Métal 3D

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Données générales

Métal 3D a été développé afin d’offrir à l’utilisateur un software possédant des prestations importantes quant au dimensionnement des structures en acier et en bois (calcul des unions, tirants, etc.).

Métal 3D fonctionne à la fois comme programme indépendant et comme partie de CYPECAD pour l’apport de structures 3D intégrées.

Ce logiciel calcule tout type de structure formée de barres en acier ou en bois en réalisant les vérifications exigées par la norme. Il est implémenté pour les normes nationales et internationales du béton, du bois et de l’acier. Il réalise le calcul, le dimensionnement et la vérification de la résistance au feu des profils en bois. Il effectue l’analyse sismique de la structure (Analyse Modale Spectrale) en suivant les normes nationales et internationales. Il considère les effets du 2nd ordre (P-delta) pour le vent et les séismes.

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Etats limites, hypothèses, combinaisons et charges

Pour chaque matériau, il est possible de configurer différents états limites.

Le programme permet également de visualiser et imprimer un récapitulatif de toutes les situations du projet, avec ou sans actions sismiques, dans lequel apparaissent les coefficients partiels de sécurité g (majoration des actions) et les coefficients de combinaison Y pour chaque type d’action.

Hypothèses de charges et combinaisons d’hypothèses

Métal 3D génère automatiquement le poids propre des barres introduites sous forme d’hypothèse de charge permanente. Le nombre d’hypothèses additionnelles pouvant être ajoutées est illimité, et cela qu’elles soient de même nature ou non (charge permanente, d’exploitation, vent, séisme ou neige).

L’utilisateur peut définir les hypothèses simples qu’il désire et choisir de les combiner de manière compatible, incompatible ou simultanée. Le programme génère automatiquement la combinaison de ces hypothèses en respectant ce qui a été indiqué.

Par exemple, le programme génère automatiquement la combinaison des hypothèses correspondant à une situation de charges composée d’une charge générique et de l’agissement d’un chariot de charges ayant des positions différentes. Les positions du chariot sont incompatibles entre elles mais chacune d’elles est compatible avec la charge générique et avec le reste des hypothèses de différentes natures.

Il est possible de visualiser la combinaison d’hypothèses générée entre hypothèses de même nature. L’utilisateur peut ainsi vérifier que les données ont été rentrées correctement.

Différents types de charges

Le programme permet de définir plusieurs types de charges telles que ponctuelles, linéaires, en bande, incrément et gradient de température ou moments. Elles peuvent être introduites sur les barres ou les nœuds.

 

 

Il est possible de définir des déplacements prescrits au niveau des encastrements. Ces déplacements et rotations engendrent des efforts sur les barres, ce qui implique qu’en les définissant, il faut attribuer leurs effets à une hypothèse de charge.

 

Typologie de nœuds

La typologie des nœuds est extrêmement complète. Il est possible de définir des liaisons intérieures et des coactions extérieures. Les coactions extérieures permettent de définir des nœuds articulés, encastrés, semi-encastrés, des appuis élastiques (ressorts), des appuis avec déplacements libres selon un plan ou une droite à définir, etc.

Barres

Métal 3D permet l’introduction de barres en bois et en acier. Le programme dimensionne leurs sections avec une optimisation maximale.

Barres en acier et mixtes

Les barres en acier englobent des profils en acier laminé, armé et préformé qui sont gérés depuis la base de donnée, laquelle possède une grande diversité de profils de tous les types et des principaux fabricants et manuels. Il est possible de créer des profils composés à partir de profils simples en utilisant des unions soudées, des plaques de joint, des traverses de liaison… Il est également possible de définir des goussets aux extrémités, des profils d’épaisseur variable, des poutres Boyd non mixtes avec alvéoles hexagonales, octogonales ou circulaires ainsi que des barres mixtes (profils en acier avec dalle de béton).

Les barres en acier peuvent également être dimensionnées comme des tirants.

Tirants

Métal 3D permet de calculer et de dimensionner des tirants dont la section transversale est constituée de profils du type plaques de joint laminées, angulaires laminés, ronds massifs ou carrés massifs.

Dans la fenêtre Décrire profil, l’utilisateur peut sélectionner le type Tirant. Lorsque ce type est sélectionné, une explication sur la méthode employée et sur les conditions nécessaires pour le dimensionnement apparaît à l’écran.

Les tirants étant des barres d’axe droit qui admettent seulement des efforts de traction dans la direction de leur axe, leur modélisation ne pourrait être exacte que s’il était fait une analyse non linéaire de la structure pour chaque combinaison d’hypothèses, analyse dans laquelle devraient être supprimés, pour chaque calcul, tous les tirants présentant des efforts normaux de compression.

D’autre part, pour réaliser une analyse dynamique sans considérer les tirants comprimés, il faudrait réaliser une analyse dans le domaine du temps avec des accélérographes. 

