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Poutre en treillis, en béton armé.
La présente invention se rapporte à une poutreen treillis en béton armé et à un procédé pour la fabrication de cette poutre:
Dans le calcul de poutres en treillis, on suppose que les barres sont articulées aux noeuds. Pour autant que les charges à supporter par la poutre agissent aux noeuds' il se produit dans les barres de pures forces de compres- sion et de traction. En pratique, une articulation des bar- res aux noeuds n'est réalisable que difficilement. On se tire d'affaire par conséquent en général en réalisant les barres de la poutre de façon élancée telle que les tensions accessoires restent aussi petites que possible. Ces tensions accessoires prennent naissance par des déformations qui se produisent inévitablement sous l'influence de la charge.
Dans les poutres en treillis qui sont faites com- plètement én acier on peut obtenir par des mesures du genre , mentionné, dans le cas le plus favorable, que les tensions accessoires prenant naissance valent environ'10% des tensions
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principales. Dans une réalisation de la poutre en treillis en béton armé, les différentes barres sont au conttaire essentiellement plus rigides, de sorte que les tensions ac- cessoires valent entre 50 et 100 % des tensions principales.
Il en résulte pour le dimensionnement de la section des bar- res du treillis des difficultés considérables. Une autre difficulté provient dans les poutres en treillis en béton armé, de ce que les forces dans les barres aux noeuds et en particulier dans les barres tendues va.rient par sauts. Il faut donc introduire dans des armatures sur un trajet très court de grandes forces. Comme dans ce but l'adhérence ne suffit pas en général, il faut prévoir des ancrages parti- culiers. De semblables ancrages sont très difficiles à loger dans les sections étroites et augmentent le prix de revient de la fabrication.
La présente invention se propose pour but de trou- ver un remède aux difficultés indiquées et cela par des pro- positions qui permettent de réduire les tensions accessoires aux valeurs usuelles dans le's constructions en acier,-, d'évi- ter l'apparition de tensions de traction dans le béton et de simplifier notablement l'ancrage des forces des barres aux noeuds.
Pour la solution de ces problèmes, la présente invention propose dans une poutre en treillis à béton armé qui est faite de barres tendues et de barres comprimées, de mettre les armatures des barres tendues sous une tension préalable telle que dans l'ensemble de la section du béton de ces barres, les tensions de traction disparaissent com- plètement ou'à peu près.
La disposition est avantageusement telle que les armatures servant à la production de la tension préalable sont placées librement dans le béton et sont ancrées seule- ment par rapport au béton à leurs extrémités d'une manière
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appropriée, par exemple par des disques d'extrémité ou des plaques d'ancrage. On peut ainsi après le bétonnage des bar- res tendues, tendre. les armatures faites en acier avec'des forces élevées par rapport au béton et donner au béton la .tension préalable de compression désirée-
Dans une poutre en treillis de ce genre, la dila- tation du béton se fait indépendamment de la dilatation de l'acier servant d'armature.
Il est par conséquent possible non seulement d'employer, en vue d'une économie de fer,pour les armatures des aciers qui doivent être employés avec des tensions élevées, mais on peut également s'écarter des sections usuelles pour les armatures et employer par exem- ple des câbles ou des fers de section analogue qui présen tent à côté d'une résistance élevée également un faible module d'élasticité. On obtient par de semblables mesures que la tension de l'armature sous l'influence des dilata= tions alternantes du béton après l'introduction de la force de tension préalable (déformations- élastiques et plastiques et retrait) est soumise seulement à des variations tout à fait minimes, que la force de tension préalable reste donc approximativement constante.
Dans le cas de la présente invention, les.barres tendues ne sont plus allongées par rapport à l'état initial mais raccourcies exactement comme les barres comprimées.Com- me les tensions de compression dans les différentes barres ne sont pas très différentes, la déformation du treillis consiste essentiellement seulement en une diminution avec conservation des angles. Ainsi disparaissent les efforts que provoquent les tensions acces'soires. Même dans une poutre en treillis en béton armé, les tensions accessoires peuvent donc être maintenues du même ordre de grandeur que dans 'une poutre en treillis faite d'une pure construction en acier.
