CA2868256C - Tige courbee de renforcement ayant une resistance mecanique amelioree a l'endroit de sa courbure et methode pour produire celle-ci - Google Patents

Tige courbee de renforcement ayant une resistance mecanique amelioree a l'endroit de sa courbure et methode pour produire celle-ci Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet une tige courbée ayant une résistance mécanique améliorée à l'endroit de sa courbure, caractérisée en ce qu'elle est faite à partir d'un faisceau de fibres torsadées et solidarisées entre elles à l'aide d'une matrice liante de préférence constitué d'une résine thermodurcissable. L'invention a aussi pour objet une méthode ainsi qu'un dispositif pour produire cette tige.

Description

TIGE COURBÉE DE RENFORCEMENT AYANT UNE RÉSISTANCE
MÉCANIQUE AMÉLIORÉE A L'ENDROIT DE SA COURBURE ET MÉTHODE
POUR PRODUIRE CELLE-CI
-- DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet une tige courbée de notamment utilisable comme armature pour renforcer une pièce ou un ouvrage de béton, laquelle tige a une résistance mécanique améliorée à l'endroit de sa courbure.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
II est connu dans le domaine de la construction d'utiliser des tiges courbées faites d'un matériau composite dans le but de renforcer des pièces ou ouvrages de béton.
Des exemples de tels pièces et ouvrages seront détaillés ci-après.
La production de telles tiges de renforcement faites d'un matériau composite est donc connue et exploitée commercialement depuis plusieurs années. Cette production comprend la mise en forme d'un faisceau de fibres de natures polymérique, minérale, naturelle ou métallique qui sont enduites d'une résine thermodurcissable, l'enroulement dudit faisceau sur des gabarits supportés par un cadre rotatif, la soumission du faisceau ainsi enroulé à une température suffisante pour assurer le durcissement de la résine puis le découpage optionnel du produit -- rigide obtenu en sections.
Quant à ce type de production connu, on peut se référer aussi aux brevets américains cités ci-après.
-- US 2,684,318 [Meek] montre comment il est possible de produire des tiges rigides en saturant un faisceau de fibres de verres préalablement saturé de résine
2 thermodurcissable et en le tirant de manière continue au travers d'un four de manière à faire durcir la résine.
US 4,154,634 [Shobert] montre une méthode qui permet de produire des profils en tirant un faisceau de fibres de verre préalablement saturé de résine thermodurcissable et en le tirant de manière discontinue, au travers d'au moins une matrice chauffante de manière à faire durcir la résine.
US 4,445,957 [Harvey] montre une méthode qui permet de produire des sections de profils cintrés en introduisant des sections du faisceau de fibres de verre saturé
de résine thermodurcissable dans des moules chauffants qui imposent la forme cintrée à des sections dudit faisceau tout en assurant le durcissement de la résine.
US 2011/0192132 [Kimura et al] montre comment il est possible de produire un câble flexible et pouvant être facilement embobiné en torsadant des torons de fibres de carbone liées par une résine thermodurcissable.
US 2008/0141614 [Knouff et al] montre comment une tige d'armature de section ellipsoïdale peut être torsadée de manière à se plier facilement avant que la résine qui lie les fibres entre elles soit soumise à un traitement thermique qui la fait se durcir.
US 4,296,060 [Killmeyer et al] montre une méthode pour produire une tige dont au moins une partie des fibres formant au moins une protubérance à la surface de la tige est soumise à un mouvement en spirale par la rotation de deux surfaces de traction en rotation relative une par rapport à l'autre.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
3 Selon un aspect de la présente invention, celle-ci vise une méthode pour produire une tige courbée ayant une résistance mécanique à l'endroit de sa courbure, ladite méthode comprenant les étapes suivantes :
(i) tirer un ensemble de fibres selon un mouvement de torsion au travers d'un bac contenant une matrice liquide de manière à former un faisceau de fibres torsadées saturé de ladite matrice;
(ii) enrouler ou pas en hélice autour de ce faisceau un fil ou autre médium dans le sens horaire et un autre fil ou autre médium en sens antihoraire de manière à former une enveloppe flexible;
(iii) plier cette tige autour d'au moins un gabarit de pliage, ce pliage donnant à
la tige une portion courbée au niveau de chacun dudit ou desdits gabarits;
(iv) mettre en place la tige placée sur le ou les gabarits de pliage, dans des conditions où la matrice liant les fibres peut durcir; et (y) quand la matrice liante est suffisamment durcie, retirer la tige du ou des gabarits.
D'autres aspects, modes de réalisation, variantes et/ou avantages de la présente invention, tous étant préférentiels et/ou optionnels, sont brièvement décrits ci-dessous.
Par exemple, par autre médium dans l'étape (ii) ci-dessus, on entend à
titre d'exemples, une bande de textile tissé ou non tissé, un ruban de polymère ou de cellulose, ou un fil d'acier.
En pratique, la tige obtenue peut être découpée pour avoir au moins une section en formes de J , de U , de C ou de L ou une séquence continue et arbitraire de telles formes.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode décrite dans la présente description. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend :
4 un carrousel sur lequel sont montées des bobines de fibres desquelles émanent un ou des faisceau(x);
un bac empli d'une matrice liquidée dans lequel le faisceau de fibres torsadées se trouve saturé de ladite matrice;
un jeu d'au moins deux bobines pour effectuer un enroulement en hélice de deux fils autour du faisceau de fibres saturé de ladite matrice, lesdites bobines se déplaçant en dévidant leurs fils sous tension selon un parcours circulaire autour du faisceau de fibres saturé dont l'axe est celui du faisceau de fibres; et au moins un gabarit de pliage optionnellement pourvu d'une pluralité de chemins parallèles dans lesquels le faisceau de fibres est enroulé sous la forme d'une hélice.
De préférence, le bac de résine liquide a une entrée pourvue d'un dispositif rotatif formant un joint d'étanchéité, ledit dispositif ayant des trous au travers desquels passent les fibres. Avantageusement, le diamètre des trous au travers lesquels passent les fibres provenant des bobines du carrousel sont d'une dimension suffisamment grande pour laisser glisser les fibres provenant du carrousel, mais suffisamment petite pour restreindre l'écoulement de la matrice liquide du bac de saturation.
En pratique, le carrousel a de préférence une fréquence de révolution variable et asservie au déplacement longitudinal des fibres. Avantageusement aussi, le dispositif rotatif a un taux de rotation identique au taux de rotation du carrousel.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise également une tige qui se distingue des tiges existantes ci-dessus décrites essentiellement en ce que les fibres formant son faisceau sont torsadées et solidarisées entre elles à
l'aide d'une matrice liante.

