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PIECES METALLIQUES PRECONTRAINTES ET PROCEDE POUR LA MISE EN @
PRECONTRAINTE DE TELLES PIECES.
L'invention a pour objets des pièces précontraintes et plus spé- cialement des poutres en acier en vue de pouvoir exploiter plus complètement la résistance de la matière.
L'invention concerne également les procédés par lesquels les- dites pièces métalliques et plus spécialement les poutres en acier peuvent être mises en précontraite.
Le but essentiel de l'invention est de réaliser une' économie sensible de matière première en utilisant quasi intégralement la résistance de celle-ci tout en excluant pratiquement les phénomènes de fluage et d'in- stabilité.
Conformément à l'invention, la pièce métallique, par exemple la poutre en acier, est mise en tension et maintenue sous tension par l'appli- cation, sur la fibre sollicitée, d'une matière particulièrement résistante à la sollicitation qui apparaîtra lors de la libération de la poutre.
Les efforts provoquant ladite sollicitation sont ensuite enle- vés, la pièce métallique, respectivement la poutre en acier, se maintenant en précontrainte par la présence de ladite matière particulièrement résis- tante.
La sollicitation de précontrainte sera généralement dirigée dans le sens opposé de la sollicitation normale de la pièce métallique, par exemple la poutre en acier, dans la construction envisagée.
Si l'on considère plus spécialement les poutres en acier appelées à être sollicitées à la flexion lesdites poutres seront, conformément à l'in- vention, pré-tendues par flexion.
Suivant la nature et la direction des sollicitations ultérieu- res,ladite poutre préalablement mise en tension par une sollicitation adé- quate, sera juxtaposée, soit sur sa face comprimée soit sur sa face tendue. à une matière résistant particulièrement soit à la traction soit à la com-
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pression.
Gomme matière résistant à la compression, on pourrait utiliser un acier spécial, un aggloméré de ciment, du béton ou de toute autre matière à haute résistance à la compression; comme matière résistant à l'extension, on pourra notamment utiliser des aciers spéciaux.,
Dans de nombreuses applications, les matières d'appoint résis- tant particulièrement à la compression pourront être immobilisées entre des bu-tées d'about solidaires des pièces métalliques,plus spécialement des poutres en acier, dans de telles conditions que, sous les sollicitations ex- térieures, la pièce tendant à s'infléchir,lesdites butées sollicitent à la compression ladite matière d'appoint rapportée,- les matières d'appoint résistant particulièrement à l'extension pourront être solidariséesà la pièce métallique,
généralement la poutre en acier, soit par leurs extrémi- tés, soit par de nombreux points répartis sur lalongueur de la poutre, soit encore par solidarisation superficielle. D'une manière générale, d'ailleurs, la-solidarisation entre la matière d'appoint et la pièce métallique précon- trainte pourra se faire par tous les moyens jugés compatibles avec les maté- riaux en présence et les. sollicitations envisagées.
On pourra ainsi solidariser ces éléments rapportés par butées, emboîtements, soudure, vis, boulons, rivets, ou par tons autres moyens encore ou combinaisons de différents moyens.
Les matières rapportées résistant particulièrement bien à la compression ou à l'extension pourront être appliquées correctement sur toute l'étendue des surfaces adjacentes de la pièce métallique, respectivement de la poutre en acier, ou bien encore ne recouvrir que partiellement lesdi- tes surfaces et présenter tout profil en long et toute section jugée compa- tible avec les applications envisagées.
Les procédés pour mettre les pièces métalliques en prétension sont essentiellement variables et seront directement fonction de la nature des pièces métalliques, de l'importance des sollicitations à prévoir et de la nature et de l'importance des matériaux d'appoint juxtaposés à la pièce métallique.
D'une manière générale, la pièce métallique, par exemple la poutre en acier, sera élastiquement déformée par une sollicitation dirigée en direction opposée à la sollicitation normale à laquelle ladite pièce sera ultérieurement soumise. La pièce est maintenue ainsi élastiquement déformée pendant qu'on applique sur la fibre comprimée ou sur la fibre étendue une matière résistant particulièrement bien à la traction ou à la compression.
Cette application dépend de la nature de la matière rapportée. S'il s'agit d'une matière coulée, on se servira aisément de la surface à recouvrir de ladite pièce comme fond de moule, des parois latérales provisoires étant aménagées au prorata de l'épaisseur de la couche de matière à rapporter; s' il s'agit d'une matière en plaques ou en feuilles, celle-ci pourra être simplement attachée sur la pièce élastiquement déformée.
