Livre blanc · Conception pultrudée
La grille FRP pultrudée porte la charge à travers un ensemble de barres porteuses continues, parallèles, en I ou en T, liées entre elles par des barres transversales. Comme les barres sont alignées, la section se comporte comme une poutre - non comme un panneau bidirectionnel - et la conception structurelle revient à calculer les caractéristiques de section exactes, contrôler la flèche et détailler les raccords qui maintiennent les barres à l'acier d'appui. Cet article expose les caractéristiques de section de barre I/T, la règle portée/hauteur, le critère de flèche L/200 et les règles de conception des raccords qui rendent un platelage pultrudé prévisible.
- Rigidité unidirectionnelle : les barres pultrudées tournent à ~70 % de teneur en verre ; E dans la direction de la barre est environ le double de celle de la grille moulée, donc les longues portées deviennent faisables.
- La flèche commande : avec E ≈ 10–20 GPa, la barre qui passe la résistance ultime échoue typiquement d'abord la limite de service L/200.
- L'orientation est critique : les barres porteuses doivent traverser la courte portée ; un panneau posé avec les barres parallèles à la portée est l'erreur de terrain la plus courante et la plus dangereuse.
Comment une barre porteuse pultrudée est construite
Une barre porteuse pultrudée est une poutre à section constante tirée à travers une filière chauffée. La section transversale est en I (grandes ailes haute et basse, âme mince) ou en T (une large aile haute, pied inférieur). Des rovings de verre continus suivent la longueur dans l'âme et les ailes ; un mat filamentaire continu et un voile de surfacing fournissent la résistance transverse et une surface riche en résine. Des barres transversales (acier ou FRP) sont filetées à travers des trous dans les barres pendant la pultrusion à un espacement de 30–100 mm, liant les barres en un panneau.
| Dimension | Barre I (indicatif) | Barre T (indicatif) | Rôle en conception |
|---|---|---|---|
| Hauteur totale h | 40–75 mm | 50–75 mm | Bras de levier principal en flexion |
| Largeur d'aile b | 20–25 mm | 25–40 mm | Aile de compression/traction |
| Épaisseur d'âme t_w | 3–5 mm | 4–6 mm | Transfert de cisaillement ; flambage local |
| Épaisseur d'aile t_f | 3–6 mm | 4–8 mm | Appui et écrasement local |
| Entraxe des barres c/c | 25–50 mm | 30–50 mm | Fixe le nombre de barres par mètre |
| Diamètre de barre transversale | Ø6–Ø10 mm | Ø6–Ø10 mm | Intégrité du panneau / répartition de charge |
Dimensions indicatives ; les I/Z exacts par barre sont tabulés dans le manuel métrique de conception de grille pultrudée de l'industrie (données fabricant). La barre I est la poutre profonde efficace ; la barre T offre une aile de marche plus large.
Calcul par bande au mètre
Concevez une bande de 1 m de largeur de panneau comme une série de barres parallèles simplement appuyées. Pour une portée L chargée uniformément :
n_barres = 1000 / c_entraxe (barres par mètre de largeur) I_panneau = n_barres × I_barre (mm⁴ par m) Z_panneau = n_barres × Z_barre (mm³ par m) Mmax = w L² / 8 (N·mm par m de largeur) δ = 5 w L⁴ / (384 E I) (flèche en mi-portée, mm) σ_flèch = Mmax / Z_panneau (contrainte de flexion, N/mm²) σ_allow = σ_ult / FOS (FOS = 5:1 pultrudé, selon la pratique ZeAllgrate)
Ici w est la charge par unité de longueur sur la bande de 1 m (N/mm), L la portée nette (mm), E le module de flexion dans la direction de la barre porteuse (N/mm², typiquement 10,000–20,000), I_barre le second moment d'aire d'une barre (mm⁴) et Z_barre son module de section (mm³). Les barres transversales répartissent les charges concentrées sur quelques barres ; pour la charge uniforme, la méthode par bande au mètre est conservative et standard.
