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PERFECTIONNEMENTS AUX POUTRES METALLIQUES CLOUABLES .
La présente invention est relative aux poutres métalliques et plus particulièrement aux poutres fabriquées à partir d'une seule tôle et conçues afin de pouvoir recevoir et retenir des clous ou éléments de fixa- tion équivalents.
Il est indispensable de pouvoir disposer d'une poutre métalli- que susceptible de recevoir et de retenir des clous ou pièces analogues, si l'on veut remplacer les éléments classiques en bois par des éléments de construction métalliques. On a déjà proposé dans ce but une poutre compre- nant deux fers en U dont les âmes sont.disposées dos à dos mais sont écar- tées l'une de l'autre pour ménager une rainure recevant des clousOn pré- voyait en général des dispositifs assurant la déformation des clous et asso- ciés à cette rainure dans le but d'immobiliser le clou une fois en place.
On a déjà utilisé des rivets et la soudure pour assembler les âmes écartées ; cependant, l'enfoncement de clous au voisinage des points d'assemblage en- dommage les soudures ou les rivets, en affaiblissant ainsi la construction.
De plus, les rivets ou les soudures interdisaient tout écartement des âmes.
Or, un certain écartement limité de ce genre est très désirable pour permet- tre qu'une certaine élasticité ou séparation des âmes ait lieu sous l'effort important exercé par le clou au cours de sa déformation et pour tenir compte des légères variations possibles dans les dimensions du clou, ainsi que des tolérances inévitables en fabrication. Un tel écartement est également avan- tageux parce que la rainure recevant les clous est, de préférence, prévue un. peu plus étroite que le clou de la dimension convenable, afin que celui-ci soit serré efficacement.
On a également proposé des éléments de recouvrement reliant entre elles les ailes correspondantes des éléments en U afin de relier entre elles les âmes. Mais ces éléments de recouvrement franchissent nécessairement la rainure de clouage elle-même, de sorte qu'il faut alors ménager dans ces éléments de recouvrement des fentes allongées. Celles-ci affaiblissent beau- coup les éléments de recouvrement, même lorsque ceux-ci sont établis en matière robuste; en effet, les pièces de fixation transversales étroites séparant les extrémités voisines des fentes successives constituent alors les seuls moyens pour maintenir la poutre assemblée. En conséquence, ces
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éléments de recouvrement se comportent comme les points faibles de l'ensem- ble de la poutre.
De plus, ils obligent les ouvriers à clouer la poutre seu- lement à l'endroit des fentes,ce qui est peu commode. Au cas où la poutre est fabriquée à partir d'une seule tôle, l'élément de recouvrement faisant corps avec les ailes latérales, il devient possible d'utiliser pour l'en- semble de la poutre une épaisseur de métal moins forte, mais ceci augmente l'importance du rôle d'unification de ces éléments de recouvrement. En con- séquence, les fentes de ceux-ci affaiblissent la poutre d'une façon encore plus marquée.
On connaît des éléments de construction unitaires en tôle, re- cevant des clous et présentant des éléments de liaison qui sont tout par- ticulièrement destinés à être l'objet des perfectionnements visés par la présente invention.
L'invention a donc pour objet : - un élément de liaison des ailes destiné à une poutre métallique, non perforé mais que l'on peut fa- cilement percer sans affaiblir ou affecter d'une autre manière l'élément reliant les ailes ou la poutre; - un élément de liaison des ailes destiné à des éléments de construction clouables,élément qui est légèrement extensible transversa- lement sous l'effet de la déformation des clous, tout en étant assez ré- sistant pour interdire l'écartement des parties constitutives de l'élément de construction sous les efforts normaux; - un élément de liaison des ailes pour une poutre clouable, élément qui est extensible transversalement, de résistance suffisante sous les conditions de charge normales, tout en étant facilement traver- sée par les clous, bien que n'étant pas perforée;
- une poutre métallique économique, du type général sus-défini, de structure simple et susceptible d'être fabriquée par des opérations et appareillage métallurgiques de formage relativement simple, par exemple au moyen d'une opération de laminage relativement facile.
D'autres objets, avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la suite de la description, faite en se référant au dessin annexé sur lequel les mêmes nombres désignent des éléments correspondants dans les différentes figures.
Sur ce dessin :
La figure 1 est une vue cavalière d'une poutre métallique en I unitaire, conforme à l'un des modes de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue similaire représentant une variante de la poutre représentée sur la figure 1 ; la figure 3 est une coupe transversale d'une poutre en T confor- me à un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une coupe transversale illustrant encore une autre variante; les figures 5 à 9 sont des coupes transversales illustrant les divers stades de l'opération de laminage permettant d'obtenir une poutre du type faisant l'objet de l'invention; enfin la figure 10 est une vue de détail, à grande échelle de la dé- pression ménagée dans la tôle, réalisée au cours du stade illustré sur la figure 6.
Dans son aspect plus général, l'invention vise une poutre recevant des clous comportant un élément de liaison des ailes dans lequel est ménagée une dépression présentant une partie amincie pouvant être fa- cilement traversée par un clou. La dépression et la partie amincie sont conçues et agencées de telle sorte que la dépression guide le clou jùsqu'à l'emplaeement voulu pour qu'il puisse s'enfoncer dans la poutre, et que la partie amincie permette la pénétration du clou audit emplacement. Les élé- ments de liaison des ailes ont la forme de deux bandes longues et plates raccordées l'une à l'autre au moyen d'un élément de structure de section angulaire (voir les bandes 18 et l'angle 20, sur les figures 3 et 10) et c'est la variation de l'angle de cette section qui assure l'extensibilité de l'élément de liaison des ailes.
Cet ensemble fait partie intégrante de l'ensemble de la poutre. Toutes les tendances de l'élément de construc- tion à se dilater, soit sous l'action des efforts engendrés par la
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déformation des clous, soit sous l'action des charges appliquées à la poutre, viennent s'exercer sur cet élément à section angulaire,' et, grâce à l'effet de levier fourni par chaque côté de l'angle, se concentrent sur le sommet 41' Il y a donc lieu d'éviter que la ligne de matière constituant le sommet de cet élément angulaire le long de la poutre ne vienne former un point faible.