Comme on l'a déjà mentionné, on peut, par un choix
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approprié de la tension initiale de compression, obtenir que le béton des barres tendues reste, sous l'influence de la charge calculée, toujours dans la région des tensions de compression. Lorsque par exemple dans une poutre en treillis suivant la présente invention, sous l'influence de la charge alternant, la force de traction d'une barre quelconque est augmentée, ceci signifie seulement pour la section de cette barre que la tension de compression dans le béton est dimi- nuée et que la tension de traction dans l'armature d'acier est augmentée légèrement. Par le fait qu'on évite les ten- sions de traction dans le béton on augmente considérable- ment la sécurité contre le fendillement et par conséquent aussi la stabilité de la construction.
La présente invention propose en particulier de détacher complètement, sur leur pleine longueur, de la sec- tion en béton les armatures servant à la production de la tension initiale et de les tendre par rapport au béton à l'endroit de l'ancrage d'extrémité prévu¯d'une manière ap- propriée. On peut toutefois aussi, suivant une autre propo- sition de la présente invention, opérer de telle manière que l'on tend préalablement par traction par rapport à des bu- tées auxiliaires les armatures avant le bétonnage des bar- res tendues. Par des mesures appropriées on peut obtenir qu'après le détachement des ancrages à l'endroit de ces bu- tées, la force de tension des armatures est transmise à la section de béton de la bride tendue.
Une semblable façon de procéder est avantageuse en particulier lorsque des poutres en treillis sont fabriquées en série sur un chantier. Dans ce cas les frais de fabrication d'une butée auxiliaire ne jouent aucun rôle.
D'autres caractéristiques de l'invention et les avantages qui en résultent découlent de la description donnée ci-dessous de l'exemple de réalisation, représenté au des-
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sin, d'une poutre en treillis en béton armé suivant la pré- sente invention.
La.fig. 1 représente schématiquement une vue d'en- semble de la poutre en treillis.
La fig. 2 montre une coupe par la ligne I-I de.la fig. 1.
La fig. 3 montre un' diagramme de tension dans la section transversale 2-2 de la poutre en treillis avant l'établissement et après la mise sous tension des armatures dtacier.
La fig. 4 montre le diagramme de tension de la même section transversale après l'établissement, c'est-à- dire sous l'action du poids propre.
La fig. 5 montre le diagramme de tension de la même section transversale sous l'influence du poids propre et de la charge de circulation.
Dans l'exemple de réalisation, on a représenté une large poutre de pont qui repose sur deux appuis. La poutre en treillis comprend la bride supérieure a, la bride infé- rieure b parallèle à la précédente, les barres et les montants d.Les armatures servant à la tension initiale sont désignées par, e et e' et e" respectivement. Les armatures e s'étendent sur toute la longueur de la bride inférieure et sont ancrées aux extrémités contre le béton de la bride tendue.
Dans l'exemple de réalisation, on a prévu en outre de courts fers supplémentaires et qui sont ancrés aux avant- derniers noeuds de la même manière que les armatures prin- cipales e. Les fers désignés par e" sont les armatures ser- vant de la même manière pour la- production 'de la tension initiale dans les montants d sollicités par traction.
L'ancrage des armatures tendues aux extrémités peut se faire par différents moyens. Dans l'exemple de réa- @
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lisation, les extrémités des armatures sont immobilisées par des plaques d'ancrage. A la place de ces plaques d'ancrage, on peut effectuer également une fixation à l'aide de man- chons de câbles ou bien utiliser n'importe quel autre moyen approprié. Dans certaines circonstances il est possible éga- lement d'ancrer directement des armatures en béton au moyen de crochets, etc., avant tout lorsque les fers d'armature sont minces.
