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BREVET d' INVENTION " Poutrelle laminée et ses applications pour la construction des galerieè de mines. "
Cette invention a pour objet une poutrelle laminée en forme de gouttière ouverte pour les charpentes en fer des galeries de mines, ainsi que les constructions de galeries utilisant cette poutrelle.
L'invention est basée eur le fait reconnu que dans la construction de galeries,contrairement à ce qui se produit dans les constructions en-dessus du sol, il faut tenir compte de ce que les fers de charp ent es travaillent souvent au-delà de leur limite d'allongement et qu'il faut par conséquent tenir compte de leur déformation.
Comme dans Il exploitation des mines, il arrive souvent qu'il n' est pas seulement question de pressions simplement verticales, mais qu' en n'allé temps des composantes latéra les de pressions entrent en jjeu, les tensions travaillent suivant toutes les directions dans la seotion transversale dà la poutrelle, de sorte que ce n'est pas seulement la résistance de
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la poutrelle aux pressions verticales qui a une influence, mais.. aussi le moment de résistance et le moment d' inertie par rap- port à l'axe des y. Les poutrelles utilisées jusqu'ici dans la construction des galeries se pliaient par conséquent fréqiement suivant le faible axe des y.
Cela est particulièrement désavanta guex, car le redressement des poutrelles effectué habituellenent dans la construction des galeries est rendu ainsi extremement difficile.
%ne la construction des voûtes ou arcs, dans lesquels les tensions latérales mentionnées se font particulièrement sentir dans les poutrelles, on a déjà proposé d'utiliser des fers en U ou des f ers méplats mais on ne peut pas considérer cett e propo- sition comme une solution satisfaisante, car ces fers profilés ont un trop faible moment de résistance par rapport à l'axe des x.
Ces inconvénients sont évités suivant l'invention en donnât à la poutrelle une tonne du genre des fers zorès. Pour assurer une grande résistance dans le sens vertical et pour assurer en même temps une grande résistance contre le flambment latéral, on donne à la poutrelle suivant l'invention des moments de résistan ce ou des moments d'inertie égaux ou approximativement égaux suivant les deux axes, Pour éviter sùtment le flambement laté.. fal qui, comme on l'a indiqué, rend notablement plus difficile le dressage de la poutrelle, on peut donner à celle-ci: duivant l'invention un moment d'inertie et un moment de résistance encore plus grand suivant l'axe des y que suivant l'axe des x, avec une augmentstio insignifiante de dépense de matière.
En particulier, le profil est établi suivant l'inen tion de telle façon que les seotions transversales des ailes aient des surfaces @ égales ou approximativement égales de sorte que l'axe neutre
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du profil se trouve au milieu ou approximativement au milieu entre les deux ailes.,
D'autre part,les deux surfaces d'ailes inférieures, dont la longueur doit 'être égale à la moitié de celle des ailes supé- rieures et l'épaisseur égale à celle de ces ailes lorsqu'on cher che à obtenir le moment de résistance théoriquement maximum pour un poids minimum, peuvent 'être plus courtes et plus épaisses mais de @ même surface ou de surface approximativement égale à l'aile ou à la membrure supérieure.
On facilite ainsi effecti- vement le redressement et la courbure de la poutrelle suivant une forme cintrés ou arquée.Dans les cas où. l'on désire particulièrement un moment d'inertie latéral plus élevé;afin d'utili ser complètement la tonne arquée favorable au point de vue de la statique, comme par exemple dans la constructionde voûtes et de chapeaux cintrés;la poutrelle est établie suivant l'invention de telle façon que la somme des surfaces d'aile inférieures soit plus grande que la surface d'aile supérieure.
En outre, toute la poutrelle profilée peut être élargie de telle façon que le moment de résistance et le moment d'inertie suivant l'axe des y soient des multiples fu moment de résistance et du moment d'inertie suivant l'axe des x, ce que l'on peut obtenir facilement par une faible augmentation de dépense de matières dans les ailes.Afin de donner à la poutrelle profilée suivant l'invention une plus grande résistance contre le fléchissement et contre l'ouverture ou l'élargissement, les transitions des âmes vers les ailes sont progressives suivant l'invention, et elles ont avantageusement la même forme ou âpproximativement la meme forme qu'une parabole cubique,
La forme de parabole cubique est dans ce cas déterminée utilement par la limitation des aires des mo- ments qui se produirai ent en chargeant les parties distinctes de la poutrelle profilée ( ailes et âmes) à la façon d'une poutre
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encastrée de l'un de ses cô tés. Les âmes étroites de la pou- trelle font utilement'. dans cecas,avec les ailes, un apgle (liai n'excède que faiblement 90 . D'autrepart,on peut encore augmen- ter la résistance à la flexion en raidissant la pourtrelle à des mé emplacements distinots par son coté ouvert par des fers plats des tôles ou pièces analogies.