Il faut en même temps que cette ligne de matière soit facile à pénétrer par la pointe des clous enfoncés dans la poutre. On a constaté que l'utilisation de matières épaisses forme un obstacle à la pénétration des clous le long de cette ligneo La demanderesse a résolu ce problème par un procédé qui tire profit des phénomènes rencontrés dans la réduction des métaux à froid. En effet, lorsqu'on diminue l'épaisseur du métal suivant la ligne sus-définie, par une opération de travail à froid, on renforce la résistance du métalo En dépit de cet accroissement de résistance et contraitement à toute atten- te, la réduction d'épaisseur obtenue permet une pénétration beaucoup plus facile des clous.
La poutre représentée sur la figure 1 comprend une âme 9 compo- sée elle-même de deux demi-âmes 10 et 11 écartées transversalement l'une de l'autre et sensiblement parallèles. L'intervalle entre les demi-âmes 10 et 11 constitue une rainure ou espace 12 destinée à recevoir les clous ou autres éléments de fixation, de la manière que l'on va décrire en détail par la suite. Une aile latérale longitudinale s'étend vers l'extérieur de- puis chaque bord de chacune des demi-âmes 10 et 11, de sorte qu'il y a qua- tre de ces ailes latérales 13, 14, 15 et 16 Les ailes 13 et 14 s'étendent en sens inverse l'une de l'autre et sont sensiblement dans un même plan, et il en est de même des ailes 15 et 16.
Par conséquent, les ailes 13 et 14 constituent une première paire d'ailes disposées d'un.coté de la poutre et les ailes 15 et 16 forment une secondaire paire d'ailes disposées de l'autre côté de la poutre. Toutes les poutres représentées étant formées à partir d'une seule bande métallique en tôle, les ailes 13, 14 15 et 16 font corps avec les âmes correspondantes 10 ou 11 et sont rabattues sensi- blement à angle droit vers l'extérieur de ces âmes.
Les nombres 17 et 18 désignent des éléments de recouvrement ou de liasion. L'un de ces éléments coiffe chaque paire d'ailes au contact de leur surface extérieure, et s'étend en travers de l'une des entrées de la rainure recevant les clous 12. L'élément de recouvrement 17 est associé aux ailes 13 et 14 qu'il raccorde, tandis que l'élément 18 est associé aux ailes 15 et 16 qu'il raccorde. Les éléments de liaison ou de recouvrement 17 et 18 comprennent des parties rabattues en sens inverse l'une de l'autre, de la tôle constituant la poutre, tôle qui est repliée par-dessus chaque paire d'ailes, de manière à les soutenir.
Chaque bord latéral de l'élément de recouvrement 18 est de même étendue que l'un des bords latéraux des ailes 15 et 16 auquel il est réuni et il est relié intégralement à celui-ci par suite du repliage en double de la tôle, Le bord latéral de l'aile 14 coïncide avec celui de l'élément 17 et fait corps avec celui-ci. Cependant, l'autre bord latéral de l'élément de recouvrement 17 est constitué par l'un des bords libres de la bande de tôle dont est formée la poutre, l'autre bord libre de celle-ci étant le bord libre de l'aile 13. Pour constituer une poutre de structure unitaire, on replie le bord libre de l'élément de recouvrement 17 autour de la partie latérale marginale de l'aile 13, de la manière représentée clairement sur le dessin.
On remarquera que la par- tie marginale libre de l'élément 17 est d'abord repliée autour du bord latéral de l'aile 13, puis est rabattue en principe à 90 vers les âmes 10 et 11, pour aboutir à une certaine distance vers l'intérieur de ce bord latéral. La partie enveloppante de l'élément de recouvrement 17 em- brasse le bord de l'aile 13 contre laquelle elle est pressée.
Chacun des éléments de recouvrement 17 et 18 présente une dé- pression longitudinale continue, non perforée, représentée en 19 et 20, formant en somme un élément structural constitutif de la poutre, élément de section angulaire dilatable. Chaque dépression présente des parois en contact avec les deux surfaces intérieures des âmes 10 et 11, à côté des ai- les latérales..La dépression 19 est adjacente aux ailes 13 et 14, tandis que la dépression 20 est adjacente aux ailes 15 et 16 Ainsi, les dépressions
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19 et 20 pénètrent dans l'espace ou rainure 12 recevant les cous De plus, les dépressions 19 et 20 sont médianes et s'étendent, de préférence, sui- vant l'axe longitudinal de la poutre, de préférence,
les dépressionsl9 et 20 ont une section transversale en forme de V, le sommet 41' du V (figure 10) s'enfoncant dans la rainure 12, près de l'une des paires d'ailes 13, 14 ou 15,16 De plus, le sommet 41' du V s'étend de préférence suivant l'axe géométrique longitudinal de la poutre, est disposé dans l'axe de la rainure 12 et est équidistant des deux bords de celle-ci.
On remarquera que les dépressions 19 et 20 maintiennent les âmes 10 et 11 écartées, puisque ces dépressions?'étendent depuis la paroi intérieure de l'une des âmes jusqu'à la paroi intérieure de l'autre âme.
Ainsi, les âmes ne peuvent se rapprocher trop près l'une de l'autre lorsque la poutre est soumise à des chargesa De plus, la dépression 19 contribue à maintenir 1 assemblage plié entre l'élément de recouvrement 17 et l'aile 13; en effet, cette dépression tend à repousser l'aile 13 vers l'extérieur lorsque la poutre est chargée, tend ainsi à coincer le bord de l'aile con- tre le repli de l'élément 17 et empêche l'ouverture de la séparation du pli rabattu de l'élément de recouvrement,séparation qui serait évidemment in- désirable. La disposition rabattue de l'élément de recouvrement 17 autour de l'aile 13 et la coopération de la dépression 19 en vue du maintien de cette disposition ont été expliquées en détail dans la demande précitée.
