À quoi sert le calculateur de charge sur poutre ?
Cet outil évalue le comportement structurel d'une poutre sur deux appuis supportant une charge uniformément répartie (CUR). À partir de l'intensité de la charge w (force par unité de longueur) et de la portée L, il fournit le moment fléchissant maximal, l'effort tranchant maximal, les réactions d'appui et la charge totale. Ces grandeurs constituent le point de départ du dimensionnement des poutres en bois, en acier ou en béton.
Comment l'utiliser
Saisissez la charge répartie w en kilonewtons par mètre (kN/m) et la portée libre L en mètres. Lancez le calcul pour obtenir le moment fléchissant maximal à mi-travée et l'effort tranchant aux appuis. Veillez à la cohérence des unités : avec des kN/m et des mètres, les résultats s'expriment en kN·m et en kN.
La formule expliquée
Pour une poutre sur deux appuis soumise à une CUR, le moment fléchissant maximal se situe à mi-travée : $$M_{max} = \frac{wL^{2}}{8}$$ L'effort tranchant maximal, comme chaque réaction d'appui, apparaît aux extrémités : $$V_{max} = \frac{wL}{2}$$ La charge descendante totale vaut simplement \(w \times L\), répartie à parts égales entre les deux appuis.
Exemple concret
Prenons une poutre de 6 m de portée supportant une CUR de 10 kN/m. Le moment maximal est $$M = \frac{10 \times 6^{2}}{8} = \frac{360}{8} = 45\ \text{kN}\cdot\text{m}$$ La charge totale s'élève à \(10 \times 6 = 60\ \text{kN}\) ; chaque réaction d'appui (et l'effort tranchant max) vaut donc \(60 / 2 = 30\ \text{kN}\).
Formules de référence pour les poutres avec d'autres cas de charge et d'appui
Le calculateur ci-dessus traite le cas de conception le plus courant : une poutre simplement appuyée soumise à une charge uniformément répartie (CUR). Le tableau ci-dessous rassemble les expressions analytiques fermées pour plusieurs configurations standard de poutre et de charge, afin que vous puissiez comparer les résultats ou vérifier une condition d'appui différente. Dans toutes les formules, \(w\) est la charge répartie par unité de longueur, \(P\) est une charge concentrée (ponctuelle) et \(L\) est la portée entre les appuis.
| Cas | Moment fléchissant maximal \(M_{max}\) | Effort tranchant maximal \(V_{max}\) | Réaction(s) d'appui |
|---|---|---|---|
| Simplement appuyée, CUR | \(\dfrac{wL^{2}}{8}\) (à mi-portée) | \(\dfrac{wL}{2}\) (aux appuis) | \(R_A = R_B = \dfrac{wL}{2}\) |
| Simplement appuyée, charge ponctuelle au centre | \(\dfrac{PL}{4}\) (à mi-portée) | \(\dfrac{P}{2}\) | \(R_A = R_B = \dfrac{P}{2}\) |
| Encastrée–encastrée, CUR | \(\dfrac{wL^{2}}{12}\) (aux appuis), \(\dfrac{wL^{2}}{24}\) (à mi-portée) | \(\dfrac{wL}{2}\) (aux appuis) | \(R_A = R_B = \dfrac{wL}{2}\) |
| Console, CUR | \(\dfrac{wL^{2}}{2}\) (à l'encastrement) | \(wL\) (à l'encastrement) | \(R = wL\), moment d'encastrement \(\dfrac{wL^{2}}{2}\) |
| Console, charge ponctuelle en bout | \(PL\) (à l'encastrement) | \(P\) (à l'encastrement) | \(R = P\), moment d'encastrement \(PL\) |
Notez que les cas d'extrémité encastrée génèrent des moments négatifs (moments d'appui) aux appuis, qui pour une CUR encastrée–encastrée sont plus importants en magnitude que le moment à mi-portée. Les cas de console produisent les plus grands moments de tous pour une \(w\) et \(L\) données, car la charge n'a pas de deuxième appui pour la partager.
