Poutres précontraintes par pré-tension

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Poutres précontraintes par pré-tension

L’application BSE Pré-Tension permet aux utilisateurs d’effectuer l’analyse, la conception, la vérification et l’évaluation de poutres précontraintes par pré-tension. Ce module permet d’effectuer avec un minimum d’effort la vérification des poutres précontraintes des ponts. Des menus d’entrée simples permettent au logiciel SAFI d’effectuer l’analyse, la conception la vérification et l’évaluation de poutre précontrainte par pré-tension. En effet, une fois les données géométriques et matérielles données par l’usager, via le module de pré-tension, le logiciel se charge de générer le modèle et de l’analyser. Ainsi, le temps requis pour la création d’un modèle est réduit au minimum.

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Spécifications techniques

• Choix du code de calcul CSA S6-14 et CSA S6-19.
• Utilisation des sections standards AASHTO, NEBT, NBPS et CPCI et de sections préfabriquées personnalisées.
• Configurations transversales des torons automatiques et personnalisées.
• Tracé rectiligne du câble de précontrainte avec un ou deux points de relevés.
• Enveloppe des charges du camion et/ou de la charge de voie pour des camions standards et charges mobiles personnalisées.
• Calcul des pertes de précontrainte selon le code spécifié ou selon une méthode pas à pas.
• Dimensionnement des poutres préfabriquées pour des ponts à travées multiples avec action composite de la dalle (construction non-étayée).
• Prise en compte des effets thermiques.
• Prise en compte des effets secondaires du retrait et du fluage.
• Calcul des étriers le long de la poutre et de l’acier d’armature passive à l’appui.
• Calcul de la flèche en fonction du temps.
• Le module combine les résultats obtenus pour la surcharge routière avec d’autres types de charges appliquées à la structure (poids propre, charges permanentes additionnelles et surcharges) afin d’obtenir une solution globale ainsi que les enveloppes correspondantes.

Paramètres du modèle

La barre d’outils pré-tension contient les commandes de base servant à opérer le module de conception de poutres de ponts précontraintes par pré-tension. Le module permet la conception de ce type de poutres selon les codes CSA S6-14 et CSA S6-19 construites avec des sections standards AASHTO, CPCI, NEBT et NBPS de même qu’avec des sections préfabriquées personnalisées.

Le module supporte des surcharges routières standards et des charges personnalisées. La commande Modèles de sections de préfabriquées personnalisées permet de définir des sections préfabriquées personnalisées ayant les formes suivantes:
-Aile supérieure étroite: Section personnalisée avec une aile supérieure étroite similaire à une section AASHTO-II
-Aile supérieure large: Section personnalisée avec une aile supérieure large similaire à une section AASHTO-V
-Aile inférieure arrondie: Section personnalisée similaire aux sections standards NEBT (Bulb Tees).

Vérification des champs d’entrée

Puisque le module de pré-tension est automatisé, une liste des vérifications faites lors du lancement de la solution est listée ci-dessous.

Général: Écart entre les travées, Dalle: Ratio d’armature appuis intérieurs

Torons: Diamètre nominal (dn), Section d’un toron (At), Résistance à la rupture de l’acier de précont. (fpu), Contrainte initiale torons (fpi=ratio de fpu), Module d’élasticité de l’acier de précontrainte (Eps)

Charge mobile: Facteur d’essieux, Coefficient de majoration dynamique: concentrée, Coefficient de majoration dynamique: uniforme

Dalle: Résistance en compression du béton (f’cd), Masse volumique du béton, Limite élastique des armatures (fy), Largeur de la dalle (b), Épaisseur de la dalle (t), Épaisseur du gousset (th), Poutres de rigidité, Hauteur (hr), Épaisseur (tr), Masse volumique (Étriers), Aire d’un étrier (Av), Limite élastique des étriers (fv)

Gradient thermique: Gradient thermique maximum, Gradient thermique minimum

Pertes: Humidité relative, Aire de l’acier d’armature ordinaire (As), Temps T1 doit être supérieur à -20.0 jours, Le temps T4 doit être égal à 0.0 jour, Les temps T1 à T7 doivent être choisis en ordre croissant, Le temps T7 doit être inférieur à 400 jours