La présente invention diffère de cette dernière demande et des construc- tions de poutres similaires connues à ce jour par la présence d'une partie amincie dans le métal formant les dépressions 19 et 20 ; préférence, le fond ou le sommet 41 de ces dépressions en V comprennent ces parties amin- cies.
Les nombres de référence 21, 22, 23 et 24 désignent des saillies latérales constituées par des ondulations pratiquées dans les âmes 10 et 11 sur toute la longueur de la poutre. Ces saillies sont disposées par paires complémentaires on accouplées, telles que 21-22 et 23-24. De plus, les saillies de chaque paire constituent sensiblement des surfaces courbes paral- lèles et forment donc deux changements de direction ou décalages dans la rainure de clouage 12. Par suite de l'agencement de ces saillies, ces dé- calages de la rainure 12 ont sensiblement la même largeur que les autres parties de cette rainure.
La figure 2 montre une variante du mode de réalisation représen- té sur la figare 1. La différence principale entre les variantes des figures 1 et 2 réside dans la hauteur des âmes 10 et 11 Le mode de construction re- présenté sur la figure 2 présente une âme raccourcie 9 et constitue une poutre étroite que l'on peut appeler poutre en H. Par suite du raccourcisse- ment des éléments constituant l'âme dans cette variante, on ne prévoit qu'une seule paire de saillies curvilignes 21 et 22 et une seule partie décalée dans l'espace 12 recevant les clous.
La variante représentée sur la figure 3 est relative à une pou- tre en T. Celle-ci comprend une paire d'éléments d'âmes espacés transversa- lement ou jambes 25 et 26 généralement analogues aux éléments d'âme 10 et Il. Comme précédemment, il est prévu une paire de saillies curvilignes com- plémentaires 21 et 22 dans les éléments d'âme 25 et 26 pour ménager dans la rainure ou espace de clouage 12 un décalage du genre déjà décrit. Cependant, la rainure 12 est fermée d'un côté de la poutre par un repli 27 faisant par- tie intégrante des bords des éléments d'âme ou jambes 25 et 26, de même étendue, correspondants, qu'il relie entre eux.
La forme des ailes latérales et de l'élément de recouvrement faisant partie de la poutre en T de la figure 3 est semblable à celle des éléments correspondants des variantes des figures 1 et 2 ; cependant il n'y a qu'une paire d'ailes 13 et 14, et, par suite qu'un seul élément de recouvrement 17. Celui-ci présente un bord replié autour de l'aile 13 . de la manière indiquée en détail plus haut. Une dépression 19 est pratiquée dans l'élément de recouvrement 17 et fait saillie dans l'espace 12 rece- vant les clous entre les ailes 13 et 14.
Cette dépression 19 est de forme semblable à celle des variantes précédentes, notamment elle est en forme de V en section et présente une partie amincie au sommet 1' du V
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La figure 4 représente une autre variante de l'inventiono Celle- ci est en général semblable à la poutre en I de la figure 1, mais ne comprend qu'un seul élément d'âme 28. Les ailes 13, 14, 15 et 16 sont de construction analogue aux parties correspondantes de la figure 1, comme le sont aussi les éléments de recouvrement 17 et 18.
De plus, chacun de ces éléments de recou- vrement présente une dépression 19 ou 20, de forme semblable aux dépressions prévues dans les variantes précédentes, notamment elles sont dans leur en- semble de section en forme de V et présentent la partie amincie déjà décrite.
La variante représentée sur la figure 4 est fabriquée à partir d'une tôle ou bande de métal unique. On commence par replier à 90 les ailes 13 et 15 vers l'extérieur de l'âme 28 On forme ensuite les éléments de re- couvrement 17 et 18 en repliant le métal sur lui-même en appui sur les ailes pour que les éléments de recouvrement fassent partie intégrante des ailes.
On forme ensuite les ailes 14 et 16 en pliant le métal dans la direction de l'âme 28; enfin, les éléments verticaux de guidage des clous 29 et 30 sont repliés à 90 à partir des ailes 14 et 15 respectivement. Dans cette varian- te de l'invention, la partie d'âme 9 comprend l'âme proprement dite 28 et les éléments de guidage des clous 29 et 30. A chaque extrémité de la section droite de la poutre, il y a un élément de recouvrement 19 ou 20 et les deux ailes latérales 13-14 ou 15-16 associées. On prévoit une paire de saillies complémentaires 31 et 32, dont le:; sections droites sont des courbes paral- lèles, la saillie 32 étant formée dans l'élément de guidage de clous 29 et la saillie 31 dans l'âme 28.
Par suite, il est ménagé une rainure ou espace de clouage 33 entre l'élément de guidage des clous 29 et l'âme 28, cet espace présentant un décalage latéral entre les saillies 31 et 32, comme dans les variantes précédentes. De même, on constitue un espace recevant les clous 34 entre l'élément de guidage des clous 30 et l'âme 28, avec un déca- lage entre les saillies curvilignes complémentaires 35 et 36, la première s'étendant depuis l'âme 28 et la seconde depuis Isolément de guidage des clous 30. Les éléments de guidage des clous 29 et 30 sont de préférence assemblés à l'âme 28 à leur extrémité intérieure, à intercalles réguliers le long de la poutre.
Ces moyens d'assemblage ainsi que les dépressions 19 et 20 qui s'étendent dans les rainures recevant les clous 33 et 34 respec- tivement, servent à maintenir les éléments de guidage des clous et l'âme à l'écartement correct afin de maintenir effectivement les espaces de clouage 33 et 34 dans les conditions d'utilisation
Les figures 5 à 9 inclus représentent les principaux stades d'une opération de laminage préférée pour la formation de la poutre de la figure 2. Cette poutre est formée d'une tôle ou bande de métal unique; aussi, dans ce procédé préféré, faut-il effectuer trois opérations ou passes pré- liminaires (non représentées) avant la passe illustrée par la figure 5.
