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RYLONE HYPERBOLIQUE.
La présente invention a pour objet un nouveau pylône métalli- que ou même en bois pouvant être réalisé à l'aide de matériaux se trouvant couramment dans le commerce, ce pylône étant eu égard à sa grande rigidité et particulièrement son extrême résistanceà la torsion très léger et con- séquemment économique à solidité égaleo t, ,'s léger con-
Conformément à l'inventions le pylône est constitué par deux systèmes tronconiques conjugués de tiges rectilignes placés l'un dans l'au- tre et retordus l'un par rapport à l'autre, l'un dextrorsum et l'autre si- nistrorsum,
de façon que ces deux systèmes tronooniques forment contreven- tement mutuel simplement en prévoyant une jonction matérielle entre les ti- ges les deux systèmes en leurs points de croisement respectifs.
La construction de pylônes selon l'invention utilise ainsi les propriétés des hyperboloïdes de révolutiono
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent @ d'ailleurs de la description détaillée qui suit., donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: @
La fige 1 est une élévation latérale d'un pylône conforme à l'invention.
La figo 2 est un plan correspondant.
La figo 3 est un schéma horizontal et la figo 4 un schéma ver- tical illustrant le travail de pyl8ne.
La figa 5 montre en plan schématique la disposition relative
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des deux systèmes constructifs du pylône.
La figo 6 est une coupe longitudinale d'un raccord de tubes.
La figo 7 est une vue en perspective représentant le raccord terminé..
Suivant les figo 1 et 2, dans lesquelles un pylône selon l'in- vention est réduit schématiquement aux lignes axiales de ses tiges constitu- tives, les tiges 1, 2, 3, 4, 5, 6, du premier système, figurées en traits pleins., joignent obliquement la grande circonférence de base inférieure à la circonférence de base supérieure, à la manière de tiges figurant les gé- nératrices de l'hyperboloïde dont les cercles correspondants sont deux sec- tions droites, tiges dont on aurait tordu le faisceau en faisant tourner autour de l'axe vertical de l'hyperboloide l'un des cercles par rapport à l'autre, la torsion dextrorsum fournissant le faisceau de tiges de l'un des systèmes et la torsion sinistrorsum fournissant l'autre système 1', 2', 3',
4', 5',
6' représenté en traits interrompuso
La silhouette formée par le contour apparent est celle d'une sorte de corset délimité par deux hyperboles placées symétriquement de part et d'autre de l'axe verticalo Si l'on imprime à l'une des circonférences par exemple la circonférence supérieure une rotation d'amplitude convena- ble pour que les génératrices soient placées dans une position telle que leurs projections horizontales soient tangentes à la projection de cette petite circonférence supérieure - et il suffit pour cela qu'une seule le soit - la collerette alors constituée par cette petite circonférence se trouvera être la section droite la plus petite qu'on puisse obtenir dans l'ensemble de la surface obtenue par la torsion ci-dessus indiquée.
Dans ce cas, si on donne à la petite circonférence une rotation inverse, les pro- jections des cordes. génératrices seront à nouveau tangentes à la projec- tion de la collerette, et par une amplitude de torsion convenable on pour- ra par exemple amener ces tangentes à être dans le prolongement respectif des précédenteso Celles-ci forment l'un des deux systèmes, les nouvelles forment l'autre système.
Si l'on considère une tige en particulier, et toutes les au- tres tiges jouiront des mêmes propriétés car elles jouent des rôles iden- tiques, on constate qu'elle croise sur toute sa longueur un certain nombre de tiges de l'autre systèmeo En faisant des noeuds de jonction en ces di- vers points de croisement, la surface réalisée se trouvera contreventée, c'est-à-dire fixée au point de vue de la torsions empêchée qu'elle est par le faisceau du système dextrorsum de tourner davantage vers la droite et par le tasseau sinistrorsum de tourner davantage vers la gauche.
On utilisera dans la constitution de ces pylônes de préféren- ce des tubes métalliques ou, le cas échéants des barres pleines pouvant ré- sister à l'affaissement et à l'inclinaison latérale éventuelle; en tout cas d'une façon générale., des tiges rigides capables de résister aussi bien à la compression, la flexion et la torsion, qu'à la tractions de sorte qu'un tel p ône par sa simple ossature y compris si l'on veut, des entretoise- ments ou croisillonnements complémentaires,se suffit à lui-même sans qu'il soit dans son ensemble ou dans ses divers compartiments ou panneaux d'un rempli ge quelconque par exemple en ciment.
