Les propriétés mécaniques des poutres en H A572 Gr.50 et Gr.60-sont l'expression quantifiable de leur conception métallurgique, constituant la base non-négociable de tous les calculs d'ingénierie structurelle. Ces propriétés, telles que stipulées dans la norme ASTM A572 et appliquées aux formes selon la norme ASTM A6, diffèrent non seulement par leur ampleur mais aussi par leurs implications sur le comportement structurel. Le tableau suivant fournit une comparaison complète des poutres en H- (remarque : pour les formes, les propriétés sont constantes quelle que soit l'épaisseur, une simplification significative pour les concepteurs).
Tableau 2 : Exigences relatives aux propriétés mécaniques des poutres en H- (ASTM A572)
| Propriété mécanique | A572, 50e année | A572, 60e année | Influence directe sur la-conception et l'application des poutres en H |
|---|---|---|---|
| Limite d'élasticité (Fy), min | 50 ksi (345 MPa) | 60 ksi (415 MPa) | Propriété de définition du dimensionnement des membres. Il s'agit de la contrainte à laquelle la poutre en H-commence à se déformer de façon permanente. Le Fy 20 % plus élevé du Gr.60 permet aux concepteurs d'utiliser des contraintes admissibles proportionnellement plus élevées dans les calculs de flexion, de cisaillement et de charge axiale. Cela permet directement de sélectionner des sections plus légères et plus minces pour la même charge, ou d'accorder une capacité de charge plus élevée pour une taille de section donnée. Il s'agit du principal moteur d'utilisation du Gr.60 dans des applications-sensibles au poids telles que des gratte-ciel-et de longues portées. |
| Résistance à la traction (Fu), min | 65 ksi (450 MPa) | 75 ksi (520 MPa) | Contrainte maximale que la poutre en H- peut supporter avant la striction et la fracture. Le rapport Fu/Fy est critique : ~1,30 pour le Gr.50 et ~1,25 pour le Gr.60. Ce rapport représente la « capacité de réserve » ou la ductilité au-delà du rendement initial. Un rapport plus élevé (comme dans Gr.50) est particulièrement bénéfique pour la conception sismique, car il indique une plus grande capacité de formation de charnières plastiques et de dissipation d'énergie sans rupture. Fu est également directement utilisé dans le calcul des capacités de connexion (par exemple, rupture par cisaillement de bloc, tension de section nette). |
| Allongement en 2 po (50 mm), min | 21% | 18% | Une mesure directe de la ductilité -la capacité du matériau à subir une déformation plastique avant sa rupture. La réduction de 3 % pour le Gr.60 est une conséquence directe de sa composition à plus haute résistance. En pratique, cela signifie que les poutres en H Gr.50- ont une capacité de déformation inélastique légèrement supérieure, ce que les ingénieurs peuvent prendre en compte dans les détails des connexions et l'analyse des modes de défaillance. Les deux valeurs représentent un comportement ductile, mais le Gr.50 est plus indulgent. |
| Exigence de test de pliage | Doit se plier à 180 degrés autour d’une épingle sans se fissurer à l’extérieur de la partie pliée. Le diamètre de la goupille est spécifié en fonction de la qualité et de l'épaisseur. | Même exigence, même si le diamètre de la goupille peut être légèrement plus grand pour la même épaisseur en raison d'une plus grande résistance. | Vérifie la solidité et la formabilité du matériau, en garantissant que la poutre en H-peut résister aux opérations de fabrication telles que le cambrage à froid et qu'elle est exempte d'imperfections majeures. Il s'agit d'un test d'assurance qualité et non d'un calcul de conception. |
Propriétés implicites supplémentaires :
Module d'élasticité (E) : environ 29 000 ksi (200 GPa) pour les deux qualités. Cette propriété, définissant la rigidité dans le domaine élastique, est identique pour tous les aciers de construction. Par conséquent, une poutre A572 Gr.50 W12x30 et une poutre Gr.60 W12x30 présenteront une déflexion élastique identique sous la même charge de service. L'avantage du Gr.60 réside dans sa capacité à supporter plus de charge avant de céder, et non dans sa rigidité.
Coefficient de Poisson : généralement 0,3 pour les deux.
Densité : 490 lb/pi³ (7 850 kg/m³) pour les deux.
Influence sur la pratique de conception :
Ces différences de propriétés sont codifiées dans les manuels de conception. Par exemple, le manuel de construction en acier AISC fournit des ensembles distincts de tableaux de conception (pour les capacités des poutres, la résistance des colonnes, etc.) pour « l'acier 50 ksi » et « l'acier 60 ksi ». Un ingénieur concevant une poutre de plancher pour un hôpital pourrait choisir une section A572 Gr.50 pour sa ductilité éprouvée et sa facilité de fabrication. En revanche, un ingénieur concevant les colonnes des étages supérieurs d'un immeuble de 40 étages sélectionnerait probablement les sections A572 Gr.60 pour minimiser la taille et le poids, réduisant ainsi la charge sur tout ce qui se trouve en dessous et maximisant la surface au sol louable.
De plus, les propriétés mécaniques guident la conception des connexions. La résistance à la traction minimale spécifiée (Fu) est utilisée directement dans les formules pour :
Résistance à la rupture par cisaillement du bloc :=0.6Fu * Anv + Ubs * Fu * Ant Inférieure ou égale à 0,6Fy * Agv + Ubs * Fu * Ant
Résistance à la rupture en traction :=Fu * Ae
Force de roulement des boulons :=2.4 * d * t * Fu (pour les trous standard)
Ainsi, le choix entre Gr.50 et Gr.60 pour les poutres en H- imprègne tous les aspects de la conception structurelle, depuis la sélection initiale des éléments et le poids global du bâtiment jusqu'aux calculs détaillés de chaque assemblage boulonné ou soudé. Les propriétés ne sont pas de simples numéros sur un certificat ; ce sont les éléments fondamentaux qui déterminent le comportement d’une charpente en acier sous charge.