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PROCEPE DE REALISATION D'UNE POUTRE EN BETON ARME PRECONTRAINT.
La présente invention est relative à un procédé de réalisation d'une poutre constituée d'une armature métallique pré-sollicitée enrobée dans du béton précompriméo
Les procédés connus de réalisation de poutres en béton précon- traint ont comme effet la création artificielle de tensions préalables à la mise en charge au moyen d'une traction exercée sur des fils ou des barres en aciers à haute limite élastique. Cette traction est équilibrée par une com- pression correspondante dans le béton.
Suivant une première variante principale, la traction s'exerce avant le bétonnage de la poutre. Dans ce cas, la traction doit être tempo- 'rairement équilibrée par un troisième corps, par exemple, un très solide cof- frage ou par une installation à culées. Le béton enrobe les fils pré-tendus en y adhérant. Après durcissement, les fils sont lâchés, et le béton/par l'in- termédiaire des tensions d'adhérence, les empêche de se raccourcir jusqu'à at- teindre leur longueur initiale. De ce fait, il se met en compression.
La deuxième variante principale consiste à tirer sur les fils en s'appuyant contre la poutre en béton déjà existant et durci. Dans ce cas, l'on doit réserver une place (par exemple des gaines) pour les fils, leur permet- tant de glisser librement. Etant donné que l'adhérence ne peut plus intervenir, les fils doivent être ancrés aux extrémités au moyen d'appareils spéciaux et protégés ensuite contre les agents atmosphériques, le plus souvent par enroba- ge ou injection au mortier de ciment, dans les gaines où ils passent.
La présente invention a comme objet un procédé de réalisation de poutres en béton armé précontraint qui ne présente pas les difficultés inhé- rentes aux procédés précités.
Dans le procédé suivant l'invention, on soumet d' abord l'armature métallique non enrobée à une flexion, puis on enrobe de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, ensuite on maintient fléchie l'armature enrobée de béton pendant le durcisse- ment de celui-ci et enfin on supprime la cause de la flexion après durcisse- ment du béton.
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La flexion préalable de l'armature, qui peut''être avantageusement constituée par une poutrelle laminée, peut être effectuée de manière très simple par l'application d'une force en un point de l'armature compris en- tre les extrémités qui sont maintenues fixes ou, inversément, par l'applica- tion de forces aux extrémités de la poutre dont un point intermédiaire est maintenu fixe.
L'enrobage d'au moins une fraction de la partie de l'armature qui est soumise à la traction, après fléchissement, peut facilement être réalisé de manière convenable.
L'utilisation de poutrelles ou autres poutres métalliques rigides en tant qu'armatures de poutre en béton armé ordinaire est connue: c'est la charpente enrobée. Elle est cependant limitée dans ses possibilités par les considérations suivantes:
1 ) N'étant pas précomprimé, le béton ne peut suivre sans se fissu- rer les fibres tendues du métal dès que leur tension de traction dépasse en- viron 1.200 kg/cm2. Il en résulte l'impossibilité d'exploiter les propriétés des aciers spéciaux à haute limite élastique tels que, par exemple, l'acier ou chrôme-acier, généralement connu sous la dénommination d'acier A52,
dont la tension de sécurité est de 2.400 kg/cm2 et même celles des poutrelles ordi- naires que l'on pourrait faire travailler à 1.400 à 1.600 kg/cm2.
2 ) Même en ne dépassant pas la tension de 1.200 kg/cm2 dans l'ar- mature, l'on ne peut guère garantir le béton tendu contre l'apparition de fis- sures et des décollements (surtout sous l'effet d'effort dynamique répétés) d'autant plus que, généralement, les fibres de béton les plus exposées. sont aussi les plus difficiles à bétonner convenablement (sous les semelles infé- rieures des poutrelles).
Le procédé suivant l'invention évite ces inconvénients et permet de réaliser des constructions plus légères, plus économiques et aussi meil- leures (anti-fissure), par suite d'utilisation plus rationnelle de la matiè- re.