On peut utiliser suivant l'invention des fers Zorès et des poutrelles laminées analogues aux fers Zorès pour tout usage dans la construction des galeries; ils conviennent également bie pour les fers de parements, les chapeaux, les montants de gale- ries ou les contrefiches dans l'huisserie et dans la construc- tion de polygones et d'arcs ou voûtes, es avantages de l'inven- , tion sont particulièrement remarquables dans les constructions annulaires, dans les voûtes en fer à cheval et dans la construc- tion en polygone.
Dans la construction d'abcs ou de voûtes, le jointeiemetn ou la liaison s'effectue suivant l'invention en glissant l'une sur l'autre les deux extrémités adjacentes de la poutrelle profilée.
L'invention a encore pour objet les formes de construction les plus différentes, dans lesquelles on peut utiliser dans une mesure particulièrement étandue les avantages du fer profilé suivant l'invention, L'invention propose par exemple de renfort oer la construction des galeries à des endroits particulièrement soumis à de grandes fatigues, en plaçant à titre de renfort au- dessus des poutrelles profilées de la construction des pièces profilées particulières.
Les avantages de la poutrelle profilée suivant l'invention peuvent encore être augmentez de façon et- fective en disposant entre les extrémités du chapeau cintré dans ce cas ou à l'intérieur de la charpente de la voûte des or- ganes de traction qui forment une ferme., On augmente ainsi plu- sieurs fois la résistance dans le sens verticale Ces organes de traction peuvent être constitues par des fers piats, des fers ronds, du fer feuillard, des cible.. ou des fers profilée et ils
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peuvent 'être de longueur réglable. Leur longueur est mesurée utilement de telle façon qu'ils n'entrent en action qu'après un certain fléchissement de la poutrelle profilée.
On n'obtient ainsi l'augmentation de la solidité ou de la stabilité produite par les organes de traction qu'après que les poussées du terrain ont travaillé dans une mesurevoulue, Enfin, l' invention a en- core pour objet différentes autres constructions d'ouvrages, qui sont décrites ci-dessous et représentées aux dessins annexés.
Les fig.1; à 6 montent quelques formes de fers Zorès, tels qu'ils sont utilisés suivant l'invention dans la construction des galeries.
Les fig.7 à 20 montrent divers exemples d'application de l' inv ent ion.
La fig.,l montre un fer Zorès avec ame cintrée 1, tandis qu' aux figures 2 à 6 , les ânes sont droites.
Aux fig.,l et 2, les ailes ou membrures inf éri eures 2 ont dans leur totalité une même longueur et une même surface que l' aile ou membrure supérieure 3, ce qui donne le coefficient maximum de résistance Ex/kg/m par rapport aux tensions verticales*
A la fig.3, les ailes inférieures 2 sont plus courtes et plus épaisses,mais démine surfaceque l'aile ou membrure supérieure 3.
Comme le montrent les fige;4 et 5. les ailes ou membrures.
2 er 3 font, avec les âmes droites 1 des angles # et qui ne sont qu'un peu plus grands que 90 , On diminue ainsi les bras de leviers a, ce qui oppose une résistance plus grande à l'ouverture ou l'élargissement de la poutrelle, Les transitions' des ailes ou membrures 2 et 3 vers les bas 1 sont dans ce* cas progressives et ont avantageusement la forme d'une parabole aubique. La fig.5 montre un profil qui convient particulièrement pour abdorber les efforts latéraux,, La fig6 montre la réunion
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de deux fers profilés Zorès 4 et 5 de façon à constituer unepoutrelle tonnant coffre. Les axes suivant lesquels assissent les efforts sont désignés par X et Y aux fig. 2 à 5.
Les fige 7 et 8 montrent l'utilisation de la poutrelle pour l'huisserie., Dans la gouttière ouverte du chapeau 6, qui a une forme cintrée à la fig.8, on fixe des fers transversaux 7, qui limitent la course du montant 8. A la fig.8, 9 désigne des pièces d'appui, au moyen desquelles le chapeau 6 est solidement ancré au front. Ces pièces d'appui ou armatures 9 peuvent nonsister en fers prof ilés, en fers en double T, en fers en U ou en fers Zorés.