Aux fig. 3 et 4, on considère un couple de tiges conjuguées, l'une dextrorsum @@ ac1, l'autre sinistrorsum A'B, a'c1. On prend pour plan de la projection verticale (fig. 4), le plan axial qui contient la ver- ticale cc1 des centre la base inférieure et de la collerette, et qui est mené parallèlement au plan des axes des deux tiges conjuguées. Ces axes I 1 des deux tiges se projettent en vraie grandeur suivant ac1 et a'c1. Si
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l'ensemble pouvait s'incliner latéralementvers la droite par exemple.' ce ne pourrait l'être, en vertu de l'effet de contreventement contre la torsion ci-dessus expliqué., que par un abattement parallèle au plan verticale con- tenant l'axe de la tige AB, ac1.
L'extrémité de cette tige rigide restant forcément à distance fixe de son pied immobile Aa viendrait dans le plan vertical AB, de manière à se projeter verticalement en b' par exemple (ce point b' étant fixé par la longueur ab' = ac1). Mais alors, la tige conjuguée devrait venir en a'b',; ce qui estimpossible à moins d'un rac- courcissement de a'c1 en a'b', raccourcissement qui ne se produira pas si la tige a été calculée assez forte pour résister à la déformation par pression excessive ou par flambageo
Dès lors, il n'y a ni torsion possible, ni affaissement, ni déversement latéral et l'ensemble se tiendra donc rigidement comme un bloc entièrement solide.
Mais une difficulté se présentée Les tiges ne sont pas rédui- tes à leur axe géométrique, en faits elles ont une certaine épaisseur; elles se contrarieront donc aux points de croisement en'cherchant à se co-pénétrer dans l'épaisseur les unes des autreso On pourra consentir un certain cin- trement des génératrices aux points de croisements cintrement qui aura même davantage de contribuer à la rigidité-générale en utilisant le frottement mutuel des génératrices pour concourir à leur fixation ou blocage réciproque.
Si l'on veut aboutir à'une construction qui évite de les fausser en les cintrant exagérément aux divers points de jonction, on pourra réaliser les deux systèmes dextrorsum et sinistrorsum avec une certaine indépendance l'un de l'autre conformément à la figo 5 qui représente l'écartement de ces deux systèmes exagéré pour plus de clartéo
En appelant D le diamètre schématique initial de la grande base inférieure et d celui de la collerette supérieure, si les tiges uti- lisées sont des tubes de diamètre extérieur e, on fixera ces tubes en distribuant - pour ceux de l'un des systèmes, les pieds de leurs axes sur une grande base de diamètre D + e et les têtes de ces axes sur une colle- rette de diamètre d + e.
Pour les tubes de l'autre systèmes les pieds des axes seront répartis sur une grande base de diamètre D - et leurs têtes sur une collerette de diamètre d - e. Le corset des tubes externes, sans pouvoir coiffer exactement le corset des tubes internes en se moulant strictement sur lui, s'y adaptera tout de même à très peu de chose près, au prix d'une très légère contrainte pratiquement réalisable sans difficul- té.
Par exemples si la hauteur de la collerette au-dessus de la grande base est de 12 mo avec une base moyenne de 7 mo de diamètre et une collerette moyenne de 1,83 mo de diamètre et que les tubes aient un dia- mètre de 6 cm., le point où la contrainte serait maximum se trouverait à 4,65 mo en dessous de la collerette, et les tubes tendraient en ce point à entrer l'un dans l'autre d'une profondeur de 16 mmo Ils auraient ainsi une incurvation de 1,3 pour 1000 l'un par rapport à l'autre ou 0,65 pour 1000 chacun par rapport à la ligne moyenne. Si ces tubes étaient des tu- bes d'acier de 6 cmo extérieur et 5 cmo intérieur, l'effet total de flexion correspondant serait d'une quinzaine de kgo à peineo La contrainte est réellement insignifiante et la solution effective pratiquement conforme à la pure solution géométrique.
Chaque croisement sera consolidé par un moyen quelconque., par exemple tout simplement en traversant l'ensemble des tubes qui se ren- contrent par un goujon maintenu par un écrou.