Dans ces passes préliminaires, on forme dans la tôle un épaulement' ou une partie décalée 37; on forme dans la partie décalée 37 une partie courbe 38, et l'on constitue aussi les parties extérieures planes 39 et 40, légèrement obliques. La quatrième passe, qu'illustre la figure 5, fournit l'épaule- ment 41 qui constitue l'une des parois de la dépression en forme de V. Au cours de la passe représentée sur la figure 6, cette dépression est achevée et l'épaulement 42 est en outre formé dans la tôle. Des cylindres de lami- noir appropriés, représentés en partie en section droite sur les figures 5 à 9 inclus, sont prévus pour effectuer les opérations ou passes de laminage décrites.
Les figures 7 et 8 représentent d'autres stades de la formation de la tôle. On observera sur la figure 7 la formation de l'un des côtés 43 de la seconde dépression en V 19, qui est achevée au cours de la passe re- présentée sur la figure 8. De même, les parties inclinées 39 et 40 sont formées de la manière indiquée pour constituer des parties de la structure de la poutre, ainsi qu'on le décrira plus en détail ci-après.
On notera que l'un des côtés de chaque dépression en V 19-20 est tout d'abord formé par une opération de pliage;, et que l'autre côté de la dépression est formé ensuite au cours d'une passe ultérieure. Pen- dant cette dernière, le fond du V est aminci (voir figure 10) par com- pression de la tôle à l'endroit de la dépression pour rendre la tôle plus mince au cours de la passe de laminage pendant laquelle la dépression en
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forme de V est achevée. Ainsi le métal se trouve étiré à froid pour consti- tuer la dépression en V amincie.
Celle-ci n'est pas formée par emprunt de métal aux parties marginales 39.40 pour constituer la dépression, et les épaulements 42 (figure 6) et 44 (figure 8) contribuent à empêcher un tel étirage de métal, Bien entendu, les cylindres présentent des profils vou- lus pour assurer l'étirage à froid ou la compression du métal à l'endroit des dépressions à la manière décrite.
La figure 9 illustre une passe supplémentaire utilisée dans le laminage pour achever la fabrication de la poutre de la figure 2. Comme on peut le voir, dans cette passe, les parties 42, 48 et 49 sont repliées comme un tout autour du point 45. Cette opération est poursuivie au cours des passes successives, jusqu'à ce que la partie 42 soit amenée au contact de la partie de la tôle voisine de la dépression 20. Ainsi, cette dernière partie devient,l'élément de recouvrement 18 et la partie 42 devient l'aile latérale 15.
Au cours des passes suivantes que l'on vient de mentionner, la partie 39 est rabattue autour du point 46, de manière-que la partie 39 devienne l'autre élément de recouvrement 17. De même, les parties de la tôle qui se trouvent à gauche du point 47 (figure 9) sont rabattues autour du point 47 pour amener la partie courbe 48 en juxtaposition avec la cour- bure 38. Enfin, les courbures 48 et 38 se trouvent parallèles entre elles pour former les saillies 21 et 22 respectivement.De préférence, la surface intérieure de la tôle est incisée en 45 et 46 pour constituer l'amorce de la ligne de pliage; cette incision est de préférence obtenue au cours d'une passe antérieure à la passe représentée sur la figure 8.
Par exemple, l'incision 45 peut être réalisée au cours de la passe de la figure 6 et l'incision 46 au cours de la passe de la figure 7. Enfin; le bord libre 44 de la bande est replié autour du bord libre 49 pour donner le rabattement de l'élément de recouvrement 17 autour de l'aile 13 dans la poutre achevée.
La réduction d'épaisseur à froid, obtenue lors des passes de laminage formant la partie amincie 41' (figure 10) étire à froid et durcit le métal à l'endroit des dépressions ou des éléments obliques complémentaires 19 et 20. Un tel travail de durcissement appliqué à la tôle en acier au carbone ordinaire normalisé, en augmente la résistance à la traction de fa- con marquée tout en rendant le métal plus facile à percer au moyen d'un clou.
Le tableau suivant indique à titre indicatif les propriétés physiques d'une tôle en acier au carbone ordinaire, typique, avant et après laminage pour réduire l'épaisseur de la tôle à froid :
EMI6.1
<tb> Avant <SEP> laminage. <SEP> Après <SEP> laminage.
<tb>
<tb>
Epaisseur <SEP> 1270 <SEP> m <SEP> 0,635 <SEP> mm
<tb>
<tb> Limite <SEP> d'allongement <SEP> proportionnel <SEP> 1680 <SEP> kg/cm2 <SEP> 5740 <SEP> kg/cm2
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> une <SEP> déformation <SEP> perma-
<tb>
<tb> nente <SEP> de <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> 2485 <SEP> kg/cm2 <SEP> 6860 <SEP> kg/cm2
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 3710 <SEP> kg/cm2 <SEP> 6930 <SEP> kg/cm2
<tb>
L'allongement % de la tôle ci-dessus est ramené d'environ 28 % à environ 1% à la suite de la réduction à froid et le travail exigé pour percer la tôle au moyen d'un clou du type courant vendu aux Etats-Unis sous le nom de "eight-penny nail" est d'environ 0,828 kilogrammètre au lieu de 1,656 kilogrammètre environ avant laminage.
Il doit être bien entendu que l'opération de laminage décrite ci-dessus en détail est donnée à titre uniquement indicatif et nullement limitatif. Les poutres représentées sur les figures 1 à 4 pourraient en effet être obtenues par d'autres procédés de laminage utilisant des cylin- dres convenablement profilés, des modifications appropriées étant appor- tées aux passes successives. L'ordre des opérations pourrait être modifié suivant le profil des cylindres utilisés et le genre d'opération de lamina- ge préférés Ainsi, on pourrait prévoir entre les deux passes représentées sur les figures 7 et 8 une passe supplémentaire pour commander avec plus de précision les cotes des dépressions amincies en V 19 et 20 et pour les réduire à froid,pour les durcir si nécessaire ou désirable.
De même, la dépression 20 pourrait être réduite à froid dans la passe de la figure 7 et
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la dépression 19 dans celle de la figure 9 Bien entendu, les cylindres de- vraient être convenablement prévus pour amincir le métal des dépression et, si l'on ne fait pas appel à un laminage, ces parties amincies devraient être formées par une opération assurant la réduction du métal à froid pour le durcir et tirer tout le profit donné par un tel travail de durcissement.