La fig.9 montre en plan un chapeau vu par le dessus, 10 désigne des portions comprimées qui empêchent le montant 11 de sortir en tombant.
Les fig.10 à 16 montrent divers exemples d'exécution utilisant des organes tendeurs dans des chapeaux cintrés de cadres et dans la construction d'anneaux ou de voûtes, 12 désigne le chapeau cintré et 13 désigne l'organe tendeur ou organe de traction.
Suivant la fig.11 la bande de traction 13 est montée sans tension lors de la mise en place et elle n'est tendue que lorsque le chapeau 12 a fléchi sous la charge. On peut aussi disposer contre le chapeau des fers de soutien 14,qui s'appliquent contre la bande de traction, lorsque celle-ci s'est tendue., Suivant la fig.12, l'organe de traction comprend une barre pourvue de trous allomgés 15, 16 désigne des boulons,,
La fig.12 montre un autre exemple d'exécution de chapeau cintré 12 avec bande de traction 13 lâche au début,.,
A la fige,14, l'organe de traction 13 est formé d'un tirant avec filetage.
Pour protéger les faces frontales du chapeau 12,
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on dispose en tête des fers Zorès 17, à travers lesquels passent les tirants./Après le fléchissement du chapeau 12, les é crous 18 viennent s'appuyer et l'organe de traotion 13 se met ainsià porter*
Comme le montre en plan la fige,150 les fers profilés Zorès 17 s ervant en mê me temps d'armature pour le chapeau cintré 12', et par leur aotion le chapeau est solidement maintenu oontre. les fronts. Cette armature au moyen des fers Zorès 17 peut s' étendre en outre sur plusieurs cadres de la construction..
Les organes de traction 13 peuvent ëtre disposés à coté des chapeaux 12 ou aussi à l'intérieur dela gouttière, comme il est indiqué en traits interrompus.
A la fig.16, on a disposé à l'intérieur de l'anneau 19 des organes de traction 20, qui sont prévus utilement aux endroits où la pression est le plus élevée. Ces organes de traotinn 20 peuvent en mê me temps être établis comme des supports de près sion, en les constituant au moyen de fars profilés*ce mode de montage peut 'être utilisé de la mê me façon pour les voûtes en f er à Cheval *,
Les fig.17 à 19 montrent l'utilisation de la poutrelle profilée suivant l'invention à des constructions en forme d'arcs ou de voûtes.
La voûte 21 est renforoée aux endroits à pression particulièrement forte en disposant des pièces profilées particulières 22. la réunion ou le jointoiement des parties de la voûte se fait soit en glissant par-dessus la voûte une pièce profulée en forme de rigole 23, soit comme le montre la fig.,12 en coupe transversale, de façon que les deux extrémités adjacentes 24 et 25 des fers profilées se recouvrent entre elles.!.!
Comme le montre la fig.19,le fer profilé peut être monté soit comme il a été représenté à gauche,en ayant la rigole
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dirigée vers l'intérieur de la galerie, soit,comme on le voit à droite en ayant la rigole dirigée vers 1.
extérieur., Ainsi que le montrent les lignes 26 la forme d'exécution de droite a l'avantage de ne présenter au courant d'air qu'une faible résistance, 27 et 28 désignent des fers méplats et des tôles que l'on insère dans la poutrelle profilée et qui servent à renforcer*:
De semblables raidisseurs peuvent être fixés, suivant les circonstances, sous la fonne soit de fers méplats 27 soit de tôles 28, aux divers endroits de la poutrelle profilée suivant l'invention, afin d'empecher les déformations de la section transversale de la poutrelle,, es raidisseurs sont é- vidanment aussi utilisables pour tous les exemples d'exécution précédemment décrits et représentés, 29 désigne un fer qui s'appuie soit directement sur les ailes inf éri eur es de la poutrelle, soit, comme on l'a indiqué à droite, sur des pièces 30 attachées spécialement.
La fig.10 montre un exemple d'éxécution de l' invention dans la construction en polygone, 31 désigne les montants du polygone. Au long montant 32 du polygone placé contre le faîte, on adjoint un organe detraction 33 qui,associé au fer profilé 34, travaille comme une ferme de la même manière que dans les tonnes d'exécution des fig.10 à 16.
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PATENT of INVENTION "Rolled beam and its applications for the construction of mine galleries."
This invention relates to a laminated beam in the form of an open gutter for the iron frames of mine galleries, as well as the constructions of galleries using this beam.
The invention is based on the recognized fact that in the construction of galleries, contrary to what occurs in constructions above ground, it must be taken into account that the structural irons often work beyond their limit of elongation and that it is therefore necessary to take account of their deformation.
