Choisir entre une plaque d’extrémité boulonnée vs assemblage soudé affecte bien plus que l’apparence d’un joint en acier. Cette décision peut influencer la rigidité structurelle, le temps de fabrication, la vitesse de montage, les exigences d’inspection, les coûts de main-d’œuvre, la sensibilité aux conditions météorologiques et la possibilité de modifier la structure à l’avenir.
Un assemblage par plaque d’extrémité boulonnée combine généralement le soudage en atelier et le boulonnage sur chantier. La plaque d’extrémité est soudée à la poutre dans des conditions contrôlées en usine, puis la poutre terminée est raccordée au poteau porteur ou à un autre élément structurel au moyen de boulons à haute résistance. Un assemblage soudé peut transférer directement les efforts à travers le métal de soudure, soit dans l’atelier de fabrication, soit sur le chantier.
Aucun des deux systèmes n’est automatiquement meilleur pour tous les projets. La solution la plus appropriée dépend des efforts à transférer, de la rigidité requise pour l’assemblage, des capacités de l’atelier, de l’accès au chantier, du calendrier de montage, du niveau d’inspection, de l’exposition environnementale et du coût total installé.
Que Sont les Assemblages par Plaque d’Extrémité Boulonnée et les Assemblages Soudés ?
Assemblage par Plaque d’Extrémité Boulonnée
Un assemblage par plaque d’extrémité boulonnée utilise une plaque en acier soudée à l’extrémité d’une poutre, d’un arbalétrier ou d’un autre élément structurel. La plaque est ensuite boulonnée à l’aile d’un poteau, à une autre poutre ou à une ossature porteuse.
Ses principaux composants comprennent généralement :
- Une plaque d’extrémité en acier
- Des boulons à haute résistance, des écrous et des rondelles
- Des soudures entre la plaque d’extrémité et les ailes ou l’âme de la poutre
- L’aile du poteau porteur ou l’élément de raccordement
- Des raidisseurs lorsqu’une résistance ou une rigidité supplémentaire est nécessaire
Le soudage est normalement réalisé dans l’atelier de fabrication, où le positionnement, la température, l’accès et le contrôle qualité sont plus faciles à maîtriser. Sur le chantier, l’assemblage est réalisé en alignant les trous de boulons, en installant les boulons et en les serrant selon la condition spécifiée.
Assemblage Soudé
Un assemblage soudé relie des composants en acier en faisant fondre et fusionner le matériau de base avec le métal de soudure. La soudure crée un chemin de charge continu ou partiellement continu entre les éléments raccordés.
Les types courants de soudures comprennent :
- Les soudures d’angle
- Les soudures sur chanfrein à pénétration complète
- Les soudures sur chanfrein à pénétration partielle
- Les soudures en bouchon, en entaille et autres soudures spécialisées
Le soudage peut être effectué dans un atelier ou sur le chantier. Le soudage en atelier offre généralement un meilleur accès, des conditions de travail stables, un positionnement contrôlé et une inspection plus uniforme. Le soudage sur chantier peut être nécessaire pour certains assemblages de grande taille ou certains détails structurels continus, mais il est plus sensible aux conditions météorologiques, à l’accès au chantier, à la position de travail et à la qualification du soudeur.
Plaque d’Extrémité Boulonnée vs Assemblage Soudé : Principales Différences
| Facteur de Comparaison | Assemblage par Plaque d’Extrémité Boulonnée | Assemblage Soudé |
|---|---|---|
| Méthode d’assemblage | Plaque soudée en atelier avec des boulons installés sur chantier | Éléments en acier reliés directement par le métal de soudure |
| Fabrication en atelier | Nécessite la découpe, le perçage, l’ajustage et le soudage de la plaque | Nécessite la préparation des bords, l’ajustage, le soudage et le contrôle des déformations |
| Installation sur chantier | Généralement rapide une fois les trous alignés | Peut nécessiter un maintien, un alignement, plusieurs passes de soudage et un temps de refroidissement |
| Main-d’œuvre qualifiée sur chantier | Équipe de boulonnage qualifiée et inspection | Soudeurs qualifiés et inspection souvent plus approfondie |
| Sensibilité aux conditions météorologiques | Relativement faible, bien que les surfaces doivent rester adaptées au boulonnage | Plus élevée, notamment pour le soudage sur chantier par vent, pluie ou basses températures |
| Tolérance dimensionnelle | Dépend de l’alignement précis des trous et des tolérances de montage | Dépend de l’ajustage, de la préparation du joint, de l’alignement et de la séquence de soudage |
| Inspection | Classe des boulons, installation, précontrainte et état des surfaces | Dimensions, profil, pénétration, fusion et défauts internes de la soudure |
| Possibilité de démontage | Possible dans certaines applications | Nécessite généralement une découpe et peut endommager les composants |
| Apparence | Les boulons et les plaques restent visibles | Peut offrir un joint plus propre et plus compact |
| Utilisation typique | Bâtiments préfabriqués, portiques résistants aux moments et structures industrielles | Éléments reconstitués, fermes, poutres à âme pleine et assemblages complexes |
Comportement Structurel et Transfert des Charges
Comment les Assemblages par Plaque d’Extrémité Boulonnée Transfèrent les Charges
Dans un joint poutre-poteau avec plaque d’extrémité, les efforts sont transférés des ailes et de l’âme de la poutre vers la plaque d’extrémité. Celle-ci transmet ensuite ces efforts par l’intermédiaire des boulons vers l’aile du poteau ou l’élément porteur.