Le comportement d'une poutre du type faisant 'l'objet de l'in- - vention est simple et satisfaisant lors de l'introduction et du maintien des clous et éléments analogues. On obtient en mème temps des avantages que ne présentaient pas les poutres de mêmes destination connues dans la techni- que antérieure. En premier lieu, les éléments de recouvrement 19 ou 20 sont plus résistants, tout en étant plus faciles à percer grâce au durcissement susmentionné, et résistant par conséquent mieux à un écartement exagéré des éléments formant l'âme de la poutre ; ensuite, il est possible d'enfoncer un clou en n'importe quel point le long des dépressions 19 et 20 et ce clou sera guidé par les parois inclinées de la dépression vers la ligne de jonc- tion de ces parois, c'est-à-dire vers le fond de la dépression.
Or, comme ce fond est aminci, on peut facilement y enfoncer le clou à travers l'élé- ment de recouvrement. De plus, le fond de la dépression n'est pas seulement aminci, mais s'étend suivant l'axe géométrique longitudinal de la poutre et sensiblement au centre de la rainure ou espace 12 recevant les clous. En conséquence, le clou pénètre dans la poutre au centre de celle-ci et au centre de la rainure recevant les clous. Par suite, l'ouvrier n'a plus besoin,ni de rechercher soigneusementune fente ou ouverture pour y placer le clou, ni de rechercher le centre des dépressions 19 et 20. Il lui suffit de trouver l'emplacement d'une dépression et d'y placer le clou pour être assuré d'enfoncer celui-ci en un point convenable.
Mais le fait de prévoir la partie amincie de chacune des dé- pressions 19 et 20 au sommet 41' de sa section en V offre d'autres avanta- ges à coté de celui consistant à assurer la pénétration facile du clou au point voulu de la poutre. Il permet en effet de former la dépression en V dans une tôle qui à l'origine ne comporte pas d'amincissement. On pourra ensuite faire subir à la tole une passe de laminage pour amincir le point 41'; mais un tel mode opératoire ne serait pas satisfaisant d'un. point de vue pratique, si l'amincissement n'est pas situé au sommet 41', Ainsi, c'est grâce au fait que l'amincissement, conformément au mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, est situé au sommet 41', que le procédé est pratiquement réalisable.
De plus, il serait possible de réaliser la partie amincie en établissant préalablement, par laminage ou autrement, une partie linéaire amincie le long d'une bande de tôle plate ou dans une partie plate d'une poutre déjà en partie fabriquée. En ce cas, on pourrait former les dépressions en V 19 et 20 en pliant ultérieurement le métal sui- vant l'axe longitudinal de cette partie linéaire amincie pour réaliser les parois obliques de part et d'autre, ce qui évidemment donne une dépression en V dont la pointe 41' est amincie.
Bien entendu, les opérations de pliage nécessaires pour former une dépression en V selon ce dernier mode opéra- toire, sont facilitées par l'établissement préalable de la partie rectiligne amincie; en effet, non seulement celle-ci constitue une amorce de pliage efficace, mais elle localise en outre la partie amincie de la dépression en V résultante à la pointe 41' ainsi qu'il est désirable.
Il doit être bien entendu en tout cas que l'amincissement de la tôle, quel que soit le procédé utilisé pour l'obtenir ou la phase de ce procédé où on l'effectue doit être réalisé par une opération métallurgique de nature à provoquer un durcissement du métal dont le procédé de laminage décrit et illustré ne constitue qu'un mode de mise en oeuvre préféfé.
REVENDICATIONS.
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IMPROVEMENTS TO NAILABLE METAL BEAMS.
The present invention relates to metal beams and more particularly to beams made from a single sheet and designed so as to be able to receive and retain nails or equivalent fasteners.
It is essential to be able to have a metal beam capable of receiving and retaining nails or the like, if we want to replace the conventional wooden elements by metal construction elements. For this purpose, a beam has already been proposed comprising two U-shaped irons, the webs of which are arranged back to back but are spaced from each other to provide a groove receiving nails. devices ensuring the deformation of the nails and associated with this groove in order to immobilize the nail once in place.
Rivets and welding have already been used to assemble the spaced cores; however, driving nails near joint points damages welds or rivets, thereby weakening the construction.
In addition, the rivets or the welds prevented any separation of the cores.
However, a certain limited spacing of this kind is very desirable in order to allow a certain elasticity or separation of the cores to take place under the considerable force exerted by the nail during its deformation and to take account of possible slight variations in the dimensions of the nail, as well as unavoidable tolerances in manufacturing. Such a gap is also advantageous because the nail receiving groove is preferably provided one. slightly narrower than the nail of the correct size, so that the nail is tightened effectively.
Covering elements have also been proposed which interconnect the corresponding wings of the U-shaped elements in order to interconnect the cores. But these covering elements necessarily pass through the nailing groove itself, so that elongated slots must then be provided in these covering elements. These weaken the covering elements a lot, even when they are made of robust material; in fact, the narrow transverse fasteners separating the adjacent ends of the successive slots then constitute the only means for keeping the beam together. Accordingly, these
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covering elements behave like the weak points of the whole beam.
In addition, they force the workers to nail the beam only at the location of the slots, which is inconvenient. If the beam is made from a single sheet, the covering element being integral with the side flanges, it becomes possible to use for the whole beam a less thick metal, but this increases the importance of the unifying role of these overlapping elements. As a result, the slots in these weaken the beam even more markedly.
Unitarian sheet metal construction elements are known, receiving nails and having connecting elements which are particularly intended to be the subject of the improvements aimed at by the present invention.
The subject of the invention is therefore: a connecting element of the wings intended for a metal beam, not perforated but which can easily be pierced without weakening or otherwise affecting the element connecting the wings or the beam; - a connecting element of the wings intended for nailable construction elements, an element which is slightly extensible transversely under the effect of the deformation of the nails, while being strong enough to prevent the separation of the constituent parts of the 'construction element under normal stresses; - a connecting element for the flanges for a nailable beam, which element is transversely extensible, of sufficient strength under normal load conditions, while being easily traversed by nails, although not being perforated;
- An economical metal beam, of the general type defined above, of simple structure and capable of being manufactured by relatively simple forming metallurgical operations and equipment, for example by means of a relatively easy rolling operation.