Il donne lieu, en outre, aux avantages suivants: ,
1 ) Il diminue les maxima, en valeur absolue, des tensions d'adhé- rence. La pré-flexion crée, en effet, des tensions d'adhérence de signe con- traire à celles provenant des charges.
2 ) Il augmente la raideur de l'ensemble grâce à la suppression. totale ou quasi totale des fibres fortement tendues du béton, très souvent mis en place dans des conditions défavorables.
3 ) Il diminue la fatigue des aciers dont les tensions extrêmes en fonction des charges mobiles sont plus rapprochées entre elles.
Il donne lieu avantageusement à un essai automatique de résis- tance de chaque armature, accompagné éventuellement d'un relèvement de la li- mite élastique par écrouissage.
5 ) Il fait également subir aux fibres pré-comprimées de béton un essai automatique lors du relâchement de la pré-flexion de l'armature.
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6 ) Il permet de régler automatiquement la contre-flèche de la poutre en établissant un coffrage horizontal rectiligne pour le béton d'enro- bage à précomprimer. Il en résulte une épaisseur plus forte pour la croûte (la partie superficielle ne contenant pas d'armatures) vers les extrémités de la poutre que vers le milieu de celle-ci, à cause de la flèche de l'armatu- re soumise à préflexion.
7 ) Il permet de réaliser un effort de précontrainte continûment variable le long de l'axe de la poutre.
La simplification de l'outillage nécessaire à la réalisation du procédé suivant l'invention est encore fortement accrue quand, pour soumettre simultanément à pré-flexion les armatures de deux poutres, on fait servir l'une
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d'elles de bâti pour la préflexionde l'autre en disposant parallèlement les deux armatures et en les faisant fléchir en sens inverse l'une de l'au- tre dans le même plan de flexion par variation de la distance entre certains de leurs points pendant le maintien d'autres points à distance constante.
En particulier, on a intérêt à faire fléchir les armatures des deux poutres en écartant leurs milieux pendant qu'on empêche leurs extrémi- tés de s'écarter.
Dans ce cas, suivant une variante, après avoir réuni entre elles les extrémités correspondantes de deux armatures placées l'une le long de l'autre, il suffit de placer un vérin entre, les milieux'de ces armatures et de les écarter. Puis,quand la flexion voulue est réalisée;, on maintient' les milieux écartés l'un de l'autre par un ou deux poussards. Après quoi, on re- tire le vérin (ce qui permet de le faire servir pour une autre préflexion).
Lorsque le béton dont on a entretemps enrobé les parties tendues des arma- tures fléchies, a durci, on replace temporairement le vérin afin de pouvoir enlever le ou les poussards puis on réduit progressivement la longueur du vérin jusqu'à ce que les deux poutres aient retrouvé un état d'équilibre pro- venant de l'état de tension de l'armature et du béton.
Cette dernière intervention du vérin peut d'ailleurs être évitée si on utilise des poussards de longueur réglable dont on réduit progressive- ment la longueur quand on a décidé de supprimer la cause de la préflexion.
D'autres particularités et détaims de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui représen- tent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, différents stades de quelques variantes du procédé suivant l'invention.
La figure 1 représente schématiquement un premier stade du procé- dé suivant l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale dans une poutre réalisée par le procédé suivant l'invention.
La figure 3 représente les lois de variation des tensions normales d'une section transversale de.l'armature dans différents stades (considérés isolément et superposés) de la réalisation d'une poutre suivant l'invention ainsi qu'après mise en service.
La figure 4 représente les lois de variation des tensions normales de la même section transversale qu'à la figure 3 des bétons précomprimé et non précomprimé.
Les figures 5 et 6 représentent, respectivement en coupe transver- sale et en coupe longitudinale, une partie de l'armature métallique de la fi- gure 2 dont on a augmenté l'adhérence avec le béton, par certains artifices.
La figure 7 est une vue en élévation schématique de la réalisation de l'application simultanée du procédé suivant l'invention à deux poutres.