As in the operation of mines, it often happens that it is not only a question of simply vertical pressures, but that at any time lateral components of pressures come into play, the tensions work in all directions in the cross section of the joist, so that it is not only the resistance of
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the beam at vertical pressures which has an influence, but also the moment of resistance and the moment of inertia with respect to the y axis. The joists hitherto used in the construction of the galleries therefore bent frequently along the weak y axis.
This is particularly disadvantageous, because the straightening of the joists usually carried out in the construction of galleries is thus rendered extremely difficult.
% ne the construction of vaults or arches, in which the mentioned lateral tensions are particularly felt in the joists, it has already been proposed to use U-bars or flat bars, but this proposal cannot be considered. as a satisfactory solution, since these profile irons have too low a moment of resistance with respect to the x-axis.
These drawbacks are avoided according to the invention by giving the beam a ton of the kind of Zores irons. To ensure great resistance in the vertical direction and at the same time to ensure great resistance against lateral buckling, the beam according to the invention is given equal or approximately equal moments of resistance or moments of inertia depending on the two axes, To avoid sùtment lateral buckling .. fal which, as we have indicated, makes it considerably more difficult to straighten the beam, we can give it: depending on the invention a moment of inertia and a moment of resistance even greater along the y axis than along the x axis, with an insignificant increase in material expenditure.
In particular, the profile is established according to the invention so that the transverse sections of the wings have equal or approximately equal surfaces so that the neutral axis
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of the profile is in the middle or approximately in the middle between the two wings.,
On the other hand, the two lower wing surfaces, the length of which must be equal to half that of the upper wings and the thickness equal to that of these wings when trying to obtain the moment of Theoretically maximum strength for minimum weight, can be shorter and thicker but of the same area or approximately equal area to the flange or top chord.
This effectively facilitates the straightening and curvature of the beam in a curved or arched shape. a higher lateral moment of inertia is particularly desired; in order to make full use of the statically favorable arched ton, for example in the construction of vaults and arched caps; the joist is established according to the The invention is such that the sum of the lower wing surfaces is greater than the upper wing surface.
In addition, the whole profile beam can be widened in such a way that the moment of resistance and the moment of inertia along the y axis are multiples of the moment of resistance and the moment of inertia along the x axis, which can be easily obtained by a small increase in the expenditure of materials in the flanges. In order to give the profiled beam according to the invention greater resistance against sagging and against opening or widening, the transitions souls towards the wings are progressive according to the invention, and they advantageously have the same shape or approximately the same shape as a cubic parabola,
The shape of the cubic parabola is in this case usefully determined by the limitation of the areas of the moments which will occur by loading the distinct parts of the profiled beam (wings and webs) in the manner of a beam.
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recessed on one of its sides. The narrow souls of the trash do useful '. in this case, with the wings, an apgle (liai only slightly exceeds 90. On the other hand, one can further increase the bending resistance by stiffening the purtrelle at places distinguished by its side open by flat irons. sheets or similar parts.
According to the invention, Zorès irons and laminated beams similar to Zorès irons can be used for any purpose in the construction of galleries; they are also suitable bie for facing irons, caps, gallery uprights or struts in the door frame and in the construction of polygons and arches or vaults, the advantages of the invention are particularly noticeable in ring constructions, in horseshoe vaults and in polygon construction.
In the construction of abcs or arches, the jointing or the connection is carried out according to the invention by sliding the two adjacent ends of the profiled beam one over the other.
The subject of the invention is also the most different forms of construction, in which the advantages of the profiled iron according to the invention can be used to a particularly wide extent. The invention proposes for example reinforcement oer the construction of galleries at places particularly subjected to great fatigue, by placing as reinforcement above the profiled joists of the construction of particular profiled parts.
The advantages of the profiled beam according to the invention can be further increased effectively by placing between the ends of the bent cap in this case or inside the frame of the vault, traction members which form a The resistance is thus increased several times in the vertical direction. These traction members can be constituted by flat irons, round irons, strip iron, targets .. or profiled irons and they
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can be of adjustable length. Their length is usefully measured in such a way that they only come into action after a certain deflection of the profiled beam.
The increase in strength or stability produced by the traction members is thus obtained only after the thrusts of the ground have worked to a desired extent. Finally, the invention still relates to various other constructions of 'Works, which are described below and shown in the accompanying drawings.
Fig. 1; to 6 mount some forms of Zores irons, as used according to the invention in the construction of galleries.
Figs. 7 to 20 show various examples of application of the invention.