La tension initiale se fait à l'aide de presses hydrauliques non représentées ou par d'autres moyens, par exemple des leviers, des tiges filetées, etc.
Aussi bien les armatures e que les armatures de traction e' et e" sont, dans l'exemple de réalisation, d.éta- chées sur toute leur longueur du béton de la barre tendue.
Ceci peut être obtenu par le fait que les armatures sont ple- cées, comme le montre en particulier la fig. 2, dans des tubes noyés dans le béton.,On peut obtenir le même effet par le fait u'on prévoit dans le béton des évidements qui reçoivent les armatures avec un jeu approprié. On peut dans le même but décomposer la bride tendue en barres individuel- les de telle manière que les armatures tendues peuvent être placées à l'état libre entre ces barres.
Une autre possibilité de réalisation pour la sé- paration de l'armature tendue du béton qui l'enveloppe, con- siste en ce que le fer est entouré, avant le bétonnage, au moyen d'une matière plastique. La matière pour l'enveloppe- ment doit être suffisamment solide pour supporter la pression du bétonnage et d'autre part elle ne doit opposer au fer tendu aucune résistance notable. On a trouvé convenable par exemple pour cette application les bandages plastiques, usuels dans la construction des chauffages centraux, pour le revêtement des tuyaux.
On peut employer également dans le même but des coquilles en une matière de faible résistance,
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par exemplé des coquilles en béton cellulaire et en des matières analogues, qui sont placées autour des 'fers tendus. ,
Dans la poutre en treillis suivant la présente @ invention, on peut choisir les forces de tension préalable pour les armatures de telle manière 'que toutes les barres de la poutre ne présentent dans le béton que,des tensions de compression. Par une forme approprié donnée au treillis, il devient possible de soumettre à une tension préalable des longueurs entières de barre à l'aide d'armatures conti- nues (par exemple la bride inférieure rectiligne-d'une pou- tre reposant librement).
Dans ce cas, la totalité ou bien, pour l'adaptation à la grandeur différente de force de la barre, une partie de fer darmature seulement est ancrée aux extrémités de la longueur de barre contre ¯le béton et seu- lement aux points d'extrémité du treillis des forces sont cédées du béton aux fers d'armature. En tous les points de noeud situés entre les extrémités, les variations, se fai- sant par sauts, des forces des'barres agissent seulement sur le béton dans lequel elles peuvent être absorbées de manière simple,, car elles correspondent au flux de force naturel. On voit donc qu'il ne faut prévoir en ces noeuds aucune mesure spéciale pour supporter et ancrer les forces de différences.
Ceci.est particulièrement important dans les poutres dans lesquelles l'influence de la charge du trafic l'emporte sur l'influence de la charge permanente. Dans les poutres de ce genre il fallait jusqu'à présent ancrer ¯à peu près toutes les armatures tendues à chaque point de noeud individuel, vu que la variation par sauts des forces de la barre pourrait se faire suivant la position de la charge aussi bien dans une direction que dans l'autre.
Comme en cas de choix correct des' forces de tension: préalable, il ne se produit dans le béton que des tensions de compression., il ne faut pour la fabrication de la nouvelle
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poutre en treillis pas d'autres armatures à part les arma- tures déjà mentionnées servant à la production de la tension préalable. Pour autant que le béton est utilisé avec des tensions élevées il est à recommander en général de poser dans les barres comprimées une armature en fer lâche. Cette armature n'est pas représentée spécialement au dessin.
Les diagrammes de tension représentés aux fige 3, 4 et 5 montrent le fonctionnement statique de la poutre en treillis suivant la présente invention.
On a représenté à la fig. 4 l'état sous l'action des charges permanentes. On voit qu'il y a la même tension de compression aussi bien dans la bride supérieure que dans la bride inférieure. Dans ce cas, les déformations élasti- ques provoquent seulement une diminution minime du système originel. Les tensions accessoires sont alors nulles.