Les tiges peuvent être, soit arrêtées au-dessous de la colle-
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rette, qui est la section droite minimum soit prolongées au-dessus.
Si d'ailleurs dans le cas demploi de tubes la longueur '4 uti- liser dépasse les longueurs commerciales courantes, il est facile de réali- ser telle longueur continue qu'on voudra en ajustant bout à bout les tubes successifs par le moyen, à chaque reboutement, d'un mandrin M de préfé- rence tronconique à chaque extrémité,emmanché à force., partie dans l'ex- trémité B de l'un des tubes et partie dans l'extrémité B' du suivant (figo 6) avec, si l'on veut la précaution supplémentaire de manchonner le raboutement par un collier de serrage C (figo 7). Une telle disposition fera qu'aux divers raboutements la consolidation sera au moins aussi solide que chacun des tubes constitutifs.
Un tel collier de serrage pourrait dans la pratique indus- trielle être constitué d'éléments commerciaux tels que des "fers en quart de rond" lesquels pourraient s'ajuster exactement sur les génératrices en intercalant au besoin une feuille de tôle pour combler 1?intervalle entre le diamètre extérieur de la génératrice et le diamètre intérieur du quart de rond pris au gabarit commercial le plus proche. Cette disposition per- met même de rattraper les différences locales de diamètre de la génératrice si elle est ovale au lieu d'être exactement circulaire, par des feuilles partielles de tôle individuellement adaptées aux zones correspondantes de la génératrice.
En faisant les épures ou effectuant les calculs, on constate que, à moins de répartir autour des bases un nombre pratiquement trop abon- dant de génératrices (ordinairement des tubes), le premier croisement au- dessus de la base inférieure est en général aux environs de la demi-hauteur entre les deux bases, ce qui peut être excessif et avec des tubes de dia- mètres courants., risquer d'amener du flambage. L'installation d'un cercle matériel vers le milieu de la hauteur du premier croisement résoudra en général la difficulté.
A ce cercle peut d'ailleurs être substitué un poly- gône constitué par des côtés rectilignes transversaux reliant les généra- trices successives, côtés qui, pour faciliter l'approvisionnement et le stockage et le montage, peuvent être eux-mêmes faits du même type de tu- bes ou de barres que les génératrices des deux systèmes conjugués. Bien entendu, au lieu d'une couronne circulaire ou polygonale intercalaireon peut en utiliser plusieurs.
Bien entendu encore les noeuds de croisement situés à une même hauteur au-dessus de la base seront réunis par une solide plate-forme de con- treventement susceptible d'ailleurs de porter diverses installations.
Le pylône ainsi construit a la même solidité qu'un pylône clas- sique qui serait composé d'un nombre égal de montants de même section, éga- lement inclinés et joignant des bases respectivement égales et également distants l'un de l'autre, c'est-à-dire une même hauteur de pylône.
Et il y a de plus une résistance considérable à la torsion ce qui' se conçoit aisément d9après les explications données plus haut à propos des figures 3 et 40 Dans l'ensemble, il y a les avantages essentiels :
1 ) de présenter une simplification idéale de jonction aux divers points de croisement;
2 ) d'économiser la quasi totalité des barres transversales et des croisillons de contreventement que nécessitent les pylônes classiques, donc d'épargner la complication de leurs assemblages et de leur installation;
3 ) d'économiser leur poids;
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4 ) de présenter une simplicité et donc une économie d'approvisionnement exceptionnelles des matériaux constitutifs de la construction, tous réduits à un type uniforme pour les génératrices, et même si l'on veut pour la plus grande partie des entretoisementso Inversement, si on ne tient pas à l'uni- formisation des dimensionson peut réaliser les diverses sections ou éta- ges du pylône en tubes ou barres de diamètres extérieurs différents ou d'épaisseurs différentes par exemple en vue de former du pylône un solide d'égale résistance ou sensiblement;
5 ) de procurer une extrême rigidité et surtout une résistance excep- tionnelle à la torsion.
