Improved Rules for the Stability Check of Unequal-Leg Angle Members

Abstract

Titre : Amélioration des règles de vérification de stabilité des cornières à ailes inégales Nom : Loïc Charlier Section : Master en Génie Civil Année académique : 2025–2026 Promoteur : Prof. Jean-François Demonceau Cette thèse de master étudie le comportement au flambement des cornières à ailes inégales laminées à chaud soumises à une compression centrée. En raison de l’interaction entre les modes de flambement par flexion et par flexion-torsion, le comportement de ces éléments présente une complexité particulière qui n’est pas toujours correctement représentée par les dispositions actuelles de l’EN 1993-1-1, en particulier lorsque des aciers à haute limite d’élasticité sont considérés. Un modèle numérique par éléments finis intégrant les non-linéarités géométriques, les non- linéarités matérielles et les imperfections initiales (GMNIA) a été développé et validé à partir de résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Ce modèle a ensuite été utilisé pour réaliser une vaste étude paramétrique couvrant différentes nuances d’acier, géométries de section et valeurs d’élancement. Les résultats numériques ont mis en évidence un conservatisme important des règles actuelles pour les éléments gouvernés par le flambement par flexion-torsion, ainsi que l’apparition de pré- dictions non sécuritaires dans la zone de transition entre les différents modes d’instabilité. Le rapport géométrique h/b a été identifié comme un paramètre déterminant dans le développement des interactions modales. Sur la base de ces observations, une nouvelle formulation du facteur d’imperfection dépendant de la limite d’élasticité a été proposée et combinée à des corrections existantes tenant compte des interactions modales. La formulation obtenue améliore significativement la précision et la cohérence des prédictions tout en réduisant l’incertitude associée au modèle. Une analyse de fiabilité réalisée conformément à la procédure de l’EN 1990 a montré que cette approche conserve un niveau de fiabilité comparable à celui des dispositions actuelles de l’Eurocode tout en fournissant des prédictions plus précises et moins conservatrices. Dans l’ensemble, ce travail met en évidence les complexités mécaniques liées aux interactions modales dans les cornières à ailes inégales, identifie certaines limites des dispositions actuelles de l’EN 1993-1-1 et propose une base physiquement cohérente pour le développement futur de règles de dimensionnement mieux adaptées aux cornières à ailes inégales en acier à haute limite d’élasticité.

Title : Improved Rules for the Stability Check of Unequal-Leg Angle Members Name: Loïc Charlier Programme: Master in Civil Engineering Academic year: 2025–2026 Supervisor: Prof. Jean-François Demonceau This master’s thesis investigates the buckling behaviour of hot-rolled unequal-leg angle members subjected to axial compression. Owing to the interaction between flexural and torsional–flexural buckling modes, the behaviour of these members is particularly complex and may not be fully represented by the current provisions of EN 1993-1-1, especially when high-strength steels are considered. A geometrically and materially nonlinear finite element model with imperfections (GMNIA) was developed and validated against available experimental results. The validated model was subsequently used to conduct an extensive parametric study covering a wide range of steel grades, cross-sectional geometries and member slenderness values. The numerical results revealed significant conservatism of the current design rules for mem- bers governed by torsional–flexural buckling and unsafe predictions in the transition region between instability modes. The cross-sectional aspect ratio h/b was identified as a key parame- ter governing the severity of modal interactions. Based on these observations, a modified steel-grade-dependent imperfection factor was pro- posed and combined with existing modal interaction corrections. The resulting formulation significantly improved the prediction accuracy and reduced the associated model uncertainty. A reliability assessment performed according to EN 1990 confirmed that the proposed design approach maintains a reliability level comparable to that of the current Eurocode provisions while providing more accurate and less conservative resistance predictions. Overall, this work highlights the mechanical complexities associated with modal interactions in unequal-leg angle members, identifies limitations of the current EN 1993-1-1 provisions and proposes a physically motivated framework for future improvements of buckling design rules for high-strength steel unequal-leg angle members.