Logiciel de conception de chevilles et de boulons conforme à l'Eurocode 5

Les éléments de fixation de type goujon, tels que les boulons et les goujons en acier, comptent parmi les systèmes d'assemblage les plus couramment utilisés dans l'ingénierie des structures en bois. Ces éléments de fixation transmettent les forces entre les éléments en bois grâce aux contraintes d'appui exercées sur le bois et à la flexion de l'élément de fixation.

SPEC Toolbox propose un calculateur avancé destiné à la conception et à la vérification des assemblages par goujons dans les éléments en bois avec plaques d'acier. Cet outil évalue l'interaction entre les éléments en bois, les plaques d'acier et les fixations, permettant ainsi aux ingénieurs de vérifier la capacité de l'assemblage sous des conditions de charge combinées.

Pour la région européenne, le calculateur prend en charge les normes de conception suivantes :

• EN 1995-1-1:2004 (Eurocode 5)
• prEN 1995:2025 (révision de la prochaine génération d'Eurocodes)

Ces normes définissent les procédures de conception des assemblages par tenons, en s'appuyant sur la théorie de la limite d'élasticité de Johansen, les exigences en matière d'espacement et les vérifications de la résistance du bois.

Ce calculateur prend en charge les boulons et les goujons en acier installés dans des éléments en bois lamellé-collé ou en bois massif, et permet de configurer de manière flexible la position des plaques, la disposition des fixations et les conditions de charge.

Le comportement structurel d'un assemblage à goujon est déterminé par les forces qui s'exercent sur le joint. Le calculateur permet aux ingénieurs de définir les composantes principales de la charge transmises par l'assemblage.

Les charges suivantes peuvent être appliquées :

• Force de traction axiale (Fx)
Force agissant parallèlement à l'axe de l'assemblage, qui induit une traction dans l'ensemble bois-fixation.

• Force de cisaillement (Fz)
Force agissant perpendiculairement à l'axe de la fixation et transmise par l'intermédiaire de l'appui entre le bois et les fixations.

• Moment de flexion (My)
Moment appliqué à l'assemblage qui entraîne une redistribution supplémentaire des forces au sein du groupe de fixations.

Les ingénieurs peuvent également définir la configuration de la liaison, en déterminant si celle-ci fait office d'élément structurel principal ou s'inscrit dans un système de transfert de charges plus vaste.

Ce calculateur évalue les assemblages à goujon en s'appuyant sur la théorie de la limite d'élasticité de Johansen, qui constitue le fondement de la conception moderne des assemblages en bois selon l'Eurocode 5.

Cette approche analytique prend en compte l'interaction entre :

• Résistance à l'ancrage du bois

• Résistance à la flexion des éléments de fixation

• Rigidité des tôles d'acier

• Redistribution des charges au sein du groupe de fixations

Plusieurs mécanismes de défaillance potentiels sont évalués automatiquement, notamment :

• Défaillance de l'ancrage du bois

• Déformation d'un élément de fixation

• Mécanismes combinés en bois et plastique pour fixations

La procédure de conception applique les coefficients de sécurité des matériaux et les coefficients de correction définis par la norme de conception choisie.

En évaluant tous les modes de déformation possibles, le calculateur détermine la résistance de liaison déterminante et garantit une vérification structurelle fiable.

L'élément en bois constitue le principal composant structurel de l'assemblage. Sa géométrie et ses propriétés mécaniques ont une influence considérable sur la capacité de l'assemblage.

Les ingénieurs peuvent définir :

• Épaisseur des éléments en bois

• Classe de qualité du bois

• Mise en place d'une plaque d'acier dans la section en bois

• Disposition des plaques (disposition uniforme ou non uniforme)

Ces paramètres déterminent le mécanisme de transfert des charges et influent sur les exigences en matière d'espacement des fixations, la résistance au fendillement et le comportement global de l'assemblage.

Les plaques d'acier sont fréquemment utilisées dans les assemblages en bois afin d'améliorer la répartition des charges et d'augmenter la capacité de résistance des joints.

Ce calculateur permet aux ingénieurs de définir les propriétés mécaniques et géométriques de la tôle d'acier, notamment :

• Nuance de tôle d'acier

• Épaisseur de la plaque

• Profondeur de la plaque

• Distances entre les bords

• Distances d'extrémité

Les propriétés des matériaux, telles que la limite d'élasticité et la résistance à la rupture, servent à évaluer la résistance structurelle de la tôle d'acier.

Le système vérifie la plaque par rapport à divers mécanismes de défaillance potentiels, notamment :

• Pliage de tôles

• Capacité de charge

• Capacité de cisaillement

• Résistance à la déchirure

• Capacité de tension

Cela garantit que la partie métallique de l'assemblage conserve ses propriétés structurelles.

Les éléments de fixation constituent les principaux éléments de transfert de charge dans les assemblages en bois de type à goujon. Le calculateur permet de dimensionner :

• Boulons
• Chevilles en acier

Les ingénieurs peuvent définir les caractéristiques des éléments de fixation, notamment :

• Diamètre de la fixation

• Classe de fixation

• Nombre de fixations par rangée

• Nombre de lignes

• Disposition des fixations

• Diamètre de la rondelle

• Angle d'installation

Ces paramètres ont une incidence directe sur la capacité de la fixation, la répartition des charges et le mode de rupture prédominant de l'assemblage.

Un espacement adéquat des fixations et des distances par rapport aux bords est essentiel pour éviter les défaillances du bois dues à la fragilité, telles que le fendillement ou le cisaillement en bloc.

Ce calculateur permet aux ingénieurs de définir :

• Espacement dans le sens du fil (a₁)

• Espacement perpendiculaire au fil (a₂)

• Distance de bord chargée (aₜ)

• Distance au bord non chargé (aₑ)

• Distances d'extrémité

Les ingénieurs peuvent soit définir ces valeurs manuellement, soit laisser le calculateur appliquer les exigences minimales d'espacement conformément à la norme de conception sélectionnée.

Ces contraintes géométriques garantissent une répartition adéquate des contraintes et une résistance suffisante du bois autour des éléments de fixation.

Une fois la géométrie, les matériaux et les charges définis, le calculateur effectue une vérification structurelle complète de l'assemblage.

Les vérifications suivantes sont effectuées automatiquement :

Vérification géométrique

Vérifie que les espacements, les distances par rapport aux bords et les exigences de disposition sont conformes aux dispositions du code de conception.

Contrôles des éléments en bois et des fixations

L'assemblage est évalué pour plusieurs modes de défaillance potentiels du bois et des fixations, notamment :

• Résistance à la déformation d'un élément de fixation

• Résistance au fendage du bois

• Résistance au cisaillement des blocs ou des bouchons

• Résistance à la traction nette de l'élément en bois

Vérification des tôles d'acier

La tôle d'acier est contrôlée par rapport à :

• Capacité de tension

• Résistance des roulements

• Capacité de pliage

• Capacité de cisaillement

• Résistance à la déchirure

Les résultats sont présentés dans un tableau de bord synthétique clair, permettant aux ingénieurs d'identifier rapidement les mécanismes de rupture déterminants et de vérifier si l'assemblage répond aux exigences de conception.