Comme approximation de la méthode exacte, nous proposons donc une méthode alternative dont les résultats, dans le cas où ils sont en accord avec les conditions énumérées ci-après, sont suffisamment acceptables pour la pratique habituelle de conception des structures avec des tirants.

La méthode possède les limites suivantes, vérifiées par le programme :

1. Le tirant fait partie d’un raidissement en forme de croix de Saint-André entourée à ces quatre bords, ou en trois si le raidissement est en contact avec deux nœuds extérieurs. D’autre part, chaque cadre raidi doit avoir la forme d’un rectangle (c’est-à-dire que ses quatre angles intérieurs doivent être doits).
2. La raideur axiale des tirants (AE/L) est inférieure à 10% de la raideur axiale des éléments entourant la croix de Saint-André.
3. Chaque diagonale d’un même cadre raidi doit avoir la même section transversale, c’est-à-dire le même profil.

Il existe une information plus détaillée sur la méthode de calcul des tirants appliquée dans le programme dans le mémoire de calcul de Métal 3D ou dans la fenêtre Décrire profil qui apparaît lorsque l’utilisateur décrit une barre comme étant un tirant.

Barres en bois

Pour les profils en bois, Métal 3D utilise du bois de sciage (provenant de conifères et peupliers noirs ou bien d’espèces touffues) et du bois laminé-collé homogène ou combiné. Il est possible de définir des profils rectangulaires de section constante ou variable ainsi que des profils circulaires. Le programme contient une bibliothèque des profils en bois pouvant être configurée et complétée. La résistance au feu des profils en bois est également vérifiée.

Flambement et déversement

Métal 3D permet l’introduction des coefficients b de flambement, de la longueur de flambement et du coefficient de moments (s’il est défini dans la norme sélectionnée) pour chaque barre. La longueur de flambement des barres peut également être calculée automatiquement par une méthode approximative, basée sur des formules communément acceptées selon que l’utilisateur définisse la structure comme déformable ou non. Pour chaque barre, il est également possible d’activer la vérification au déversement.

Limites de flèche

Le programme permet à l’utilisateur de limiter la flèche des barres pour que le dimensionnement des profils prennent en compte la restriction imposée (en plus de la contrainte, de l’élancement, du voilement, etc.). L’utilisateur peut imposer des limites aux flèches maximales et relatives, pour leurs valeurs absolues ou pour leurs valeurs relatives à la longueur entre ses extrémités et les points d’inflexion de la déformée. La flèche peut être définie comme étant sécante ou tangente à une des extrémités. Il est également possible de définir une pièce composée de plusieurs barres alignées afin que le programme en vérifie la flèche comme s’il s’agissait d’une barre unique. Les fenêtres contenant ces options disposent d’aides qui définissent parfaitement les types de flèches que l’utilisateur peut limiter et la longueur servant de référence à la flèche relative.

Ajustages, déplacements et rotations

Lors de l’introduction des barres, il est possible de réaliser des ajustements, des déplacements et des rotations par rapport à l’axe d’introduction de la barre. L’excentricité produite par ces ajustages et déplacements est prise en compte dans le calcul, permettant ainsi à l’utilisateur de considérer la véritable position relative des barres entre elles.

Coefficients d’encastrement

Il est possible de définir les coefficients d’encastrement à l’extrémité de chaque barre (avec des valeurs comprises entre 0 et 1) et ainsi d’articuler les extrémités.

Unions

Dans son module Unions I., Métal 3D incorpore des profils laminés et armés en double T ainsi que le calcul et le dimensionnement des unions soudées des profils double T pour l’Eurocode 3. Les typologies disponibles sont spécifiées ci-après.

(Imágen 34)

Typologies d’unions implémentées

	Union Poteau - Linteau encastrée avec goussets, avec zéro, une ou deux poutres orthogonales articulées
	Poteau central avec goussets (linteaux encastrés), avec zéro, une ou deux poutres orthogonales articulées

Dimensionnement des unions

Si, lors du processus de calcul de la structure, des nœuds dont les unions peuvent être résolues dans le programme sont détectés, ces dernières seront dimensionnées et les détails pourront être consultés sous forme de plan.

Pour les unions, le programme dimensionne la longueur et les épaisseurs de gorges des soudures et incorpore des raidisseurs dans le cas où ils seraient nécessaires pour la transmission des contraintes dans l’union.

Les efforts transmis au cordon de soudure par unité de longueur sont décomposés suivant chacune de ses composantes de contrainte normale et tangentielle dans le plan de la gorge, en supposant que la distribution des contraintes est uniforme tout le long de celui-ci.

Consultation des unions

Après le calcul, les unions dimensionnées par le programme peuvent être consultées.

