Construction verticale. La présente invention a pour objet une construction verticale telle que pylône, mât et construction analogue. De telles construc tions verticales retenues à l'aide de haubans ou d'étais sont destinées à résister à des forces extérieures, en particulier à des forces de compression dues aux charges supportées par la construction, également à des forces de flexion, de cisaillement et de torsion pro duites par ces chargea et par le vent ou d'autres sollicitations.
La construction selon l'invention com prend au moins une enveloppe fermée à paroi mince en une matière rigide, de préférence de section transversale circulaire et de forme cylindrique ou légèrement conique. Cette construction est caractérisée par un remplis sage gazeux exerçant sur l'enveloppe une pression intérieure qui permet à l'enveloppe de résister aux changements de forme de sa paroi.
La pression intérieure engendre dans l'enveloppe des tensions circonférentielles et longitudinales. Toutes déformations de l'enve loppe, telles que flambage, ondulations, etc., sous l'effet de la charge appliquée, peuvent être évitées du fait que cette pression inté rieure augmente la résistance effective de l'enveloppe à la compression, à la flexion, au cisaillement et/ou à la torsion, forces normale ment supportées par la matière rigide de la construction.
La construction selon l'invention peut être constituée par une seule enveloppe mise sous pression ou peut comprendre -pitrsieurs enveloppes. Une enveloppe peut- être divisée en plusieurs sections mises sous pression.
L'objet de l'invention possède une résis tance plus élevée et il est de construction plus légère que les constructions connues. De telles constructions peuvent- être sans danger agrandies, ou leurs charges peuvent être aug mentées, ou une économie de métal et<B>dé</B> frais peut être réalisée dans des constructions de mêmes dimension et charge. De plus, ces constructions peuvent être simplifiées et plus faciles à monter, car un entretoisement rigide et des éléments auxiliaires semblables peuvent être réduits ou éliminés, la pression inté rieure remplaçant de tels entretoisements.
La construction selon l'invention est spé cialement avantageuse lorsqu'elle est soumise à des forces combinées. La forme d'enveloppe est en tout cas résistante à la flexion dans toutes les directions, ainsi qu'à la torsion et présente un bon coefficient de résistance à la compression. Avec la mise sous pression de l'enveloppe, on peut obtenir l'avantage maximum de sa forme puisque la paroi de l'enveloppe peut être mince et de grand dia mètre sans pour cela être sujette à l'écrase ment. Les forces peuvent être bien distribuées et les tensions locales peuvent être évitées.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution de la construction faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation laté rale d'un pylône pour câbles de transmission d'énergie électrique. La fig. 2 est une vue en élévation, â plus grande échelle, de la partie médiane du py lône, certaines parties étant représentées bri sées.
La fig. 3 est une vue en coupe par la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en élévation de la partie inférieure du pylône.
La fig. 5 est une vue en coupe par la ligne V-V de la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en élévation latérale d'une deuxième forme d'exécution d'un py lône.
Les fig. 7 et 8 sont des vues en élévation latérales de formes plus simples de mâts, et la fig. 9 est une vue en élévation latérale d'in. pylône d'aéromoteur.
Le pylône représenté aux fig. 1 à 5 com prend une enveloppe métallique mise sous pression, de forme générale cylindrique, mais légèrement conique à partir du milieu en allant vers les extrémités. Comme repré sentée, l'enveloppe est divisée à mi-hauteur environ en une section supérieure 1 et une section inférieure 2. L'enveloppe suivant la hauteur du pylône pourrait ne comprendre qu'une seule section ou plus de deux sections. Les câbles de transmission 3 sont suspendus à des bras transversaux 4 constitués par des poutres en treillis et un fil de terre 5 est porté par le sommet du pylône.
Ce pylône est supporté par une base en béton 6 renforcée et il est maintenu par des haubans 7.