Selon le type d’assemblage, les boulons peuvent résister à :
- La traction causée par le moment fléchissant
- Le cisaillement provenant de charges verticales ou horizontales
- La pression diamétrale contre les trous de boulons
- Le glissement au niveau de la surface de contact
- Une combinaison de traction et de cisaillement
La plaque d’extrémité elle-même peut fléchir entre l’aile de la poutre et les rangées de boulons. Cette déformation peut provoquer un effet de levier qui augmente l’effort de traction dans les boulons. L’épaisseur de la plaque d’extrémité, l’espacement et le diamètre des boulons, la distance au bord, la dimension des soudures et la rigidité de l’aile du poteau doivent donc être considérés ensemble.
Une plaque mince peut sembler économique, mais elle peut augmenter la déformation de la plaque et la sollicitation des boulons. Une plaque plus épaisse peut réduire les efforts de levier, mais augmenter le coût des matériaux et les exigences de soudage.
Comment les Assemblages Soudés Transfèrent les Charges
Un assemblage soudé transfère les efforts à travers la gorge de la soudure vers l’acier porteur. Sa capacité dépend du type de soudure, de sa longueur efficace, de sa pénétration, de son orientation, de la résistance du métal de base et de la direction du chargement.
Les soudures d’angle sont largement utilisées pour les assemblages au cisaillement, les raidisseurs, les consoles, les éléments secondaires et les composants reconstitués. Les soudures sur chanfrein peuvent être utilisées lorsqu’un transfert plus direct de l’effort axial ou du moment fléchissant est nécessaire.
Le chemin de charge doit rester aussi direct que possible. Une excentricité inutile peut créer une flexion ou une torsion supplémentaire. Un mauvais ajustage, une fusion incomplète, des fissures, des morsures, de la porosité ou une pénétration insuffisante peuvent réduire la capacité réelle du joint.
Comportement Rigide, Semi-Rigide et Articulé
Un assemblage n’est pas automatiquement rigide parce qu’il est soudé, ni automatiquement articulé parce qu’il est boulonné. Son comportement dépend de la géométrie, de la rigidité, de la résistance et de la déformation de chaque composant du joint.
Les configurations par plaque d’extrémité boulonnée peuvent comprendre :
- Des assemblages simples au cisaillement par plaque d’extrémité
- Des assemblages de moment avec plaque d’extrémité affleurante
- Des assemblages de moment avec plaque d’extrémité débordante
- Des assemblages par plaque d’extrémité raidie
Les joints soudés peuvent également être conçus pour transférer le cisaillement, l’effort axial, le moment ou une combinaison de ces actions. Le modèle d’analyse structurelle doit correspondre à la réponse attendue de l’assemblage.
Types d’Assemblages par Plaque d’Extrémité Boulonnée
Assemblage par Plaque d’Extrémité Affleurante
Une plaque d’extrémité affleurante reste à l’intérieur de la hauteur totale de la poutre. Elle peut offrir un joint compact et est couramment utilisée pour les assemblages au cisaillement ou pour un transfert modéré de moment.
Sa capacité peut être limitée par l’espace disponible pour les rangées de boulons, la flexion de la plaque d’extrémité, les efforts dans les ailes de la poutre ou la déformation de l’aile du poteau.