Other objects, advantages and characteristics of the invention will emerge from the remainder of the description, made with reference to the appended drawing in which the same numbers designate corresponding elements in the various figures.
On this drawing :
FIG. 1 is an isometric view of a unitary metal I-beam, according to one of the embodiments of the invention; Figure 2 is a similar view showing a variant of the beam shown in Figure 1; Figure 3 is a cross section of a T-beam according to another embodiment of the invention; Figure 4 is a cross section illustrating yet another variation; FIGS. 5 to 9 are cross sections illustrating the various stages of the rolling operation making it possible to obtain a beam of the type which is the subject of the invention; finally, FIG. 10 is a detailed view, on a large scale, of the depression created in the sheet, produced during the stage illustrated in FIG. 6.
In its more general aspect, the invention relates to a beam receiving nails comprising a connecting element for the flanges in which a depression is formed having a thinned part which can easily be crossed by a nail. The depression and the thinned part are designed and arranged so that the depression guides the nail to the desired location so that it can sink into the beam, and the thinned part allows the penetration of the nail at said location. . The connecting elements of the wings have the form of two long and flat strips connected to each other by means of a structural element of angular section (see strips 18 and angle 20, in the figures 3 and 10) and it is the variation of the angle of this section which ensures the extensibility of the connecting element of the wings.
This assembly is an integral part of the entire beam. All the tendencies of the building element to expand, either under the action of the forces generated by the
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deformation of the nails, either under the action of the loads applied to the beam, come to be exerted on this element with angular section, 'and, thanks to the leverage provided by each side of the angle, are concentrated on the top 41 'It is therefore necessary to prevent the line of material constituting the top of this angular element along the beam from forming a weak point.
At the same time, this line of material must be easy to penetrate through the point of the nails driven into the beam. It has been found that the use of thick materials forms an obstacle to the penetration of nails along this line. The Applicant has solved this problem by a process which takes advantage of the phenomena encountered in the reduction of cold metals. In fact, when the thickness of the metal is reduced along the above-defined line, by a cold working operation, the resistance of the metal is reinforced. Despite this increase in resistance and contrary to all expectations, the reduction of thickness obtained allows a much easier penetration of the nails.
The beam shown in FIG. 1 comprises a web 9 itself composed of two half-webs 10 and 11 spaced transversely from one another and substantially parallel. The interval between the half-webs 10 and 11 constitutes a groove or space 12 intended to receive the nails or other fasteners, as will be described in detail hereinafter. A longitudinal side wing extends outward from each edge of each of the half-webs 10 and 11, so that there are four of these side wings 13, 14, 15 and 16 The wings 13 and 14 extend in the opposite direction to each other and are substantially in the same plane, and the same is true of the wings 15 and 16.
Therefore, the wings 13 and 14 constitute a first pair of wings arranged on one side of the beam and the wings 15 and 16 form a secondary pair of wings arranged on the other side of the beam. All the beams shown being formed from a single sheet metal strip, the flanges 13, 14 15 and 16 are integral with the corresponding webs 10 or 11 and are folded down substantially at right angles towards the outside of these webs. .
The numbers 17 and 18 denote covering or binding elements. One of these elements covers each pair of wings in contact with their outer surface, and extends across one of the entries of the groove receiving the nails 12. The covering element 17 is associated with the wings 13. and 14 that it connects, while the element 18 is associated with the wings 15 and 16 that it connects. The connecting or covering elements 17 and 18 comprise parts folded in the opposite direction to each other, of the sheet constituting the beam, which sheet is folded over each pair of wings, so as to support them .
Each side edge of the cover member 18 is the same extent as one of the side edges of the wings 15 and 16 to which it is joined and it is integrally connected to the latter as a result of the double folding of the sheet, The lateral edge of wing 14 coincides with that of element 17 and is integral therewith. However, the other side edge of the covering element 17 is formed by one of the free edges of the sheet metal strip from which the beam is formed, the other free edge thereof being the free edge of the beam. wing 13. To constitute a beam of unitary structure, the free edge of the covering element 17 is folded around the marginal lateral part of the wing 13, as clearly shown in the drawing.
It will be noted that the free marginal part of the element 17 is first folded around the lateral edge of the wing 13, then is folded in principle at 90 towards the webs 10 and 11, to end at a certain distance towards inside this side edge. The enveloping part of the covering element 17 embraces the edge of the wing 13 against which it is pressed.
Each of the covering elements 17 and 18 has a continuous, unperforated longitudinal depression, shown at 19 and 20, in short forming a structural element constituting the beam, an element of expandable angular section. Each depression has walls in contact with the two inner surfaces of the webs 10 and 11, next to the side wings. The depression 19 is adjacent to the wings 13 and 14, while the depression 20 is adjacent to the wings 15 and 16 Thus, the depressions
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19 and 20 enter the space or groove 12 receiving the necks. In addition, the depressions 19 and 20 are median and extend, preferably, along the longitudinal axis of the beam, preferably,
depressions 19 and 20 have a V-shaped cross section with the apex 41 'of the V (figure 10) sinking into the groove 12, near one of the pairs of wings 13, 14 or 15,16 In addition , the apex 41 'of the V preferably extends along the longitudinal geometric axis of the beam, is disposed in the axis of the groove 12 and is equidistant from the two edges thereof.
Note that the depressions 19 and 20 keep the cores 10 and 11 apart, since these depressions extend from the interior wall of one of the cores to the interior wall of the other core.
Thus, the webs cannot come too close to one another when the beam is subjected to loadsa. In addition, the depression 19 helps to maintain the folded assembly between the cover element 17 and the flange 13; in fact, this depression tends to push the wing 13 outwards when the beam is loaded, thus tends to wedge the edge of the wing against the fold of the element 17 and prevents the opening of the separation. of the folded fold of the covering element, a separation which would obviously be undesirable. The folded arrangement of the covering element 17 around the wing 13 and the cooperation of the vacuum 19 with a view to maintaining this arrangement have been explained in detail in the aforementioned application.