Métal 3D signale par des cercles de couleurs différentes les nœuds dont toutes les unions ont été dimensionnées, ceux dont seulement certaines unions ont été dimensionnées et ceux dont aucune union n’a été dimensionnée.

En approchant le curseur d’un nœud où des unions ont été dimensionnées, vous ferez apparaître un cadre informatif dans lequel sont indiqués les types d’unions dimensionnées associées à ce nœud. En cliquant sur l’union, vous verrez apparaître les plans des détails des unions associées à ce nœud.

 

Si vous approchez le curseur d’un nœud pour lequel il n’y a eu aucune union dimensionnée alors qu’elles correspondent à des types reconnus par le programme, vous verrez apparaître un cadre vous informant des raisons pour lesquelles l’union n’a pas pu être dimensionnée.

Liste des unions

Métal 3D génère une liste des unions contenant les données suivantes :

• Spécifications des unions soudées
  • Norme
  • Matériaux
  • Dispositions constructives
  • Vérifications
• Références et symboles
• Vérification dans les plaques d’ancrage
• Mémoire de calcul
  • Détails constructifs de chaque type d’union
  • Résultats des vérifications de chaque type d’union
  • Mesure des soudures et des tôles pour chaque type d’union
• Mesures des soudures et des tôles de toutes les unions dimensionnées

Plan des unions

Les détails constructifs des unions calculées et dimensionnées par le programme peuvent être ajoutés aux plans de la structure. Les plans des unions incluent les éléments suivants :

• Détails constructifs de l’union
• Cadre contenant les spécifications des unions soudées dans la structure métallique
  • Norme
  • Matériaux
  • Dispositions constructives
  • Vérifications
• Références et symboles

Mesures des soudures et des tôles de toutes les unions dimensionnées.

Plaques d’ancrage

Métal 3D dimensionne les plaques d’ancrage (méthode des bandes finies) pour n’importe quelle disposition du poteau métallique (profils simples et composés). Les plaques d’ancrage appartiennent à un module de Métal 3D.

L’utilisateur peut éditer les plaques d’ancrage calculées, les modifier comme il le souhaite et les vérifier avec le programme.

Il est également possible d’égaliser les plaques d’ancrage. Cette option permet d’améliorer le dimensionnement des plaques d’ancrage proposées par le programme, étant donné que le dimensionnement est exclusivement réalisé par des critères résistants dans chaque barre. En copiant les plaques d’ancrage, il est possible de réduire le nombre de type de plaques différentes et ainsi d’obtenir des résultats plus uniformes. Après avoir copié une plaque d’ancrage sur une autre, le programme réalise la vérification de la plaque attribuée.

L’utilisateur peut visualiser à l’écran la représentation 3D et le détail de la plaque. Les détails constructifs peuvent également être générés dans les plans de l’ouvrage.

Fondation

Métal 3D calcule et dimensionne les semelles superficielles et sur pieux. Elles peuvent être isolées ou combinées, c’est-à-dire qu’elles admettent n’importe quel nombre de poteaux.

Les semelles peuvent être en béton armé ou en béton massif, d’épaisseur constante ou variable, et le programme peut les dimensionner de façon à ce qu’elles soient carrées, rectangulaires, excentriques, en coin ou centrées. Le calcul et le dimensionnement des semelles font partie d’un module de Métal 3D.

 

Les semelles sur pieux admettent plusieurs pieux. Leur typologie est très large. Les semelles peuvent être de 1, 2, 3 et 4 pieux, être linéaires et rectangulaires avec un nombre quelconque de pieux, pentagonales de 5 et 6 pieux ou encore hexagonales de 6 et 7 pieux. Le calcul et le dimensionnement des semelles sur pieux fait partie d’un module de Métal 3D.

Les longrines arrivant aux semelles superficielles comme aux semelles sur pieux peuvent être de liaison ou de redressement. Le dimensionnement des longrines est inclus dans le module des semelles.

Le programme permet de choisir l’équilibre des longrines de redressement en sélectionnant le type de loi des contraintes modélisant la réponse du terrain qui agira sous la semelle.

Diagramme rectangulaire des contraintes sous la semelle: Si vous sélectionnez cette option, la longrine est supposée parfaitement centrée, ce qui implique un diagramme rectangulaire des contraintes du terrain.

Diagramme trapézoïdal des contraintes sous la semelle : Il est possible de considérer une longrine n’étant pas parfaitement centrée, c’est-à-dire qu’il se produit une certaine rotation de la semelle qui donne naissance à un diagramme trapézoïdal des contraintes et implique donc un relâchement des efforts agissant sous la longrine. Si le diagramme des contraintes sous la semelle vient à être trapézoïdal, sa résultante se déplace vers le poteau, produisant ainsi une réduction du moment de la poutre de d’environ 10%.

