Optimisation par éléments finis de la géométrie de poutres en acier laminées à froid utilisées dans la construction de bâtiments

Les membrures formées à froid sont de plus en plus utilisées dans la construction grâce à leur faible coût de production et leur grande qualité dimensionnelle. Les maisons de l'entreprise partenaire utilisent des structures entièrement formées à froid pour augmenter la vitesse de construction et réduire le coût total de la structure. Les poutres principales, appelées P102, constituent une grande partie des assemblages et sont réalisées à partir de deux plaques d'acier pliées en C puis assemblées afin de former une section en I. Elles semblent cependant pouvoir être optimisées d'avantage. Les marges de sécurité des poutres sont étudiées dans le présent mémoire pour rendre compte des améliorations possibles. Les poutres P102 possédant un nombre fini d'emplacements pour les ouvertures dans l'âme, il est possible de générer tous les types de poutres avec quatre éléments de poutre de base. Une optimisation du profilé et une optimisation topologique des ouvertures dans l'âme des éléments de poutre sont étudiées afin de suggérer un design final. Cette méthode évite d'avoir à optimiser toutes les configurations existantes des poutres de l'entreprise partenaire. Les études sont réalisées avec le solveur Optistruct d'Altair. L'étude des marges de sécurité montre que les poutres P102 sont surdimensionnées en effort tranchant et que la résistance au moment fléchissant est critique. Un profilé en C et en I ont été définis pour réduire la marge de sécurité en effort tranchant jugée trop importante grâce a une épaisseur plus faible au niveau de l'âme. L'optimisation topologique des ouvertures dans l'âme des éléments de poutre utilisant les nouveaux profilés a permis d'obtenir les ouvertures les plus grandes possibles. Elles sont cependant plus petites que celle du design actuel du fait de l'épaisseur moindre au niveau de l'âme et des contraintes de réalisation que nous nous sommes imposées. L'utilisation des designs ainsi définis permet de réaliser des poutres respectant les contraintes de fabrication et de conception et ayant des marges de sécurité adaptées.