The present invention differs from this latter application and from similar beam constructions known to date by the presence of a thinned part in the metal forming the depressions 19 and 20; Preferably, the bottom or top 41 of these V-shaped depressions include these tapered portions.
Reference numbers 21, 22, 23 and 24 denote lateral projections formed by corrugations formed in the webs 10 and 11 over the entire length of the beam. These protrusions are arranged in complementary or mated pairs, such as 21-22 and 23-24. In addition, the protrusions of each pair constitute substantially parallel curved surfaces and thus form two changes of direction or offsets in the nailing groove 12. As a result of the arrangement of these protrusions, these offsets of the groove 12 have substantially the same width as the other parts of this groove.
Figure 2 shows a variant of the embodiment shown in fig 1. The main difference between the variants of Figures 1 and 2 lies in the height of webs 10 and 11. The construction mode shown in Figure 2 presents a shortened web 9 and constitutes a narrow beam which may be called an H-beam. As a result of the shortening of the elements constituting the web in this variant, only one pair of curvilinear projections 21 and 22 is provided and a single part offset in the space 12 receiving the nails.
The variation shown in Figure 3 relates to a T-beam. This comprises a pair of transversely spaced web members or legs 25 and 26 generally similar to web members 10 and II. As before, a pair of complementary curvilinear projections 21 and 22 are provided in the web elements 25 and 26 in order to provide in the groove or nailing space 12 an offset of the kind already described. However, the groove 12 is closed on one side of the beam by a fold 27 forming an integral part of the edges of the corresponding web or leg elements 25 and 26, of the same extent, which it connects to one another.
The shape of the side wings and of the covering element forming part of the T-beam of figure 3 is similar to that of the corresponding elements of the variants of figures 1 and 2; however there is only one pair of wings 13 and 14, and therefore only one covering element 17. This has an edge folded around the wing 13. in the manner indicated in detail above. A depression 19 is made in the covering element 17 and protrudes into the space 12 receiving the nails between the wings 13 and 14.
This depression 19 is similar in shape to that of the previous variants, in particular it is V-shaped in section and has a thinned part at the top 1 'of the V
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Figure 4 shows another variant of the invention. This is generally similar to the I-beam of Figure 1, but comprises only one web element 28. The flanges 13, 14, 15 and 16 are similar in construction to the corresponding parts of Figure 1, as are also the cover elements 17 and 18.
In addition, each of these covering elements has a depression 19 or 20, similar in shape to the depressions provided for in the preceding variants, in particular they are in their whole section V-shaped and have the thinned part already described. .
The variant shown in Figure 4 is made from a single sheet or strip of metal. We start by folding the wings 13 and 15 to the outside of the core 28 at 90 degrees. The covering elements 17 and 18 are then formed by folding the metal back on itself, resting on the wings so that the elements of coverings are an integral part of the wings.
The wings 14 and 16 are then formed by bending the metal in the direction of the core 28; finally, the vertical guiding elements of the nails 29 and 30 are bent at 90 from the wings 14 and 15 respectively. In this variant of the invention, the web part 9 comprises the actual web 28 and the guide elements for the nails 29 and 30. At each end of the cross section of the beam, there is an element covering 19 or 20 and the two associated side wings 13-14 or 15-16. A pair of complementary projections 31 and 32 are provided, of which the :; Straight sections are parallel curves, with protrusion 32 formed in nail guide member 29 and protrusion 31 in web 28.
As a result, a groove or nailing space 33 is provided between the nail guide element 29 and the core 28, this space having a lateral offset between the projections 31 and 32, as in the previous variants. Likewise, a space receiving the nails 34 is formed between the nail guide element 30 and the core 28, with an offset between the complementary curvilinear projections 35 and 36, the first extending from the core 28. and the second from Nail guide unit 30. The nail guide members 29 and 30 are preferably joined to the web 28 at their inner end, at regular intervals along the beam.
These assembly means as well as the depressions 19 and 20 which extend into the grooves receiving the nails 33 and 34 respectively, serve to maintain the guide elements of the nails and the core at the correct spacing in order to maintain effectively nailing spaces 33 and 34 under the conditions of use
Figures 5 to 9 inclusive show the main stages of a preferred rolling operation for forming the beam of Figure 2. This beam is formed from a single sheet or strip of metal; therefore, in this preferred method, it is necessary to perform three preliminary operations or passes (not shown) before the pass illustrated in FIG. 5.
In these preliminary passes, a shoulder 'or an offset part 37 is formed in the sheet; a curved part 38 is formed in the offset part 37, and the flat outer parts 39 and 40, slightly oblique, are also formed. The fourth pass, shown in Fig. 5, provides the shoulder 41 which constitutes one of the walls of the V-shaped depression. During the pass shown in Fig. 6, this depression is completed and the The shoulder 42 is further formed in the sheet. Suitable rolls of laminate, shown partly in cross section in Figures 5 to 9 inclusive, are provided for carrying out the described rolling operations or passes.
Figures 7 and 8 show other stages in sheet metal formation. It will be seen in Figure 7 the formation of one of the sides 43 of the second V-shaped depression 19, which is completed during the pass shown in Figure 8. Likewise, the inclined portions 39 and 40 are formed. in the manner indicated to constitute parts of the structure of the beam, as will be described in more detail below.
Note that one side of each V-shaped depression 19-20 is first formed by a folding operation ;, and that the other side of the depression is then formed during a subsequent pass. During the latter, the bottom of the V is thinned (see figure 10) by compressing the sheet at the location of the depression to make the sheet thinner during the rolling pass during which the vacuum in
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V shape is completed. The metal is thus cold drawn to form the thinned V-shaped depression.
This is not formed by borrowing metal from the marginal parts 39.40 to constitute the depression, and the shoulders 42 (figure 6) and 44 (figure 8) help prevent such metal drawing. Of course, the rolls have profiles desired to ensure the cold drawing or compression of the metal at the location of the depressions in the manner described.
