Procédé de construction d'un pont avec tablier de structure mixte en acier et
en béton.
La présente invention est relative à un procédé de construction d'un pont principalement pour grande portée, ainsi qu'à ce pont.
Jusqu'à présent, les ponts destinés à franchir des grandes portées sont suspendus, haubanés ou à poutres continues (en acier, en béton précontraint ou en solution mixte). Les ponts suspendus et haubanés sont employés pour des portées de 400 mètres et plus, tandis que les ponts à poutres continues ont au maximum des portées de plus ou moins 350 mètres.
Les ponts connus du dernier type (à poutres continues) sont en béton précontraint intégral, en acier intégral ou en acier-béton.
Les ponts à tabler en béton précontraint intégral ont l'inconvénient de présenter un poids propre très élevé obligeant souvent le constructeur à choisir un autre type pour une grande portée.
Les ponts à tablier en acier intégral ont le désavantage de présenter'une raideur relativement faible nécessitant souvent de réduire les tensions dans l'acier perdant ainsi l'avantage de l'acier de haute qualité mis
en oeuvre. De plus, ces ponts à tablier en acier intégral sont particulièrement onéreux à construire.
Les ponts à tablier mixte en acier-béton constituent une solution moyenne des deux précédentes. Par rapport aux ponts à tablier en béton précontraint, ces ponts sont sensiblement plus légers. Par rapport aux ponts à tablier en acier, ces mômes ponts coûtent moins cher à construire et leur dalle en béton donne une plus grande raideur à leur poutre portante.
Parmi les ponts à tablier en acier-béton, il y a lieu de distinguer trois exécutions connues différentes.
Dans la première exécution, la dalle supérieure tendue dans la zone des appuis est précontrainte. Cette première exécution nécessite généralement des câbles extérieurs à la dalle et des déviateurs et offre la difficulté de la transmission des efforts de l'acier au béton. Cette même première exécution s'avère finalement onéreuse parce que, outre le béton, il faut précontraindre également l'acier, ce qui constitue une dépense improductive.
Dans la deuxième exécution, la dalle supérieure tendue dans la zone des appuis est simplement armée pour reprendre les tensions de traction qui y sont engendrées. La dalle supérieure n'intervient pas dans la résistance
de l'ouvrage. De plus, cette dalle supérieure risque de
se fissurer .
Dans la troisième exécution, la dalle supérieure est comprimée dans la zone des appuis par un réglage d'appuis qui occasionne néanmoins sur toute la longueur de la travée correspondante, et notamment au milieu de la travée, d'une part, une compression dans le béton supérieur s'ajoutant à celle existant préalablement , et d'autre
part, une traction dans l'acier de la zone inférieure
de la poutre nécessitant un renforcement de celle-ci.
Le procédé de construction de cette troisième exécution est applicable à condition de ne pas dépasser la tension de compression admissible dans le béton au milieu de la travée
ou à condition d'opérer le réglage d'appuis avant bétonnage de cette partie centrale de la travée ce qui nécessite un renforcement de la section d'acier dans cette zone.
L'invention concerne un nouveau pont à tablier mixte en acier-béton différent des trois exécutions précitées et combinant la légèreté caractérisant les ponts
à tablier en acier avec la raideur particularisant les ponts à tablier en béton précontraint.
A cet effet, par le nouveau procédé de construction du pont on établit dans celui-ci avant sa mise
en service, un état de précontrainte créant une distribution de tensions de traction et de compression opposées à celles qui sont engendrées normalement par l'état de sollicitation final du pont.
C'est ainsi que, par l'état de précontrainte
en question, on introduit essentiellement des tensions de compression dans la zone supérieure de la poutre métallique du tablier, au droit des appuis intermédiaires et de part et d'autre de ces appuis, ainsi que des tensions de traction dans la zone supérieure et des tensions de compression dans la zone inférieure de la poutre métallique dans les travées. De la sorte, le nouveau procédé de construction du pont permet de prévoir essentiellement de l'acier dans la partie tendue des sections du tablier mais surtout dans les zones où le poids propre de ce tablier a une influence prépondérante. Dans ces zones, le béton reprend une grande partie de la compression.
D'une manière générale, selon le procédé de construction d'un pont conforme à l'invention, on pratique comme suit :
- on monte sur les appuis, une poutre métallique constitutive du tablier,
- on dispose une dalle en béton sur la poutre métallique, en chevauchement de l'appui intermédiaire, la dalle en béton s'étendant sur une partie des travées, et on solidarise cette dalle en béton à cette poutre métallique,
- on applique une précompression à la dalle en béton pour engendrer dans l'ensemble de cette dalle en béton et de la poutre métallique, un état de précontrainte créant essentiellement d'une part, des tensions de compression dans la dalle en béton et dans la zone supérieure de la partie de la poutre métallique sous-jacente à cette dalle en béton, et d'autre part,
des tensions de traction dans la zone supérieure des parties restantes de la poutre métallique, situées de part et d'autre de la dalle en béton, et des tensions de compression dans la zone inférieure de ces parties restantes de cette poutre métallique.
- et on réalise le restant du dallage �n béton du tablier en maintenant l'état de précontrainte susdit dans l'ensemble de la dalle en bétam et de la poutre métallique.
Dans le cas d'un pont présentant au moins trois travées, on dépose des dalles en béton au-dessus et en
<EMI ID=1.1>
chaque dalle en béton pour obtenir l'état de précontrainte souhaité.
