ISO 20332:2016 : Vérification des structures en acier

Classification des états limites

L'ISO 20332:2016 distingue trois catégories d'états limites pour les structures en acier de grue : l'état limite ultime (ELU), correspondant à l'atteinte de la capacité portante maximale de la structure (flambement général, voilement local, plastification ou rupture du matériau, rupture par fatigue) ; l'état limite de service (ELS), caractérisé par des déformations ou des vibrations dépassant les valeurs admissibles en exploitation (déformation élastique excessive, vibration, bruit) ; et l'état limite de fatigue (FLS), relatif à l'endommagement de la structure sous l'effet de charges cycliques. Le présent article traite des méthodes de vérification relatives à l'ELU et à l'ELS ; la vérification à la fatigue est réalisée conformément à l'ISO 24035.

Combinaisons de charges pour la vérification à l'ELU — Les charges à considérer pour la vérification à l'ELU d'une grue comprennent : les charges permanentes G (poids propre de la structure, masse des équipements fixes), les charges variables Q (charge suspendue, charge de vent, charge de neige, charge de température) et les charges accidentelles A (séisme, collision, choc). Chaque charge est multipliée par son coefficient partiel de sécurité avant combinaison : combinaison fondamentale γG×G + γQ×Q, combinaison accidentelle G + A + ψ×Q. Le coefficient partiel γG (charges permanentes) est pris égal à 1,2 (cas défavorable) ou 1,0 (cas favorable) ; le coefficient γQ (charges variables) est pris égal à 1,5.

Justification de la résistance structurelle

Formule fondamentale de vérification de la résistance — Sous la combinaison de charges de calcul, la contrainte σd en chaque point de la structure doit satisfaire la condition σd ≤ f_d/γM, où f_d représente la résistance de calcul du matériau (déduite de la limite d'élasticité caractéristique divisée par le coefficient partiel de sécurité du matériau γM), et γM est le coefficient partiel applicable au matériau (1,0 à 1,1 pour l'acier, 1,15 à 1,25 pour les cordons de soudure). Pour les éléments comprimés, une vérification de stabilité est également requise : stabilité générale (flambement d'Euler) et stabilité locale (limites du rapport largeur-épaisseur des parois).

Vérification de la stabilité — Le coefficient de flambement φ des éléments comprimés est déterminé en fonction de l'élancement λ et de la classification des sections (classes a, b, c) ; la condition à vérifier est N/(φ×A) ≤ f_d/γM. Pour la stabilité générale des éléments fléchis : lorsque l'espacement des maintiens latéraux est suffisant, la vérification de la stabilité générale peut être omise ; dans le cas contraire, on vérifie selon φb×W×f_d/γM. Pour la stabilité locale des parois : le rapport largeur-épaisseur de la semelle b/t ≤ 15 (acier Q235) et le rapport hauteur-épaisseur de l'âme h0/tw ≤ 80 (≤ 180 avec raidisseurs transversaux). Kelude Industries Lourdes applique systématiquement la méthode des états limites dans la conception de ses structures en acier.

État limite de service (ELS)

Les exigences de déformation pour la vérification à l'ELS — flèche à mi-portée de la poutre principale (sous charge nominale) ≤ L/400 à L/500 (la valeur la plus sévère s'applique pour les classes de fonctionnement élevées), flèche à l'extrémité en porte-à-faux ≤ L/300. La flèche relative au niveau des rails du pont et du chariot ≤ 5 mm. Le déplacement horizontal maximal de la structure — ≤ H/800 dans le sens de translation du pont (H étant la hauteur au-dessus du rail) et ≤ H/500 dans le sens de translation du chariot. La vérification des déformations est effectuée avec des combinaisons de charges standard (sans coefficients partiels) — G + Q (charge suspendue à la capacité nominale, charge de vent correspondant à la pression de vent en condition de travail).

Exigences de rigidité dynamique — la fréquence propre principale de vibration de la structure lors du démarrage et du freinage sous charge nominale ≥ 2 Hz (pour éviter l'inconfort de l'opérateur et la résonance), et le temps d'atténuation de la structure après un déchargement soudain en pleine charge ≤ 5 s. Pour les grues nécessitant un positionnement de précision (comme les ponts de coulée), les exigences de rigidité verticale sont plus sévères (limite de flèche de L/800 à L/1000). La conception de la structure en acier des grues Kelude répond strictement aux exigences de déformation et de rigidité dynamique de l'ELS.

Rapport de vérification

Le rapport de vérification de la résistance structurelle doit inclure — les bases de calcul (normes et versions utilisées), les paramètres techniques de la grue (capacité de levage, portée, classe de fonctionnement, etc.), les charges et combinaisons de charges (détermination des valeurs de charges et coefficients de combinaison pour chaque condition de service), les résultats de l'analyse par éléments finis ou des calculs analytiques (cartes de contraintes, diagrammes de déformation et analyse de stabilité), les conclusions de vérification pour chaque état limite (conformité à l'ULS et à l'ELS) et les recommandations. Le rapport de vérification est signé par un ingénieur en structure certifié.

Questions fréquentes