les connexions peuvent transférer en toute sécurité les contraintes qui se produisent entre les différentes pièces. Lorsqu’il n’y a qu’une pression dans la liaison entre les deux pièces, la contrainte est transférée par contact direct entre le moyen de liaison et l’élément. Aux liaisons fixes, il existe également des liaisons mobiles qui permettent certains mouvements (joints, bouchons centraux, extracteurs, roulements…).
Rivets
On ne dira que les bases des rivets, car aujourd’hui ils ne sont presque plus utilisés - ils ont été remplacés par des vis. Il s’agit de bouchons, semblables à des clous, que l’on place dans les ouvertures des pièces à assembler puis à riveter. Les rivets bruts (fig. 1) sont fabriqués à partir d’acier rond laminé. Dans le cas des constructions en acier, les rivets sont rivés dans une lueur rouge vif. Lors du rivetage, la tête de rivet brute existante est bien soutenue avec un outil approprié. La tête d’extrémité est façonnée à l’aide d’un marteau, principalement à entraînement pneumatique, seulement une fois le col du rivet complètement enfoncé. Pour la qualité du rivetage, il est très important que le col du rivet remplisse complètement les trous. Le diamètre du rivet est 1mm plus petit que le diamètre du trou, le col du rivet doit être compacté par pression ou poinçonnage avant que la tête d’extrémité ne prenne forme.
Fig. 1 - a) Rivet brut ; b) Rivet à tête semi-circulaire ; c) Rivet à tête fraisée ; d) Rivet à tête semi-circulaire pour chaudières
Contrainte et résistance des rivets individuels (statiques)
Cisaillements (fig. 2) constituent le domaine d’application le plus important des rivets dans les structures en acier. Selon le nombre de sections du col du rivet soumises à des contraintes de cisaillement, on distingue les assemblages en une seule pièce, en deux pièces et en plusieurs pièces (fig. 3). Avec la connexion montrée à la fig. 4 (connexion à double coupure), il existe un état de tension symétrique.
Fig. 2
Fig. 3 - Connexion monobloc et deux pièces
Les pressions entre la porte et le caisson des trous dépendent de l’épaisseur des rivets et des dimensions des pièces jointes ; leur répartition est donnée par la fig. 4a. Pour le calcul pratique, une répartition uniforme de la tension sur l’épaisseur de la tôle a été supposée (fig. 4b). La répartition des contraintes autour de la circonférence du col du rivet est donnée sur la fig. 4c. Pour le dimensionnement, il est calculé avec une répartition uniforme sur le diamètre selon la fig. 4d. La valeur moyenne de σlm est la tension aux bornes de l’enveloppe du trou.
Fig. 4 - Tensions par enveloppe de trou ; a) et c) réel ; b) et d) hypothèses habituelles de calcul
Calcul normal des rivets
La résistance au cisaillement dépend principalement du matériau du rivet. Lors de l’évaluation des résultats des tests, il convient de garder à l’esprit que le matériau des rivets est différent de celui avec lequel les tôles sont assemblées et que la résistance du matériau des rivets est augmentée par le rivetage.
La résistance à la compression par enveloppe de trou, en tant que valeur de charge la plus élevée, n’est pas aussi clairement exprimée que la résistance au cisaillement. Lorsque la distance e de l’extrémité de la tôle n’est pas trop grande, les rivets la déchirent ; La figure 5 montre des images de panne. La contrainte d’écrasement le long de l’enveloppe du trou, nécessaire au cisaillement des extrémités des tôles, peut être e < 2,5d prikazati obrascem σlB = σB e/d. Širina b je bez primetnog uticaja na jačinu gnječenja po omotaču rupe, σB je jačina na kidanje spojenih limova.
Fig. 5 - Types de fractures
Règles historiques des rivets
Espacement des rivets. L’espacement des rivets e (empattement) est limité vers le bas en raison de la facilité de rivetage, des pics de contraintes et de la réduction de la résistance des trous. L’espacement maximum des rivets est limité, les connecteurs ne doivent donc pas être ouverts en raison du risque de rouille, ni les tôles pliées sous pression. La plus grande distance dépend de l’épaisseur de la tôle t. Les espacements habituels des rivets pour les ponts ferroviaires et autres structures en acier diffèrent dans certaines limites. La distance depuis l’extrémité est e1, et elle est dans la direction de la force. La distance depuis l’extrémité e2 est perpendiculaire à la direction d’action de la force.
Position des rivets. Les rivets sont pour la plupart disposés selon des motifs de rivets réguliers et placés en lignes droites les uns derrière les autres. Pour des sections plus larges, davantage de rangées de rivets sont nécessaires (fig. 6), le tableau 1 devant être suivi. Pour les rivets structurels internes de tiges tendues larges, e peut être augmenté jusqu’au double des valeurs du tableau 1.