Assemblage par Plaque d’Extrémité Débordante
Une plaque d’extrémité débordante se prolonge au-delà de l’une ou des deux ailes de la poutre. La surface supplémentaire de la plaque offre de l’espace pour davantage de rangées de boulons et un bras de levier plus important entre les zones de traction et de compression.
Cette configuration est souvent utilisée pour les joints poutre-poteau résistants aux moments dans les bâtiments industriels et les bâtiments en acier à plusieurs étages.
Assemblage par Plaque d’Extrémité Raidie
Des raidisseurs peuvent être ajoutés à la poutre, à la plaque d’extrémité, à l’aile du poteau ou à l’âme du poteau lorsque la déformation locale ou la concentration des efforts contrôlerait autrement la conception.
Une conception de plaque d’extrémité boulonnée appropriée doit coordonner l’épaisseur de la plaque, la disposition des boulons, les dimensions des soudures, les raidisseurs et la capacité du poteau porteur.
Types d’Assemblages Soudés
Assemblage par Soudure d’Angle
Les soudures d’angle sont économiques et faciles à appliquer lorsque deux surfaces en acier se rencontrent selon un angle. Elles sont couramment utilisées pour les assemblages secondaires, les raidisseurs, les sections reconstituées et les assemblages d’âme.
Leur capacité dépend de la gorge efficace, de la longueur de la soudure, de la direction du chargement et de la qualité d’exécution.
Assemblage Soudé à Pénétration Complète
Une soudure à pénétration complète est destinée à transférer les efforts sur toute l’épaisseur de l’élément raccordé. Elle peut être choisie pour les joints de moment critiques, les assemblages soumis à des efforts axiaux élevés ou les détails exigeant une grande continuité.
Ce type de soudure nécessite généralement une préparation des bords, des conditions de racine contrôlées, plusieurs passes de soudage, des procédures qualifiées et une inspection plus approfondie.
Assemblage Soudé à Pénétration Partielle
Une soudure à pénétration partielle ne traverse pas toute l’épaisseur du matériau raccordé. Elle peut réduire le temps de soudage et l’apport thermique lorsqu’une pénétration complète n’est pas nécessaire.
Sa résistance doit être calculée en utilisant la pénétration efficace plutôt que l’épaisseur totale de la plaque.
Assemblages Soudés en Atelier vs Soudés sur Chantier
Le soudage en atelier est généralement préférable, car le fabricant peut contrôler l’accès, le positionnement, les consommables, la température et l’inspection. Les éléments peuvent souvent être tournés afin que le soudage soit effectué dans une position favorable.
Le soudage sur chantier peut être approprié lorsque les limites de transport empêchent un assemblage complet en usine ou lorsqu’une continuité structurelle est requise sur le chantier. Cependant, il peut augmenter le temps d’immobilisation de la grue, les besoins en supports temporaires, les contrôles de sécurité et les coûts d’inspection.
Exigences de Fabrication
L’étape de fabrication influence fortement la possibilité d’installer rapidement un assemblage en acier et de garantir son fonctionnement conformément à la conception. Une découpe, un perçage, un soudage, un ajustage et un contrôle dimensionnel précis sont essentiels, car de petites erreurs d’atelier peuvent devenir de graves problèmes de montage lorsque les éléments arrivent sur le chantier.
Bien que les assemblages par plaque d’extrémité boulonnée et les assemblages soudés utilisent des méthodes finales de raccordement différentes, ils exigent tous deux des procédures de fabrication contrôlées. Avant le début de la production, le fabricant doit coordonner les plans structurels approuvés, les détails des assemblages, les nuances de matériaux, les procédures de soudage, les spécifications des boulons, les tolérances dimensionnelles, les exigences de revêtement et la séquence de montage.
Fabrication des Assemblages par Plaque d’Extrémité Boulonnée
La fabrication d’un assemblage par plaque d’extrémité boulonnée commence généralement par la préparation de la plaque d’extrémité et de l’extrémité de la poutre. La plaque doit être découpée selon la largeur, la hauteur et l’épaisseur approuvées, tandis que la poutre doit être préparée afin que la plaque puisse être positionnée perpendiculairement contre son extrémité.
