Assemblages – Boulons et Boulonnage

QUESTION: (AUTOMNE2015) J’ai récemment rencontré des boulons A325 entièrement filetés dans les assemblages d’une charpente de bâtiment. Ces boulons sont-ils autorisés? Présentent-ils les mêmes résistances que des boulons à filetage de longueur normale? Comment sont-ils identifiés après l’installation? Offrent-ils de quelconques avantages?

RÉPONSE:  Les boulons A325 filetés sur la longueur entière sont autorisés en vertu de l’exigence supplémentaire S1 d’ASTM A325. Ils sont limités aux longueurs de boulons inférieures à quatre fois le diamètre nominal.

Résistances des boulons: Dans la mesure où la résistance à la traction repose sur la section filetée (0,75Ab), elle est indépendante de la longueur filetée. Toutefois, la résistance au cisaillement dans les assemblages par contact doit être réduite pour tenir compte de l’interception des filets par le plan de cisaillement. S’ils sont utilisés dans un joint antiglissement avec une grande longueur de serrage, la section de boulon moindre (filetée) sur la longueur de serrage entière influe sur la relation entre la force de serrage et l’allongement du boulon et peut entraîner une réduction de la force de serrage dans le cas où la méthode du tour d’écrou est utilisée. L’importance de cet effet est en cours d’étude.

Identification: La tête du boulon est marquée « A325T » et non « A325 », comme illustré à la Figure 1.

QUESTION: (AUTOMNE2015) Quelle est la longueur de boulon minimale requise pour les boulons haute résistance; l’extrémité du boulon doit-elle dépasser de l’écrou une fois qu’il est installé?

RÉPONSE: Les boulons A325 et A490, une fois installés, doivent présenter un engagement suffisant des filets pour réaliser la résistance à la traction du boulon, c’est-à-dire que l’extrémité du boulon doit affleurer la face extérieure de l’écrou ou la dépasser.

QUESTION: (ÉTÉ2015) Les spécifications du RCSC sont-elles obligatoires pour les projets au Canada??

RÉPONSE: La spécification pour les joints de charpente utilisant des boulons à haute résistance du Research Council on Structural Connections (RCSC) fournit des critères de pointe pour le calcul et l’installation de boulons et d’assemblages à haute résistance ASTM. Ces recommandations deviennent obligatoires à partir du moment où elles sont adoptées par le code local. Au Canada, la conception et l’inspection des joints boulonnés et l’installation des boulons à haute résistance doivent être conformes à la norme CSA S6 ou aux spécifications provinciales pour les structures de ponts routiers et à la norme S16 pour les bâtiments et les autres structures. Ces normes adoptent un grand nombre, mais pas toutes les recommandations dans la spécification RCSC, et certainement pas toutes en même temps. De plus, les normes S6 et S16 adoptent les spécifications ASTM pour les boulons et les assemblages de boulons à haute résistance, p. ex. ASTM A325 et F1852. Ces spécifications ASTM renvoient vers d’autres spécifications pertinentes pour les essais, etc.

QUESTION: (HIVER2014/2015) Les résistances pour les boulons en traction et en cisaillement ont sensiblement augmenté par rapport à celles qui figuraient dans le Handbook que j’ai reçu en 2000. Les boulons à haute résistance modernes sont-ils produits pour être plus résistants ou l’augmentation de résistance a-t-elle été justifiée par les essais et les recherches les plus récents?

RÉPONSE: La différence de résistance des boulons aux étatslimites ultimes que vous avez indiquée correspond à l’augmentation du coefficient de résistance des boulons. Lors de l’entrée en vigueur de la première norme de calcul aux états-limites des charpentes en acier (CSA S16.1-74) en 1974, seuls deux coefficients de résistance ont été adoptés. Pour simplifier : 0,90 pour les éléments en acier et 0,67 pour les soudures, les boulons, le béton dans les poutres composites et les connexions au cisaillement. Les études fondées sur des essais et des analyses statistiques semblent indiquer qu’il est possible d’augmenter le coefficient de résistance pour les boulons à haute résistance à 0,80, comme cela a été documenté dans le « Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints, Second Edition » (disponible via le lien suivant : http://boltcouncil.org/files/2ndEditionGuide.pdf). Cette augmentation a été introduite dans le Code canadien pour le calcul des ponts routiers lors de la mise en œuvre de la norme CAN/CSA S6-00; le changement a été adopté dans la norme S16 à la publication de la S16-01.

QUESTION: (ÉTÉ2014) Les assemblages rigides boulonnés utilisés dans une marquise doivent-ils être anti-glissement? Ma question fait référence à une situation où les assemblages anti-glissement ne sont pas indispensables pour le contrôle de la flèche. Je possède de nombreuses années d’expérience dans le calcul des assemblages, mais j’ai rarement eu à travailler sur des assemblages anti-glissement pour des portiques contreventés ou des cadres rigides résistant aux charges dues au vent.