Fig., L shows a Zores shoe with curved core 1, while in figures 2 to 6, the donkeys are straight.
In fig., 1 and 2, the flanges or lower chords 2 have in their entirety the same length and the same surface as the flange or upper chord 3, which gives the maximum coefficient of resistance Ex / kg / m per relative to vertical tensions *
In fig. 3, the lower wings 2 are shorter and thicker, but demarcate the surface than the upper wing or chord 3.
As shown in figs; 4 and 5. the wings or frames.
2 and 3 make, with the straight webs 1, angles # and which are only a little greater than 90, We thus decrease the lever arms a, which opposes a greater resistance to the opening or the widening of the beam, the transitions' of the flanges or members 2 and 3 downwards 1 are in this case progressive and advantageously have the shape of an aubic parabola. Fig. 5 shows a profile which is particularly suitable for absorbing lateral forces, Fig. 6 shows the union
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two Zorès profiled irons 4 and 5 so as to constitute a beam thundering trunk. The axes along which the forces are applied are designated by X and Y in FIGS. 2 to 5.
Figs 7 and 8 show the use of the beam for the frame., In the open gutter of the cap 6, which has an arched shape in fig. 8, transverse bars 7 are fixed, which limit the travel of the upright 8. In fig.8, 9 designates the bearing pieces, by means of which the cap 6 is firmly anchored to the front. These support pieces or frames 9 can nonsister in prof iled irons, in double T irons, in U irons or in Zore irons.
Fig.9 shows in plan a hat seen from above, 10 designates compressed portions which prevent the upright 11 from falling out.
Figs. 10 to 16 show various examples of execution using tensioning members in curved caps of frames and in the construction of rings or arches, 12 designates the curved cap and 13 designates the tensioner or traction member.
According to fig.11 the traction band 13 is mounted without tension during the installation and it is only stretched when the cap 12 has bent under the load. Support irons 14 can also be placed against the cap, which are applied against the traction strip, when the latter has stretched., According to FIG. 12, the traction member comprises a bar provided with holes allomgés 15, 16 denotes bolts ,,
Fig. 12 shows another example of execution of a curved hat 12 with a pull band 13 loose at the start,.,
At the pin, 14, the traction member 13 is formed by a tie rod with thread.
To protect the front faces of the cap 12,
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Zorès 17 irons are placed at the head, through which the tie rods pass. / After bending the cap 12, the nuts 18 come to rest and the trapping organ 13 thus begins to bear *
As shown in the plan, 150 the Zorès 17 profiled irons are used at the same time as reinforcement for the curved cap 12 ', and by their feeling the cap is firmly held against. the fronts. This reinforcement by means of Zorès 17 irons can also extend over several frames of the construction.
The traction members 13 can be arranged next to the caps 12 or also inside dela gutter, as indicated in broken lines.
In FIG. 16, traction members 20 have been placed inside the ring 19, which are usefully provided at the places where the pressure is highest. These traotinn 20 members can at the same time be established as close supports, by constituting them by means of profiled fars * this method of assembly can be used in the same way for iron vaults on horseback * ,
Figs. 17 to 19 show the use of the profiled beam according to the invention for constructions in the form of arches or arches.
The vault 21 is reinforced at the places of particularly strong pressure by arranging particular profiled pieces 22. the meeting or the jointing of the parts of the vault is done either by sliding over the vault a profulated part in the form of a channel 23, or as shown in fig. 12 in cross section, so that the two adjacent ends 24 and 25 of the profiled irons overlap each other.!.!
As shown in fig. 19, the profiled iron can be mounted either as shown on the left, with the channel
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directed towards the interior of the gallery, i.e., as seen on the right with the channel directed towards 1.
exterior., As shown in the lines 26, the embodiment on the right has the advantage of presenting only a low resistance to the air current, 27 and 28 designate flat irons and sheets which are inserted in the profiled beam and which serve to reinforce *:
Similar stiffeners can be fixed, depending on the circumstances, in the form either of flat irons 27 or of sheets 28, at the various locations of the profiled beam according to the invention, in order to prevent deformations of the cross section of the beam, , the stiffeners can also be used for all the examples of execution previously described and shown, 29 designates a bar which rests either directly on the lower flanges of the beam, or, as indicated above. on the right, on specially attached parts.
Fig.10 shows an exemplary embodiment of the invention in the polygon construction, 31 denotes the uprights of the polygon. To the long upright 32 of the polygon placed against the ridge, we add a traction member 33 which, associated with the profiled iron 34, works like a farm in the same way as in the execution tons of fig. 10 to 16.