Le processus de fabrication comprend généralement :
- La vérification de la nuance d’acier et de l’épaisseur de la plaque d’extrémité
- La découpe de la plaque d’extrémité selon les dimensions approuvées
- Le perçage ou le poinçonnage des trous de boulons
- Le contrôle du diamètre, de l’espacement, de l’entraxe transversal et de la distance au bord des trous
- La préparation des ailes et de l’âme de la poutre
- Le positionnement de la plaque d’extrémité contre l’extrémité de la poutre
- Le pointage de la plaque avant les contrôles dimensionnels finaux
- Le soudage de la plaque aux ailes et à l’âme de la poutre
- Le contrôle de l’équerrage et de l’alignement de la plaque
- L’inspection des dimensions, de la continuité et de l’état de surface des soudures
- La réalisation d’un montage d’essai lorsque cela est nécessaire
- L’application de la préparation de surface et du revêtement protecteur spécifiés
La précision des trous de boulons constitue l’une des exigences de fabrication les plus importantes. Les trous de la plaque d’extrémité doivent s’aligner avec les trous correspondants de l’aile du poteau, de la poutre porteuse ou de la plaque de raccordement. Une petite erreur dans un seul joint peut être gérable, mais des erreurs dimensionnelles répétées sur plusieurs portiques peuvent provoquer des retards importants lors du montage.
Les schémas de perçage doivent donc être vérifiés à l’aide de gabarits approuvés, d’équipements de mesure numériques, de systèmes de perçage CNC ou de montages d’essai. Le fabricant doit vérifier la distance entre les rangées de boulons, l’entraxe horizontal, la distance au bord et la relation entre le groupe de boulons et l’axe central de la poutre.
La plaque d’extrémité doit également rester perpendiculaire à la poutre. Si la plaque est inclinée, vrillée ou décalée, la poutre risque de ne pas s’appuyer correctement contre l’élément porteur. Cela peut créer des espaces entre les surfaces raccordées, une répartition inégale des charges dans les boulons, une flexion locale de la plaque ou des difficultés à installer l’ensemble du groupe de boulons.
Le pointage doit être réalisé avec précaution, car des points excessifs ou mal positionnés peuvent désaligner la plaque. Avant le début du soudage final, le fabricant doit confirmer :
- La longueur totale de la poutre
- La position de la plaque d’extrémité
- L’orientation du schéma de boulonnage
- La distance entre la plaque et les raidisseurs voisins
- L’accès nécessaire au soudage autour des ailes et de l’âme de la poutre
La séquence de soudage est également importante. Souder continuellement un côté de la plaque avant de souder le côté opposé peut provoquer une déformation angulaire. Un soudage équilibré sur les côtés opposés peut aider à contrôler le mouvement et à maintenir la plaque perpendiculaire à la poutre.
Lorsqu’un assemblage par plaque d’extrémité débordante ou raidie est utilisé, les composants supplémentaires peuvent comprendre des raidisseurs de poutre, des plaques de continuité, des jarrets ou des plaques de renfort. Ces éléments doivent être positionnés avec précision, car ils affectent la rigidité de l’assemblage, le chemin des efforts et l’espace disponible pour le montage.
Un montage d’essai peut être nécessaire pour les assemblages de grande taille, fortement chargés ou répétitifs. L’ajustage d’essai permet au fabricant de confirmer que les trous de boulons s’alignent, que les plaques portent correctement et que les éléments peuvent être assemblés sans forçage, découpe au chalumeau ou agrandissement incontrôlé des trous sur le chantier.
Le traitement de surface doit également être coordonné avec la conception de l’assemblage. Si le joint est spécifié comme résistant au glissement, les surfaces de contact peuvent nécessiter un état de surface particulier ou un revêtement approuvé. La peinture, l’huile, la rouille ou la contamination de ces surfaces peuvent réduire la résistance au glissement requise.
Le revêtement protecteur ne doit pas obstruer les trous de boulons ni créer une accumulation excessive autour des bords de la plaque. Les zones difficiles d’accès après l’assemblage doivent être nettoyées et revêtues avant que l’assemblage soit terminé.
Fabrication des Assemblages Soudés
Les assemblages soudés nécessitent un ajustage précis, une préparation appropriée du joint, des procédures de soudage qualifiées et un contrôle rigoureux de l’apport thermique. La qualité du joint terminé dépend non seulement de la dimension visible de la soudure, mais également de la pénétration, de la fusion, de l’état de la racine, de la séquence de soudage et des propriétés du métal de base environnant.