Ensuite,la sollicitation ayant entraîné la déformation élastique de la piè- ce avant et pendant l'application de la matière d'appoint est enlevée et ladite pièce, par réaction, sollicite à la compression ou à l'extension la matière d'appoint rapportée. La pièce métallique, généralement une poutre en acier, trouve ainsi mise en précontrainte et peut être telle quelle introduite dans la. construction, respectivement l'ouvrage à réaliser
A simple titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif, quel- ques exécutions sont décrites ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 représente en vue perspective partielle un profil en forme de double T précontraint conformément à l'invention pour une plus grande résistance à la flexion moyennant l'emploi d'une matière résistant à la compression.
La figure 2 est une vue perspective d'un profilé en forme de double T précontraint conformément à l'invention pour une plus grande résis-
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tance à la flexion moyennant l'emploi d'une matière résistant à la traction
La figure 3 est une vue perspective d'un profilé en forme de double T précontraint conformément à l'invention pour une plus grande résis- tance à la flexion, moyennant l'emploi d'une matière résistant bien à la compression et à l'extension.
Les figures 4, 5, 6 et 7 schématisent sommairement le procédé de mise en pré-tension d'une poutre en acier par une matière résistant par- ticulièrement bien à la compression.
La figure 8 représente, en vue de face, une variante de la dis- position de la figure 6.
Les figures 9 et 10 schématisent sommairement le procédé de mise en pré-tension d'une poutre en acier par une matière résistant particulière- ment bien à l'extension.
Les figures 11 et 12 schématisent sommairement le procédé de mise en pré-tension d'une poutre en acier par une matière résistant particulière- ment bien à la compression et à l'extension.
Dans l'exécution des figures 4, 5, 6 et 7, le procédé consiste à soumettre, par exemple, une poutre en acier 1 reposant sur un appui central 2 à l'effet de pression de deux dispositifs, à vis 3-4. La poutre I se met en tension et ces tensions se répartissent comme indiqué au diagramme de la fi- gure 5. On applique alors sur la fibre tendue de la poutre ainsi élastique- ment déformée une couche ou plaque ou bande,5 d'une matière particulièrement résistante à la compression. Cette pièce,5 est rendue solidaire de la poutre 1 par tout moyen compatible avec la nature de la matière dont est faite ladite pièce rapportée 5.
Lorsque cette solidarisation complète est obtenue, les dispositifs à vis 3-4 sont enlevés et la poutre 1 est maintenue sous tension suivant une répartition indiquée par le diagramme de la figure 7. Ultérieu- rement, cette poutre 1 sera soumise notamment à des sollicitations de flexion par des efforts dirigés dans le sens de la flèche F (figure 6). Comme la pièce 2 est essentiellement appelée à résister à des efforts de compression on pourra aisément, comme schématisé à la figure 8, prévoir sur l'aile cor- respondante de la poutre 1,, deux butées 6-7 fermement solidarisées avec ladite poutre 1 et entre ces butées pourra être disposée la pièce 1 résistant par- ticulèrement à la compression.
On pourra également envisager de couler, entre lesdites butées, l'aile adjacente de la poutre 1 et deux parois latérales pro- visoires (non représentées) une masse de coulage ou de moulage, par exemple de béton résistant particulièrement à la compression. Lorsque la matière plastique à fait prise et a atteint une dureté convenable, les dispositifs à vis 3-4 peuvent être enlevés, comme dans l'exemple précédemment décrit.
On a ainsi réalisé une poutre précontrainte, par exemple du type représenté en vue perspective à la figure 1.
On peut appliquer le même processus pour solidariser à la poutre en acier une matière résistant particulièrement bien à 1-'extension, Il suf- fira,comme schématisé aux figures 9 et 10, de solliciter de bas en haut, par exemple par des dispositifs à vis 3-4, une poutre 1 appuyée en le milieu de sa face supérieure, par exemple sur un couteau 2. Lorsque, comme indiqué à la figure 2., la poutre 1 est élastiquement déformée, on applique, sur la fibre comprimée, une pièce 8 en une matière particulièrement résistante à l'extension. Cette pièce 1 sera solidarisée à la poutre.1 par tout moyen approprié après quoi les dispositifs à vis 3-4 seront enlevés.
On aura ain- si réalisé une poutre du type représenté à la figure 2 qui est ainsi mise en pré-tension conformément au diagramme de la. figure 10. Ultérieurement$ cet- te poutre 1 sera soumise à des sollicitations de flexion dirigées généralement dans le sens de la flèche Fl.
Enfin, on peut également combiner les deux moyens susdécrits en vue de précontraindre la pièce métallique et la solidariser à la fois à une matière résistant particulièrement à la compression et à une matière résistant particulièrement bien à l'extension. Il suffira d'opérer simultanément en recouvrant une aile de la poutre et l'aile opposée de la poutre, comme indi-
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quéprécédemment.