<EMI ID=2.1>
de part et d'autre de la ou des premières celles en béton et solidariser ces deuxièmes dalles en bétom à cette poutre métallique. Ensuite, on peut appliquer urne deuxième précompression à l'ensemble ou à chaque ensemble des première et deuxièmes dalles en béton pour engendrer un deuxième état de précontrainte analogue au premier.
Dans le même ordre d'idées, après avoir réalisé la deuxième précontrainte et avant d'effectuer le dallage
<EMI ID=3.1>
troisièmes dalles en béton à cette poutre métallique.
Ensuite on peut appliquer au moins un troisième précompression à l'ensemble ou à chaque ensemble des première, deuxièmes et troisièmes dalles en béton pour engendrer au moins un troisième état de précontrainte analogue au précédent.
Selon le cas, dans le nouveau procédé,
on peut préfabriquer ou couler sur place la ou chaque
dalle en béton constitutive du tablier .
Selon une caractéristique importante
du nouveau procédé, on peut prévoir une couche de béton sur la semelle inférieure de la poutre métallique en chevauchement du ou de chaque appui intermédiaire. On dispose
la couche de béton sur une partie des travées relatives à cet appui intermédiaire et on solidarise cette couche de béton à cette semelle inférieure de la poutre métallique. On réalise la couche de béton pendant ou'après le montage de la poutre métallique sur les appuis et avant le montage de la ou de chaque dalle en béton sur cette poutre métallique. La couche de béton est destinée à reprendre une partie des tensions de compression créées ultérieurement dans la zone inférieure de la poutre métallique , près de l'appui.intermédiaire.,par l'état de sollicitation final.
Avantageusement, on diminue régulièrement le volume de la couche de béton susdite et pour la réaliser.on coule du béton dans un coffrage formé sur la semelle inférieure de la poutre métallique.
Selon une autre caractéristique intéressante du nouveau procédé, on prévoit un moyen pour diminuer les tensions préexistantes, avant d'établir un quelconque état de précontrainte dans l'ensemble de la ou des dalles en béton et de la poutre métallique. Ce moyen consiste essentiellement à lester les travées de part et d'autre de la ou des dalles en béton en.question.
L'invention concerne aussi un procède de construction d'un pont à une seule travée et avec tablier de structure mixte en acier-béton, sur appuis à encastrement élastique.
Dans ce cas, on procède d'une manière analogue à celle du pont précité à au moins deux travées et on pratique comme suit :
- on monte sur les appuis, une poutre métallique constitutive du tablier,
- on dispose sur la poutre métallique, deux dalles en béton s'étendant respectivement à partir des appuis, suivant des longueurs égales, sur une partie de la travée, et on solidarise les deux dalles en béton à la poutre métallioue,
- on applique une précompression à chaque dalle en béton pour engendrer dans l'ensemble des deux dalles en béton et de la poutre métallique, un état de précontrainte créant essentiellement d'une part, des tensions de compression dans les dalles en béton et dans la zone supérieure des deux parties de la poutre métallique sous-jacentes à ces deux daller en béton,et d'autre part,
des tensions de traction dans la zone supérieure de la partie restante de <EMI ID=4.1>
en béton, et des tensions de compression dans la zone inférieure de cette partie restante de cette poutre métallique,
- et on réalise le restant du dallage en béton du tablier de la travée en maintenant l'état de précontrainte susdit dans l'ensemble des dalles en béton et de la poutre métallique.
Dans le cas du pont à une seule travée, on peut aussi engendrer un deuxième état de précontrainte analogue au premier à l'aide de deuxièmes dalles en béton montées sur la semelle supérieure de la poutre métallique et au moins un troisième état de précontrainte, analogue au précédent, au moyen de troisièmes dalles en béton également montées sur cette semelle supérieure de cette poutre métallique.et cela, avant de réaliser le dallage en béton du tablier.
Dans le cas du pont à une seule travée, on peut encore monter des couches de béton sur la semelle inférieure de la poutre métallique, respectivement à partir des appuis précités, suivant des longueurs égales, sur une partie de la travée. Ces couches de béton sont destinées
à reprendre une partie des tensions de compression créées ultérieurement dans la zone inférieure de la poutre métallique près des appuis, par l'état de sollicitation final.
L'invention concerne encore un procédé de construction d'un pont selon lequel on reprend une partie des tensions de compression créées pendant la construction et après aise en service du pont, dans la zone inférieure de la poutre métallique, au droit des appuis intermédiaires et de part et d'autre de ceux-ci, sur une partie des travées correspondantes. Cette reprise des tensions de compression est obtenue par une couche de béton qui est disposée à chaque endroit prévu ci-dessus et qui est solidarisée à la semelle inférieure de la poutre métallique.
D'autres détails et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description et des dessins qui illustrent, schématiquement et à titre d'exemple seulement, deux formes de réalisation de l'invention.
- Las figures 1a à 1i sont des schémas illustrant les phases successives du nouveau procédé de construction d'un pont à plus de deux travées.
- La figure 2 est une coupe transversale du nouveau pont, faite au milieu de la travée médiane.
- La figure 3 est une coupe transversale du nouveau pont, faite au droit d'un appui intermédiaire.
- les figures 4a à 4h sont des schémas analogues illustrant aussi les phases successives du nouveau procédé de construction d'un pont à une seule travée.