Les joints soudés peuvent nécessiter :
- La vérification de la nuance d’acier et de l’épaisseur du matériau
- Le chanfreinage des bords ou la préparation de la rainure
- Le nettoyage de la zone de soudage
- L’ajustage et l’alignement des éléments raccordés
- Le contrôle des ouvertures de racine et des angles de chanfrein
- L’installation de supports envers lorsque cela est nécessaire
- Le pointage
- Une séquence de soudage contrôlée
- Le préchauffage ou le contrôle de la température entre passes
- Le nettoyage entre les passes de soudage
- La surveillance et la correction des déformations
- Une inspection visuelle ou par essais non destructifs
- La réparation des défauts de soudage inacceptables
La préparation du joint doit respecter le détail de soudage approuvé. L’angle du chanfrein, l’ouverture de racine, le méplat de racine, le matériau de support et l’alignement influencent directement la capacité du soudeur à obtenir la pénétration et la fusion requises.
Avant le début du soudage, les surfaces doivent être débarrassées de l’humidité, de l’huile, de la peinture, de la rouille épaisse, de la calamine et des autres contaminants susceptibles de provoquer de la porosité, des fissures ou une fusion incomplète. L’ajustage doit également être contrôlé afin de confirmer que les ouvertures et les défauts d’alignement restent dans les tolérances autorisées.
Les ouvertures importantes ne doivent pas être automatiquement remplies par le dépôt d’une quantité excessive de métal de soudure. Cela peut augmenter l’apport thermique, le retrait, la déformation, les contraintes résiduelles et le temps de soudage. Si le joint ne s’ajuste pas correctement, le fabricant doit suivre une procédure approuvée de réparation ou d’ajustement plutôt que d’improviser dans l’atelier de production.
Les points de soudure doivent être suffisamment résistants pour maintenir les composants en position pendant le soudage final. Ils doivent être placés de manière à ne pas gêner la soudure terminée ni créer de défauts. Lorsque les points de soudure font partie du joint final, ils doivent respecter les mêmes exigences de qualité que la soudure permanente.
La séquence de soudage doit être planifiée afin de répartir la chaleur aussi uniformément que possible. Des soudures longues et continues appliquées sur un seul côté d’un élément peuvent provoquer une courbure, une torsion ou une déformation angulaire. Le fabricant peut utiliser un soudage équilibré, des séquences en pas de pèlerin, un soudage intermittent, des dispositifs de maintien temporaires ou un préréglage afin de contrôler les mouvements.
Un préchauffage peut être nécessaire pour les aciers épais, les matériaux à haute résistance, les joints fortement bridés, les basses températures ambiantes ou les situations présentant un risque accru de fissuration par l’hydrogène. La température de préchauffage requise doit être maintenue sur la zone spécifiée avant le début du soudage. Pour les soudures multipasses, la température entre passes doit également être contrôlée. Des températures trop basses peuvent accroître le risque de fissuration, tandis qu’une chaleur excessive peut modifier les propriétés du matériau, agrandir la zone affectée thermiquement et augmenter les déformations.
Chaque passe de soudage doit être nettoyée avant l’application de la passe suivante. Le laitier, les projections et les défauts de surface doivent être éliminés afin que le métal de soudure suivant puisse fusionner correctement avec la couche précédente.
Après le soudage, le joint terminé doit être inspecté afin de détecter :
- La dimension correcte et la longueur efficace de la soudure
- Un profil de soudure acceptable
- Les fissures
- Les morsures
- La porosité
- Le chevauchement
- La fusion incomplète
- La pénétration incomplète
- Les amorçages d’arc en dehors de la zone de soudage
- Les déformations ou défauts d’alignement excessifs
Les assemblages soudés critiques peuvent nécessiter des essais non destructifs. Le contrôle par ultrasons peut être utilisé pour les soudures à pénétration complète, tandis que le contrôle par magnétoscopie ou par ressuage peut être utilisé pour identifier les défauts débouchant en surface.
Si un défaut inacceptable est détecté, la procédure de réparation doit préciser comment le métal de soudure défectueux sera retiré, comment la zone sera nettoyée et préparée, et comment la soudure réparée sera inspectée. Les réparations répétées par soudage doivent être contrôlées, car les cycles thermiques supplémentaires peuvent augmenter les déformations et affecter l’acier environnant.
Un apport thermique excessif peut déformer l’élément ou générer des contraintes résiduelles importantes. Des séquences de soudage équilibrées, des dispositifs de maintien temporaires, des procédures contrôlées, des vérifications dimensionnelles et des soudeurs qualifiés contribuent à limiter ces effets et à améliorer la régularité de l’assemblage terminé.