Données pour les travées: Longueur de la travée (Lp), Nombre de poutres de rigidité entre les appuis, Charges permanentes add. 1 et 2, Surcharges (autres que la charge mobile), Résistance initiale du béton (f’co), Résistance du béton à 28 jours (f’c28), Résistance f’co doit être inférieure ou égale à f’c28, Masse volumique du béton des poutres -Nombre de torons droits (Ns), Nombre de torons inclinés (Ni), La valeur (Ni) ou (Ns) être supérieur à zéro, Distance de l’appui du point de relevé L1 ou L2, Excentricité des torons au centre (ec), Dist. min. des torons inclinés du bas (Dbi), Distance C1 et C2, Traction des appuis (T)

Le résumé des données d’entrées contient les tables suivantes: Paramètres généraux, Torons, Charge mobile, Dalle, Poutre de rigidité, Étriers, Gradient thermique, Pertes, Données des travées.

Configurations transversales des torons

La commande Configurations transversales des torons permet de définir des configurations de torons personnalisées pour chaque section standard ou personnalisée. Toutes les sections standards ont des configurations de torons par défaut qui peuvent être modifiées au besoin. Des configurations de torons doivent être définies pour chaque section personnalisée définie dans la commande Modèles de sections de préfabriquées personnalisées.

Général // Espacement des torons: La distance centre-centre des torons. Cette valeur s’applique aux torons droits et aux torons inclinés.

Torons inclinés // Nb. Torons / rang: Le nombre de torons par rang. Selon le nombre réel de torons droits et inclinés définis dans la commande Données des travées, les rangs peuvent contenir un nombre de torons inférieur à celui spécifié ici. À mi-portée, les torons sont disposés de manière à créer une excentricité maximale. Nb. Max de rangs: Le nombre maximal de rangs de torons inclinés.

-Dist. Min. du bord: La distance entre la fibre supérieure de la section et le centre du rang de torons inclinés le plus haut. Cette valeur s’applique à la position des torons inclinés aux extrémités de la travée. (Torons droits) Dist.

-Min. du bord: La distance entre la fibre inférieure de la section et le centre du rang de torons droit le plus bas. (Nb. Torons droits par rang) Rang 1 à 12: Au maximum, 12 rangs de torons droits peuvent être définis. Spécifiez le nombre de torons droits pour chaque rang où le rang 1 est le rang le plus bas. Cette valeur représente le nombre total de torons droits sur un rang et devrait donc être un nombre pair.

Paramètres des charges mobiles

La liste contient toutes les charges standards supportées par le programme de même que toutes les charges mobiles personnalisées définies.

– CL-625 (CSA S6-14 et CSA S6-19)
– CL-625-ONT (CSA S6-14 et CSA S6-19)
– CL-675 (CSA S6-14 et CSA S6-19)
– CF3E-500 (Québec) et CF3E-W (Québec)
– QS660 (Québec)
– CFHN-1500 and CFHN-W (Quebec)
– MTQ-340 (Québec)
– CS600 (CSA S6-88)
– OHBDC (Ontario)
– Charges Égyptiennes
– AASHTO (É.U.)

Charges mobiles personnalisées

– No.: Le numéro d’identification unique de la charge personnalisée. En général, puisque ce numéro est incrémenté automatiquement, il n’est pas nécessaire de le modifier. -Nom de la charge: Le nom de la charge. Ce nom sert de référence dans les autres formulaires d’entrées du logiciel.

– Charge mobile: Le coefficient de majoration dynamique du camion doit être spécifié. Les positions et les charges de chaque essieu doivent être définies dans la table. Les charges entrées dans la table correspondent aux charges d’essieux qui sont le double des charges de roues. La position devant être spécifiée dans la table est la distance cumulée par rapport à l’essieu avant du véhicule. La position du premier essieu est toujours 0. Au maximum, 40 essieux peuvent être définis pour chaque charge personnalisée.