Dans la figure 11, on a représenté la dernière phase de ce pro- cédé complexe, dans lequel une poutre 1 a préalablement été sollicitée comme schématisé à la figure 4, et garnie d'une matière résistant particulièrement à la compression comme schématisé, soit à la figure 6, soit à la figure 8 et d'une matière 8 résistant particulièrement à l'extension., comme schématisé à la figure 9.
On a ainsi réalisé une poutre en acier semblable à celle repré- sentée à la figure 3 présentant simultanément une résistance accrue à la com- pression et à l'extension.
Les tensions dans une telle poutre sont représentées au diagram- me de la figure 12.
On pourrait réaliser ainsi des applications infiniment variables suivant le profil et les dimensions relatives des pièces métalliques et sui- vant les sollicitations auxquelles lesdites pièces métalliques devront ulté- rieurement être soumises.
L'invention s'étend à toute pièce métallique et généralement à toute poutre conditionnées par l'application du procédé général susdécrit ainsi qu'à tous ouvrages ou parties d'ouvrages dans lesquelles interviennent de telles pièces métalliques, respectivement de telles poutres en acier pré- contraintes.
REVENDICATIONS,
1.- Pièce métallique précontrainte, généralement sous la forme de poutre en acier, caractérisée en ce qu'étant élastiquement déformée, la fibre étendue et/ou la fibre comprimée est solidarisée à,une matière résis- tant particulièrement bien respectivement à la compression et/ou à la trac- tion.
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PRE-STRESSED METAL PARTS AND PROCEDURE FOR THE SETTING @
PRE-STRESSING OF SUCH PARTS.
The invention relates to prestressed parts and more especially steel beams with a view to being able to exploit the resistance of the material more fully.
The invention also relates to the methods by which said metal parts and more especially the steel beams can be prestressed.
The essential aim of the invention is to achieve a substantial saving in raw material by using almost the entire strength of the latter while practically excluding the phenomena of creep and instability.
In accordance with the invention, the metal part, for example the steel beam, is put in tension and kept under tension by the application, on the stressed fiber, of a material particularly resistant to the stress which will appear during the release of the beam.
The forces causing said stress are then removed, the metal part, respectively the steel beam, maintaining itself in prestressing by the presence of said particularly resistant material.
The prestressing stress will generally be directed in the opposite direction to the normal stress of the metal part, for example the steel beam, in the construction envisaged.
If we consider more specifically the steel beams called to be stressed in bending, said beams will, in accordance with the invention, pre-tensioned by bending.
Depending on the nature and direction of the subsequent stresses, said beam previously tensioned by an adequate stress, will be juxtaposed, either on its compressed face or on its tensioned face. to a material which is particularly resistant either to traction or to
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pressure.
As a material resistant to compression, one could use a special steel, an agglomerate of cement, concrete or any other material with high resistance to compression; as material resistant to extension, special steels can be used in particular.
In many applications, additional materials particularly resistant to compression can be immobilized between end stops integral with metal parts, more especially steel beams, under such conditions that, under the stresses ex - on the outside, the part tending to bend, said stops compress said added material, - the additional materials particularly resistant to extension can be secured to the metal part,
generally the steel beam, either by their ends, or by numerous points distributed over the length of the beam, or even by surface joining. In general, moreover, the joining between the additional material and the pre-stressed metal part can be done by any means deemed compatible with the materials present and the. solicitations considered.
These added elements can thus be joined together by stops, interlocking, welding, screws, bolts, rivets, or by even other means or combinations of different means.
The added materials which are particularly resistant to compression or extension can be applied correctly over the entire extent of the adjacent surfaces of the metal part, respectively of the steel beam, or else only partially cover said surfaces and present any longitudinal profile and any section deemed compatible with the envisaged applications.
The methods for putting the metal parts under pretension are essentially variable and will depend directly on the nature of the metal parts, the importance of the stresses to be expected and the nature and importance of the additional materials juxtaposed to the metal part. .
In general, the metal part, for example the steel beam, will be elastically deformed by a stress directed in the direction opposite to the normal stress to which said part will subsequently be subjected. The part is thus kept elastically deformed while a material which is particularly resistant to tension or to compression is applied to the compressed fiber or to the extended fiber.
This application depends on the nature of the material reported. If it is a cast material, the surface to be covered of said part will easily be used as a mold base, temporary side walls being arranged in proportion to the thickness of the layer of material to be added; if it is a material in plates or sheets, it can be simply attached to the elastically deformed part.