Les figures 8 à 10 représentent chacune, de manière purement sché- matique, trois variantes de l'application simultanée du procédé suivant l'in- vention à deux poutres.
La figure 11 schématise en coupe transversale une variante du pro- cédé suivant l'invention à un stade qui suit celui de l'obtention du béton précontraint dans la poutre suivant la figure 2.
La figure 12 est une coupe transversale de la poutre finalement obtenue suivant la variante dont il est question à la figure 11.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté une. poutre 2 posée sur deux appuis 3 et soumise à une flexion simple sous l'action d'une effort P appliqué 'en son milieu. Cet effort est exercé, par exemple, à l'aide d'un vérin prenant appui contre un bâti fixe 4.
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La poutre 2, représentée à la figure 1, est supposée être une pou- trelle laminée en forme de I telle que celle représentée à la figure 2. Lors- que cette poutrelle est fléchie, comme représentée à la figure 1, son état de tension, dans la section du milieu par exemple, peut être schématisé par les lignes 5 et 6 de la figure 3 où les tensions de traction ont été repré- sentées à droite de la ligne verticale 5 et les tensions de compression à gauche de cette ligne.
La variation des tensions est donc représentée par une ligne obli- que 6 avec la ligne 5 comme ligne de repère.
Pendant que la poutrelle 2 est maintenue dans cet état de tension, on enrobe la plus grande partie de sa fraction soumise à des efforts de trac- tion au moyen de béton 7 (figure 2). La mise en place convenable de ce béton, même en dessous de la semelle inférieure de la poutrelle, peut être effectuée facilement surtout si l'on recourt à la vibration par le coffrage, par le bé- ton lui-même ou même par l'armature pré-fléchie.
L'armature est maintenue dans sa position fléchie pendant tout le temps que le béton 7 met à durcir. Lorsqu'on estime que ce durcissement est suffisant, on cesse de faire agir l'effort de la figure 1 agissant au milieu de la poutre. Cet effort n'est pas supprimé brusquement mais est réduit pro- gressivement, en quelques minutes par exemple.
On obtient, à ce moment, une poutre dont l'armature métallique 2 et le béton 7 présentent des états de tension représentés par les diagrammes limités entre les lignes 5 et 8 à la figure 3 pour l'armature métallique 2 et par les lignes 5 et 9 à la figure 4 pour le béton. Comme on le comprend aisé- ment,la tendance de la poutrelle 2 à revenir dans son état de tension nulle qui était celui d'avant son fléchissement suivant la figure 1, est contrariée par le béton 7 qui enrobe la partie inférieure de cette poutrelle.
L'adhéren- ce du béton à la poutrelle a comme effet de laisser, après suppression de la force P, des états de tension permanents favorables aussi bien dans le béton que dans l'acier. La ligne 10 avec le repère 5 (figure 3) représente les ten- sions du métal dues à la seule opération de suppression de la force P. La su- perposition de ces tensions à celles que représente la ligne 6, donne les ten- sions résultantes représentées par la ligne 8, avec toujours la ligne 5 comme repère.
On enrobe ensuite le béton frais Il (figure 2) la partie de la poutrelle 2 non encore enrobée. A ce moment, le béton frais n'intervient pas encore dans la résistance de la poutre mais il charge de tout son poids mort l'armature métallique 2 et le béton précomprimé. Ce poids mort crée dans l'ar- mature métallique un état de tension supplémentaire qui, s'il était seul, se- rait représenté par le diagramme 12 à la figure 3. Ce diagramme doit être su- perposé au diagramme 8 pour obtenir l'état de tension résultant dans l'arma- ture. Cet état de tension est représenté par le diagramme 13.
Quant à l'état de tension dans le béton précomprimé, résultant du poids mort du béton sans tension, il est représenté par le diagramme 14 à la figure 4. L'état de tension réel résulte de la superposition des diagrammes
9 et 14 et donne lieu au diagramme 15.
Lorsque le béton supérieur 11 a également durci, il peut coopérer avec l'armature 2 et le béton précomprimé 7, à la résistance aux sollicitations résultant de la mise en service.
