CSA Group Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium / Commentaire sur la CSA S157-17, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium

Ce document constitue la cinquième édition de CSA S157, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium. Il remplace les éditions précédentes publiées en 2005, 1983, 1969 et 1962. Cette norme traite de l’utilisation de l’aluminium dans la construction des bâtiments, mais elle est rédigée de manière à pouvoir être utilisée pour tout type d’élément ou d’assemblage porteur en aluminium. L’expression des valeurs de résistance des éléments de charpente est basée sur le principe du calcul aux états limites. Les exigences de conformité à l’état limite ultime sont au coeur même de la norme. Ce document étant cité en référence dans le Code national du bâtiment du Canada, les coefficients de charge et de teneur en service prescrits dans le code y sont utilisés. Toutefois, comme l’expression des valeurs de calcul prédit la résistance nominale des éléments et des assemblages, cette norme est utile dans tout secteur du génie dans lequel des charges appliquées connues doivent être supportées. Les états limites d’utilisation dépendent du comportement désiré en présence des charges de service propres à chaque utilisation particulière, et ils ne sont pas prescrits dans cette norme. Pour les éléments utilisés dans la construction des bâtiments, le Commentaire A du Code national du bâtiment du Canada devrait être consulté. Le Commentaire sur CSA S157-17, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium (appelé le « Commentaire ») est intégré à la norme et, bien que ne constituant pas une partie obligatoire, il est essentiel à la mise en application des exigences de cette norme. Dans cette norme, les références au Commentaire sont identifiées par la lettre « C » placée avant chaque numéro d’article, de tableau ou de figure. Des changements importants ont été apportés à CSA S157 depuis l’édition précédente. Cette norme suit, dans la mesure du possible, l’ordre de présentation de CSA S16, pour faciliter la consultation de ces deux normes : a) Une liste de symboles plus complète est présentée à l’article 3. b) L’article 4 présente un nouvel ensemble d’exigences relatives aux documents sur les structures. c) Une liste de produits en aluminium corroyés sensiblement plus longue, conforme aux spécifications de l’ASTM est présentée au tableau 1. Des seuils de temps-température, prévus pour les états de dureté et les résistances T5 et T6 des alliages d’apport en aluminium, sont fournis dans un nouveau tableau. d) À l’article 8, les analyses d’élasticité des charpentes comprennent maintenant les effets de second ordre et les effets liés aux imperfections géométriques. Ils ont une importante influence sur la conception des éléments soumis à la flexion et aux forces axiales (article 14). e) Une annexe obligatoire traite maintenant de la conception des éléments composés comprimés. f) L’article 11 présente des équations de calcul généralisées pour les éléments qui sont soumis au flambage latéral en torsion. g) L’étendue de la zone thermiquement affectée des assemblages soudés est redéfinie à l’article 15. Cela est maintenant plus conforme aux exigences de l’Eurocode 9 et de l’article 17 de CSA S6. h) Une nouvelle série de recommandations pour la conception de vis est présentée à l’article 16.7. i) Les articles 18, 20, 21 et 22 portant respectivement sur la fabrication, le montage, les inspections et les essais sont nouveaux. Ils sont adaptés à partir de CSA S16. j) Les spécifications sur la résistance à la fatigue de l’aluminium présentées à l’article 23 ont été révisées en incorporant les définitions de catégorie détaillée et les définitions des courbes S-N de l’article 17 de CSA S6. Les définitions de catégorie détaillée sont semblables aux définitions relatives à l’acier de l’article 10 de CSA S6. Les définitions des courbes S-N sont conformes à celles de l’Aluminum Design Manual. k) L’article 24 présente un nouvel ensemble d’exigences pour la conception de poutres composites (dalle de béton sur poutres-maîtresses en aluminium). Il a été adapté pour l’aluminium à partir des exigences de CSA S16. Le Groupe CSA tient à souligner que l’élaboration de cette norme a été rendue possible, en partie, par le soutien financier de l’Association de l’aluminium du Canada, d’Alubec et du Centre québécois de recherche et de développement de l’aluminium.  ---------------------------------------------------------------------------- S157-F17 - Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium Domaine d’application 1.1 Applicabilité Cette norme traite du calcul à l’état limite, de la fabrication, du montage et des inspections des éléments et des ensembles en alliage d’aluminium : a) qui sont conformes aux codes du bâtiment comme le Code national du bâtiment du Canada (CNBC); ou b) dont aucune autre norme du Groupe CSA ne traite. Lorsque d’autres normes du Groupe CSA (p. ex., les normes de produits) renvoient à cette norme, les exigences de cette dernière s’appliquent selon les renseignements fournis dans ces autres normes du Groupe CSA. Note : L’annexe A énumère certaines applications auxquelles s’appliquent d’autres normes. 