– Charge de voie: La charge de voie uniforme de même que la charge de voie concentrée doivent être spécifiées. La charge de voie concentrée est spécifiée comme un ratio de la charge mobile définie plus tôt. Le coefficient de majoration dynamique permet de simuler l’effet dynamique des charges mobiles. Ce facteur est une fraction du poids du camion qui est ajouté à la charge initiale du camion (un coefficient de majoration dynamique égal à 1 doublera la charge). La valeur d’un coefficient de majoration dynamique doit être entre 0 et 1.

Paramètres des gradients thermiques

• Les gradients thermiques doivent être considérés lors de la conception d’un pont à plusieurs travées s’il y a continuité aux appuis.

• Les gradients thermiques peuvent engendrer des efforts significatifs dans la structure. Gradient thermique maximum: Cette valeur indique la différence maximale de température entre la partie supérieure de la dalle et la partie inférieure des poutres. Une valeur positive indique que la température au-dessus de la dalle est plus élevée qu’au bas des poutres. Gradient thermique minimum: Cette valeur indique la différence minimale de température entre la partie supérieure de la dalle et la partie inférieure des poutres. Une valeur positive indique que la température au-dessus de la dalle est plus élevée qu’au bas des poutres.

• Le programme suppose une distribution linéaire du gradient thermique sur la profondeur de l’ensemble poutre-dalle (poutre composite).

Paramètres de la dalle

• La dalle de béton est coulée en place lors de la construction du pont.
• L’ajout d’acier d’armature dans la dalle et dans les poutres de rigidité aux appuis permet d’assurer une continuité aux appuis intérieurs pour les charges permanentes additionnelles ainsi que pour les surcharges.
• Les dimensions requises de la dalle de béton sont définies par l’utilisateur.
– Résistance du béton (f’cd)
– Masse volumique du béton
– Limite élastique des armatures (Fy)
– Largeur de la dalle (b)
– Épaisseur de la dalle (t)
– Épaisseur du gousset (th)

Données des travées

Les données variant d’une travée à l’autre sont définies par l’utilisateur.
– Longueur de la travée (Lp)
– Nb. Poutres de rigidité entre les appuis
– Charges perm. add. 1 et 2
– Surcharges (autres que la charge mobile)
– Résistance initiale du béton (f’co)
– Résistance du béton à 28 jours (f’c28)
– La résistance du béton des poutres à 28 jours (f’c28)
– Masse volumique du béton
– Torons
– Nb. Torons droits (Ns)
– Nb. Torons inclinés (Ni)
– Point de relevée des torons: Gauche (L1) et Point de relevée des torons: Droite (L2)
– Méthode de calcul de l’excentricité
– Excentricité des torons au centre (Ec)
– Dist. Min. des torons inclinés du bas (Dbi)
– Constante d’appui: Gauche (C1) et Constante d’appui: Droite (C2)
– Traction des appuis (T)

Paramètres des étriers

•L’espacement des étriers pour résister à l’effort tranchant est calculé en considérant les données entrées dans un onglet prévu à cette fin.
•L’aire d’un étrier correspond à l’aire totale de tous les brins d’un étrier.
•L’espacement des étriers calculé par le programme tient compte des zones d’ancrage. L’effort tranchant horizontal entre la poutre et la dalle sera repris par les étriers qui seront tous prolongés dans la dalle.

Paramètres des poutres de rigidité

• Les poutres de rigidité sont ajoutées entre les poutres longitudinales. Elles permettent d’assurer une meilleure distribution latérale des efforts.
• Ces poutres de rigidité ne sont pas calculées par le module de pré-tension, leurs dimensions sont requises uniquement pour la détermination de leur poids propre.
• Le nombre de poutres de rigidité entre les appuis peut varier d’une travée à l’autre.

Paramètres des pertes

Le calcul des pertes de précontrainte est une partie importante du calcul des poutres précontraintes. Les pertes de précontrainte durant la vie utile du pont à partir du transfert de la précontrainte sur la poutre de béton peuvent atteindre plus de 20 % de la tension initiale des torons.

