Les assemblages en acier transfèrent les forces entre les poutres, les poteaux, les contreventements et d'autres composants structurels. Leur conception affecte les performances structurelles, les coûts de fabrication, la vitesse d’installation et la maintenance future.

Le soudage, le boulonnage et le rivetage sont trois méthodes établies pour assembler l’acier de construction. Comprendre leurs avantages et leurs limites aide les équipes de projet à sélectionner les connexions appropriées pour différentes applications.

1. Connexions soudées

Qu'est-ce qu'une connexion soudée ?

Dans le soudage à l'arc des aciers de construction, un arc électrique génère de la chaleur qui fait fondre localement l'acier et un matériau d'apport approprié. Le métal fondu se solidifie pour former un joint permanent.

Avantages des connexions soudées

• Détails de connexion compacts : le soudage peut joindre les composants directement et réduire le besoin de plaques superposées ou de fixations supplémentaires.

• Aucun trou de boulon au niveau du joint soudé : cela évite la réduction nette de section associée aux trous de fixation, bien que les ouvertures d'accès aux soudures et d'autres détails doivent toujours être pris en compte.

• Fabrication polyvalente : le soudage convient aux poutres constituées, aux colonnes caissons, aux raidisseurs et aux assemblages structurels complexes.

• Potentiel de joints étanches : des soudures continues correctement conçues peuvent fournir des connexions étanches lorsque cela est nécessaire.

• Production répétitive efficace : le soudage mécanisé peut améliorer la productivité pour des configurations de joints appropriées.

Inconvénients des connexions soudées

• Contraintes résiduelles et distorsion : un chauffage et un refroidissement inégaux peuvent entraîner un retrait et des modifications de la géométrie des composants.

• Modifications à proximité de la soudure : Le soudage modifie la microstructure de l'acier adjacent. L'effet dépend du matériau et du cycle thermique ; la fragilité locale est un risque potentiel et non un résultat inévitable. 

• Exigences en matière de processus et d'inspection : des résultats fiables dépendent d'une préparation des joints, de procédures de soudage, d'un personnel compétent et d'une inspection appropriés.

• Conditions de chantier plus exigeantes : l'accès, la protection contre les intempéries et la position de travail peuvent compliquer le soudage sur le terrain.

• Démontage difficile : Les joints soudés nécessitent généralement une découpe pour être séparés ou remplacés.

Processus de soudage courants

Soudage manuel à l’arc métallique — MMA/SMAW

Également appelé soudage à la baguette, ce procédé utilise une électrode enrobée consommable. L'équipement portable et la flexibilité le rendent utile pour les travaux sur site et les accès restreints. Ses limites incluent des taux de dépôt relativement faibles et des changements fréquents d’électrodes.

Soudage à l'arc submergé — SAW

SAW utilise un fil alimenté en continu sous une couverture de flux granulaire. Il est généralement mécanisé et adapté aux soudures longues dans les assemblages de poutres, de poutres et de plaques. Cela nécessite des accès et des positions de soudage adaptés.

Soudage à l’arc sous gaz métallique — GMAW/MIG/MAG

Ce procédé utilise un fil continu et un gaz de protection externe. Il permet une fabrication productive, mais les courants d’air peuvent perturber le bouclier gazeux. Le GMAW à fil plein ne produit pas le laitier de flux associé au soudage à la baguette ou au SAW. MIG utilise des gaz de protection inertes, tandis que MAG utilise des gaz ou des mélanges actifs. 

Aucun procédé de soudage ne produit automatiquement un joint plus solide qu’un autre. La sélection du processus doit tenir compte de la qualité de l'acier, de l'épaisseur, de la géométrie du joint, de la position, des propriétés requises et de la procédure de soudage applicable. 

2. Connexions boulonnées

Qu'est-ce qu'une connexion boulonnée ?

Les connexions boulonnées relient les composants en acier à l'aide de boulons, d'écrous et de rondelles lorsque cela est spécifié. Les boulons passent à travers des trous préparés dans les éléments ou les plaques de connexion.

La résistance des boulons et les conditions d’installation sont des considérations distinctes. Un boulon à haute résistance ne crée pas automatiquement une connexion préchargée ou résistante au glissement.

Principaux types de connexion

Connexions non préchargées

Ces connexions ne reposent pas sur une précharge de boulon spécifiée pour résister au glissement. Sous charge de cisaillement, la force est généralement transférée par le cisaillement des boulons et par l'appui contre les surfaces des trous. Ils peuvent être utilisés dans des connexions structurelles permanentes lorsque la conception le permet.