Le premier pont représenté comporte par exemple trois travées successives. Le pont comprend un tablier 1
de structure mixte en acier et béton. Le pont enjambe par exemple un canal et son tablier 1 repose sur deux appuis extrêmes 2 et 3 et deux appuis intermédiaires 4 et 5;
Dans la forme d'exécution considérée, les appuis intermédiaires 4 et 5 sont à égales distances des appuis extrêmes 2 et 3.
Le tablier 1 du pont est constitué essentiellement d'une poutre métallique 6 et d'un dallage supérieur 7 en béton. En fait, la poutre métallique 6 est composée
<EMI ID=5.1>
parallèlement entre elles et dont les semelles supérieures sont disposées horizontalement au même niveau, tandis que les semelles inférieures sont droites ou arquées vers le haut, entre les appuis 2 et 4, 4 et 5 et 5 et 3. Les
<EMI ID=6.1>
toises transversales constituées par exemple par des membrures supérieures 10, des membrures inférieures 11 et des diagonales 12.
Pour construire le pont, on pratique successivement les différentes phases suivantes.
Dans une première phase (figure 1a), on érige les appuis extrêmes 2 et 3 et les appuis intermédiaires
4 et 5.
Dans une deuxième phase (figure 1b), on monte la poutre métallique 6 sur l'ensemble des appuis 2 à 5.
Dans une troisième phase (figure le), on réalise un coffrage 13 sur la semelle inférieure de chacune des
<EMI ID=7.1>
minée de la longueur des deux travées relatives à cet appui intermédiaire. En outre, le coffrée 13 diminue régulièrement en hauteur et/ou en largeur à partir de l'appui inter-médiaire 4, respectivement 5, vers ses extrémités. Après réalisation du coffrage 13, on y coule une couche de béton
14 dont le volume diminue régulièrement à partir de l'appui intermédiaire 4 ou 5, vers ses extrémités et on solidarise la couche de béton 14 à la semelle inférieure de la
<EMI ID=8.1>
l'exemple choisi, le portion de la couche de béton 14 comprise entre l'appui intermédiaire 4, respectivement 5,
<EMI ID=9.1>
tivement 3, est plus longue que la portion restante opposée. Plus généralement, on dispose une couche de béton sur la
<EMI ID=10.1>
tre métallique 6, en chevauchement de l'appui intermédiaire correspondant 4 ou 5, sur une partie des portées correspondantes et on la solidarise à cette semelle inférieure. Il est à noter que le montage du coffrage 13 et la coulée du béton de la couche inférieure 14 peuvent être exécutés pendant le montage de la poutre métallique 6 sur les appuis
2 à 5.
Dans une quatrième phase (figure 1d), on dispose une première dalle en béton 15 préfabriquée et de préférence alvélolée, sur la poutre métallique 6, au-dessus de chacun des appuis intermédiaires 4 et 5 et on solidarise la dalle
<EMI ID=11.1>
9 et/ou aux membrures supérieures 10 des entretoises précitées . Ainsi, chaque dalle en béton 15 chevauche sur l'appui intermédiaire correspondant 4 ou 5 et s'étend à partir de ce dernier, sur une partie des longueurs des travées abou-tissant à cet appui intermédiaire 4 ou 5. La dalle en
béton 15 de largeur et épaisseur constantes est fixée à la poutre métallique 6 par exemple par un bouchon de liaison
16 en béton coulé sur place. Dans une variante du procédé de construction, on n'utilise pas une dalle en béton préfabriquée mais on coule la première dalle en béton 15 sur place, sur la poutre métallique 6 et on la solidarise à cette dernière.
Dans une cinquième phase (figure 1e), on applique une première précompression à chaque dalle en béton 15 pour engendrer un premier état de précontrainte dans l'ensemble des dalles 15, de la poutre métallique 6 et
des couches de béton 14. Ce premier état de précontrainte crée dans chaque dalle en béton 15, des tensions de compression, et dans la poutre métallique 6, diverses tensions réparties comme suit . Dans la partie de la poutre métallique 6 sous-jacente à chaque dalle en béton 15, il apparaît dans la zone supérieure^ des tensions de compression importantes, et dans la zone inférieure, par exemple de faibles tensions de traction. Dans les parties de la poutre métallique 6 non sous-jacentes aux dalles en béton 15, c'est-àdire dans les parties restantes de cette poutre métallique 6, situées de part et d'autre des deux dalles en béton 15, il apparaît dans la zone supérieure, des tensions de traction importantes, et dans la zone inférieure,des tensions de compression également importantes.
De la sorte, la répartition des tensions dans la poutre métallique 6, due à la première précontrainte, est sensiblement inverse à celle des tensions provoquées par l'état de sollicitation final du pont .
<EMI ID=12.1>
deux deuxièmes dalles en béton 17 préfabriquées et de préférence alvéolées, sur la poutre métallique 6, de part et d'autre de chacune des deux premières dalles en béton 15. On solidarise les deuxièmes dalles en béton 17 à la partie supérieure de la poutre métallique 6.On peut aussi, en variante, couler sur place les deuxièmes dalles en béton 17, au lieu de les préfabriquer.