Tolérances Dimensionnelles
Les systèmes boulonnés permettent un ajustement limité grâce aux tolérances de trous approuvées, aux jeux de montage et aux calages lorsqu’ils sont autorisés. Cependant, les trous désalignés ne doivent pas être forcés en position par une découpe ou un agrandissement non contrôlé.
Les assemblages soudés nécessitent un ajustage précis avant le début du soudage. Des ouvertures importantes ou un mauvais alignement peuvent modifier la géométrie de la soudure, augmenter le volume de métal déposé et réduire la qualité du joint.
Installation sur Chantier et Vitesse de Construction
Installation des Plaques d’Extrémité Boulonnées
Sur le chantier, la poutre est levée en position, les trous sont alignés, des boulons temporaires peuvent être installés, puis l’ensemble du groupe de boulons est serré conformément à la procédure spécifiée.
Ce processus convient bien aux portiques répétitifs et aux constructions préfabriquées en acier. Il réduit également la quantité de travaux à chaud, d’équipements de soudage, de consommables et d’inspections de soudures nécessaires en hauteur.
Installation des Assemblages Soudés
Un joint soudé sur chantier doit rester soutenu et aligné jusqu’à ce que la soudure requise soit terminée et ait développé une résistance suffisante. L’opération peut comprendre le nettoyage des bords, le préchauffage, plusieurs passes, l’élimination du laitier, le refroidissement et l’inspection.
Un accès limité, les positions de soudage au plafond, la pluie, le vent et les basses températures peuvent réduire la productivité et compliquer le contrôle qualité.
Stabilité Temporaire Pendant le Montage
Il ne faut pas supposer que les joints boulonnés ou soudés assurent immédiatement la stabilité complète du bâtiment après leur mise en place initiale.
Les assemblages boulonnés peuvent contribuer à stabiliser rapidement les éléments, mais un contreventement temporaire reste nécessaire jusqu’à l’installation des portiques permanents, du contreventement de toiture, du contreventement des murs et des éléments secondaires. Les assemblages soudés peuvent nécessiter des supports temporaires pendant une période plus longue, le temps que le soudage et l’inspection soient terminés.
Contrôle Qualité et Inspection
Inspection des Assemblages Boulonnés
L’inspection peut comprendre :
- La classe et le diamètre des boulons
- La longueur des boulons et la position du filetage
- L’installation des rondelles
- L’état et l’alignement des trous
- Le serrage au contact ou la mise en précontrainte
- La méthode de serrage approuvée
- L’état des surfaces de contact
- La préparation des surfaces résistantes au glissement lorsque cela est nécessaire
Un espace suffisant doit être prévu autour de chaque boulon pour le passage des clés. Un joint structurellement adéquat peut néanmoins être difficile à installer si la tête du boulon ou l’écrou reste inaccessible.
Inspection des Soudures
L’inspection des soudures peut évaluer :
- La dimension et la longueur efficace de la soudure
- Le profil et l’état de surface
- Les fissures
- La porosité
- Les morsures
- La fusion incomplète
- La pénétration incomplète
- Les amorçages d’arc et autres dommages de surface
Les joints critiques peuvent nécessiter un contrôle par ultrasons, magnétoscopie, ressuage ou radiographie, selon le type de soudure et les exigences du projet.
Comparaison des Coûts
Une comparaison réaliste entre une plaque d’extrémité boulonnée vs assemblage soudé doit prendre en compte le coût total installé plutôt que seulement la quantité d’acier ou le nombre de boulons.
Les assemblages par plaque d’extrémité boulonnée nécessitent des plaques, des boulons à haute résistance, du perçage, du soudage en atelier et un contrôle dimensionnel. Ils peuvent cependant raccourcir l’installation sur chantier et réduire la main-d’œuvre liée au soudage sur site.
Les assemblages soudés peuvent éliminer les plaques d’extrémité et les boulons, mais ils peuvent nécessiter davantage de préparation des bords, de consommables de soudage, de main-d’œuvre qualifiée, de supports temporaires, d’inspections et de contrôle des déformations.
Le coût final dépend de :
- La quantité de joints répétitifs
- Les coûts locaux de main-d’œuvre
- L’automatisation de l’atelier
- L’accessibilité du chantier
- Le temps d’immobilisation de la grue
- Les conditions météorologiques
- Le niveau d’inspection requis
- La complexité de l’assemblage
- Le calendrier de construction
Un assemblage dont le coût des matériaux est plus élevé peut malgré tout réduire le coût total du projet s’il peut être fabriqué de manière répétitive et installé rapidement.