Aide pour l’introduction des données

Métal 3D importe des fichiers générés dans des programmes CAD au format DWG ou DXF de deux ou trois dimensions, ce qui permet de générer automatiquement la géométrie de la structure (tout en sélectionnant les éléments à importer classés par calques, entités, couleurs ou types de ligne).

Le programme dispose également d’autres outils facilitant l’introduction des données : Zoom, Redessiner, Orthogonalité, Annuler la dernière modification, Répéter la dernière modification annulée, Répéter la dernière sélection d’éléments, etc. Il est également possible de réaliser des captures (extrémité, point milieu, perpendiculaire, plus proche et intersection) et des options de tracé (prolongation, perpendiculaire, orthogonal) sur les éléments de la structure.

 

La génération des vues permet de travailler avec des fenêtres 2D et 3D de façon totalement interactive et avec une connectivité totale. De plus, dans les vues 3D apparaissant à l’écran, se dessine le plan de la vue 2D dans lequel se trouve le curseur.

Métal 3D possède également des fonctions permettant de réaliser des générations automatiques telles que la génération de nœuds, de barres et de mailles spatiales formées de tétraèdres. D’autre part, il est capable de créer un nombre illimité de portiques parallèles à partir d’un seul.

 

Les éléments sont cotés sans introduction de coordonnées ou de maille rigides. Lorsqu’un nœud ou une barre est introduit, le programme leur attribue des coordonnées qui dépendent de la position du curseur par rapport aux lignes de référence capturées. Par la suite l’utilisateur peut choisir de modifier les coordonnées assignées en assignant des cotes aux nœuds.

Résultats, plans et récapitulatifs

Les diagrammes et courbes enveloppes des efforts et des déformations peuvent être consultés à l’écran graphiquement ou analytiquement.

 

La possibilité de vérification des barres à l’écran (contrainte, voilement, élancement, flèche, …) permet une correction manuelle ou automatique jusqu’au dimensionnement final.

Le programme dessine les plans de n’importe quelle vue de la structure, en y incluant toutes les informations souhaitées, ainsi que les tracés avec les dimensions réelles du profil. Les plans peuvent être exportés aux formats DXF et DWG ou encore envoyé vers imprimante ou plotter.

Il est possible de générer des vues 3D en perspectives coniques ou isométriques avec les profils à l’échelle. Ces vues 3D peuvent être imprimées et exportées à des fichiers aux formats DXF, DWG, EMF, BMP et JPG.

En perspective conique, il est possible de se déplacer à l’intérieur de la structure avec une totale liberté.

 

Le programme permet d’obtenir les récapitulatifs des données des nœuds, des barres et des charges ; les récapitulatifs des résultats des déplacements, réactions, efforts, contraintes, flèches, semelles, plaques d’ancrage, etc. de la structure. Les récapitulatifs des mesures sont également consultables. Tous ces récapitulatifs peuvent être exportés aux formats TXT, HTML, PDF et RTF. Pour chacun d’entre eux, une vue préliminaire peut être obtenue.

Versions et modules de Métal 3D

Métal 3D possède une série de modules pouvant s’acquérir séparément :

• Semelles superficielles
  
  Ce module comprend le calcul et le dimensionnement des semelles carrées, rectangulaires, excentrées, en coin ou mitoyennes en béton armé ou massif. Le calcul et le dimensionnement des longrines de liaison et de redressement est inclus. Il s’agit d’un module commun à CYPECAD et à Métal 3D.
• Semelles sur pieux
  
  Ce module calcule et dimensionne les semelles sur pieux de plusieurs pieux. Leur typologie est très étendue. Les semelles peuvent posséder 1,2,3 ou 4 pieux ; être linéaires ou rectangulaires de n’importe quel nombre de pieux, pentagonales de 5 et 6 pieux ; et hexagonales de 6 et 7 pieux. Le calcul et le dimensionnement des longrines de liaison et de redressement est inclus. Il s’agit d’un module commun à CYPECAD et à Métal 3D.
• Plaques d’ancrage
  
  Ce module dimensionne des plaques d’ancrage pour n’importe quelle disposition du poteau métallique (profils simples et composés). Il est commun à CYPECAD et à Métal 3D.
• Profils en bois
  
  Ce module calcule et dimensionne des barres de sections rectangulaires (constante ou variable) et circulaires en bois de sciage (provenant de conifères et peupliers noirs ou bien d’espèces touffues) et en bois laminé-collé homogène ou combiné. Le module permet également de vérifier la résistance au feu.

• Unions I. Entrepôts de profils laminés et armés en double T
  
  Ce module calcule et dimensionne des typologies déterminées d’unions soudées de profils en « double T » pour l’Eurocode 3.

Métal 3D limité à deux dimensions est une version réduite de Métal 3D limitée au calcul en deux dimensions et qui dispose optionnellement des mêmes modules que Métal 3D.