L'invention vise également une tige courbée ayant une résistance mécanique améliorée à l'endroit de sa courbure, caractérisée en ce qu'elle est faite à
partir d'un faisceau de fibres torsadées et solidarisées entre elles à l'aide d'une matrice liante.
5 En pratique, les fibres peuvent être de natures polymérique, synthétique, minérale, naturelle ou métallique.
En pratique aussi, la matrice liante peut être de natures thermodurcissable, thermoplastique ou minérale. Ainsi, ce peut être un polymère thermodurcissable, tels qu'une résine de polyester, vinylester, époxy, polyuréthane ou phénolique, ou un polymère thermoplastique, un métal en fusion ou toute autre matière pouvant servir à solidariser des fibres entre elles.
La présente invention ainsi que ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description non restrictive qui suit, faite en se référant aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les figures la et lb montrent respectivement un faisceau de fibres rectilignes tel qu'utilisé dans une tige de construction classique et un faisceau de fibres torsadées tel qu'utilisé dans la présente invention.
Les figures 2a et 2b montrent respectivement une portion de tige rectiligne et une portion de tige courbée telles qu'elles se présentent en fin de réalisation.
La figure 3 est un graphique qui montre la relation qui existe entre le degré
de torsion du faisceau de fibre et la résistance mécanique d'une tige fabriquée à
l'aide d'un tel faisceau.
La figure 4 montre l'ensemble du dispositif qui permet de produire une tige telle que
6 revendiquée dans la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Tel que précédemment indiqué, la présente invention a pour objet une tige de renforcement pour béton, constituée de fibres noyées dans une matrice liante et possédant une âme centrale de fibres torsadées.
Pour aider à mieux saisir la description de l'invention revendiquée, la figure la montre une tige usuelle et déjà connue, qui comprend un faisceau de fibres rectilignes (1) qui sont retenues entre elles de manière provisoire par une enveloppe flexible constituée de deux fils enroulés (2).
La figure lb montre une tige selon l'invention qui se distingue de la tige usuelle en ce que les fibres (3) du faisceau sont torsadées et sont retenues entre elles de manière provisoire par une enveloppe flexible constituée de deux fils enroulés (2).
La figure 2a montre comment le faisceau de fibres torsadées et l'enveloppe flexible constitué de deux fils enroulés tel que cela est illustré dans la figure lb, se présentent lorsque le tout est imbibé d'une matrice liante tel qu'un polymère thermodurcissable (4) dans sa forme liquide.
Lorsque le faisceau imbibé du polymère (4) tel que montré dans la figure 2a est plié
et soumis à un traitement thermique adéquat, il forme une tige rigide courbée telle que montrée dans la figure 2b avec des sections rectilignes (5) ou des courbures arbitraires (6).
7 La figure 3 démontre que le degré de torsion du faisceau de fibres (3) tel qu'illustré
dans les figures lb, 2a et 2b, permet d'augmenter la résistance mécanique dans la partie courbée d'une tige comparativement à une tige de construction usuelle de même dimension et fabriquée des mêmes matériaux. Dans le cas spécifique illustré
par la figure 3, la tige testée avait une section de 71.3 mm2 et avait été
construite à
l'aide d'un faisceau de 30 fils de roving de fibres de verre saturé de résine de polyester.
La figure 4 montre le dispositif mécanique par lequel une telle tige peut être réalisée. Un carrousel (7) qui supporte une multitude de bobines (8) de fibres de verre (9) tourne à la même vitesse que le disque perforé (10) aux travers duquel les fibres (8) passent lorsqu'ils sont tirés par le disque rotatif (14). Ce mouvement de traction qui déroule les fibres (9) des bobines (8) fait passer les fibres dans un bac (11) qui est ainsi saturé de matrice liquide lesdites fibres. Le faisceau (12) ainsi saturé de la matrice liquide se voit consolidé par deux fils enroulés par les bobines montées sur des bras motorisés (13) qui tournent autour du faisceau une dans un sens horaire, et l'autre en sens antihoraire. Le faisceau ainsi saturé et consolidé est enroulé sur les gabarits (15) montés sur le disque rotatif (14). Par la suite, le disque (14) est soumis dans un four à un traitement thermique qui fait se solidifier la résine. La tige est retirée du gabarit et optionnellement découpée pour produire des tiges rigides et courbées telles qu'illustrées par la figure 2b.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1. Une méthode pour produire une tige courbée ayant une résistance mécanique à