Then, the stress which has caused the elastic deformation of the part before and during the application of the additional material is removed and said part, by reaction, urges the added additional material to compress or expand. . The metal part, generally a steel beam, is thus put in prestressing and can be introduced as such into the. construction, respectively the work to be carried out
By way of example, without any limiting nature, some executions are described below with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows a partial perspective view of a profile in the form of a double T prestressed in accordance with the invention for greater flexural strength by using a material resistant to compression.
Figure 2 is a perspective view of a profile in the form of a double T prestressed in accordance with the invention for greater strength.
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flexural strength by using tensile strength material
Figure 3 is a perspective view of a profile in the form of a double T prestressed in accordance with the invention for greater resistance to bending, through the use of a material with good resistance to compression and stress. extension.
FIGS. 4, 5, 6 and 7 are a summary of the process for pre-tensioning a steel beam by a material which is particularly resistant to compression.
FIG. 8 represents, in front view, a variant of the arrangement of FIG. 6.
FIGS. 9 and 10 summarize the process for pre-tensioning a steel beam with a material which is particularly resistant to extension.
Figures 11 and 12 schematically show the process for pre-tensioning a steel beam with a material that is particularly resistant to compression and extension.
In the execution of Figures 4, 5, 6 and 7, the method consists in subjecting, for example, a steel beam 1 resting on a central support 2 to the pressure effect of two devices, screws 3-4. The beam I is put under tension and these tensions are distributed as indicated in the diagram of FIG. 5. A layer or plate or strip of a material is then applied to the tensioned fiber of the beam thus elastically deformed. particularly resistant to compression. This part 5 is made integral with the beam 1 by any means compatible with the nature of the material of which said attached part 5 is made.
When this complete connection is obtained, the screw devices 3-4 are removed and the beam 1 is kept under tension according to a distribution indicated by the diagram in FIG. 7. Subsequently, this beam 1 will be subjected in particular to stresses of bending by forces directed in the direction of arrow F (figure 6). As the part 2 is essentially called upon to resist compressive forces, it is easily possible, as shown diagrammatically in FIG. 8, to provide on the corresponding flange of the beam 1 ,, two stops 6-7 firmly secured to said beam 1. and between these stops may be placed the part 1 which is particularly resistant to compression.
It is also possible to envisage casting, between said abutments, the adjacent flange of beam 1 and two provisional side walls (not shown) a casting or molding mass, for example of concrete which is particularly resistant to compression. When the plastic material has set and has reached a suitable hardness, the screws 3-4 can be removed, as in the example previously described.
A prestressed beam has thus been produced, for example of the type shown in perspective view in FIG. 1.
The same process can be applied to attach to the steel beam a material particularly resistant to extension. It will suffice, as shown diagrammatically in Figures 9 and 10, to apply from the bottom up, for example by devices to screw 3-4, a beam 1 supported in the middle of its upper face, for example on a knife 2. When, as indicated in figure 2., the beam 1 is elastically deformed, one applies, on the compressed fiber, a part 8 in a material particularly resistant to extension. This part 1 will be secured to the beam 1 by any suitable means after which the screw devices 3-4 will be removed.
A beam of the type shown in FIG. 2 will thus have been produced, which is thus pre-tensioned in accordance with the diagram of. FIG. 10. Subsequently, this beam 1 will be subjected to bending stresses generally directed in the direction of arrow Fl.
Finally, the two aforementioned means can also be combined with a view to prestressing the metal part and securing it both to a material which is particularly resistant to compression and to a material which is particularly resistant to extension. It will suffice to operate simultaneously by covering one wing of the beam and the opposite wing of the beam, as shown.
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that previously.
In FIG. 11, the last phase of this complex process has been shown, in which a beam 1 has previously been stressed as shown diagrammatically in FIG. 4, and lined with a material which is particularly resistant to compression as shown diagrammatically, i.e. FIG. 6, or in FIG. 8 and of a material 8 particularly resistant to extension., as shown diagrammatically in FIG. 9.
A steel beam similar to that shown in FIG. 3 has thus been produced, simultaneously exhibiting increased resistance to compression and extension.
The stresses in such a beam are shown in the diagram in figure 12.
It is thus possible to achieve infinitely variable applications depending on the profile and the relative dimensions of the metal parts and on the stresses to which said metal parts will subsequently have to be subjected.
The invention extends to any metal part and generally to any beam conditioned by the application of the aforementioned general process as well as to all structures or parts of structures in which such metal parts intervene, respectively such pre-defined steel beams. - constraints.
CLAIMS,
1.- Prestressed metal part, generally in the form of a steel beam, characterized in that, being elastically deformed, the extended fiber and / or the compressed fiber is secured to a material which is particularly resistant to compression and respectively. / or traction.