6 ) de neutraliser les différences de dilatation thermique sur les cô- tés du pylône exposés à l'insolation et les côtés opposée, puisqu'ici les diverses génératrices étant obliques par rapport à la verticale et d'autre part fuyantes de l'avant à l'arrière ou inversement depuis leur pied jus- qu'à leur sommet, l'effet total de l'insolation aboutit finalement à sou- lever la plate-forme supérieure à peu près parallèlement à elle-même, au lieu de soulever uniquement la partie avant fortement insolée., relativement à la partie arrière moins directement insolée, ce qui est le cas des pylô- nes classiques ordinaires;
7 ) de fournir au sommet une plate-forme de dimensions notables per- mettant d'y loger des installations importantes ;
8 ) un tel pylône permet l'installation facile d'un monte-charge cen- tral, soit directement, soit par un subterfuge simplement. Par exemple, un pylône hyperbolique à 12 génératrices en deux nappes de 6 fournit des plates-formes à 6 noeuds de jonction qu'on réunit par deux triangles entre- croisés laissant entre les barres d'entrecroisement un notable espace cen- tral disponible. Facilité analogue avec 10 génératrices en deux nappes de 5. Avec 6 génératrices en deux nappes de 3, on réalise directement un triangleo Avec 8 génératrices en deux nappes de 4 qui donnent des carrés, il suffit de ménager dans la partie centrale un carré plus petit, ou un losange, ou tout autre quadrilatère, dont chacun des quatre coins est relié par deux tiges aux deux extrémités d'un même côté de la plate-forme carrée.
Dans tous les cas, on réalise une triangulation indéformable avec évidement centrale
9 ) En jouant des caractéristiques d'implantation des génératrices sur la base, du rapport entre le diamètre de la base et celui de la collerette, etc.., on peut obtenir des propriétés utiles spéciales. Par exempleavec 8génératrices en deux nappes de 4, on peut disposer deux génératrices con- sécutives (l'une dextrorsum, l'autre sinistrorsum) de manière qu'elles soient parallèles et par suite aussi les deux suivantes, ce qui ménage deux passa- ges à angle droit, sortes de couloirs, dans lesquels si le pylône est im- portant on peut faire circuler des véhicules tels qu'une grue roulante, un camion, une rame de wagons, etc.
REVENDICATIONS.
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HYPERBOLIC RYLONE.
The present invention relates to a new metal or even wooden pylon which can be produced using materials commonly found on the market, this pylon being, in view of its great rigidity and particularly its extreme resistance to very light torsion. and consequently economical with equal strength,, 's light con-
In accordance with the inventions, the pylon consists of two conjugated truncated conical systems of rectilinear rods placed one in the other and twisted with respect to each other, one dextrorsum and the other sinistrorsum ,
so that these two tronic systems form a mutual infringement simply by providing a physical junction between the two sys- tems at their respective crossing points.
The construction of pylons according to the invention thus uses the properties of the hyperboloids of revolution.
Various other characteristics of the invention emerge, moreover, from the detailed description which follows, given with reference to the appended drawings in which: @
Fig 1 is a side elevation of a pylon according to the invention.
Figo 2 is a corresponding plan.
Figo 3 is a horizontal diagram and Figo 4 a vertical diagram illustrating the work of the pylon.
Figa 5 shows a schematic plan of the relative arrangement
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of the two construction systems of the pylon.
Figo 6 is a longitudinal section of a tube connector.
Figo 7 is a perspective view showing the finished fitting.
According to figs 1 and 2, in which a pylon according to the invention is reduced schematically to the axial lines of its constituent rods, the rods 1, 2, 3, 4, 5, 6, of the first system, shown as solid lines., join obliquely the large inferior base circumference to the superior base circumference, in the manner of rods representing the generators of the hyperboloid whose corresponding circles are two straight sections, rods of which we would have twisted the beam by rotating around the vertical axis of the hyperboloid one of the circles with respect to the other, the dextrorsum torsion providing the bundle of rods of one of the systems and the sinistrorsum torsion providing the other system 1 ', 2', 3 ',
4 ', 5',
6 'shown in broken lines
The silhouette formed by the apparent contour is that of a sort of corset delimited by two hyperbolas placed symmetrically on either side of the vertical axis If one imprints on one of the circumferences, for example the upper circumference, a rotation of suitable amplitude so that the generators are placed in a position such that their horizontal projections are tangent to the projection of this small upper circumference - and for that only one is sufficient - the collar then formed by this small circumference will be found to be the smallest cross section that can be obtained in the whole area obtained by the above mentioned torsion.