Connexions préchargées

Les boulons sont serrés selon une procédure spécifiée pour développer une force de serrage contrôlée. Lorsqu'une connexion est conçue pour résister au glissement, le frottement entre les surfaces de contact préparées transfère le cisaillement dans les conditions de conception spécifiées. L’installation des boulons et la préparation de la surface sont toutes deux essentielles. 

Avantages des connexions boulonnées

• Assemblage efficace sur site : les composants préparés peuvent être connectés sans soudage sur site.

• Pas de chaleur de soudage au niveau du joint : le boulonnage évite la déformation locale du soudage lors de l’installation.

• Démontage plus facile : les connexions peuvent faciliter les modifications futures, la maintenance et le remplacement des composants.

• Convient à la construction préfabriquée : la fabrication en atelier et l'assemblage sur site peuvent être coordonnés grâce à des détails de connexion standardisés.

Inconvénients des connexions boulonnées

• Section nette réduite : les trous de fixation enlèvent de la matière et doivent être pris en compte lors de la conception des connexions.

• Composants supplémentaires : les plaques d'épissure, les plaques d'extrémité ou les angles peuvent augmenter l'utilisation de matériaux et le travail de fabrication.

• Exigences d'aménagement : l'alignement des trous, les tolérances et l'accès aux outils nécessitent une coordination minutieuse.

• Contrôle de l'installation : les connexions préchargées nécessitent des procédures de serrage et une inspection appropriées.

• Considérations relatives au mouvement et à la fatigue : les risques de glissement, de chargement cyclique et de desserrage dépendent de la conception et de l'installation du joint ; les boulons à haute résistance ne suffisent pas à les éliminer.

Les connexions boulonnées sont largement utilisées pour l’assemblage sur site. Les arrangements préchargés sont particulièrement pertinents lorsque le mouvement relatif ou le chargement dynamique nécessitent un contrôle supplémentaire.

3. Connexions rivetées

Qu'est-ce qu'une connexion rivetée ?

Le rivetage structurel traditionnel utilise un rivet chauffé inséré dans des trous alignés. Son extrémité saillante forme une seconde tête, fixant les plaques reliées. Le refroidissement provoque la contraction du rivet et le serrage de l'assemblage.

Avantages des connexions rivetées

• Fixation mécanique permanente : Les têtes formées sécurisent les composants connectés.

• Comportement ductile : des matériaux de rivets appropriés et des joints correctement détaillés peuvent s'adapter à la déformation.

• Valeur en restauration : le rivetage peut préserver l’apparence et la méthode de construction d’origine de la charpente métallique historique.

Inconvénients des connexions rivetées

• Installation à forte intensité de main d'œuvre : Le chauffage, la manipulation et le formage des rivets nécessitent un équipement et des compétences spécialisées.

• Poids et matériel supplémentaires : les têtes de rivets, les chevauchements et les plaques de connexion s'ajoutent à l'assemblage.

• Trous de fixation : comme le boulonnage, le rivetage réduit la section nette des composants connectés.

• Retrait difficile : les rivets doivent généralement être percés ou découpés.

• Utilisation limitée dans les nouvelles structures en acier : le soudage et le boulonnage à haute résistance ont largement remplacé le rivetage à chaud traditionnel.

Le rivetage reste pertinent pour certains projets de restauration de ponts historiques, il serait donc inexact de le qualifier de complètement obsolète. 

Comparaison des méthodes d'assemblage en acier

Facteur	Assemblages soudés	Assemblages boulonnés	Assemblages rivetés
Rôle typique	Éléments fabriqués et joints permanents	Assemblage sur site et épissures de membres	Métallurgie historique et restauration spécialisée
Trous de fixation	Généralement inutile	Requis	Requis
Principal souci d’exécution	Procédure de soudage, distorsion et qualité de la soudure	Surfaces d'ajustement, de serrage et de contact le cas échéant	Qualité de formage des rivets et fabrication spécialisée
Démontage	Nécessite généralement une coupe	Généralement plus facile	Nécessite généralement le retrait destructeur des rivets
Exigences matérielles	Peut réduire le matériel de connexion	Peut nécessiter des plaques et autre matériel	Nécessite généralement des chevauchements ou des plaques de connexion

Comment choisir la bonne connexion en acier

La meilleure méthode de connexion dépend des forces requises, de la rigidité, des performances en fatigue, des installations de fabrication, des conditions du site et des besoins de maintenance. Ni les assemblages soudés ni boulonnés ne doivent être classés comme rigides ou flexibles uniquement par la méthode d'assemblage ; le détail complet du joint détermine son comportement.

Pour la planification du projet, comparez le coût total de fabrication, de transport, de montage, d'inspection et de modifications futures. Les détails finaux de connexion doivent suivre les spécifications du projet et être vérifiés par l’ingénieur en structure responsable.

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