Valeurs par mètre selon la hauteur de barre
I = second moment d'aire, Z = module de section, par mètre de largeur. Valeurs indicatives ; vérifiez contre le tableau de charge pultrudé ZeAllgrate pour la barre et la teneur en verre exactes.
| Barre pultrudée | Poids (kg/m²) | I par m (cm⁴/m) | Z par m (cm³/m) | Portée max typ. à L/200, 5 kN/m² |
|---|---|---|---|---|
| I-40 (40 mm de haut) | ~11 | ~150 | ~8.5 | ~1.15 m |
| I-50 (50 mm de haut) | ~13 | ~230 | ~12.0 | ~1.45 m |
| I-60 (60 mm de haut) | ~15 | ~340 | ~16.5 | ~1.75 m |
| I-75 (75 mm de haut) | ~18 | ~560 | ~25.0 | ~2.10 m |
| T-50 (50 mm de haut) | ~14 | ~260 | ~13.0 | ~1.50 m |
| T-65 (65 mm de haut) | ~17 | ~420 | ~19.5 | ~1.90 m |
Plages indicatives alignées sur le manuel métrique de conception de grille pultrudée de l'industrie. Les valeurs exactes varient avec la largeur d'aile, l'épaisseur d'âme et la fraction de verre ; utilisez les données fabricant pour la conception finale.
Une règle empirique rapide
Pour l'implantation préliminaire, les concepteurs expérimentés de grille pultrudée utilisent une limite portée/hauteur d'environ L/h ≈ 20–25 pour les passerelles piétonnes à L/200. C'est-à-dire qu'une barre de 50 mm porte environ 1,0–1,25 m ; une barre de 75 mm porte environ 1,5–1,9 m. Pour les charges d'exploitation industrielles ou la flèche de foule (L/240), réduisez le ratio vers 18–20. Ceci est une règle d'implantation - la conception finale doit toujours être confirmée par le calcul de flèche et de résistance ci-dessus.
| Service | Cible portée/hauteur (L/h) | Limite de flèche |
|---|---|---|
| Piéger léger / accès équipement | 22–25 | L/200 |
| Passerelle industrielle standard | 20–22 | L/200 |
| Foule / sensible / plateforme occupée | 18–20 | L/240 |
| Industriel lourd / charge de roue | 16–18 | L/150 |
Ratios empiriques ; les Guidelines ZeAllgrate et tableaux de charge fabricant régissent la sélection finale.
Concevoir une passerelle pultrudée de 1,6 m de portée, 5 kN/m², L/200
Données : portée nette L = 1,6 m = 1600 mm ; charge d'exploitation uniforme q = 5 kN/m² ; limite de flèche L/200 ; barres pultrudées I-60 à 40 mm c/c, E = 15,000 N/mm² ; contrainte de flexion ultime ≈ 250 MPa, FOS = 5 → σ_allow = 50 N/mm². D'après le tableau, l'I-60 fournit I_panneau ≈ 340 cm⁴/m = 3.40×10⁶ mm⁴/m et Z_panneau ≈ 16,5 cm³/m = 16,500 mm³/m.
Étape 1 Flèche admissible
δ_allow = L/200 = 1600/200 = 8.0 mm
Étape 2 I requis depuis la flèche δ = 5 w L⁴ / (384 E I)
w = 5 kN/m² × 1 m = 5 N/mm
I_req = 5 × w × L⁴ / (384 × E × δ_allow)
= 5 × 5 × 1600⁴ / (384 × 15000 × 8)
= 3.277e14 / 4.608e7
= 7.11e6 mm⁴ par m ≈ 711 cm⁴/m
Étape 3 Choix de section
L'I-60 fournit I = 340 cm⁴/m = 3.40e6 mm⁴/m < 711 → flèche ÉCHOUE
Passez à l'I-75 : I = 560 cm⁴/m = 5.60e6 mm⁴/m < 711 → encore court
Pour 1,6 m à L/200, agrandissez la hauteur de barre ou réduisez la portée :
L'I-75 à L = 1,45 m (selon le tableau) satisfait ; pour 1,6 m utilisez
une barre sur mesure plus profonde ou des appuis plus proches.
Étape 4 Vérifier la résistance (section déterminante choisie)
Mmax = w L² / 8 = 5 × 1600² / 8 = 1.60e6 N·mm par m
Z_req = Mmax / σ_allow = 1.60e6 / 50 = 32,000 mm³ = 32 cm³/m
L'I-75 fournit Z ≈ 25 cm³/m → la résistance doit aussi être agrandie
Conclusion : à 1,6 m de portée, la flèche L/200 commande ; choisissez une
section pultrudée plus profonde ou réduisez la portée nette à ~1,45 m.Résultat : la barre I-60 qui paraissait adéquate pour une portée de 1,6 m échoue à la fois la flèche et la résistance à L/200. Le manuel métrique pultrudé recommande un I-75 (ou un espacement d'appui plus proche de ~1,45 m). C'est la leçon centrale : lisez le tableau de charge à votre portée exacte et limite de flèche - n'interpolez jamais une épaisseur voisine.