In this case, if we give the small circumference a reverse rotation, the projections of the strings. generators will again be tangent to the projection of the collar, and by a suitable torsion amplitude we can for example bring these tangents to be in the respective prolongation of the previous ones. These form one of the two systems, the news form the other system.
If we consider a particular stem, and all the other stems will enjoy the same properties because they play identical roles, we see that it crosses along its entire length a certain number of stems of the other systemo By making junction nodes at these various crossing points, the surface produced will be braced, that is to say fixed at the point of view of the torsions prevented it is by the beam of the dextrorsum system from turning. more to the right and by the sinistrorsum cleat to turn more to the left.
Metal tubes or, where appropriate, solid bars which can resist sagging and any lateral inclination will be used in the constitution of these pylons; in any case in general., rigid rods capable of withstanding both compression, bending and torsion, as well as traction, so that such a cone by its simple frame including if the one wants, spacings or complementary crossings, is sufficient in itself without it being as a whole or in its various compartments or panels of any filled ge, for example in cement.
In fig. 3 and 4, we consider a pair of conjugate rods, one dextrorsum @@ ac1, the other sinistrorsum A'B, a'c1. The plane of the vertical projection (fig. 4) is taken as the axial plane which contains the vertical cc1 of the center of the lower base and of the collar, and which is carried out parallel to the plane of the axes of the two conjugate rods. These axes I 1 of the two rods are projected in full size along ac1 and a'c1. Yes
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the whole could tilt laterally to the right, for example. ' this could only be, by virtue of the bracing effect against torsion explained above., only by a reduction parallel to the vertical plane containing the axis of the rod AB, ac1.
The end of this rigid rod necessarily remaining at a fixed distance from its immobile foot Aa would come into the vertical plane AB, so as to project vertically at b 'for example (this point b' being fixed by the length ab '= ac1) . But then the conjugate stem should come to a'b ',; which is not possible unless a'c1 is shortened to a'b ', a shortening which will not occur if the rod has been calculated strong enough to resist deformation by excessive pressure or by buckling.
Therefore, there is no possible torsion, sagging, or lateral spillage and the assembly will therefore be held rigidly as an entirely solid block.
But a difficulty arises The rods are not reduced to their geometrical axis, in fact they have a certain thickness; they will therefore oppose each other at the crossing points by trying to co-penetrate each other in the thickness of one another. A certain bending of the generators at the crossing points can be agreed which will even have more to contribute to the general rigidity by using the mutual friction of the generators to contribute to their fixing or reciprocal blocking.
If we want to achieve a construction that avoids distorting them by bending them excessively at the various junction points, we can achieve the two systems dextrorsum and sinistrorsum with a certain independence from each other in accordance with figo 5 which represents the spacing of these two systems exaggerated for clarity o
By calling D the initial schematic diameter of the large lower base and that of the upper flange, if the rods used are tubes of outside diameter e, we will fix these tubes by distributing - for those of one of the systems, the feet of their axes on a large base of diameter D + e and the heads of these axes on a collar of diameter d + e.
For the tubes of the other system, the feet of the axes will be distributed over a large base of diameter D - and their heads on a collar of diameter d - e. The corset of the outer tubes, without being able to fit the corset of the inner tubes exactly by molding itself strictly on it, will still adapt to it with very little precision, at the cost of a very slight constraint practically achievable without difficulty. .
For example, if the height of the flange above the large base is 12 mo with an average base of 7 mo in diameter and an average collar of 1.83 mo in diameter and the tubes have a diameter of 6 cm., the point where the stress would be maximum would be 4.65 mo below the collar, and the tubes would tend to enter one into the other at this point to a depth of 16 mmo. They would thus have a curvature of 1.3 per 1000 from each other or 0.65 per 1000 each from the mean line. If these tubes were steel tubes of 6 cmo exterior and 5 cmo interior, the corresponding total bending effect would be barely fifteen kgoo The stress is really insignificant and the effective solution practically conforms to the pure geometric solution.
Each crossing will be consolidated by any means, for example quite simply by crossing all the tubes which meet by a stud held in place by a nut.
The rods can either be stopped below the glue-
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rette, which is the minimum straight section is extended above.