Les deuxièmes dalles en béton
17 ont pour effet, par leur propre poids, de diminuer les tensions de compression dans les premières dalles en béton
15, les tensions de compression dans la zone supérieure des parties de la poutre métallique 6 sous-jacentes aux premières dalles en béton 15,les tensions de traction dans la zone supérieure des parties restantes de la poutre métallique 6 et les tensions de compression dans la zone inférieure de ces parties restantes de cette poutre métallique 6.
Dans une septième phase (figure 1g), on leste les travées du pont, par des troisièmes dalles en béton 18,
par exemple préfabriquées et alvéolées qu'on dispose sur
la poutre métallique 6 de part et d'autre des deux groupes des dalles 15 et 17 mais on ne les solidarise pas à cette poutre métallique 6.Un tel lestage des travées a pour effet, notamment, de diminuer les tensions de compression dans
les dalles en béton 15 et celles dans la zone supérieure des parties de la poutre métallique sous-jacentes à ces dalles 15, ainsi que les tensions de traction
dans la zone supérieure des parties restantes de la poutre métallique 6 et les tensions de compression dans ces mêmes parties restantes . Le lestage en question permet ainsi de régler les valeurs des tensions dans la poutre métallique 6. Il est à noter qu'un tel lestage peut précéder un quelconque état de précontrainte.
Dans une huitième phase ( figure 1h), on applique une deuxième précompression à chaque groupe des première et deuxièmes dalles en béton 15 et 17, en sorte d'engendrer un nouvel état de précontrainte dans l'ensemble des dalles en béton 15 et 17, de la poutre métallique 6
et des couches de béton 14. Le deuxième état de précontrainte est analogue au premier et la répartition des tensions de traction et de compression dans la poutre métallique 6 est semblable à celle du premier cas. Par le nouvel état de précontrainte, on peut réaugmenter les tensions dans la poutre métallique , tensions qui avaient été diminuées par les sixième et septième phases.
Dans une neuvième phase (figure 1 i), on maintient le deuxième état de précontrainte dans l'ensemble
<EMI ID=13.1>
rieures 15 et 17 et des couches en béton inférieures
14 et on achève le dallage 7 du tablier 1 notamment à l'aide de dalles en béton supplémentaires 19 préfabriquées ou coulées sur place, toutes les dalles en béton
18 et 19 étant solidarisées à la poutre métallique.
L'idée inventive ayant pour but de créer dans la poutre métallique des tensions s'opposant partielle-
ment à celles dues au poids propre du pont et aux charges supportées par ce pont, grâce à des moments parasitaires réglables produits essentiellement par les précompressions des dalles en béton susmentionnées, est appliquée au pont décrit et représenté, mais est applicable à un pont ayant deux ou au moins quatre travées égales ou inégales, symétriques ou asymétriques, des dalles en béton étant chaque fois fixées à la poutre métallique au-dessus du ou des appuis intermédiaires et étant ensuite précomprimées, pour engendrer l'état de précontrainte souhaité comme dans le
cas considéré. Dans le cas d'un pont à deux travées égales, la ou les dalles en bâton sont disposées symétriquement
par rapport à l'appui intermédiaire.
Dans le deuxième exemple considéré, le pont présente une seule travée et comprend un tablier 1
de structure mixte en acier et en béton reposant sur
deux appuis d'extrémité 2 et3 sans appui intermédiaire.
Aux appuis 2 et 3 sont créés des encastrements élastiques par exemple deux bequilles ou un double système
de bielles . Le tablier 1 est encore constitué d'une
poutre métallique 6 et d'un dallage supérieur 7 en béton .
Pour construire le pont à une seule travée, on opère comme suit .
Dans une première phase (figure 4a), on érige
les deux appuis 2 et 3.
Dans une deuxième phase (figure 4b), on monte
la poutre métallique 6 sur les deux appuis 2 et 3.
Dans une troisième phase (figure 4c),on réalise deux coffrages 13 sur la semelle inférieure de la poutre métallique 6, respectivement à partir des deux appuis
2 et 3. Les deux coffrages 13 s'étendent sur une partie de la longueur de la travée unique. En outre, chaque coffrage
13 diminue régulièrement en hauteur et/ou en largeur à partir de l'appui 2 ou 3 correspondant.Après réalisation des coffrages 13, on y coule deux couches de béton 14 dont le volume diminue chaque fois régulièrement à partir de l'appui correspondant 2 ou 3 et on solidarise ces couches de béton 14 à la semelle inférieure de la poutre métallique 6. Les couches de béton 14 servent essentiellement à reprendre une partie des tensions de compression créées dans la semelle inférieure de la poutre métallique 6, près des appuis 2 et 3, par l'état de sollicitation final du pont.
Dans une quatrième phase (figure 4d), on dispose deux dalles en béton identiques 15 par exemple préfabriquées et alvéolées sur la semelle supérieure de la poutre métallique 6. Les dalles en béton 15, s'étendent respectivement à partir des appuis 2 et 3 sur une partie de la longueur de la travée unique. Ensuite, on solidarise les deux dalles en béton 15 à la semelle supérieure de la poutre métallique 6. Dans une variante, on peut couler sur place les dalles en béton 15 au lieu de les utiliser préfabriquées.
Dans une cinquième phase (figure 4e), on applique une première compression à chaque dalle en béton 15 et on engendre ainsi un premier état de précontrainte dans l'ensemble des dalles 15, de la poutre métallique 6 et des couches en béton 14. Le premier état de précontrainte crée des tensions de compression dans les dalles en béton 15 et diverses tensions de traction et de compression dans la poutre métallique 6. Ainsi, dans les parties de la poutre métallique 6 sous-jacentes aux dalles en béton 15, il apparaît des tensions de compression importantes dans la zone supérieure et des tensions de traction relativement faibles dans la zone inférieure.