L'état représenté à la fig. 3 avant l'équipement et l'état représenté à la fig. 5 sous l'action de la pleine charge utile font reconnaître tous deux de minimes écarts seulement tandis que comme on l'a représenté, il n'y a que de minimes tensions accessoires.
La comparaison des trois figures entre elles per- met de reconnaître clairement qu'avec l'accroissement de la charge, la tension de compression dans la bride supérieure de la poutre en treillis augmente et que la tension de com- pression produite pa.r la tension initiale dans la bride in- férieure diminue. La tension dans les armatures servant à la production de la tension initiale varie seulement dans de minimes mesures malgré l'accroissement de la charge. On a supposé par exemple que pour la tension initiale on a employé des câbles d'acier qui par suite de leur résistance peuvent être employés avec une tension élevée.
Lors de la fabrication des poutres en treillis, on peut employer des barres tendues qui sont faites d'avan-
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ce, par exemple à l'usine, comme pièces terminées en béton à tension préalable. Dans ce cas, l'effet n'est pas aussi favorable vu que dans des barres tendues il se produit par rapport à l'état initial des allongements et dans les bar- res comprimées des raccourcissements de la longueur de bar- re de sorte que dans l'ensemble il prend naissance des ten- sions accessoires plus élevées.
Revendications s .
1/ Poutre en treillis qui est faite de barres com- primées et de barres tendues pourvues d'armatures, caracté- risée en ce que l'armature des barres tendues reçoit une tension initiale telle que dans la section transversale d'ensemble du béton de ces barres, ,les tensions de traction disparaissent complètement ou à peu près.
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Lattice beam, reinforced concrete.
The present invention relates to a reinforced concrete trellis girder and to a process for manufacturing this girder:
In the calculation of trusses, it is assumed that the bars are articulated at the nodes. As far as the loads to be supported by the beam act at the nodes, pure compressive and tensile forces occur in the bars. In practice, an articulation of the bars to the nodes is only difficult to achieve. We usually get around this problem by making the bars of the beam so slender that the accessory tensions remain as small as possible. These ancillary stresses arise from deformations which inevitably occur under the influence of the load.
In lattice girders which are made entirely of steel it can be obtained by measurements of the kind, mentioned, in the most favorable case, that the incidental stresses arising are equal to about 10% of the stresses.
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main. In one embodiment of the reinforced concrete lattice beam, the various bars are essentially more rigid, so that the accessory stresses are between 50 and 100% of the main stresses.
This results in considerable difficulties for the dimensioning of the section of the bars of the mesh. Another difficulty arises in reinforced concrete lattice girders, from the fact that the forces in the bars at the nodes and in particular in the tensioned bars vary by jumps. It is therefore necessary to introduce large forces into reinforcements over a very short path. As for this purpose adhesion is not sufficient in general, special anchors must be provided. Similar anchors are very difficult to accommodate in narrow sections and increase the cost of manufacture.
The object of the present invention is to find a remedy for the difficulties indicated by means of proposals which make it possible to reduce the accessory tensions to the values customary in steel constructions, -, to prevent the appearance of tensile stresses in concrete and significantly simplify the anchoring of the forces of the bars at the nodes.
For the solution of these problems, the present invention provides in a reinforced concrete truss which is made of tension bars and compressed bars, to put the reinforcements of the tension bars under a preliminary tension such as in the whole of the section. from the concrete of these bars, the tensile stresses disappear completely or almost.
The arrangement is advantageously such that the reinforcements serving for the production of the preliminary tension are placed freely in the concrete and are anchored only with respect to the concrete at their ends in a manner.
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suitable, for example by end discs or anchor plates. It is thus possible after the concreting of the bars tensioned, soft. reinforcements made of steel with high forces compared to the concrete and give the concrete the desired pre-compressive tension
In such a truss girder, the expansion of the concrete takes place independently of the expansion of the steel serving as reinforcement.