Comment les barres sont maintenues aux appuis
- Longueur d'appui : chaque extrémité de barre doit porter au moins 50 mm (2 in) sur cornière acier ou appui FRP pour prévenir l'écrasement local d'âme et le poinçonnement au trou de barre transversale.
- Positionnement des clips : un G-clip ou clip coin par barre porteuse à chaque appui ; un clip à chaque coin du panneau est obligatoire. Espacement typique des clips ≤ 300 mm le long de l'appui.
- Jeu en bout de barre : laissez un jeu de dilatation de 6–10 mm entre extrémités de panneau pour accommoder le mouvement thermique (le FRP se dilate ~2–3× plus que l'acier).
- Appui de bord : les bords libres (non soutenus) du panneau doivent être ossaturés avec une cornière FRP ; les longs bords non soutenus fléchissent indépendamment et surchargent la première rangée de clips.
- Matériau de fixation : clips et boulons inox A2/A4 (304/316) ; la quincaillerie galvanisée est acceptable en service sec mais corrode plus vite que le FRP lui-même en service corrosif.
Roues, pieds et socles d'équipement
La charge uniforme commande rarement les platelages pultrudés - une roue de chariot, un pied de pompe ou un socle de fût, oui. Une charge concentrée sur une barre est répartie vers les barres voisines par les barres transversales sur une largeur de patch courte. Pour un patch de largeur b (mm) sur l'entraxe c :
n_partage = arrondi(b / c) + 1 (barres partageant la charge, typiquement 3–5) P_barre = P / n_partage (kN par barre partagée) Vérifiez P_barre contre le tableau de charge concentrée pour cette barre à la portée L. Si le patch repose sur une barre transversale, le partage s'améliore ; si entre barres transversales, supposez que la charge va à la barre la plus proche (conservateur).
Pour le passage de chariot ou de transpalette, réduisez la valeur statique de ~50 % pour l'impact et choisissez la barre depuis la rangée de charge de roue, non la rangée uniforme. Là où les charges de roue sont élevées, spécifiez un espacement d'appui plus proche ou une barre plus profonde plutôt que de compter sur le tableau de charge uniforme.
Quand la barre longue est la bonne réponse
| Critère | Pultrudé | Moulé |
|---|---|---|
| Teneur en verre / rigidité | ~70 % / ~2× plus rigide | ~33 % / standard |
| Portée typique | 1,5–3,0 m | 0,6–1,2 m |
| Direction de résistance | Unidirectionnel (barres) | Bidirectionnel |
| Résistance aux chocs | Bonne | Excellente |
| Idéal pour | Longues portées, charges lourdes, circulation | Charges modérées, humide/corrosif, choc |
Utilisez le pultrudé là où la portée ou la charge pilote la section ; utilisez le moulé là où l'impact, le routage bidirectionnel ou le coût à courtes portées domine. Les projets mixtes utilisent souvent les deux - moulé dans les zones de procédé, pultrudé sur les passerelles principales.
Conclusions
Concevez la grille pultrudée comme un ensemble de poutres I/T parallèles, non comme une plaque. Calculez I/Z par barre, multipliez par les barres au mètre, et laissez la limite de flèche L/200 choisir la hauteur de barre - la résistance commande rarement une fois la flèche satisfaite. Respectez les 50 mm d'appui, clipiez chaque barre sur chaque appui, ossaturez les bords libres et laissez les jeux thermiques. Lisez le tableau de charge fabricant à votre portée exacte ; l'exemple chiffré montre comment une barre qui paraît adéquate au premier coup d'œil peut échouer aux deux critères.
Sources citées dans cet article
- Manuel métrique de conception de grille pultrudée de l'industrie (PDF fabricant) - caractéristiques de section de barre, charge/portée et méthode de valeur de conception ASTM D7290. Données techniques fabricant disponibles sur demande.
- Guide d'ingénierie de grille moulée de l'industrie (PDF fabricant) - conception de panneau bidirectionnel et coefficients de sécurité. Données techniques fabricant disponibles sur demande.
- ZeAllgrate — Guidelines for the Engineer/Designer (ACMA) - coefficients de sécurité des barres pultrudées, limites de flèche et pratique de raccord.
- Tableaux portée-charge de l'industrie (données fabricant) - portées de charge uniforme et concentrée de barre I/T pultrudée. Données techniques fabricant disponibles sur demande.
- ASTM D790 (flexion), D638 (traction), D7290 (évaluation des composites pultrudés) ; OSHA 29 CFR 1910.23 ; ISO 14122.
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