D'autre part, dans la partie restante de la poutre métallique 6, située entre les dalles en béton 15, il apparait des tensions de traction importantes dans la zone supérieure et des tensions de compression également importantes dans la zone inférieure.
Dans une sixième phase (figure 4f), on dispose des deuxièmes dalles en béton 17 par exemple préfabriquées et alvéolées, sur la semelle supérieure de la poutre métallique 6. Les deuxièmes dalles en béton 17 s'étendent respectivement des premières dalles 15, sur une partie
de la longueur de la travée unique. Ensuite, on solidarise d'une manière connue en soi, les deuxièmes dalles en béton
17 à la semelle supérieure de la poutre métallique 6. Les deuxièmes dalles en béton 17 ont pour effet par leur propre poids de réduire les tensions de traction_et-de compression créées par le premier état de précontrainte, c'est-à-dire essentiellement les tensions de compression dans les premières dalles en béton 15, les tensions de compression dans la zone supérieure des parties de la poutre métallique 6 sous-jacentes à ces dalles en béton
15, les tensions de traction dans la zone supérieure de
la partie restante de la poutre métallique 6 et les tensions de compression dans la zone inférieure de cette partie restante de cette poutre métallique 6.
Dans une septième phase (figure 4g), on applique une deuxième précompression à chaque groupe des première et deuxième dalles en béton 15 et 17. De ce fait, on engendre un deuxième état de précontrainte analogue au premier, dans l'ensemble de la poutre métallique 6, des dalles en béton 15 et 17 et des couches de béton 14. Par le deuxième état de précontrainte, on crée notamment des nouvelles tensions de compression dans les groupes
des dalles en béton 15 et 17, des nouvelles tensions de compression dans la zone supérieure des deux parties
de la poutre métallique 6 sous-jacentes à ces dalles
15 et 17, des nouvelles tensions de traction dans la zone supérieure de la partie restante de la poutre métallique
6 et des nouvelles tensions de compression dans la zone inférieure de cette partie restante de cette poutre métallique 6, toutes ces tensions étant importantes.
Dans une huitième phase ( figure 4h),.on maintient le deuxième état de précontrainte et on achève le dallage 7 du tablier 1 par exemple au moyen de dalles en béton 19 préfabriquées ou coulées sur place, qu'on dispose sur la semelle supérieure de la poutre métallique 6 et qu'on solidarise à cette dernière.
Dans chaque exemple considéré, on construit
un pont présentant avant sa mise en service, un état de tensions sensiblement opposé à celui provoqué par son état de sollicitation final.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes de réalisation 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 suivantes.
Method of constructing a bridge with a mixed structure deck made of steel and
concrete.
The present invention relates to a method of constructing a bridge mainly for a large span, as well as to this bridge.
Until now, bridges intended to cross large spans have been suspended, guyed or continuous beams (steel, prestressed concrete or mixed solution). Suspension and cable-stayed bridges are used for spans of 400 meters and more, while bridges with continuous beams have maximum spans of plus or minus 350 meters.
The known bridges of the latter type (with continuous beams) are made of integral prestressed concrete, integral steel or steel-concrete.
Full prestressed concrete deck bridges have the drawback of having a very high self-weight, often forcing the builder to choose another type for a large span.
Integral steel deck bridges have the disadvantage of exhibiting relatively low stiffness often requiring a reduction in stresses in the steel thus losing the advantage of high quality steel.
implemented. In addition, these full steel deck bridges are particularly expensive to build.
Composite steel-concrete deck bridges are an average solution of the previous two. Compared to prestressed concrete deck bridges, these bridges are significantly lighter. Compared to steel deck bridges, these same bridges cost less to build and their concrete slab gives greater stiffness to their load-bearing beam.
Among steel-concrete deck bridges, three different known designs can be distinguished.
In the first execution, the upper slab stretched in the area of the supports is prestressed. This first execution generally requires cables outside the slab and deflectors and offers the difficulty of transmitting forces from the steel to the concrete. This same first execution ultimately turns out to be expensive because, in addition to the concrete, it is also necessary to prestress the steel, which constitutes an unproductive expense.
In the second embodiment, the upper slab stretched in the area of the supports is simply armed to take up the tensile stresses which are generated there. The upper slab is not involved in the resistance
of the book. In addition, this upper slab risks
crack .
In the third embodiment, the upper slab is compressed in the area of the supports by an adjustment of the supports which nevertheless causes over the entire length of the corresponding span, and in particular in the middle of the span, on the one hand, a compression in the superior concrete in addition to that existing previously, and other
part, a tension in the steel of the lower zone
of the beam requiring reinforcement thereof.
The construction method of this third execution is applicable on condition that the admissible compressive stress in the concrete in the middle of the span is not exceeded.
or on condition that the bearing adjustment be made before concreting this central part of the span, which requires reinforcement of the steel section in this zone.
The invention relates to a new composite steel-concrete deck bridge different from the three aforementioned designs and combining the lightness characterizing bridges.
steel deck with the particular stiffness of prestressed concrete deck bridges.