It is therefore possible not only to use, with a view to saving iron, for the reinforcements steels which must be used with high tensions, but it is also possible to deviate from the usual sections for the reinforcements and to use by example cables or bars of similar cross-section which, apart from high strength, also have a low modulus of elasticity. It is obtained by similar measurements that the tension of the reinforcement under the influence of the alternating expansions of the concrete after the introduction of the preliminary tension force (elastic and plastic deformations and shrinkage) is subjected only to all variations. quite minimal, that the pre-tension force therefore remains approximately constant.
In the case of the present invention, the tensioned bars are no longer elongated compared to the initial state but shortened exactly like the compressed bars. As the compression stresses in the different bars are not very different, the deformation of the lattice consists essentially only of a reduction with conservation of the angles. In this way, the efforts provoked by accessory tensions disappear. Even in a reinforced concrete lattice girder, therefore, the accessory stresses can be maintained of the same order of magnitude as in a lattice beam made of pure steel construction.
As we have already mentioned, we can, by a choice
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of the initial compressive stress, obtain that the concrete of the tensioned bars remains, under the influence of the calculated load, always in the region of the compressive stresses. When, for example, in a truss according to the present invention, under the influence of the alternating load, the tensile force of any bar is increased, this only means for the section of this bar that the compressive tension in the concrete is reduced and the tensile stress in the steel reinforcement is increased slightly. By avoiding tensile stresses in the concrete, the safety against cracking and therefore also the stability of the construction is considerably increased.
The present invention proposes in particular to completely detach, over their full length, from the concrete section the reinforcements serving for the production of the initial tension and to tension them with respect to the concrete at the location of the anchoring. end provided in a suitable manner. However, according to another proposal of the present invention, it is also possible, however, to operate in such a way that the reinforcements are tensioned beforehand with respect to auxiliary stops before the concreting of the tensioned bars. By appropriate measures it is possible to obtain that after the detachment of the anchors at the location of these stops, the tensile force of the reinforcements is transmitted to the concrete section of the tensioned flange.
Such a procedure is advantageous especially when truss girders are mass-produced on a construction site. In this case the manufacturing costs of an auxiliary stop play no role.
Other characteristics of the invention and the advantages which result therefrom follow from the description given below of the exemplary embodiment, shown below.
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sin, of a reinforced concrete lattice beam according to the present invention.
La.fig. 1 schematically shows an overall view of the truss.
Fig. 2 shows a section through the line I-I of fig. 1.
Fig. 3 shows a diagram of the tension in the cross section 2-2 of the truss before the establishment and after the tensioning of the steel reinforcements.
Fig. 4 shows the tension diagram of the same cross section after setting, i.e. under the action of self-weight.
Fig. 5 shows the stress diagram of the same cross-section under the influence of self-weight and traffic load.
In the exemplary embodiment, a wide bridge beam has been shown which rests on two supports. The truss consists of the upper flange a, the lower flange b parallel to the previous one, the bars and the uprights d. The reinforcements serving for the initial tension are designated by, e and e 'and e "respectively. e extend the entire length of the bottom flange and are anchored at the ends against the concrete of the tension flange.
In the exemplary embodiment, additional short irons have also been provided which are anchored to the penultimate nodes in the same way as the main reinforcements e. The bars designated by e "are the reinforcements serving in the same way for the production of the initial tension in the struts d under tension.
The anchoring of the tensioned reinforcements at the ends can be done by various means. In the example of Réa- @
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lization, the ends of the reinforcements are immobilized by anchoring plates. Instead of these anchoring plates, it is also possible to secure it using cable sleeves or use any other suitable means. Under certain circumstances it is also possible to anchor concrete reinforcements directly with hooks etc., especially when the reinforcing bars are thin.
The initial tension is carried out using hydraulic presses not shown or by other means, for example levers, threaded rods, etc.