Sl. 6
Sl. 7 - Exemple de rivets pour acier profilé
Vis et chevilles
Les vis sont presque toujours utilisées dans les constructions où il est nécessaire de sécuriser la connexion. Les boulons fabriqués dans un matériau de haute qualité doivent transmettre les forces par friction, tandis que la résistance au cisaillement et les contraintes de compression sur la coque du bouchon n’y contribuent pas de manière significative. Dans les structures en acier, des vis à filetage métrique sont utilisées. Les règles de pose des vis correspondent à celles des rivets de même diamètre de trou d. Cependant, la plus petite distance ne doit pas être inférieure à e = 3,5d, de préférence 4d. Les autres distances, racines et mesures linéaires sont les mêmes que pour les rivets. Les boulons doivent être davantage décalés les uns par rapport aux autres que les rivets, en raison du plus grand besoin d’espace pour les écrous et la clé à boulons.
Pour les constructions en acier, les formes suivantes sont principalement considérées :
Boulons hexagonaux bruts : ont un écrou hexagonal et une rondelle. Diamètre de filetage d = 10 à 33 mm avec des diamètres de trou d1 = 11 à 34 mm. Ces vis sont usinées uniquement dans les filetages, prévoyez donc un écart de 0,5 à 2 mm entre le corps et le trou. Des précautions doivent être prises avec des forces plus élevées car les assemblages boulonnés présentent souvent des déformations considérables.
Fig. 8 - Vis
Screws : leurs dimensions correspondent à des vis hexagonales brutes, mais elles ont un corps usiné précisément cylindrique pour qu’elles remplissent bien le trou. Les vis ajustées remplacent les vis brutes lorsque des forces plus importantes doivent être transmises ou lorsque les mouvements dans les connexions doivent rester dans de petites limites.
Backing Plates : les vis sont appliquées avec des plaques de support. L’épaisseur de la plaque dépend de la taille de la vis utilisée.
Markings : les marquages, les tailles de trous et de vis sont indiqués dans le tableau suivant :
Fig. 9 - Marques de vis
Contrainte statique des vis individuelles
Connexions de cisaillement : l’état de contrainte dans les assemblages boulonnés est similaire à celui des assemblages rivetés. Lors du dimensionnement, il est calculé avec les valeurs moyennes de la contrainte de cisaillement τm et de la pression sur le tubage du trou σlm. On sait que la pression sur le boîtier du trou augmente fortement lorsque les filetages pénètrent dans le trou, ce qui doit donc être évité.
La résistance au frottement dans les connexions normales avec des vis est inférieure à celle des raccords rivetés, car lors du serrage des écrous, seules des forces de serrage relativement faibles peuvent être obtenues. Un serrage excessif endommagerait les fils. Il s’agit des vis de grande valeur qui rendent la résistance au frottement des connexions cruciale pour leur comportement.
La résistance au cisaillement des bouchons cylindriques montés est la même que celle des rivets. Un test de déchirure statique ne peut, dans des circonstances normales, déterminer aucune différence entre les bouchons installés et les rivets en termes de résistance à la compression par enveloppe de trou. Lors d’un chargement en fatigue, la résistance de frottement proportionnellement plus faible est à l’origine d’un comportement significativement différent des assemblages avec vis.
ont une résistance inférieure dans les connexions soumises à des charges de cisaillement jusqu’à 20% en raison de l’espace entre le trou et le corps de la vis. Pour cette raison, les contraintes admissibles pour les vis brutes sont inférieures à celles pour les vis montées. Pour le dimensionnement, il convient de prendre le diamètre réel du corps d.
Capuchons de joints
Les capuchons de joint fournissent une connexion résistante à la tension et à la pression, où les éléments connectés peuvent être tournés. Application au niveau des joints des supports Gerber, des courroies suspendues des ponts suspendus à chaînes, des connexions de tiges tendues sous forme de joints, etc. Grilles avec connexions en nœuds au joint, dites. Les ponts avec des bouchons ne sont presque plus construits. Les forces de friction importantes qui se produisent sur les bouchons empêchent le mouvement, tandis que la rotation mutuelle n’est obtenue qu’avec des moments plus importants.
Fig. 10 - Bouchons, a) bouchon à vis ; b) liège fendu ; c) bouchon d’un pont suspendu
L’état de contrainte dans la fiche ressemble principalement à celui des connexions rivetées. Les bouchons sont donc dimensionnés en fonction de la contrainte moyenne de cisaillement τm et de la contrainte moyenne de compression par enveloppe de trou σlm. Cependant, étant donné que les bouchons doivent pouvoir tourner facilement, le σlm est moins pris. Les contraintes de flexion dans les bouchons sont pour la plupart insignifiantes, mais elles peuvent atteindre des valeurs significatives lorsque les sections jointes sont très concentrées.
Les méthodes de calcul actuelles, les détails communs prescrits et la documentation de projet d’un expert agréé sont utilisés pour chaque objet réel. Ce texte est conservé comme ressource pédagogique historique.