RÉPONSE: La question fondamentale qui se pose ici est de savoir si la fatigue doit être prise en considération et si la charpente sera soumise à des charges répétitives et à des contraintes alternées. Une marquise relativement légère soumise à des charges dues à un vent soufflant par rafales peut subir des contraintes alternées et un nombre important de cycles de charges pour justifier une telle évaluation. La décision revient à l’ingénieur chargé des calculs. La conception en fatigue est traitée à la clause 26 de la norme S16.

QUESTION: (PRINTEMPS2014) Où puis-je trouver le tableau de couples de serrage standard pour la précontrainte des boulons A325?5 bolts?

RÉPONSE: Le recours à un « tableau de couples de serrage standard » pour la précontrainte des boulons de haute résistance n’est plus en cours depuis des décennies. Lorsqu’une précontrainte est exigée, la norme CSA S16 admet trois méthodes d’installation des boulons:

a) Méthode du tour d’écrou;
b) Utilisation d’assemblages de boulons à couple de serrage contrôlé ASTM F1852; et
c) Utilisation d’un indicateur direct de couple F959.

S16-09 et S16-14 assignent toutes deux une résistance au glissement plus élevée aux boulons installés par la méthode du tour d’écrou que par les autres méthodes pour une surface de contact de classe donnée, par égard à la plus grande précontrainte généralement obtenue à l’aide de la méthode de rotation d’écrou.

QUESTION:  (AUTOMNE2013) Lorsque des boulons ASTM F1852 sont utilisés dans un assemblage en cisaillement par contact conçu pour recevoir des boulons A325 de même dimension, la traction de la vis dans les boulons F1852 résultant de la précontrainte réduit-elle la résistance au cisaillement?

RÉPONSE:  La réponse est non. Comme l’indique la norme CSA S16-09, le boulon dans un joint à boulon à couple de serrage contrôlé ASTM F1852 présente la même résistance ultime au cisaillement qu’un boulon A325 de même dimension. La résistance ultime au cisaillement d’un boulon haute résistance n’est pas modifiée par l’existence d’une prétension initiale dans le boulon.

Le Commentaire sur RCSC Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts offre l’explication suivante:
« Lorsqu’elle est nécessaire, la précontrainte est induite dans un boulon par l’imposition d’un petit allongement axial durant la pose, comme le décrit le Commentaire sur la Section 8. Lorsque le joint est ultérieurement soumis à des efforts de cisaillement, de traction ou d’une combinaison de cisaillement et de traction, les boulons subissent, préalablement à la rupture, d’importantes déformations ayant pour effet de surpasser le petit allongement axial engendré durant la pose, ce qui fait disparaître la précontrainte. Les mesures effectuées lors d’essais en laboratoire confirment que la précontrainte restante si l’effort appliqué est supprimé est essentiellement nulle avant la rupture du boulon en cisaillement (Kulak et al., 1987; pp. 93-94). Par conséquent, la résistance d’un boulon au cisaillement et à la traction n’est pas modifiée par l’existence d’une précontrainte initiale dans le boulon. »

On notera que, pour une classe donnée de surface de contact (Classe A, B ou C), S16-09 assigne une plus petite résistance au glissement aux assemblages par boulons F1852 qu’à ceux par boulons A325 équivalents précontraints par la méthode du tour d’écrou, du fait de la précontrainte plus importante typiquement engendrée par la méthode du tour d’écrou.

QUESTION: (ÉTÉ2013) Quels sont les types de boulons haute résistance les plus couramment utilisés dans la construction de bâtiments?

RÉPONSE: Les boulons A325 de 3/4 po sont aujourd’hui encore très répandus. Certains fabricants/monteurs préfèrent les boulons A325 de 7/8 po, en particulier pour les projets de grande envergure. Les boulons A490 sont de plus en plus souvent utilisés dans la construction de bâtiments. Ils sont généralement choisis pour les assemblages devant résister à des contraintes très élevées tandis que les boulons A325 peuvent être utilisés à d’autres endroits de la structure. Dans ce type d’applications, il faut faire très attention de ne pas poser des boulons A325 dans des trous prévus pour recevoir des boulons A490. Il est donc plus prudent de les spéarer par taille, généralement un quart de pouce de différence en diamètre.

Voici quelques combinaisons pratiques:

a) Boulons A490 de 1 po pour les assemblages lourds et boulons A325 de 3/4 po partout ailleurs; et
b) Boulons A490 de 1 1/8 po pour les assemblages lourds et boulons A325 de 7/8 po partout ailleurs.