Les fig. 2 et 3 montrent de quelle manière les bras 4 sont reliés à la section 1. Des élé ments 8 supérieurs et inférieurs de ces bras sont fixés, par exemple par boulonnage, entre des brides d'anneaux 9 dont la section droite est en forme d'équerre et qui sont fixés à l'enveloppe. Chaque anneau 9 présente à des intervalles rapprochés des trous 10 à travers lesquels de la soudure est appliquée à la sur face de l'enveloppe.
Par ce moyen, même si l'enveloppe est réalisée en un métal de résis tance élevée à la traction ou trempé, une liai son effective peut être réalisée sans danger de réduire la résistance du métal, comme c'est le cas lorsque le métal est chauffé à sa tem- pérature de recuit ou de ramollissement. Ce pendant, si cela n'est pas important, les an neaux 9 peuvent être brasés ou soudés sur l'enveloppe. Ils peuvent également être ser rés sur cette enveloppe.
Les fig. 2 et 3 montrent également de quelle façon les deux sections 1 et 2 de l'enve loppe sont reliées. Les extrémités adjacentes des sections sont fermées, comme le sont également les extrémités éloignées, au moyen de pièces 11 embouties intérieurement, fixées à l'intérieur desdites extrémités, par exemple, par soudage. S'il y a danger de réduire la. résistance du métal pendant le soudage, il peut être avantageux d'augmenter la lon gueur totale de la soudure, par exemple, en prévoyant dans l'extrémité de la section de l'enveloppe des encoches 12 en<B>V,</B> des fentes ou analogues, permettant de réaliser une sou dure en zigzag.
D'autres formes de liaison peuvent être utilisées, telles que des joints boulonnés ou rivetés et rendus étanches aux gaz de façon connue par adjonction (le moyens d'étanchéité supplémentaires. Les pièces d'extrémité 11 présentent des nervures radiales 13 fixées, par exemple par soudage, ces nervures (au nombre de trois dans l'exemple représenté) faisant saillie à partir des pièces d'extrémité respectives et étant fixées ensemble par des plaques d'assemblage 14 boulonnés ou rivetées.
Dans une telle liai son, les nervures 13 résistent efficacement aux forces apparaissant dans ladite liaison et transmettent toutes ces forces, y compris les pressions intérieure et extérieure, les forces de flexion et de torsion.
Comme représenté aux fig. 4 et 5, une disposition quelque peu analogue peut être utilisée pour le montage de la section 2 de l'enveloppe sur la fondation. La pièce d'ex trémité 11 est munie de nervures 13' dispo sées en croix et reliées par des plaques d'as semblage 14' à des nervures similaires pré vues sur la plaque de base 15 ancrée dans la. base en béton 6 par des boulons 16. La liai son peut être rendue rigide en boulonnant les plaques 14' aux nervures. Le poids du pylône peut être supporté par l'intermé- diaire d'une bille centrale 17 en acier et la liaison peut être réalisée de façon à per mettre une légère déviation de la verticale.
Comme représenté, les haubans 7 sont reliés à des oeillets 18 solidaires des plaques d'assemblage 14 (fig. 2). Si les câbles doivent être attachés à une partie unie d'enveloppe de pylône, on peut cependant prévoir un anneau à #illets, .fixé sur l'enveloppe comme un des anneaux 9. Les haubans 7 sont reliés par des tendeurs 19 à des ancrages 20 (fig.1) fixés dans la fondation 6, par exemple, par engagement avec des barres de renforcement 21 de ladite fondation. Celle-ci peut elle- même consister en trois bras s'étendant radialement vers l'extérieur au-dessous du pylône.
Avec quatre haubans 7 on utiliserait une fondation et une liaison 13, 14 en croix.
La pression intérieure, normalement d'air ou d'un gaz inerte, tel que de l'azote, est ap pliquée à travers une conduite 22 munie d'un raccord avec robinet 23 (fig. 4). Une conduite 24 (fig. 2) établit la communica tion entre les deux sections 1 et 2 de l'enve loppe. Un manomètre 25 (fig. 4) peut être relié à la conduite 22. On pourrait également prévoir un manomètre ou un dispositif de contrôle d'indications à distance ou visible à distance.