La charge en service donne, par exemple, lieu à des états de ten- sion dans l'armature et dans les bétons représentés respectivement par le dia- gramme 16 à la figure 3 et par le diagramme 17 à la figure 4. La superposi- tion des diagrammes 13 et 16 et celle des diagrammes 15 et 17 donne lieu res- pectivement aux diagrammes 18 et 19.
En pratique, on a intérêt à soumettre l'armature métallique, au cours de son fléchissement initial à une tension de traction supérieure à celle à laquelle elle pourra être soumise en service.
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On a même intérêt à soumettre momentanément l'armature, par sa flexion, à une tension de traction supérieure à sa limite élastique originel- le. Le métal de l'armature subit ainsi un écroùissage qui relève sa limite élastique.
Si on craint que l'adhérence entre le béton 7 et l'armature métal- lique 2 soit insuffisante, on munit l'armature de saillies qui augmentent cette adhérence.
A la figure 5, on a représenté, dans l'aile de droite de la semelle inférieure de l'armature, des saillies 20 qui ont été obtenues par relèvement d'une partie du métal constituant la semelle. L'aile de gauche de cette se- melle est pourvue de plaquettes 21 maintenues en place par des boulons 22.
Les saillies 20 peuvent aussi être réalisées par des additions de métal à la semelle de 1-'armature.
A la figure 7, on a schématisé l'application du procédé suivant l'invention à Inexécution simultanée de deux poutres dont les armatures mé- talliques ont leurs extrémités'reliées entre elles par des tirants 23 consti- tués, par exemple, par des fers plats, Les semelles 24 de ces deux poutres ont été découpées à leurs extrémités pour faciliter la mise en place des fers plats 23 qui sont attachés temporairement aux âmes des poutrelles 2 au moyen de boulons engagés dans les trous 25 pratiqués dans les fers plats 23 et les âmes des poutrelles 2.
Pendant que les extrémités des deux poutres sont ainsi empêchées de s'écarter, on écarte les milieux de ces poutres à l'aide d'un vérin 26 et on les maintient dans cet état à l'aide de poussards 27. Si on ju- ge que cela en vaut la peine, on soulève à présent simultanément et légèrement, les milieux des deux poutrelles en intercalant à nouveau un vérin 30 entre le sol 29 et la poutrelle inférieure et on libère le vérin 30 par des poussards 31. Cette opération pourrait avoir pour but de corriger l'effet provenant du poids propre des poutrelles 2 et des poussards 27 et d'égaliser rigoureusement les flèches ou les moments fléchissants des deux poutrelles.
Lorsqu'on décide de supprimer la flexion parce que le béton à suf- fisamment durci autour des parties tendues des poutrelles, le vérin 16 qui a été enlevé après placement des poussards 27 est remis en place afin de faci- liter 1.'.enlèvement des poussards par un léger écartement supplémentaire des mi- lieux des poutres en fabrication. On réduit ensuite progressivement la longueur du vérin entre poutres jusqu'à ce que celles-ci aient repris une forme en équilibre.
Si les poussards 27 étaient de longueur réglable, on pourrait évi- demment se* dispenser de remettre le vérin 26 en place pour laisser revenir progressivement la poutre dans son nouvel état d'équilibre puisqu'il suffi- rait de réduire la longueur des vérins.
A la figure 8, on a schématisé l'exécution d'une variante de ce pro- cédé dans laquelle 'les milieux des poutres sont maintenus à distance constante l'un de ,l'autre tandis que les extrémités sont rapprochées l'une de l'autre,
Dans la variante de la .figure 9, les milieux des poutres sont main- tenus à distance constante tandis que leurs extrémités sont écartées l'une de l'autre.
A la figure 10, les extrémités sont maintenues à distance constante l'une de l'autre tandis que les milieux sont rapprochés l'un de l'autre.
