Après des années passées à concevoir des structures acier « normales » — entrepôts, portiques, halles pleines de logiques répétitives — vous vous retrouvez soudain face à un mât incliné dans l'espace, à des câbles qui tirent dans des directions que votre intuition n'apprécie pas d'emblée, et à des assemblages qui ressemblent davantage à des sculptures mécaniques qu'à des détails de structure. C'est exactement ce que nous avons abordé lors d'un récent webinaire sur les structures membranaires et leurs assemblages acier, avec ixRay, l'entreprise à l'origine du logiciel ixCube 4-10 .
Au premier abord, tout semblait familier. Un modèle global, quelques cas de charge et un dessin de base des détails. Mais dès que j'ai commencé à modéliser les nœuds, les choses sont devenues intéressantes.
L'analyse globale est la partie facile
Le flux de travail a démarré comme la plupart des nôtres. Une structure membranaire — mâts, câbles et toile travaillant ensemble — a été analysée globalement dans ixCube 4-10, les cas de charge ont été préparés, les déformations vérifiées, le tout proprement réalisé par Gerry. Mâts, câbles et membrane remplissaient chacun leur rôle, après recherche de forme, sans souci (enfin, c'était un webinaire public, non ?).
Ensuite, j'ai pris le relais pour les assemblages.
IDEA StatiCa Checkbot est toujours utile ici. Grâce au lien BIM, la géométrie, les sections et les combinaisons de charges sont exportées directement d'ixCube 4-10 vers IDEA StatiCa — sans resaisie manuelle des efforts, sans lutte avec les systèmes de coordonnées.
Soudain, la géométrie compte. Énormément
Une fois les nœuds importés, la différence entre les assemblages membranaires et les détails acier « normaux » est apparue immédiatement.
Contrairement aux structures acier courantes, où les nœuds se répètent comme les motifs d'un papier peint, ici chaque assemblage était un cas unique. Des têtes de mât avec des câbles arrivant sous des angles étranges, des nœuds d'ancrage interagissant avec le béton, des axes ici, des excentricités partout.
Mais le pire, c'est que ce monde n'est pas orthogonal ! Les structures membranaires forment un désordre spatial : pas d'éléments perpendiculaires, des plaques rarement rectangulaires, des efforts surtout axiaux — jusqu'à ce qu'ils ne le soient plus, à cause des angles.
Au lieu de choisir un modèle d'assemblage et d'ajuster le nombre de boulons, la conception s'est transformée en une suite de bonnes vieilles opérations manuelles. Ce qui a sauvé mon a..., euh, mon autorité d'utilisateur expert de l'application Connection, c'est d'importer les goussets de forme réelle à partir de fichiers DXF au lieu de les dessiner dans l'application.
J'ai ensuite poussé la réflexion plus loin, notamment pour positionner les plaques dans l'espace afin qu'elles s'ajustent aux vecteurs des éléments. Ici, l'option de l'opération Raidisseur permettant de définir l'origine comme LCS de l'élément ou de la plaque a également été très utile. Après cela, ce n'était plus que du poker au millimètre avec les décalages X et Y et la rotation — étrangement satisfaisant, en fait.
Bon, cela a pris du temps. Mais ces techniques ont fait l'affaire, et j'étais bien plus proche d'appuyer sur le bouton rouge (c'est Calculer, pour ceux qui se poseraient la question).
Les câbles ne sont pas des poutres
Mais avant cela, encore un peu de réglage. Par défaut, les modèles d'assemblage supposent volontiers que les éléments transmettent toutes les composantes d'efforts internes. Très bien pour les poutres et les poteaux. Complètement faux pour les câbles.
Dans les structures membranaires, les câbles sont là pour reprendre la traction. Un point c'est tout. Pas de moments fléchissants, pas de rigidité en rotation, pas de cisaillement. IDEA StatiCa Connection peut-il modéliser des câbles ? Non. Mais il existe une solution de contournement — et une bonne. Le câble lui-même et son mécanisme de tension relèvent du fabricant, déjà certifiés. Ce qui compte ici, c'est l'assemblage sur lequel il tire. Le câble est donc modélisé comme une tige pleine, avec tous les paramètres correspondant au câble importé via le lien BIM.
Les axes ne sont pas des groupes de boulons
Les structures membranaires regorgent d'assemblages qui, mécaniquement, reposent sur un seul axe qui fait tout le travail. IDEA StatiCa permet de modéliser un véritable assemblage à un seul axe en ajustant virtuellement les appuis d'extrémité des éléments assemblés.
Techniquement, cela se fait en un clic dans les propriétés de l'élément — en basculant les câbles vers le type de modèle N-Vy-Vz. La saisie des efforts est déjà prête, puisque seules les tractions sont importées du modèle global aux éléments finis. Dans ce cas, libérer tout sauf l'effort normal n'est pas une astuce logicielle pour obtenir des coches vertes. C'est la réalité structurelle qui rattrape le modèle.
Si vous sautez cette étape, vous pouvez vous retrouver avec un assemblage qui se calcule tout en étant un non-sens physique, ou, plus probablement, un mécanisme non calculable avec le message final « analyse 0 % ».
Le moment est venu d'appuyer sur le bouton rouge — et de savourer la dose de dopamine qui l'accompagne.
C'est là que la (CB)FEM se met en valeur
Regarder les résultats apparaître est un vrai plaisir. Vous obtenez toujours vos tableaux vert/rouge de vérification exigés par l'Eurocode et un rapport PDF pour terminer votre journée. Mais vous obtenez aussi des champs de contraintes traversant des plaques aux formes étranges, des zones de concentration autour des trous d'axe, des formes déformées qui confirment immédiatement — ou remettent en question — votre intuition d'ingénieur.
On voyait clairement quelle plaque travaillait réellement et laquelle se contentait de bronzer.
Pour les structures membranaires, c'est inestimable. Ce sont des détails pour lesquels « l'équation est satisfaite » ne suffit tout simplement pas. Il faut voir ce qui se passe. Et oui — il arrive que la composante déterminante ne soit pas du tout celle que vous attendiez.
Réflexions finales
Concevoir des assemblages acier pour des structures membranaires est exigeant. Cela vous oblige à être précis, à respecter le comportement réel et à cesser de vous cacher derrière des hypothèses simplifiées. Mais c'est aussi profondément satisfaisant, surtout lorsque vous disposez d'outils qui vous permettent de modéliser ce que vous avez réellement en tête.
IDEA StatiCa n'a pas été conçu à l'origine pour de tels assemblages — mais avec un peu de savoir-faire, ou quelques conseils, il se révèle plus performant qu'on ne l'imagine.
Rubik's Cube terminé. Prochain défi : le Rubik's Dodécaèdre 😉.
Ressources
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Ou regardez l'enregistrement du webinaire avec l'explication de l'ensemble du flux de travail.
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