Both the reinforcements e as the tensile reinforcements e 'and e "are, in the exemplary embodiment, d.étachés over their entire length from the concrete of the tensioned bar.
This can be obtained by the fact that the reinforcements are solid, as shown in particular in fig. 2, in tubes embedded in the concrete. The same effect can be obtained by providing recesses in the concrete which receive the reinforcements with an appropriate clearance. For the same purpose, the tensioned flange can be broken down into individual bars so that the tensioned reinforcements can be placed in the free state between these bars.
Another possible embodiment for the separation of the tensioned reinforcement from the concrete which surrounds it, consists in that the iron is surrounded, before concreting, by means of a plastic material. The material for the casing must be strong enough to withstand the pressure of the concreting and on the other hand it must not oppose the tensioned iron any appreciable resistance. Plastic bandages, customary in the construction of central heaters, for coating pipes have been found suitable for this application, for example.
It is also possible to use for the same purpose shells made of a material of low resistance,
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for example shells of aerated concrete and the like, which are placed around the tension irons. ,
In the truss girder according to the present invention, the pretensioning forces for the reinforcements can be chosen in such a way that all the bars of the beam in the concrete only have compressive stresses. By a suitable shape given to the mesh, it becomes possible to pre-tension entire lengths of bar by means of continuous reinforcements (for example the lower rectilinear flange of a freely resting beam).
In this case all or, for adaptation to the different magnitude of bar force, only part of the reinforcing iron is anchored at the ends of the bar length against the concrete and only at the points of reinforcement. end of the mesh forces are transferred from the concrete to the reinforcing bars. At all the points of knot situated between the ends, the variations, taking place by jumps, of the forces of the bars act only on the concrete in which they can be absorbed in a simple way, because they correspond to the natural flow of force. . It can therefore be seen that no special measure should be provided in these nodes to support and anchor the forces of differences.
This is especially important in beams in which the influence of traffic load outweighs the influence of dead load. In beams of this kind it has hitherto been necessary to anchor ¯ almost all tensile reinforcement at each individual node point, since the variation by jumps of the forces of the bar could be done according to the position of the load as well. in one direction than in the other.
As in the case of the correct choice of the 'tension forces: beforehand, only compressive stresses occur in the concrete., For the manufacture of the new
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lattice beam no other reinforcement apart from the already mentioned reinforcement used for the production of the pretension. As long as concrete is used with high tensions, it is generally recommended to lay loose iron reinforcement in the compressed bars. This reinforcement is not shown specifically in the drawing.
The tension diagrams shown in Figs 3, 4 and 5 show the static operation of the truss according to the present invention.
There is shown in FIG. 4 state under the action of permanent loads. It can be seen that there is the same compression tension in both the upper flange and the lower flange. In this case, the elastic deformations only cause a minimal decrease in the original system. The accessory voltages are then zero.
The state shown in fig. 3 before the equipment and the state shown in fig. 5 under the action of the full payload both show only small deviations while as shown there are only minimal accessory voltages.
Comparison of the three figures with each other makes it clear that with increasing load the compressive stress in the upper flange of the truss increases and the compressive stress produced by the truss. initial tension in the lower flange decreases. The tension in the reinforcements used to generate the initial tension varies only to a small extent despite the increase in load. It has been assumed, for example, that for the initial tension steel cables have been used which, owing to their resistance, can be used with a high tension.
In the manufacture of lattice girders, tension bars can be used which are made from
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this, for example at the factory, as finished parts in pre-tensioned concrete. In this case, the effect is not as favorable, since in tensioned bars there are elongations compared to the initial state and in compressed bars shortenings of the bar length so that on the whole, higher accessory tensions arise.
Claims s.
1 / Lattice beam which is made of compressed bars and tension bars provided with reinforcements, characterized in that the reinforcement of the tension bars receives an initial tension such as in the overall cross section of the concrete of these bars,, the tensile tensions disappear completely or almost.