Comme on le comprend aisément, ces trois variantes du procédé sui- vant l'invention applicable à la pré-flexion simultanée des armatures de deux poutres réalisées suivant l'invention sont, en général, moins avantageuses que les variantes représentées à la figure 1.
A la figure 11, on a représenté un stade intermédiaire d'une poutre fabriquée par le procédé suivant l'invention, Après durcissement du béton 7 et suppression de la force P, on enlève par découpage une partie de l'armature 2 qui émerge du béton 7. Après cet enlèvement, une quantité-supplémentaire de béton 11 est rendue solidaire du béton 7 déjà sous compression grâce à des
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barres d'attente 28, de façon à former, par exemple, une poutre telle que cel- le représentée à la figure 12.
On peut évidemment employer comme poutre à soumettre à une pré-fle- xion, une poutre démontable dont la partie non enrobée dans le béton précom- primé est alors enlevée sans découpage et peut être réutilisée pour la pré- flexion d'autres armatures.
L'invention a également comme objet des poutres en béton armé com- prenant une armature métallique pré-fléchie et du béton pré-comprimé ainsi qu'une poutre de ce genre comprenant en outre du béton non pré-comprimé.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limnitée aux formes d'exécution représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, 'la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivan- tes.
Il va de soi, par exemple, que le procédé suivant l'invention ne se limite pas à des poutres simples sur deux appuis mais qu'il est également applicable à des consoles, à des poutres continues à travées multiples, à des portiques, etc.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de réalisation d'une poutre constituée d'une armature métallique pré-sollicitée enrobée dans du béton pré-comprimé, c a r a c t é r - risé en ce qu' on soumet l'armature métallique non enrobée à une flexion, en ce qu'on enrobe de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, en ce qu' on maintient fléchie; l'armature enrobée de béton pendant le durcissement de celui-ci et en ce qu'on supprime la cause de la flexion après durcissement du béton.
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CONSTRUCTION PROCEEDING OF A PRE-STRESSED REINFORCED CONCRETE BEAM.
The present invention relates to a process for producing a beam consisting of a pre-stressed metal frame coated in precompressed concrete.
The known methods of producing precast concrete beams have the effect of artificially creating tensions prior to loading by means of a traction exerted on steel wires or bars with high elastic limit. This traction is balanced by a corresponding compression in the concrete.
According to a first main variant, the traction is exerted before the concreting of the beam. In this case, the traction must be temporarily balanced by a third body, for example, a very strong casing or by an abutment installation. The concrete coats the pretensioned wires while adhering to them. After hardening, the threads are let go, and the concrete / through the adhesion stresses, prevents them from shortening to their original length. As a result, it goes into compression.
The second main variant is to pull on the wires, leaning against the already existing and hardened concrete beam. In this case, a place (eg sheaths) must be reserved for the wires, allowing them to slide freely. Since adhesion can no longer intervene, the wires must be anchored at the ends by means of special devices and then protected against atmospheric agents, most often by coating or injection with cement mortar, in the sheaths where they pass.
The object of the present invention is a method for producing prestressed reinforced concrete beams which does not present the difficulties inherent in the aforementioned methods.
In the process according to the invention, the uncoated metal reinforcement is first subjected to bending, then at least a fraction of the part of the reinforcement subjected to tension as a result of the bending is coated with concrete, then one keeps the concrete-coated reinforcement flexed during the hardening of the latter and finally the cause of the flexion after hardening of the concrete is removed.
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The preliminary bending of the reinforcement, which can advantageously be constituted by a rolled beam, can be carried out very simply by applying a force at a point of the reinforcement comprised between the ends which are kept fixed or, conversely, by the application of forces to the ends of the beam, an intermediate point of which is kept fixed.
The coating of at least a fraction of the part of the reinforcement which is subjected to tension, after bending, can easily be carried out in a convenient manner.