Dans les assemblages précontraints, les boulons à couple contrôlé (de type « twist-off ») se sont imposés comme des options acceptables. Les boulons ASTM F1852 et ASTM F2280 (de type « twist-off ») présentent les mêmes résistances ultimes à l’état-limite que, respectivement, les boulons A325 et A490. Toutefois, la norme CSA S16-09 prescrit des valeurs moins élevées pour les coefficients de glissement de 5 pour cent, c1, pour ces assemblages boulonnés de type « twist-off » par rapport aux boulons haute résistance précontraints pour satisfaire la méthode d’installation du tour d’écrou. Pour de plus amples détails sur les boulons ASTM F1852 and ASTM F2280, consultez la rubrique technique FAQ du numéro 38 de la revue Avantage acier. Les boulons A490 et F2280 ne doivent pas être galvanisés.L’emploi de boulons métriques reste rare, car ces produits sont disponibles uniquement pour les commandes spéciales portant sur une très grande quantité et placées longtemps à l’avance.

QUESTION: (AUTOMNE2012) Lors du calcul des assemblages boulonnés, les charges sismiques sontelles considérées comme étant statiques ou cycliques?

RÉPONSE: L’article de la Zone sismique intitulé « A ssemblages boulonnés pour applications sismiques » dans le numéro 31 de la revue Avantage Acier (été 2008) décrivait les exigences relatives aux assemblages boulonnés pour les applications sismiques conformément à la norme S16-01.

Vous pouvez consulter cet article en cliquant sur le lien ci-dessous : https://cisc-icca.ca/ciscwp/product/advantage-steel-no-31/

Dans le CNB 2010 et la norme S16-09, la restriction en matière de hauteur des édifices pour les constructions conventionnelles où l’accélération spectrale de courte période spécifiée dépasse IEFaSa(0.2), a été relevée. Les exigences s’appliquant aux assemblages boulonnés s’appliquent également à ces structures plus élevées bâties selon des méthodes de construction classique.

QUESTION: (PRINTEMPS2012) Si des pannes à semelle large sont également soumises à une traction axiale importante transmise par l’assemblage de la semelle inférieure aux supports au moyen de deux files transversales de boulons de haute résistance, comment doisje tenir compte du cisaillement différentiel ? En particulier, pour l’aire nette efficace Ane, doit-on prendre la valeur 0,75An, conformément à la Clause 12.3.3.2 (c) (ii) de S16-09 ?

RÉPONSE: Cela n’est pas une approche prudente. Dans cette situation, l’effet du cisaillement différentiel est plus sévère que dans le cas de cornières assemblées par une aile au moyen de deux lignes transversales d’organes d’assemblage. Par conséquent, Ane < 0,60An. D’un autre côté, la limite inférieure de Ane peut être fixée à Anf, où Anf est l’aire nette de la bride assemblée seule. Ainsi, Ane doit être choisie quelque part entre Anf et 0,60An.

QUESTION: (AUTOMNE2010) J’ai remarqué que les boulons à couple contrôlé (de type « twist-off ») sont de plus en plus répandus. Sont-ils acceptés comme boulons à haute résistance pour les applications structurales? Si oui, quelles sont leurs résistances au cisaillement et à la traction?

RÉPONSE: Effectivement, les boulons/écrous/ rondelles à couple contrôlé (ou « twist-off ») ASTM F1852 sont de plus en plus souvent utilisés dans les assemblages précontraints. Ces boulons présentent un embout cannelé qui, si l’installation est correctement effectuée au moyen d’une clé spéciale, se rompt en torsion lorsque la précontrainte requise est atteinte
(voir Figure 2).

Les boulons ASTM F1852 et F2280 ont des propriétés mécaniques et chimiques équivalentes, respectivement, aux boulons haute résistance A325 et A490. Les spécifications précises peuvent être trouvées dans la norme CSA S16-09, article 22.2.5 et 23.8.4, ainsi que dans le Tableau 3.

Les valeurs tabulées pour la résistance ultime en cisaillement pour assemblages par contact et la résistance en traction des boulons A325 et A490 dans la partie 3 du Handbook peuvent aussi être utilisées, respectivement, pour les boulons F1852 et F2280. Néanmoins, des valeurs moins élevées pour les coefficients de probabilité de glissement de 5 % (c1), sont spécifiées au Tableau 3 de la norme S16-09 pour l’utilisation des boulons à couple contrôlé dans les assemblages antiglissement.

Le coefficient de frottement étant un facteur important lors de l’installation, ces boulons sont fournis avec des rondelles trempées. Par ailleurs, l’utilisation de boulons à couple contrôlé nécessite des essais préalables et une attention particulière lors de la manipulation et de l’entreposage afin d’éviter la détérioration du lubrifiant au fil du temps.