Moment fléchissant et effort tranchant selon les portées et charges usuelles
Les valeurs ci-dessous concernent une poutre simplement appuyée soumise à une charge uniformément répartie. Pour chaque combinaison, la charge totale appliquée est \(wL\), chaque réaction d'appui (et l'effort tranchant maximal) est \(V_{max}=\tfrac{wL}{2}\), et le moment fléchissant maximal à mi-portée est \(M_{max}=\tfrac{wL^{2}}{8}\). Il s'agit de valeurs caractéristiques non majorées.
| \(w\) (kN/m) | \(L\) (m) | Charge totale \(wL\) (kN) | \(V_{max}=wL/2\) (kN) | \(M_{max}=wL^{2}/8\) (kN·m) |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 3 | 15 | 7,5 | 5,625 |
| 5 | 6 | 30 | 15 | 22,5 |
| 5 | 9 | 45 | 22,5 | 50,625 |
| 10 | 3 | 30 | 15 | 11,25 |
| 10 | 6 | 60 | 30 | 45 |
| 10 | 9 | 90 | 45 | 101,25 |
| 20 | 3 | 60 | 30 | 22,5 |
| 20 | 6 | 120 | 60 | 90 |
| 20 | 9 | 180 | 90 | 202,5 |
Notez que le moment maximal augmente avec le carré de la portée : doubler \(L\) à \(w\) constant quadruple \(M_{max}\), tandis que la réaction et l'effort tranchant ne font que doubler. La portée est donc généralement le facteur prédominant de la dimension requise de la poutre.
Interprétation de vos résultats de moment fléchissant et d'effort tranchant
Les deux résultats de ce calculateur interviennent dans différentes parties de la vérification de conception d'une poutre :
- Moment fléchissant maximal \(M_{max}\) gouverne le module de section requis. Pour qu'une poutre reste en dessous d'une contrainte de flexion admissible \(\sigma_{allow}\), la section doit satisfaire \(S \ge \dfrac{M_{max}}{\sigma_{allow}}\). Une fois \(M_{max}\) et une section choisie connus, la contrainte de flexion résultante peut être vérifiée à partir de \(\sigma = \dfrac{M\,c}{I}\), où \(c\) est la distance de l'axe neutre à la fibre extrême et \(I\) est le moment quadratique.
- Effort tranchant maximal \(V_{max}\) gouverne les vérifications de cisaillement et d'âme. Pour une section en acier, cela conduit à la vérification de la capacité au cisaillement de l'âme ; pour le bois et le béton, cela entraîne des vérifications de résistance au cisaillement et de ferraillage. La distribution de contrainte de cisaillement \(\tau = \dfrac{VQ}{Ib}\) est maximale près de l'axe neutre.
Plusieurs limitations importantes s'appliquent lors de l'utilisation de ces chiffres :
- Les valeurs renvoyées sont des efforts internes non majorés dérivés directement de la charge caractéristique que vous avez saisie. La conception selon un code limite-état (par exemple Eurocode ou AISC) nécessite l'application des facteurs de charge et des combinaisons appropriés avant de comparer la demande à la résistance majorée.
- Le poids propre de la poutre elle-même n'est pas inclus à moins que vous ne l'ayez ajouté dans \(w\). Il doit être pris en compte dans la charge permanente.
- L'aptitude au service — la flèche, les vibrations et le contrôle de la fissuration — constitue un ensemble distinct de vérifications. Une poutre peut être suffisamment résistante en flexion et en cisaillement mais échouer un contrôle de portée/flèche, il est donc nécessaire de vérifier la flèche indépendamment.
- Cette formule suppose une poutre simplement appuyée idéale avec une charge uniforme, une section prismatique et un matériau se comportant élastiquement. Les vraies connexions, les charges ponctuelles, la continuité, le flambement latéral-torsionnel et l'excentricité de charge changent le résultat.
Ces calculs sont fournis à titre de référence générale en ingénierie et d'éducation uniquement et ne constituent pas un substitut à la conception professionnelle. Un ingénieur qualifié et agréé doit vérifier tout élément de structure en conformité avec la norme applicable de sa juridiction et son utilisation.
FAQ
Le poids propre est-il pris en compte ? Non. Ajoutez le poids propre de la poutre à w si vous souhaitez l'inclure.
Cet outil ne concerne-t-il que les poutres sur deux appuis ? Oui. Les poutres encastrées ou en porte-à-faux obéissent à d'autres formules (par exemple \(wL^{2}/12\) ou \(wL^{2}/2\)).
Et la flèche ? Cet outil ne calcule que les efforts internes ; la flèche nécessite en plus le module d'élasticité E et le moment quadratique I.