The use of joists or other rigid metal beams as ordinary reinforced concrete beam reinforcements is known: this is the encased frame. However, it is limited in its possibilities by the following considerations:
1) Not being precompressed, the concrete cannot follow the tensile fibers of the metal without cracking as soon as their tensile stress exceeds about 1,200 kg / cm2. This results in the impossibility of exploiting the properties of special steels with high elastic limit such as, for example, steel or chrome-steel, generally known under the name of A52 steel,
whose safety tension is 2,400 kg / cm2 and even those of ordinary joists that could be made to work at 1,400 to 1,600 kg / cm2.
2) Even if the tension of 1,200 kg / cm2 in the frame is not exceeded, the stretched concrete can hardly be guaranteed against the appearance of cracks and detachments (especially under the effect of repeated dynamic force) especially since, generally, the most exposed concrete fibers. are also the most difficult to properly concrete (under the bottom flanges of the joists).
The process according to the invention avoids these drawbacks and makes it possible to produce lighter, more economical and also better (anti-crack) constructions, as a result of more rational use of the material.
It also gives rise to the following advantages:
1) It decreases the maxima, in absolute value, of the adhesion tensions. Pre-bending in fact creates adhesion stresses of opposite sign to those coming from the loads.
2) It increases the stiffness of the assembly thanks to the removal. total or almost total of the strongly tensioned fibers of the concrete, very often placed in unfavorable conditions.
3) It reduces the fatigue of steels whose extreme tensions as a function of the moving loads are closer to each other.
It advantageously gives rise to an automatic resistance test of each reinforcement, possibly accompanied by a raising of the elastic limit by strain hardening.
5) It also subjects the pre-compressed concrete fibers to an automatic test during the release of the pre-bending of the reinforcement.
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6) It automatically adjusts the counter-deflection of the beam by establishing a straight horizontal formwork for the cover concrete to be precompressed. This results in a greater thickness for the crust (the surface part not containing reinforcement) towards the ends of the beam than towards the middle of it, because of the deflection of the reinforcement subjected to preflexion. .
7) It allows a continuously variable prestressing force to be produced along the axis of the beam.
The simplification of the tooling necessary for carrying out the method according to the invention is further greatly increased when, in order to simultaneously subject the reinforcements of two beams to pre-bending, one makes use of one
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frame for the preflexion of the other by placing the two reinforcements in parallel and by making them bend in the opposite direction to each other in the same bending plane by varying the distance between some of their points while keeping other points at a constant distance.
In particular, it is advantageous to bend the reinforcements of the two beams by moving their centers apart while preventing their ends from moving apart.
In this case, according to one variant, after having joined together the corresponding ends of two frames placed one along the other, it suffices to place a jack between the midpoints of these frames and to move them apart. Then, when the desired bending is achieved, the media are kept apart from each other by one or two pushers. After which, the jack is withdrawn (which allows it to be used for another preflexion).
When the concrete, with which the tensioned parts of the flexed reinforcement have been coated in the meantime, has hardened, the jack is temporarily replaced so that the push-button (s) can be removed, then the length of the jack is gradually reduced until the two beams have found a state of equilibrium resulting from the state of tension of the reinforcement and the concrete.
This last intervention of the jack can moreover be avoided if one uses push-buttons of adjustable length, the length of which is gradually reduced when one has decided to eliminate the cause of the preflexion.
Other features and details of the invention will become apparent from the description of the drawings appended hereto, which diagrammatically represent, and by way of example only, different stages of some variants of the process according to the invention.
FIG. 1 schematically represents a first stage of the process according to the invention.
FIG. 2 is a cross section in a beam produced by the method according to the invention.
FIG. 3 represents the laws of variation of the normal tensions of a cross section of the reinforcement in different stages (considered in isolation and superimposed) of the production of a beam according to the invention as well as after commissioning.
FIG. 4 represents the laws of variation of the normal stresses of the same cross section as in FIG. 3 of precompressed and non-precompressed concrete.
FIGS. 5 and 6 represent, respectively in cross section and in longitudinal section, a part of the metal reinforcement of FIG. 2, the adhesion of which with the concrete has been increased by certain artifices.
FIG. 7 is a schematic elevational view of the embodiment of the simultaneous application of the method according to the invention to two beams.
