Les ponts en acier et mixtes offrent une efficacité économique et structurelle remarquable pour des portées faibles à moyennes. Alors que la demande pour une conception de ponts à coûts raisonnables et structurellement robustes augmente, une compréhension approfondie du comportement structurel de ces systèmes devient cruciale.

Dans la construction de ponts en acier, des poutres en double-T sont généralement soudées – trois plaques soudées – afin de permettre des hauteurs importantes et donc des portées plus grandes que celles fournies par les profilés standardisés laminés à chaud. Cependant, un phénomène d’instabilité couramment rencontré apparaît dans ces poutres en acier particulièrement élancées : le déversement.

Le déversement est un mode d'instabilité globale, où la semelle en compression de la poutre subit un mouvement hors-plan – un déplacement latéral. Parmi la myriade de considérations structurelles, le déversement est un point central dans la conception d'un pont en acier, de la phase de construction jusqu'à son exploitation.

Dans le but de mieux comprendre ce mode de défaillance globale, ce projet se concentre sur une étude paramétrique du déversement des poutres de pont en acier à haute résistance, fournissant plus d'informations sur les paramètres clés qui ont le plus d’impact sur ce phénomène d'instabilité. La norme suisse propre à la construction en acier : la SIA 263, la présente norme européenne EN 1993-1-1:2005 ainsi que la future norme EN 1993-1-1:2019 incluent des courbes de déversement, à travers desquelles l’instabilité hors plan des poutres en acier est prise en compte lors du dimensionnement.

Néanmoins, la précision de ces normes est sujette à discussion lorsqu’il s’agit de poutres en acier de haute résistance, à plaques soudées, et à hauteurs importantes. En effet, Les normes ont été conçues pour des poutres à acier de nuance standard (S235 – S355), excluant les plaques découpées par oxycoupage. Les critères de conception actuels sont issus d'une combinaison d'investigations empiriques et théoriques réalisées sur des sections en I (double-T) laminées et des poutres composées à partir de plaques laminées en acier à résistance standard.

Ce projet explore le déversement dans les poutres de pont soudées en I à haute résistance au cours de la phase de construction, en abordant les préoccupations relatives aux occurrences de déversement à mi-portée et au niveau des appuis intermédiaires.

En utilisant la modélisation par éléments finis, diverses géométries de poutres de pont sont conçues et leur comportement simulé pour évaluer la performance des normes de conception actuelles (SIA 263, EN 1993-1-1:2005) et de la future norme européenne EN 1993-1-1:2019. La méthodologie de recherche implique une analyse par éléments finis pour examiner les paramètres géométriques et matériels, en comparant les résultats avec les codes de conception établis. Parmi ces paramètres, les contraintes résiduelles sont un point focal. Les contraintes résiduelles sont inhérentes au processus de fabrication et exercent une influence significative, voire cruciale, sur la résistance au déversement d'une poutre en acier.

En effet, ces contraintes résiduelles provoquent la plastification prématurée de certaines zones de la section sous l'application de charges. Cette plastification précoce réduit la rigidité effective de la section et, par conséquent, la résistance au déversement. De plus, les imperfections géométriques globales influencent significativement la résistance au déversement, montrant un impact minimal pour les petites portées et un effet prononcé pour les portées plus grandes.

Enfin, l'étude identifie un potentiel de rentabilité dans les sections hybrides où l'âme de la poutre en I est en acier de nuance S355 et les ailes sont en acier de résistance supérieure. La résistance au déversement est comparable à celle d’un système homogène (où l’acier des ailes et de l’âme est de nuance identique), en particulier pour les aciers de nuances S460 et S690.

Cependant, le moment résistant stagne à une valeur inférieure à celle atteinte par les systèmes homogènes pour les sections hybrides avec des âmes en S355 et des ailes en S890 à S960, car l'âme cède avant que les ailes n'atteignent leur pleine résistance. Cela rend les aciers S890 et S960 moins optimaux pour atteindre un équilibre harmonieux entre la performance structurelle et l'utilisation du matériau dans les sections en acier hybrides.

Ce sujet de recherche a révélé plusieurs éléments cruciaux concernant le comportement au déversement des poutres de pont soudées, en acier à haute résistance, en forme de I. L'étude a inclus une analyse approfondie de divers codes de conception, révélant une tendance constante où les normes considérées offrent des prédictions plus précises pour les poutres fabriquées à partir de plaques laminées que pour celles réalisées à partir de plaques découpées par oxycoupage. Cela s'aligne avec la dépendance des normes de construction aux données issues de configurations de plaques laminées.

Malgré une surestimation générale de la résistance au déversement pour les poutres de pont en acier à haute résistance dans l'ensemble des codes, la norme SIA 263 démontre une prédiction supérieure par rapport aux normes EN 1993-1-1:2005 et EN 1993-1-1:2019, cette dernière étant la plus conservatrice dans ses prédictions. Les imperfections globales ont montré un impact modéré sur la résistance au déversement pour les systèmes à petites et moyennes portées. Cependant, leur influence devient fortement prononcée pour les systèmes à grande portée. De plus, l'étude révèle que pour les poutres fabriquées à partir de plaques laminées, l'impact des contraintes résiduelles diminue à mesure que la nuance d’acier augmente, en particulier pour les poutres de grandes hauteurs.

L'étude souligne l'influence substantielle des imperfections globales, en particulier dans le contexte des poutres à hauteurs importantes et des systèmes à portée conséquente, ce qui souligne l'importance de prendre en compte les imperfections globales dans l'analyse et la conception structurelle. La tolérance de 𝐿/1000 est considérée comme une estimation sûre et fiable. En conclusion, ce projet fournit une compréhension extensive des facteurs influençant la résistance au déversement des poutres de pont en acier à haute résistance. Les résultats soulignent l'importance du choix des codes, des considérations relatives à la nuance d’acier, ainsi que l'influence des contraintes résiduelles et des imperfections géométriques dans l'optimisation de la conception des ponts pour une performance structurelle améliorée.