If, moreover, in the case of the use of tubes, the length 4 to be used exceeds the current commercial lengths, it is easy to achieve such a continuous length as one wishes by adjusting the successive tubes end to end by means of each butting, of a mandrel M preferably frustoconical at each end, press-fitted., part in end B of one of the tubes and part in end B 'of the next (figo 6) with, if one wishes the additional precaution of sleeve the jointing by a clamp C (figo 7). Such an arrangement will ensure that at the various joints the consolidation will be at least as solid as each of the constituent tubes.
Such a clamp could in commercial practice consist of commercial elements such as "quarter-round irons" which could fit exactly on the generators, interposing a sheet of metal if necessary to fill the gap. between the outside diameter of the generator and the inside diameter of the quarter round taken at the nearest commercial gauge. This arrangement even makes it possible to make up for the local differences in the diameter of the generator if it is oval instead of being exactly circular, by partial sheets of metal individually adapted to the corresponding zones of the generator.
By doing the sketches or carrying out the calculations, we see that, unless you distribute around the bases a practically too abundant number of generators (usually tubes), the first crossing above the lower base is generally around the half-height between the two bases, which may be excessive and with tubes of standard diameters, risk causing buckling. Placing a material circle around the middle of the height of the first crossing will usually solve the difficulty.
This circle can also be substituted by a polygon made up of transverse rectilinear sides connecting the successive generators, sides which, in order to facilitate supply and storage and assembly, can themselves be made of the same type. of tubes or bars as the generators of the two conjugate systems. Of course, instead of a circular or polygonal intercalary crown, several can be used.
Of course also the crossing nodes located at the same height above the base will be joined by a solid bracing platform capable moreover of supporting various installations.
The pylon thus constructed has the same solidity as a conventional pylon which would be made up of an equal number of uprights of the same section, also inclined and joining respectively equal bases and equally distant from each other, that is to say the same height of the pylon.
And there is also a considerable resistance to torsion which is easily understood from the explanations given above in connection with Figures 3 and 40 Overall, there are the essential advantages:
1) to present an ideal simplification of junction at the various crossing points;
2) to save almost all the transverse bars and bracing braces required by conventional pylons, thus to spare the complication of their assemblies and their installation;
3) save their weight;
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4) to present an exceptional simplicity and therefore an economy of supply of the constituent materials of the construction, all reduced to a uniform type for the generators, and even if one wants for the majority of the bracing o Conversely, if one does not The various sections or stages of the pylon can be made from tubes or bars of different outside diameters or of different thicknesses, for example in order to form the pylon a solid of equal or substantially equal strength. ;
5) to provide extreme rigidity and above all exceptional resistance to torsion.
6) to neutralize the differences in thermal expansion on the sides of the pylon exposed to sunstroke and the opposite sides, since here the various generatrices being oblique with respect to the vertical and on the other hand fleeing from the front to the the rear or vice versa from their foot to their top, the total effect of the sunstroke ultimately results in lifting the upper platform roughly parallel to itself, instead of lifting only the strongly exposed front part, relatively to the less directly exposed rear part, which is the case with ordinary conventional pylons;
7) to provide a platform of notable dimensions at the top to accommodate important installations;
8) such a pylon allows the easy installation of a central freight elevator, either directly or simply by subterfuge. For example, a hyperbolic pylon with 12 generators in two layers of 6 provides platforms with 6 junction nodes that are joined by two intersecting triangles leaving between the intersecting bars a notable central space available. Similar facility with 10 generatrices in two layers of 5. With 6 generatrices in two layers of 3, we directly create a triangleo With 8 generatrices in two layers of 4 which give squares, it suffices to spare in the central part a smaller square , or a rhombus, or any other quadrilateral, each of the four corners of which is connected by two rods to the two ends of the same side of the square platform.
In all cases, a non-deformable triangulation with central recess is carried out
9) By playing with the implantation characteristics of the generators on the base, the ratio between the diameter of the base and that of the collar, etc., special useful properties can be obtained. For example, with 8generators in two layers of 4, we can arrange two consecutive generators (one dextrorsum, the other sinistrorsum) so that they are parallel and therefore also the following two, which saves two passes. at right angles, kinds of corridors, in which, if the pylon is large, vehicles such as a rolling crane, a truck, a set of wagons, etc. can circulate.
CLAIMS.