Performance dans Différentes Conditions de Projet
Forte Demande Sismique
La performance sismique dépend de la résistance, de la rigidité, de la capacité de déformation et de la ductilité de l’assemblage, ainsi que du comportement de la zone de panneau, de la réponse des boulons, de la qualité des soudures et du portique environnant.
Aucun type d’assemblage ne doit être présenté comme universellement supérieur dans les applications sismiques. Le joint complet doit être détaillé et qualifié pour le système structurel requis et le comportement inélastique attendu.
Fatigue et Charges Répétées
La fatigue peut être importante dans les bâtiments équipés de ponts roulants, les ponts, les plateformes industrielles, les supports de machines et les structures exposées à des vibrations répétées.
Les pieds de soudure, les changements brusques de géométrie, les accessoires et les défauts de soudage peuvent créer des concentrations de contraintes. Les assemblages boulonnés doivent également être vérifiés vis-à-vis du glissement, de la pression diamétrale, des variations d’effort dans les boulons, de la déformation des plaques et de la fatigue du matériau raccordé.
Environnements Corrosifs
L’humidité peut s’accumuler entre les plaques d’extrémité ou autour d’interfaces mal étanchées. Les assemblages boulonnés doivent permettre un drainage approprié, un accès pour l’application du revêtement et un traitement de surface compatible.
Les détails soudés peuvent éliminer certaines fissures, mais ils peuvent également créer des zones difficiles à revêtir ou à inspecter. La galvanisation, l’étanchéité, le drainage et les procédures de réparation du revêtement doivent être coordonnés pendant la conception.
Protection Incendie
Les deux systèmes peuvent nécessiter une protection incendie. Les plaques d’extrémité, les boulons, les raidisseurs, les soudures et les éléments porteurs doivent rester accessibles pour l’installation et l’inspection avant l’application du matériau de protection incendie.
Avantages et Limites
Avantages des Assemblages par Plaque d’Extrémité Boulonnée
- Installation rapide sur chantier
- Réduction du soudage sur site
- Adaptés aux portiques répétitifs et standardisés
- Compatibles avec les constructions préfabriquées et modulaires
- La majorité du soudage est réalisée dans des conditions d’atelier
- Possibilité de démontage ou de modification ultérieure
- Accès visuel aux boulons installés
Limites des Assemblages par Plaque d’Extrémité Boulonnée
- Une coordination précise des trous est nécessaire
- La flexion de la plaque d’extrémité peut augmenter les efforts dans les boulons
- L’effet de levier doit être pris en compte
- Un espace est nécessaire pour le passage des clés
- Les ailes ou les âmes des poteaux peuvent nécessiter des raidisseurs
- Les plaques et les boulons restent visibles
Avantages des Assemblages Soudés
- Détails compacts et visuellement propres
- Aucun trou de boulon n’est nécessaire
- Un transfert direct des charges peut être obtenu
- Adaptés aux géométries irrégulières
- Efficaces pour les assemblages fabriqués en atelier
- Une capacité élevée est possible avec un détail approprié
Limites des Assemblages Soudés
- La qualité dépend fortement des procédures de soudage et de l’exécution
- Le soudage sur chantier est sensible aux conditions météorologiques et à l’accès
- La chaleur peut provoquer des déformations et des contraintes résiduelles
- L’inspection peut être plus complexe
- La réparation des défauts peut retarder la construction
- Le démontage endommage généralement les composants
Applications Typiques
Les assemblages par plaque d’extrémité boulonnée sont couramment utilisés dans :
- Les bâtiments industriels en acier
- Les usines et les ateliers
- Les entrepôts
- Les bâtiments en acier à plusieurs étages
- Les structures préfabriquées
- Les systèmes modulaires en acier
- Les portiques résistants aux moments
- Les joints poutre-poteau
Les assemblages soudés sont couramment utilisés dans :
- Les éléments en acier reconstitués
- Les fermes en acier
- Les poutres à âme pleine
- Les structures architecturales en acier
- Les portiques fabriqués en atelier
- Les composants industriels lourds
- Les joints présentant un accès limité pour les boulons
- Les assemblages structurels continus
Erreurs Courantes de Conception et de Construction
| Erreur Courante | Conséquence Possible | Meilleure Approche |
|---|---|---|