Figure 9 illustrates an additional pass used in rolling to complete the fabrication of the beam of Figure 2. As can be seen, in this pass the parts 42, 48 and 49 are folded as a whole around point 45. This operation is continued during successive passes, until the part 42 is brought into contact with the part of the sheet neighboring the depression 20. Thus, this last part becomes, the covering element 18 and the part. 42 becomes the side wing 15.
During the following passes just mentioned, part 39 is folded back around point 46, so that part 39 becomes the other covering element 17. Likewise, the parts of the sheet which are located to the left of point 47 (figure 9) are folded around point 47 to bring curved part 48 into juxtaposition with curvature 38. Finally, curvatures 48 and 38 are parallel to each other to form protrusions 21 and 22 respectively. Preferably, the interior surface of the sheet is incised at 45 and 46 to constitute the start of the fold line; this incision is preferably obtained during a pass prior to the pass shown in FIG. 8.
For example, incision 45 can be made during the pass of Figure 6 and incision 46 during the pass of Figure 7. Finally; the free edge 44 of the strip is folded back around the free edge 49 to provide the folding of the cover element 17 around the flange 13 in the completed beam.
The cold reduction in thickness, obtained during the rolling passes forming the thinned part 41 '(FIG. 10), cold stretches and hardens the metal at the location of the depressions or of the complementary oblique elements 19 and 20. Such a work of hardening applied to ordinary carbon steel sheet, markedly increases tensile strength while making the metal easier to pierce with a nail.
The following table shows the physical properties of a typical, ordinary carbon steel sheet before and after rolling to reduce cold sheet thickness as a guide:
EMI6.1
<tb> Before <SEP> rolling. <SEP> After <SEP> rolling.
<tb>
<tb>
Thickness <SEP> 1270 <SEP> m <SEP> 0.635 <SEP> mm
<tb>
<tb> Limit <SEP> of elongation <SEP> proportional <SEP> 1680 <SEP> kg / cm2 <SEP> 5740 <SEP> kg / cm2
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> a <SEP> deformation <SEP> perma-
<tb>
<tb> nente <SEP> de <SEP> 0,2 <SEP>% <SEP> 2485 <SEP> kg / cm2 <SEP> 6860 <SEP> kg / cm2
<tb>
<tb> Resistance <SEP> at <SEP> the <SEP> rupture <SEP> 3710 <SEP> kg / cm2 <SEP> 6930 <SEP> kg / cm2
<tb>
The elongation% of the above sheet is reduced from about 28% to about 1% as a result of cold reduction and the labor required to pierce the sheet with a nail of the common type sold in the United States. United under the name "eight-penny nail" is approximately 0.828 kilogrammeter instead of approximately 1.656 kilogrammeter before rolling.
It should of course be understood that the rolling operation described above in detail is given only as an indication and in no way limiting. The beams shown in FIGS. 1 to 4 could in fact be obtained by other rolling processes using suitably profiled rolls, appropriate modifications being made in successive passes. The order of the operations could be modified according to the profile of the rolls used and the type of preferred rolling operation. Thus, between the two passes shown in Figures 7 and 8, an additional pass could be provided to control with more precision. the dimensions of the thinned V-shaped depressions 19 and 20 and to reduce them when cold, to harden them if necessary or desirable.
Likewise, the depression 20 could be reduced when cold in the pass of FIG. 7 and
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depression 19 in that of FIG. 9 Of course, the rolls should be suitably designed to thin the metal from the depression and, if rolling is not used, these thinned portions should be formed by an operation ensuring cold reduction of the metal to harden it and derive all the benefit given by such hardening work.
The behavior of a beam of the type which is the subject of the invention is simple and satisfactory when inserting and maintaining nails and the like. At the same time advantages are obtained which did not have the beams of the same destination known in the prior art. In the first place, the covering elements 19 or 20 are more resistant, while being easier to pierce thanks to the aforementioned hardening, and consequently better resistant to an exaggerated spacing of the elements forming the web of the beam; then, it is possible to drive in a nail at any point along the depressions 19 and 20 and this nail will be guided by the inclined walls of the depression towards the line of junction of these walls, that is- ie towards the bottom of the depression.
Now, as this bottom is thinned, the nail can easily be driven in through the covering element. In addition, the bottom of the depression is not only thinned, but extends along the longitudinal geometric axis of the beam and substantially in the center of the groove or space 12 receiving the nails. As a result, the nail enters the beam in the center thereof and in the center of the groove receiving the nails. As a result, the worker no longer needs either to carefully search for a slot or opening in which to place the nail, or to search for the center of depressions 19 and 20. All he has to do is find the location of a depression and '' place the nail there to be sure to drive it in a suitable point.
But the fact of providing the thinned part of each of the depressions 19 and 20 at the top 41 'of its V-section offers other advantages besides that of ensuring easy penetration of the nail at the desired point of the nail. beam. It makes it possible to form the V-shaped depression in a sheet which originally did not include any thinning. We can then subject the sheet to a rolling pass to thin point 41 '; but such a modus operandi would not be satisfactory for one. From a practical point of view, if the thinning is not located at the top 41 ', Thus, it is thanks to the fact that the thinning, in accordance with the preferred embodiment of the invention, is located at the top 41 ', that the process is practically feasible.
In addition, it would be possible to make the thinned part by establishing beforehand, by rolling or otherwise, a thinned linear part along a strip of flat sheet metal or in a flat part of a beam already partly manufactured. In this case, the V-shaped depressions 19 and 20 could be formed by subsequently bending the metal along the longitudinal axis of this thinned linear part to produce the oblique walls on either side, which obviously gives a depression in V whose tip 41 'is thinned.
Of course, the folding operations necessary to form a V-shaped depression according to this last operating mode are facilitated by the prior establishment of the thinned rectilinear part; indeed, not only does this constitute an effective bending initiator, but it also locates the thinned part of the resulting V-shaped depression at the tip 41 'as is desirable.
It must be understood in any case that the thinning of the sheet, whatever the process used to obtain it or the phase of this process in which it is carried out must be carried out by a metallurgical operation such as to cause hardening metal of which the rolling process described and illustrated constitutes only one preferred embodiment.
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