Structures métalliques et leurs assemblages

Cet axe scientifique est dédié à l’amélioration des connaissances liées au comportement et à la durabilité des structures métalliques et de leurs assemblages, qu’ils soient soudés, ou rivetés. Les activités concernées peuvent porter sur de nouvelles structures dans le cas de l’utilisation de nouveaux matériaux métalliques ou sur des structures anciennes. En France, de nombreuses structures métalliques, utilisées dans les ouvrages d’art (pont métallique ou mixte) ou en bâtiment, ont en effet atteint plusieurs dizaines d’années et nécessitent des travaux de ré-évaluation, et parfois d’adaptation à de nouvelles contraintes.

Quelques projets

Utilisation de l'acier autopatinable

Les aciers autopatinables sont des aciers de structure proches des aciers conventionnels mais dont la composition chimique leur confère une résistance améliorée à la corrosion atmosphérique ce qui leur permet d’être utilisés à l’état nu. Cette caractéristique est bénéfique vis-à-vis des trois axes du développement durable du fait de l’absence (re)mise en peinture : les coûts de maintenance, les d’émissions de COV, la production de déchets ou la gêne à l’usager s’en trouvent drastiquement réduits.

Le laboratoire SMC intervient au niveau de la recherche et en appuis aux politiques publiques. La recherche porte particulièrement sur l’évaluation et la prédiction de la performance de ces aciers employés dans les structures d’ouvrages d’art et de réseaux électriques. Ces recherches permettent de mieux connaitre ce matériau et de faire évoluer les bonnes pratiques. SMC a ainsi porté la révision de la Note UGE-Cerema sur les recommandations de l’utilisation des aciers autopatinables dans les ouvrages d’art.

(Contact local : Jean-Michel MOREL - jean-michel.morel(at)univ-eiffel.fr )

Evaluation des structures métalliques rivetées (Thèse CIFRE SNCF-AREP, Hannah Franz – 2021-2024)

Dans le cadre de la rénovation de constructions métalliques du 19ème siècle, la réévaluation de leur performance structurale est une étape souvent nécessaire pour garantir sécurité et durabilité. Le projet s’intéresse aux poutres treillis des charpentes de halles de gare, abris de quais, halles de marché… De nombreuses incertitudes existent concernant la modélisation de ces structures, et notamment de leurs assemblages rivetés. Le projet vise à améliorer la compréhension du comportement des assemblages rivetés et de leur influence sur le comportement global des poutres treillis, afin de mieux évaluer la performance structurale des poutres treillis rivetées.

Grâce à l’expertise du laboratoire SMC en monitoring des structures et leur modélisation, des campagnes expérimentales ont été menées sur des poutres treillis rivetées récupérées d’un chantier de démolition. Une poutre a été instrumentée avec des accéléromètres pour réaliser une analyse modale expérimentale. Une autre poutre a été équipée de jauges de déformation, d’une fibre optique et de lasers pour mener des essais quasi-statiques et mesurer les déplacements et les contraintes. Les résultats expérimentaux sont utilisés pour ajuster des modèles numériques aux éléments finis et ainsi caractériser les assemblages rivetés.

(Contact local : Lamine DIENG - lamine.dieng(at)univ-eiffel.fr )

Projet REANIM - Amélioration de la durée de vie des assemblages soudés

La technologie de soudage est largement appliquée au cours des 30 dernières années pour assembler les structures métalliques dans différents domaines (navale, ouvrage d’art, …). Cependant, l'assemblage par fusion de métal génère des contraintes internes locales et des irrégularités géométriques dues aux changements de phases des matériaux durant le processus de soudage et de refroidissement de l’assemblage. Les contraintes internes de traction créées ainsi, sont les plus dommageables car ils réduisent la durée de vie en fatigue tandis que celles en compression auront plus souvent un effet bénéfique vis-à-vis de la fatigue.

Il existe un certain nombre de techniques (grenaillage, martelage, TIG, ...) pour prolonger la durée de vie en fatigue de ces assemblages en modifiant leur état de contrainte et/ou en améliorant la géométrie du cordon de soudure. Ces techniques sont actuellement utilisées dans l'industrie pour les nouveaux éléments soudés. Il serait intéressant d'envisager la réhabilitation des structures existantes vis-à-vis de la fatigue. Pour ce faire, il faudrait être capable de fournir des méthodes quantitatives pour évaluer l'efficacité de ces traitements. L'objectif de cette étude est donc, d’évaluer numériquement et expérimentalement, les effets du grenaillage sur l’état de contrainte au pied du cordon de soudure et sur la durée de vie.

Le laboratoire SMC, travaille activement sur l’étude expérimentale et la modélisation des processus de soudage et de traitement de surface en collaboration avec plusieurs partenaires dont l’entreprise Meliad, l’entreprise MIC filiale de Curtiss-Wright et la la société SONATS filiale de Europe technologies pour les procédés de grenaillage de martelage ultrason et mesure de contraintes résiduelles des assemblages soudés.