| La plaque d’extrémité est trop mince | Flexion excessive de la plaque et traction plus élevée dans les boulons | Vérifier la déformation de la plaque et l’effet de levier |
| L’espacement des boulons est insuffisant | Rupture par pression diamétrale, déchirure ou difficulté d’installation | Coordonner les limites structurelles et l’accès des outils |
| L’aile du poteau n’est pas vérifiée | Flexion locale ou rupture de l’élément porteur | Évaluer l’ensemble du système formé par l’aile et l’âme du poteau |
| La dimension de la soudure est choisie sans calcul | Résistance insuffisante ou volume de soudure inutile | Concevoir la soudure selon le chemin réel des efforts |
| Le soudage sur chantier se poursuit par mauvais temps | Réduction de la qualité des soudures et retards de construction | Utiliser une protection contre les intempéries et des contrôles de soudage approuvés |
| L’accès pour les clés ou le soudage est ignoré | L’assemblage ne peut pas être réalisé ou inspecté correctement | Vérifier l’accès d’installation pendant le détaillage |
| De nouvelles charges suspendues sont ajoutées après la fabrication | Surcharge des poutres, des plaques, des boulons ou des soudures | Coordonner les charges de service avant le détaillage structurel |
| Les supports temporaires sont retirés trop tôt | Déplacement de l’élément, instabilité ou endommagement de l’assemblage | Suivre une séquence de montage définie par ingénierie |
Comment Choisir Entre une Plaque d’Extrémité Boulonnée et un Assemblage Soudé
Un processus pratique de sélection doit comprendre les étapes suivantes :
- Identifier le cisaillement, l’effort axial, le moment et la torsion à transférer.
- Déterminer si le joint doit se comporter comme un assemblage articulé, semi-rigide ou rigide.
- Examiner les capacités de perçage, de soudage et d’assemblage du fabricant.
- Évaluer l’accès au chantier, les conditions météorologiques, la hauteur de travail et les équipements disponibles.
- Comparer les exigences de boulonnage sur chantier et de soudage sur chantier.
- Examiner la séquence de montage et le calendrier du projet.
- Confirmer les exigences d’inspection et d’essai.
- Évaluer les conditions sismiques, de fatigue, d’incendie et de corrosion.
- Considérer les modifications, extensions ou démontages futurs.
- Comparer le coût total installé et le coût du cycle de vie.
Quel Assemblage Est le Meilleur ?
Il n’existe pas de réponse universelle à la comparaison entre une plaque d’extrémité boulonnée vs assemblage soudé.
Un assemblage par plaque d’extrémité boulonnée est souvent préféré lorsque la vitesse de montage, la répétition des détails, la construction modulaire et la réduction du soudage sur chantier sont importantes. Il est particulièrement efficace lorsque l’atelier de fabrication peut produire avec précision des éléments standardisés et des schémas de trous de boulons.
Un assemblage soudé peut être plus approprié lorsqu’un joint compact est nécessaire, lorsque la géométrie est irrégulière, lorsque l’accès aux boulons est limité ou lorsque l’ensemble peut être soudé dans des conditions contrôlées en atelier.
De nombreuses structures en acier efficaces utilisent une combinaison des deux méthodes. Un exemple courant consiste à souder une plaque d’extrémité à la poutre en atelier, puis à la boulonner au poteau sur le chantier. Cette configuration utilise un soudage contrôlé en atelier tout en conservant un montage rapide et pratique sur chantier.
Considérations Finales
Le choix entre des joints en acier boulonnés et soudés doit reposer sur la performance structurelle, les capacités de fabrication, les conditions de montage, l’accès pour l’inspection, l’exposition environnementale, le délai de construction et le coût total.
L’ingénieur structure, le dessinateur de charpente métallique, le fabricant, le monteur, l’entrepreneur chargé des revêtements et l’inspecteur doivent coordonner le joint avant le début de la fabrication. Un assemblage résistant sur le papier peut malgré tout poser des problèmes s’il ne peut pas être fabriqué avec précision, transporté en toute sécurité, installé efficacement, correctement revêtu ou entièrement inspecté.
Le bon joint en acier n’est donc pas simplement l’assemblage comportant le moins de boulons ou la plus petite quantité de métal de soudure. C’est celui qui transfère en toute sécurité les efforts requis tout en restant pratique à fabriquer, installer, inspecter, entretenir et adapter pendant toute la durée de vie de la structure.
