Influence de la configuration des assemblages sur la résistance au poinçonnement des systèmes poteau CFST–dalle BA sous chargement excentré

Pourquoi des joints de bâtiment plus sûrs comptent

Dans les villes modernes, les immeubles de grande hauteur s’appuient de plus en plus sur des planchers plats, sans poutres visibles, supportés directement par des poteaux robustes. Ce rendu épuré libère l’espace intérieur mais masque un point vulnérable : la petite zone où chaque poteau rejoint la dalle. Si ce joint cède soudainement, la dalle peut « poinçonner » autour du poteau et subir un effondrement local. Cet article étudie comment rendre ce joint caché beaucoup plus résistant et tolérant, en utilisant des détails en acier ingénieux pouvant être intégrés dès la construction plutôt qu’ajoutés ultérieurement.

Mêler tubes d’acier et planchers plats

L’étude porte sur un système hybride courant : des poteaux en tube d’acier remplis de béton (CFST) connectés à des dalles plates en béton armé. Dans ces poteaux, un tube d’acier creux est rempli de béton, combinant la résistance et la rigidité des deux matériaux. Les dalles plates reposent directement sur les poteaux sans poutres profondes, ce qui économise de la hauteur et rend les agencements plus flexibles. L’inconvénient est que les charges des étages supérieurs sont concentrées sur une petite zone de la dalle autour de chaque poteau. Quand la charge est excentrée par rapport au centre du poteau – par exemple en raison d’un usage inégal des espaces ou de forces sismiques – la dalle peut se fissurer et céder de manière fragile par poinçonnement si le détail de l’assemblage n’est pas soigné.

Tester différentes façons d’ancrer la dalle au poteau

Pour déterminer quels détails sont les plus efficaces, les chercheurs ont construit et testé en laboratoire douze éprouvettes dalle‑poteau. Chaque éprouvette utilisait les mêmes dimensions de dalle et de poteau CFST, mais le mode de liaison variait. Certaines n’avaient aucune préparation spéciale et servaient de témoin. D’autres utilisaient des barres d’acier soudées autour de l’extérieur du tube, des boulons courts ou longs collés dans la paroi du tube et ancrés dans la dalle, ou des barres en C crochées autour du tube et incorporées dans le béton. Plusieurs éprouvettes combinaient ces idées, par exemple deux rangées de barres soudées plus quatre boulons profondément ancrés, ou des barres en C avec différentes profondeurs d’ancrage. Toutes les dalles ont été sollicitées près, mais pas exactement au centre du poteau, pour reproduire un chargement excentré réaliste.

Observer fissures, résistance et ductilité

Pendant les essais, l’équipe a mesuré les flèches de chaque dalle, enregistré l’apparition des premières fissures visibles, suivi les motifs de fissuration et amené les éprouvettes jusqu’à la rupture. La liaison nue a donné les pires résultats : elle a fissuré sous une faible charge et a cédé soudainement lorsque le poteau a poinçonné la dalle. L’ajout d’une seule rangée de barres soudées a nettement augmenté à la fois la charge d’apparition des fissures et la capacité ultime, et a transformé la rupture d’un poinçonnement fragile en un comportement plus progressif combinant flexion et poinçonnement. L’emploi de deux rangées soudées a été encore plus efficace, surtout lorsque l’armature principale de la dalle était placée près de ces barres soudées afin qu’elles travaillent ensemble pour reprendre l’effort.

Boulons, dispositions d’armature et connecteurs en C

Les assemblages par boulons ont également amélioré le comportement du joint, mais leur efficacité dépendait fortement de la profondeur d’ancrage dans la dalle. Augmenter la longueur d’ancrage de 16 mm superficiels à 48 mm a presque triplé la capacité ultime et rendu la réponse charge‑déplacement plus ductile, c’est‑à‑dire que le joint pouvait se déformer davantage avant rupture. L’optimisation de la disposition de l’armature autour des boulons longs a apporté des gains supplémentaires : un treillis d’acier ou une couche d’armature supérieure supplémentaire aidaient à répartir les efforts et à contrôler les fissures bien mieux qu’un simple écartement des barres. Parmi tous les détails testés, les barres en C avec une longueur d’ancrage généreuse ont donné d’excellents résultats, offrant une grande résistance, rigidité et capacité d’absorption d’énergie tout en conservant des motifs de fissuration plus homogènes.

La meilleure combinaison de détails

Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des systèmes hybrides combinant différents dispositifs d’assemblage afin qu’ils se partagent la charge. Un joint utilisant deux rangées de barres soudées de plus gros diamètre plus quatre boulons profondément ancrés a atteint la capacité la plus élevée parmi les solutions soudées et a montré un adoucissement très progressif après la charge maximale, signe d’une excellente ténacité. Les connecteurs en C les plus longs ont offert une résistance tout aussi impressionnante avec de grandes déformations avant rupture. Dans l’ensemble des éprouvettes, les facteurs les plus influents étaient le type d’assemblage de base, suivi de la profondeur d’ancrage des ancrages mécaniques, la disposition de l’armature jouant un rôle de réglage fin utile.

Ce que cela signifie pour les bâtiments réels

Pour les non‑spécialistes, le message clé est que la façon dont on relie des poteaux en acier à des planchers en béton plats peut faire la différence entre une rupture brutale et fragile et un joint qui fissure progressivement tout en continuant à reprendre des efforts. En intégrant dès la conception des barres soudées, des boulons correctement ancrés ou des connecteurs en C — et en plaçant l’armature avoisinante pour qu’elle travaille avec ces éléments — les ingénieurs peuvent augmenter considérablement les niveaux de charge que les joints peuvent supporter et donner aux structures plus d’avertissement et de réserve avant la rupture. Cela rend les systèmes poteau CFST–dalle non seulement efficaces et flexibles d’un point de vue architectural, mais aussi plus sûrs et plus résilients face aux charges inégales et changeantes que subissent les bâtiments réels.

Citation: Ghalla, M., Bazuhair, R.W., Mahfouz, Y.M.B. et al. Influence of connection configuration on the punching resistance of CFST column–RC slab systems under eccentric loading. Sci Rep 16, 12475 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46159-9

Mots-clés: poteaux en tube d’acier remplis de béton, rupture par poinçonnement des dalles plates, assemblages dalle‑poteau, chargement excentré, détails de l’assemblage