FIGS. 8 to 10 each represent, purely schematically, three variants of the simultaneous application of the method according to the invention to two beams.
FIG. 11 shows schematically in cross section a variant of the process according to the invention at a stage which follows that of obtaining the prestressed concrete in the beam according to FIG. 2.
Figure 12 is a cross section of the beam finally obtained according to the variant referred to in Figure 11.
In these different figures, the same reference notations designate identical elements.
In Figure 1, there is shown a. beam 2 placed on two supports 3 and subjected to a simple bending under the action of a force P applied 'in its middle. This force is exerted, for example, by means of a jack bearing against a fixed frame 4.
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Beam 2, shown in figure 1, is assumed to be a laminated I-shaped trash like that shown in figure 2. When this truss is flexed, as shown in figure 1, its state of tension , in the middle section for example, can be schematized by lines 5 and 6 of Figure 3 where the tensile stresses have been shown to the right of vertical line 5 and the compressive stresses to the left of this line.
The variation in voltages is therefore represented by an oblique line 6 with line 5 as the reference line.
While the beam 2 is maintained in this state of tension, the greater part of its fraction subjected to tensile forces is coated with concrete 7 (FIG. 2). The proper placement of this concrete, even below the bottom flange of the joist, can be accomplished easily, especially if vibration is used by the formwork, by the concrete itself or even by the concrete. pre-flexed reinforcement.
The reinforcement is maintained in its flexed position throughout the time that the concrete 7 sets to harden. When it is considered that this hardening is sufficient, the force of FIG. 1 acting in the middle of the beam is stopped. This effort is not abruptly removed but is gradually reduced, in a few minutes for example.
We obtain, at this moment, a beam whose metal reinforcement 2 and concrete 7 have states of tension represented by the diagrams limited between lines 5 and 8 in figure 3 for the metal reinforcement 2 and by lines 5 and 9 in Figure 4 for concrete. As can easily be understood, the tendency of the beam 2 to return to its state of zero tension which was that before its bending according to FIG. 1, is thwarted by the concrete 7 which coats the lower part of this beam.
The adhesion of the concrete to the beam has the effect of leaving, after removal of the force P, favorable permanent states of tension in both the concrete and the steel. Line 10 with reference 5 (figure 3) represents the tensions of the metal due to the single operation of removing the force P. The superposition of these tensions to those represented by line 6, gives the tensions results represented by line 8, always with line 5 as reference.
The fresh concrete II (FIG. 2) is then coated with the part of the beam 2 not yet coated. At this moment, the fresh concrete does not yet intervene in the resistance of the beam but it loads with all its dead weight the metal frame 2 and the precompressed concrete. This dead weight creates in the metal frame an additional state of tension which, if it were alone, would be represented by diagram 12 in figure 3. This diagram must be superimposed on diagram 8 to obtain l state of tension resulting in the armature. This state of tension is represented by diagram 13.
As for the state of tension in the precompressed concrete, resulting from the dead weight of the concrete without tension, it is represented by diagram 14 in figure 4. The actual state of tension results from the superposition of the diagrams.
9 and 14 and gives rise to diagram 15.
When the upper concrete 11 has also hardened, it can cooperate with the reinforcement 2 and the pre-compressed concrete 7, to the resistance to the stresses resulting from the commissioning.
The load in service gives, for example, to states of tension in the reinforcement and in the concretes represented respectively by the diagram 16 in figure 3 and by the diagram 17 in figure 4. The superposi- tion of diagrams 13 and 16 and that of diagrams 15 and 17 give rise respectively to diagrams 18 and 19.
In practice, it is advantageous to subject the metal reinforcement, during its initial deflection to a tensile tension greater than that to which it may be subjected in service.
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It is even advantageous to temporarily subject the reinforcement, by its bending, to a tensile stress greater than its original elastic limit. The metal of the reinforcement thus undergoes shrinking which raises its elastic limit.
If it is feared that the adhesion between the concrete 7 and the metal reinforcement 2 is insufficient, the reinforcement is provided with projections which increase this adhesion.