For this purpose, by the new method of construction of the bridge one establishes in this one before its setting
in service, a state of prestressing creating a distribution of tensile and compressive stresses opposite to those which are normally generated by the final stress state of the bridge.
Thus, by the state of prestressing
in question, we mainly introduce compressive stresses in the upper zone of the steel beam of the deck, in line with the intermediate supports and on either side of these supports, as well as tensile stresses in the upper zone and tensions compression in the lower area of the metal beam in the spans. In this way, the new method of constructing the bridge makes it possible to provide essentially steel in the tensioned part of the sections of the deck but above all in the areas where the self-weight of this deck has a predominant influence. In these areas, the concrete takes up much of the compression.
In general, according to the method of constructing a bridge according to the invention, the following is practiced:
- a metal beam constituting the deck is mounted on the supports,
- a concrete slab is placed on the metal beam, overlapping the intermediate support, the concrete slab extending over part of the spans, and this concrete slab is secured to this metal beam,
- a precompression is applied to the concrete slab to generate in the whole of this concrete slab and the metal beam, a state of prestressing essentially creating on the one hand, compressive stresses in the concrete slab and in the upper zone of the part of the metal beam underlying this concrete slab, and on the other hand,
tensile stresses in the upper zone of the remaining parts of the metal beam, located on either side of the concrete slab, and compressive stresses in the lower zone of these remaining parts of this metal beam.
- and the rest of the concrete paving of the deck is carried out while maintaining the aforementioned prestressing state throughout the betam slab and the metal beam.
In the case of a bridge with at least three spans, concrete slabs are placed above and in
<EMI ID = 1.1>
each concrete slab to obtain the desired state of prestressing.
<EMI ID = 2.1>
on either side of the first one or more concrete and secure these second concrete slabs to this metal beam. Then, a second precompression can be applied to the set or to each set of the first and second concrete slabs to generate a second state of prestressing similar to the first.
In the same vein, after having carried out the second prestressing and before carrying out the paving
<EMI ID = 3.1>
third concrete slabs to this metal beam.
Then at least a third precompression can be applied to the set or to each set of the first, second and third concrete slabs to generate at least a third state of prestressing similar to the previous one.
Depending on the case, in the new process,
we can prefabricate or pour in place the or each
concrete slab constituting the deck.
According to an important characteristic
of the new method, it is possible to provide a layer of concrete on the lower flange of the metal beam overlapping the or each intermediate support. We dispose
the concrete layer on part of the spans relating to this intermediate support and this concrete layer is secured to this lower flange of the metal beam. The concrete layer is produced during or after the assembly of the metal beam on the supports and before the assembly of the or each concrete slab on this metal beam. The concrete layer is intended to take up part of the compressive stresses subsequently created in the lower zone of the metal beam, near the intermediate support, by the final stress state.
Advantageously, the volume of the aforesaid concrete layer is regularly reduced and to achieve it, concrete is poured into a formwork formed on the lower flange of the metal beam.
According to another advantageous characteristic of the new process, a means is provided for reducing the pre-existing tensions, before establishing any state of prestressing in the whole of the concrete slab or slabs and of the metal beam. This means essentially consists in ballasting the spans on either side of the concrete slab or slabs in question.
The invention also relates to a method for constructing a single-span bridge with a mixed steel-concrete structure deck, on resiliently embedded supports.
In this case, one proceeds in a manner analogous to that of the aforementioned bridge with at least two spans and one practices as follows:
- a metal beam constituting the deck is mounted on the supports,
- two concrete slabs extending respectively from the supports, along equal lengths, on part of the span, are placed on the metal beam, and the two concrete slabs are secured to the metal beam,
- a precompression is applied to each concrete slab to generate in the whole of the two concrete slabs and the metal beam, a state of prestressing essentially creating, on the one hand, compressive stresses in the concrete slabs and in the upper area of the two parts of the metal beam underlying these two concrete slabs, and on the other hand,
tensile stresses in the upper area of the remaining part of <EMI ID = 4.1>
in concrete, and compressive stresses in the lower zone of this remaining part of this metal beam,
- and the remainder of the concrete slab of the deck of the span is made while maintaining the aforementioned state of prestressing in all the concrete slabs and the metal beam.
In the case of a single span bridge, it is also possible to generate a second state of prestressing similar to the first using second concrete slabs mounted on the upper flange of the metal beam and at least a third state of prestressing, similar to the previous one, by means of third concrete slabs also mounted on this upper flange of this metal beam. and this, before making the concrete paving of the deck.
In the case of a single-span bridge, it is also possible to mount layers of concrete on the lower flange of the metal beam, respectively from the aforementioned supports, along equal lengths, on part of the span. These concrete layers are intended
in taking up part of the compressive stresses created subsequently in the lower zone of the metal beam near the supports, by the final stress state.
The invention also relates to a method of constructing a bridge according to which part of the compressive stresses created during construction and after ease in service of the bridge is taken up, in the lower zone of the metal beam, in line with the intermediate supports and on either side of these, on part of the corresponding spans. This resumption of compressive stresses is obtained by a layer of concrete which is placed at each location provided above and which is secured to the lower flange of the metal beam.
Other details and characteristics of the invention will become apparent from the description and the drawings which illustrate, schematically and by way of example only, two embodiments of the invention.
- Las Figures 1a to 1i are diagrams illustrating the successive phases of the new construction process of a bridge with more than two spans.
- Figure 2 is a cross section of the new bridge, taken in the middle of the median span.