1.2 Autres normes Le recours à d’autres normes pour le calcul, la fabrication, le montage et/ou les inspections des éléments ou des parties de charpente en aluminium n’est ni justifié ni acceptable, sauf indication contraire dans la présente norme. Le remplacement d’autres normes ou critères de calcul, de fabrication, de montage et/ou d’inspection est strictement interdit, sauf indication contraire dans la présente norme. 1.3 Calcul rationnel Lorsque cette norme ne fournit pas d’exigences applicables à une situation particulière, un calcul rationnel doit être utilisé, fondé sur des théories, des essais et des analyses appropriées, ou encore sur l’expérience technique. Les formules de calcul énoncées dans cette norme peuvent être complétées par un tel calcul rationnel, à condition que les marges (ou les coefficients) de sécurité nominale soient au moins égales à celles prévues dans les exigences de cette norme. 1.4 Terminologie Dans cette norme, le terme « doit » indique une exigence, c’est-à-dire une prescription que l’utilisateur doit respecter pour assurer la conformité à la norme; « devrait » indique une recommandation ou ce qu’il est conseillé mais non obligatoire de faire; et « peut » indique une possibilité ou ce qu’il est permis de faire. Les notes qui accompagnent les articles ne comprennent pas de prescriptions ni de recommandations. Elles servent à séparer du texte les explications ou les renseignements qui ne font pas proprement partie de la norme. Les notes au bas des figures et des tableaux font partie de ceux-ci et peuvent être rédigées comme des prescriptions. Les annexes sont qualifiées de normatives (obligatoires) ou d’informatives (facultatives) pour en préciser l’application. 1.5 Unités de mesure Les valeurs contenues dans cette norme sont dimensionnellement uniformes et tout système cohérent d’unités peut être employé. Les dimensions précisées sont exprimées en unités SI, habituellement en newton (N) dans le cas de la force, en millimètre (mm) dans le cas de la longueur, et en mégapascal (MPa = N/mm2) dans le cas des contraintes.  ---------------------------------------------------------------------- S157.1-F17 - Commentaire sur CSA S157-17, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium  Introduction Deux normes antérieures sur le calcul des charpentes en aluminium, soit CSA S157-1969, Structural Use of Aluminum in Buildings, et CSA S190-1968, Design of Light Gauge Aluminum Products, étaient basées sur le calcul des contraintes admissibles en unités de mesure anglo-saxonnes. Ces deux normes ont été remplacées par une seule, en 1983, soit CAN3-S157-M83, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium, qui faisait appel au calcul aux états limites et dans laquelle étaient utilisées les unités SI, puis en 2005, par S157-05, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium. Depuis la publication de la dernière norme en 1983, beaucoup d’éléments nouveaux se sont ajoutés à la compréhension du calcul des charpentes en aluminium ainsi que de nouvelles connaissances tirées de l’expérience et des recherches suffisamment importantes pour justifier la révision de la norme dans l’intérêt de l’uniformité au chapitre de la sécurité, d’une économie améliorée et de la cohérence des principes de conception dans l’ensemble des modes opératoires présentés. Cette norme fournit des directives sur le calcul des éléments porteurs en aluminium. Les modes opératoires donnent l’état limite ultime, lequel se définit comme étant la force la plus élevée que le composant d’élément ou l’assemblage pourra soutenir avant l’effondrement ou la déformation désordonnée. Les traitements de calcul ont été sélectionnés dans le but de fournir des résistances nominales qui risquent fortement d’être dépassées. Le niveau de précision des méthodes et les matériaux utilisés en ingénierie des structures de même que la dispersion des résultats des essais sont tels qu’au plus deux chiffres significatifs sont en mesure d’être justifiés à l’égard des coefficients utilisés dans les formules de calcul. Domaine d’application Comme elle est citée en référence dans le Code national du bâtiment du Canada, CSA S157 énonce des exigences spécifiques aux bâtiments et les coefficients de charge et de tenue en service donnés doivent servir au calcul des composants d’éléments des bâtiments. Toutefois, étant donné que les méthodes de calcul déterminent les résistances ultimes des éléments et des assemblages, CSA S157 a une validité générale et serait donc tenu d’être appliquée à tous les types d’assemblages porteurs en aluminium pour lesquels il n’existe pas d’autres normes de calcul. Les domaines tels ceux de la conception desaéronefs et des appareils sous pression, ainsi que d’autres domaines bien établis disposent de leurs propres ensembles de règles. CSA S157 vise les services techniques généraux, lesquels incluent des applications comme les pylônes, les grues, les véhicules et le matériel roulant.