Résumé : Une structure métallique est une structure composée de matériaux en acier et constitue l’un des principaux types de structures de bâtiments. Elle présente des caractéristiques de haute résistance, de légèreté, de bonne rigidité globale et de grande capacité de déformation, ce qui permet de construire des bâtiments de grande portée, de très grande hauteur et de très grande masse. Les exigences relatives aux matériaux pour une structure métallique comprennent l’indice de résistance basé sur la limite d’élasticité de l’acier. Lorsque la plasticité de l’acier dépasse ce seuil, il présente la propriété de subir une déformation plastique importante sans rupture.
Quelles sont les caractéristiques d'une structure en acier ?
1. Haute résistance et légèreté. L'acier possède une résistance et un module d'élasticité élevés. Comparé au béton et au bois, son rapport densité/limite d'élasticité est relativement faible. Par conséquent, à contraintes égales, une structure en acier présente une section réduite, un poids léger, une facilité de transport et d'installation, et convient aux ouvrages de grande portée, de grande hauteur et supportant des charges importantes.
Exigences en matière de matériaux pour la structure en acier
1. Résistance. L'indice de résistance de l'acier est composé de la limite élastique σe, de la limite d'élasticité σy et de la limite de traction σu. La conception repose sur la limite d'élasticité de l'acier. Une limite d'élasticité élevée permet de réduire le poids de la structure, d'économiser de l'acier et de diminuer les coûts de construction. La limite de traction σu correspond à la contrainte maximale que l'acier peut supporter avant rupture. Au-delà de ce seuil, la structure devient inutilisable en raison d'une importante déformation plastique. Toutefois, elle se déforme considérablement sans s'effondrer et doit pouvoir résister aux séismes de magnitude rare.
poutre en H à structure métallique
2. Plasticité
La plasticité de l'acier désigne généralement sa propriété de subir une déformation plastique significative sans rupture, une fois la contrainte supérieure à sa limite d'élasticité. Les principaux indicateurs de cette capacité de déformation plastique sont l'allongement ε et le retrait ψ.
3. Performances de pliage à froid
La résistance au pliage à froid de l'acier mesure sa résistance à la fissuration lorsqu'une déformation plastique est induite par pliage à température ambiante. Elle est évaluée par des essais de pliage à froid afin de tester le comportement de l'acier face à une déformation par pliage donnée.
4. Résistance aux chocs
La résilience de l'acier désigne sa capacité à absorber l'énergie cinétique mécanique lors de la rupture sous l'effet d'un choc. C'est une propriété mécanique qui mesure sa résistance aux chocs, susceptibles d'entraîner une rupture fragile en raison des basses températures et de la concentration des contraintes. Généralement, l'indice de résilience de l'acier est obtenu par des essais de choc sur des éprouvettes normalisées.
5. Performance de soudage. La performance de soudage de l'acier désigne la qualité de l'assemblage soudé dans des conditions de soudage données. Elle se divise en deux catégories : la performance en cours de soudage et la performance en utilisation. La performance en cours de soudage fait référence à la sensibilité de la soudure et du métal adjacent à la soudure, afin d'éviter l'apparition de fissures thermiques ou de retrait. Une bonne performance de soudage signifie que, dans des conditions de soudage données, ni le métal d'apport ni le métal de base ne présentent de fissures. La performance en utilisation fait référence à la résilience de la soudure et à la ductilité de la zone affectée thermiquement. Les propriétés mécaniques de l'acier dans la soudure et la zone affectée thermiquement ne doivent pas être inférieures à celles du métal de base. Mon pays utilise une méthode d'essai de performance de soudage basée sur le procédé et une autre sur les propriétés d'utilisation.
6. Durabilité
De nombreux facteurs influent sur la durabilité de l'acier. Premièrement, sa faible résistance à la corrosion exige des mesures de protection contre la corrosion et la rouille. Ces mesures comprennent : l'entretien régulier de la peinture de l'acier, l'utilisation d'acier galvanisé et des protections spécifiques en présence de milieux fortement corrosifs tels que les acides, les bases et les sels. Par exemple, les plateformes offshore utilisent une protection anodique pour prévenir la corrosion de leur enveloppe. Des lingots de zinc sont fixés sur cette enveloppe et l'électrolyte de l'eau de mer les corrode automatiquement, assurant ainsi la protection de l'acier. Deuxièmement, la résistance à la rupture de l'acier étant bien inférieure à sa résistance à court terme sous haute température et charge prolongée, il est nécessaire de mesurer sa résistance à long terme sous haute température. L'acier durcit et devient cassant avec le temps, un phénomène appelé vieillissement. Il convient donc de tester sa résilience sous charge à basse température.
Date de publication : 27 mars 2025