- Figure 3 is a cross section of the new bridge, made to the right of an intermediate support.
- Figures 4a to 4h are similar diagrams also illustrating the successive phases of the new construction method of a single span bridge.
The first bridge shown comprises for example three successive spans. The bridge includes a deck 1
of mixed steel and concrete structure. The bridge for example spans a channel and its deck 1 rests on two end supports 2 and 3 and two intermediate supports 4 and 5;
In the embodiment considered, the intermediate supports 4 and 5 are at equal distances from the end supports 2 and 3.
The deck 1 of the bridge consists essentially of a metal beam 6 and an upper concrete slab 7. In fact, the metal beam 6 is composed
<EMI ID = 5.1>
parallel to each other and whose upper flanges are arranged horizontally at the same level, while the lower flanges are straight or arched upwards, between the supports 2 and 4, 4 and 5 and 5 and 3. The
<EMI ID = 6.1>
Transverse boards formed for example by upper chords 10, lower chords 11 and diagonals 12.
To build the bridge, the following different phases are carried out successively.
In a first phase (figure 1a), we erect the end supports 2 and 3 and the intermediate supports
4 and 5.
In a second phase (figure 1b), the metal beam 6 is mounted on all the supports 2 to 5.
In a third phase (figure le), a formwork 13 is produced on the lower flange of each of the
<EMI ID = 7.1>
mined the length of the two spans relating to this intermediate support. In addition, the formwork 13 regularly decreases in height and / or in width from the intermediate support 4, respectively 5, towards its ends. After completion of formwork 13, a layer of concrete is poured
14, the volume of which decreases regularly from the intermediate support 4 or 5, towards its ends and the concrete layer 14 is secured to the lower flange of the
<EMI ID = 8.1>
the example chosen, the portion of the concrete layer 14 between the intermediate support 4, respectively 5,
<EMI ID = 9.1>
tively 3, is longer than the opposite remaining portion. More generally, a layer of concrete is placed on the
<EMI ID = 10.1>
be metallic 6, overlapping the corresponding intermediate support 4 or 5, on a part of the corresponding bearing surfaces and it is secured to this lower sole. It should be noted that the assembly of the formwork 13 and the pouring of the concrete of the lower layer 14 can be carried out during the assembly of the metal beam 6 on the supports.
2 to 5.
In a fourth phase (Figure 1d), a first prefabricated and preferably honeycomb concrete slab 15 is placed on the metal beam 6, above each of the intermediate supports 4 and 5 and the slab is secured.
<EMI ID = 11.1>
9 and / or the upper chords 10 of the aforementioned struts. Thus, each concrete slab 15 overlaps on the corresponding intermediate support 4 or 5 and extends from the latter, over part of the lengths of the spans leading to this intermediate support 4 or 5. The slab in
concrete 15 of constant width and thickness is fixed to the metal beam 6 for example by a connecting plug
16 concrete poured in place. In a variant of the construction method, a prefabricated concrete slab is not used but the first concrete slab 15 is poured on site, on the metal beam 6 and it is secured to the latter.
In a fifth phase (Figure 1e), a first precompression is applied to each concrete slab 15 to generate a first state of prestressing in all of the slabs 15, of the metal beam 6 and
layers of concrete 14. This first state of prestressing creates in each concrete slab 15, compressive stresses, and in the metal beam 6, various stresses distributed as follows. In the part of the metal beam 6 underlying each concrete slab 15, there appears in the upper zone ^ significant compressive stresses, and in the lower zone, for example low tensile stresses. In the parts of the metal beam 6 not underlying the concrete slabs 15, that is to say in the remaining parts of this metal beam 6, located on either side of the two concrete slabs 15, it appears in the upper zone, high tensile stresses, and in the lower zone, also high compressive stresses.
In this way, the distribution of the tensions in the metal beam 6, due to the first prestress, is substantially the reverse of that of the tensions caused by the final stress state of the bridge.
<EMI ID = 12.1>
two second prefabricated and preferably honeycomb concrete slabs 17, on the metal beam 6, on either side of each of the first two concrete slabs 15. The second concrete slabs 17 are secured to the upper part of the metal beam 6.One can also, as a variant, pour the second concrete slabs 17 on site, instead of prefabricating them.
The second concrete slabs
17 have the effect, by their own weight, of reducing the compressive stresses in the first concrete slabs
15, the compressive stresses in the upper area of the parts of the metal beam 6 underlying the first concrete slabs 15, the tensile stresses in the upper area of the remaining parts of the metal beam 6 and the compressive stresses in the lower zone of these remaining parts of this metal beam 6.
In a seventh phase (figure 1g), the spans of the bridge are ballasted, by third concrete slabs 18,
for example prefabricated and honeycombs that we have on
the metal beam 6 on either side of the two groups of slabs 15 and 17 but they are not secured to this metal beam 6. Such ballasting of the spans has the effect, in particular, of reducing the compressive stresses in
the concrete slabs 15 and those in the upper area of the parts of the metal beam underlying these slabs 15, as well as the tensile stresses
in the upper area of the remaining parts of the metal beam 6 and the compressive stresses in these same remaining parts. The ballasting in question thus makes it possible to adjust the values of the tensions in the metal beam 6. It should be noted that such ballasting can precede any state of prestressing.