l'endroit de sa courbure, ladite méthode comprenant les étapes suivantes :
(i) tirer un ensemble de fibres selon un mouvement de torsion au travers d'un bac contenant une matrice liquide de manière à former un faisceau de fibres torsadées saturé de ladite matrice;
(ii) enrouler ou pas en hélice autour de ce faisceau un fil ou autre médium dans le sens horaire et un autre fil ou autre médium en sens antihoraire de manière à former une enveloppe flexible;
(iii) plier cette tige autour d'au moins un gabarit de pliage, ce pliage donnant à
la tige une portion courbée au niveau de chacun dudit ou desdits gabarits;
(iv) mettre en place la tige placée sur le ou les gabarits de pliage, dans des conditions où la matrice liant les fibres peut durcir; et (v) quand la matrice liante est suffisamment durcie, retirer la tige du ou des gabarits.
2. La méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres tirées pour former un faisceau, sont mises en torsion à l'aide d'au moins un carrousel sur lequel sont montées des bobines desdites fibres.
3. La méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le carrousel a une fréquence de révolution variable et asservie au déplacement longitudinal du faisceau de fibres.
4. La méthode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les fibres passent au travers des trous faits dans un dispositif rotatif formant un joint d'étanchéité à l'entrée du bac contenant la matrice liquide.
5. La méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif rotatif a une vitesse de rotation identique à la vitesse de rotation du ou des carrousel(s).
6. La méthode selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le diamètre des trous au travers desquels passent les fibres provenant des bobines du carrousel sont d'une dimension suffisamment grande pour laisser glisser les fibres provenant du carrousel, mais suffisamment petite pour restreindre l'écoulement de la matrice liquide du bac de saturation.
7. La méthode de l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'enroulement en hélice de deux fils autour du faisceau de fibres saturé de la matrice liquide est réalisé à l'aide d'au moins deux bobines qui se déplacent, en dévidant leurs fils sous tension selon un parcours circulaire dont l'axe est celui du faisceau de fibres.
8. La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le pliage de la tige s'effectue sur au moins deux gabarits de pliage sur lesquels la tige formée par le faisceau de fibres est enroulée en boucle.
9. La méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque gabarit de pliage est pourvu d'une pluralité de chemins parallèles dans lesquels la tige formée par le faisceau de fibres est enroulée sous la forme d'une hélice.
10. La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la tige obtenue est découpée pour avoir au moins une section en formes de J
, de U , de C ou de L ou une séquence continue et arbitraire de telles formes.
11. Un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend :

un carrousel sur lequel sont montées des bobines de fibres desquelles émanent un ou des faisceau(x);
un bac empli d'une matrice liquidée dans lequel le faisceau de fibres torsadées se trouve saturé de ladite matrice;
un jeu d'au moins deux bobines pour effectuer un enroulement en hélice de deux fils autour du faisceau de fibres saturé de ladite matrice, lesdites bobines se déplaçant en dévidant leurs fils sous tension selon un parcours circulaire autour du faisceau de fibres saturé dont l'axe est celui du faisceau de fibres; et au moins un gabarit de pliage optionnellement pourvu d'une pluralité de chemins paralleles dans lesquels le faisceau de fibres est enroulé sous la forme d'une hélice.
12. Le dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bac de matrice liquide a une entrée pourvue d'un dispositif rotatif formant un joint d'étanchéité et ayant des trous au travers desquels passent les fibres.
13. Le dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le diamètre des trous au travers desquels passent les fibres provenant des bobines du carrousel sont d'une dimension suffisamment grande pour laisser glisser les fibres provenant du carrousel, mais suffisamment petite pour restreindre l'écoulement de la matrice liquide du bac de saturation.
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