In Figure 5, there is shown, in the right wing of the lower flange of the frame, projections 20 which have been obtained by raising part of the metal constituting the sole. The left wing of this sole is provided with plates 21 held in place by bolts 22.
The protrusions 20 can also be made by additions of metal to the sole of the frame.
In FIG. 7, the application of the process according to the invention to the simultaneous execution of two beams, the metal reinforcements of which have their ends connected to each other by tie rods 23 constituted, for example, by irons. flats, The flanges 24 of these two beams have been cut at their ends to facilitate the placement of the flat bars 23 which are temporarily attached to the webs of the beams 2 by means of bolts engaged in the holes 25 made in the flat bars 23 and webs of joists 2.
While the ends of the two beams are thus prevented from moving apart, the midpoints of these beams are moved apart with the aid of a jack 26 and they are maintained in this state using pushbuttons 27. If one ju- Ge that it is worth it, one now raises simultaneously and slightly, the mediums of the two beams by inserting again a jack 30 between the ground 29 and the lower beam and one releases the jack 30 by pushers 31. This operation could have the aim of correcting the effect arising from the self-weight of the joists 2 and of the pushers 27 and of rigorously equalizing the deflections or the bending moments of the two joists.
When it is decided to suppress the bending because the concrete has sufficiently hardened around the tensioned parts of the joists, the jack 16 which was removed after placing the struts 27 is replaced in order to facilitate the removal. pushers by a slight additional spacing of the middle of the beams in manufacture. The length of the jack between beams is then gradually reduced until they have taken on a balanced shape.
If the pushbuttons 27 were of adjustable length, it would of course be possible to dispense with replacing the cylinder 26 in order to gradually allow the beam to return to its new state of equilibrium since it would suffice to reduce the length of the cylinders.
In FIG. 8, the execution of a variant of this process has been shown diagrammatically in which 'the midpoints of the beams are kept at a constant distance from one another while the ends are brought closer to one another. the other,
In the variant of .figure 9, the midpoints of the beams are kept at a constant distance while their ends are spaced apart from one another.
In FIG. 10, the ends are kept at a constant distance from one another while the midpoints are brought closer to one another.
As can easily be understood, these three variants of the method according to the invention applicable to the simultaneous pre-bending of the reinforcements of two beams produced according to the invention are, in general, less advantageous than the variants shown in FIG. 1.
In Figure 11, there is shown an intermediate stage of a beam manufactured by the process according to the invention, After hardening of the concrete 7 and removal of the force P, is removed by cutting a part of the reinforcement 2 which emerges from the concrete 7. After this removal, an additional quantity of concrete 11 is made integral with the concrete 7 already under compression by means of
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holding bars 28, so as to form, for example, a beam such as that shown in FIG. 12.
Obviously, a demountable beam can be used as the beam to be subjected to pre-bending, the part of which is not encased in the precompressed concrete is then removed without cutting and can be reused for the pre-bending of other reinforcements.
The invention also relates to reinforced concrete beams comprising a pre-bent metal reinforcement and pre-compressed concrete, as well as a beam of this type further comprising non-pre-compressed concrete.
It is obvious that the invention is not exclusively limited to the embodiments shown and that many modifications can be made in the form, the arrangement and the constitution of some of the elements involved in its realization, provided that these modifications are not inconsistent with the object of each of the following claims.
It goes without saying, for example, that the method according to the invention is not limited to simple beams on two supports but that it is also applicable to consoles, to continuous beams with multiple spans, to gantries, etc. .
CLAIMS.
1. - Process for producing a beam consisting of a pre-stressed metal reinforcement coated in pre-compressed concrete, characterized in that the uncoated metal reinforcement is subjected to bending, in that that at least a fraction of the part of the reinforcement subjected to tension as a result of the bending is coated with concrete, in that it is kept bent; the reinforcement encased in concrete during the hardening of the latter and in that the cause of the bending after hardening of the concrete is eliminated.