In an eighth phase (figure 1h), a second precompression is applied to each group of the first and second concrete slabs 15 and 17, so as to generate a new state of prestressing in all of the concrete slabs 15 and 17, of the metal beam 6
and layers of concrete 14. The second state of prestressing is similar to the first and the distribution of tensile and compressive stresses in the metal beam 6 is similar to that of the first case. By the new state of prestressing, the tensions in the metal beam can be increased again, tensions which had been reduced by the sixth and seventh phases.
In a ninth phase (figure 1 i), one maintains the second state of prestressing in the whole
<EMI ID = 13.1>
layers 15 and 17 and lower concrete layers
14 and the paving 7 of the deck 1 is completed, in particular using additional concrete slabs 19, prefabricated or cast in place, all the concrete slabs
18 and 19 being secured to the metal beam.
The inventive idea aimed at creating partial opposing tensions in the metal beam -
to those due to the bridge's own weight and the loads supported by this bridge, thanks to adjustable parasitic moments produced essentially by the precompressions of the aforementioned concrete slabs, is applied to the bridge described and shown, but is applicable to a bridge having two or at least four equal or unequal, symmetrical or asymmetrical spans, the concrete slabs being each time fixed to the metal beam above the intermediate support (s) and then being pre-compressed, to generate the desired prestressing state as in the
case considered. In the case of a bridge with two equal spans, the stick slab (s) are arranged symmetrically
compared to intermediate support.
In the second example considered, the bridge has a single span and includes a deck 1
of mixed steel and concrete structure resting on
two end supports 2 and 3 without intermediate support.
On supports 2 and 3 are created elastic embeddings for example two crutches or a double system
of connecting rods. Apron 1 still consists of a
metal beam 6 and an upper concrete paving 7.
To build the single span bridge, we operate as follows.
In a first phase (figure 4a), we erect
the two supports 2 and 3.
In a second phase (figure 4b), we go up
the metal beam 6 on the two supports 2 and 3.
In a third phase (Figure 4c), two forms 13 are produced on the lower flange of the metal beam 6, respectively from the two supports
2 and 3. The two forms 13 extend over part of the length of the single span. In addition, each formwork
13 decreases regularly in height and / or width from the corresponding support 2 or 3. After completion of the formwork 13, two layers of concrete 14 are poured therein, the volume of which decreases regularly each time from the corresponding support 2 or 3 and these layers of concrete 14 are secured to the lower flange of the metal beam 6. The layers of concrete 14 serve essentially to take up part of the compressive stresses created in the lower flange of the metal beam 6, near the supports 2 and 3, by the final stress state of the bridge.
In a fourth phase (FIG. 4d), two identical concrete slabs 15, for example prefabricated and honeycombed, are placed on the upper flange of the metal beam 6. The concrete slabs 15 extend respectively from the supports 2 and 3 on part of the length of the single span. Then, the two concrete slabs 15 are secured to the upper flange of the metal beam 6. Alternatively, the concrete slabs 15 can be cast in place instead of using them prefabricated.
In a fifth phase (FIG. 4e), a first compression is applied to each concrete slab 15 and a first state of prestressing is thus generated in all of the slabs 15, of the metal beam 6 and of the concrete layers 14. The first state of prestressing creates compressive stresses in the concrete slabs 15 and various tensile and compressive stresses in the metal beam 6. Thus, in the parts of the metal beam 6 underlying the concrete slabs 15, it appears high compressive stresses in the upper zone and relatively low tensile stresses in the lower zone.
On the other hand, in the remaining part of the metal beam 6, located between the concrete slabs 15, high tensile stresses appear in the upper zone and also high compressive stresses in the lower zone.
In a sixth phase (Figure 4f), there are second concrete slabs 17, for example prefabricated and honeycombed, on the upper flange of the metal beam 6. The second concrete slabs 17 extend respectively from the first slabs 15, on a part
the length of the single span. Then, in a manner known per se, the second concrete slabs are secured
17 to the upper flange of the metal beam 6. The second concrete slabs 17 have the effect by their own weight of reducing the tensile_and-compressive stresses created by the first state of prestressing, that is to say essentially the compressive stresses in the first concrete slabs 15, the compressive stresses in the upper area of the parts of the steel beam 6 underlying these concrete slabs
15, tensile stresses in the upper area of
the remaining part of the metal beam 6 and the compressive stresses in the lower zone of this remaining part of this metal beam 6.
In a seventh phase (figure 4g), a second precompression is applied to each group of the first and second concrete slabs 15 and 17. As a result, a second state of prestressing is generated similar to the first, in the whole of the beam metal 6, concrete slabs 15 and 17 and layers of concrete 14. By the second state of prestressing, new compressive stresses are created in particular in the groups
concrete slabs 15 and 17, new compressive stresses in the upper area of both parts
of the metal beam 6 underlying these slabs
15 and 17, new tensile stresses in the upper area of the remaining part of the metal beam
6 and new compressive stresses in the lower zone of this remaining part of this metal beam 6, all these stresses being high.
In an eighth phase (FIG. 4h), the second state of prestressing is maintained and the paving 7 of the deck 1 is completed, for example by means of concrete slabs 19 prefabricated or cast in place, which are placed on the upper flange of the metal beam 6 and which is secured to the latter.
In each example considered, we construct
a bridge exhibiting before it is put into service, a state of tension substantially opposite to that caused by its final stress state.
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 do not not contradict the purpose of each of the following claims.