•Méthode de calcul: Deux méthodes de calcul de ces pertes peuvent être utilisées dans le module de pré-tension. La première est celle proposée par le code sélectionné (CSA S6). La deuxième, basée sur la référence Picard (2001), est une méthode pas-à-pas permettant d’obtenir les pertes en fonction du temps. Le calcul des pertes considère les pertes par relaxation, les pertes dues au retrait et les pertes dues au fluage.

•Humidité relative: L’humidité relative annuelle moyenne dans l’entourage du pont. Cette valeur a une influence sur le fluage et sur le retrait.

•Aire des armatures ordinaires (As): L’aire d’acier d’armature ordinaire (As) indiquée dans ce champ a une influence les pertes dues au retrait du béton pour la méthode pas-à-pas. La valeur As est définie comme la somme de l’aire de l’acier d’armature longitudinale passive. Lorsque l’aire As n’est pas nulle, la méthode pas-à-pas prédit des pertes causées par le retrait un peu plus faibles.

• Méthode de cure du béton: Une cure normale du béton est effectuée à température ambiante. Une cure accélérée à la vapeur est un traitement thermique du béton lui permettant d’accélérer son cycle de durcissement. Un cycle complet d’une cure accélérée dure environ 24 heures. L’utilisation d’une cure accélérée permet la production accélérée des poutres préfabriquées.

•Chronologie des évènements: La production de poutres préfabriquées s’effectue en plusieurs étapes qui sont décrites ci-dessous. Notez que le temps T4 est le temps de référence et est toujours égal à zéro. Ainsi, les temps T1 à T3 sont négatifs et les temps T5 à T7 sont positifs.

•Mise en tension de l’acier (T1): L’acier de précontrainte est mis en tension et est retenu par des vérins et d’autres mécanismes de retenue de l’acier. À cette étape, aucun béton n’est présent. Les pertes par relaxation de l’acier débutent au temps T1.

• Coulée des poutres (T2): Le béton est coulé en place et la cure du béton débute. Cette donnée est considérée dans le calcul de l’âge du béton pour le calcul des pertes dues au fluage.

• Fin de la cure – Début du retrait (T3): Lorsque la cure est arrêtée, la baisse de l’humidité ambiante provoque le début du retrait du béton. Le retrait se produisant entre les temps T3 et T4 n’engendre pas de perte de précontrainte.

• Transfert de la précontrainte (Temps de référence) (T4): À cette étape, le béton est suffisamment résistant pour supporter les efforts de précontrainte. Les torons de précontrainte sont relâchés et transmettent les efforts à la poutre de béton. Due à la disposition des torons dans la poutre, la poutre tend à se cambrer vers le haut sous l’effet des efforts de précontrainte. À partir de ce temps, les pertes causées par fluage du béton et ce qui subsiste du retrait débutent.

• Coulée du tablier et des poutres de rigidité (T5): À ce temps, les charges induites par le poids propre de la dalle et des poutres de rigidité sont soutenues par la poutre précontrainte seule. Une fois durcie, la dalle agit de façon composite avec la poutre pour soutenir les charges additionnelles ajoutées plus tard. Au moment où la dalle a durci, le module de pré-tension considère qu’il y a continuité aux appuis intérieurs, ce qui affecte l’effet des charges additionnelles.

• Charges perm. add. 1 (bordures, trottoirs et garde-fous) (T6)
Le temps auquel sont appliquées les charges additionnelles a un effet sur les pertes de précontraintes. Les charges additionnelles sont définies pour chaque travée dans la commande Données des travées.

• Charges perm. add. 2 (asphalte) (T7)
Le temps auquel sont appliquées les charges additionnelles a un effet sur les pertes de précontraintes. L’asphalte est considéré comme une charge permanente dont le facteur de pondération à l’ultime est supérieur à celui des autres charges permanentes. Elle est donc séparée des autres charges permanentes additionnelles. Les charges additionnelles sont définies pour chaque travée dans la commande Données des travées.

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