La pression peut être maintenue automatiquement par un compresseur qui est mis en marche et arrêté en fonction de la condition de pression, ou par l'intermédiaire d'une soupape de réduction à partir d'un réservoir de gaz à haute pression. La pres sion peut également être rétablie périodique ment ou à n'importe quel moment voulu, par une unité transportable de mise sous pres sion. Toute la base du pylône est de préfé rence en-fermée dans un couvercle verrouillé indiqué en 26 dans la fig. 4.
Dans un exemple d'application pratique, pour un pylône de 30 m de hauteur, le dia mètre de l'enveloppe en tôle d'acier peut être de 1,2 m au milieu et de 90 cm au pied et au sommet. L'épaisseur de l'enveloppe peut. être comprise entre 16/1o mm et 32/-1o mm et dépend de l'acier -utilisé ainsi que de la charge sollicitant le pylône. Une pression intérieure de 5,6 kg par cm2 à 7 kg par cm2 convient.
La pression. devrait être d'au moins 0,05 kg par cm2, c'est-à-dire supérieure à la pression ou succion résultant d'un coup de vent très violent.
Pour autant que cela est possible, l'enve loppe doit être sans soudure ou ne doit pré senter qu'une soudure longitudinale, les sou dures devant être aussi résistantes que la tôle. Les joints sont, de préférence, soudés bout à bout, l'excès de métal -étant meulé pour la répartition des efforts.
La fig. 6 montre un pylône de construc tion plus robuste. Une seule section 1 mise sous pression est montée sur trois jambes 27 également mises sous pression, montées sur des fondations 28 individuelles espacées. Avec ce support à trépied, le pylône présente une ré"istance élevée au renversement et les bras -l peuvent être placées sous n'importe quel angle sur la section supérieure 1, de manière à répartir au mieux la tension des câbles s'étendant dans des directions requises à par tir du pylône.
Les axes des pieds 27 se coupent en un point 29 situé bien au-dessus de la liaison réelle 30 de la section avec les jambea par des nervures d'assemblage. Cela permet de réduire le moment de flexion qui apparaî trait dans la section 1 dans le cas d'une trac- i1-ion anormale sur le bras supérieur 4.
En général, dans une construction com prenant plusieurs, sections ou plusieurs enve loppes, celles-ci sont toutes reliées ensemble ou à un collecteur commun. En particulier dans une construction complexe, les enveloppes ou groupes séparés d'enveloppes peuvent, cepen dant, être soumis à des pressions indépen dantes; spécialement si les enveloppes sont de dimensions différentes, il peut être désirable d'avoir des pressions différentes.
Pour des constructions légères, on peut utiliser de simples mâts tubulaires, des pieux ou des poteaux mis sous pression sans inter vention de. haubans, d'étais ou organes ana- logL,les.
La fig. 7 montre tus mât tubulaire com posé d'une seule enveloppe métallique 46 de forme cylindrique à paroi mince et dont l'intérieur est rempli d'un gaz mis sous pres sion. Les extrémités fermées sont façonnées. et ajustées de manière à convenir à la fonction qu'elles doivent remplir, par exemple, elles ont une forme conique comme représenté en 47. Cette extrémité inférieure 47 est montée sur une fondation et le mât est maintenu à l'aide de deux séries de haubans 48.
Un mât ou organe analogue peut cependant reposer par toute sa section sur le sol et peut être monté rigidement sans l'utilisation de hau bans; ou bien ceux-ci peuvent. être disposés différemment pour répondre aux exigences. La fia. 8 montre un mât ou pylône compre nant une enveloppe 49 sous pression de forme conique fixéé sur une fondation. Dans cet exemple, les bras 50 destinés à porter les câbles de transmission sont également consti tués par des éléments d'enveloppes mis sous pression.
Des constructions plus compliquées de py lônes peuvent être réalisées sous forme de charpente comprenant des enveloppes mises sous pression avec ou sans autres éléments de construction qui ne sont pas sous pression. La fig. 9 montre un pylône ou :construction à tré pied comprenant trois enveloppes 51 cylin driques mises sous pression et se rejoignant à leur sommet, tandis que leur pied forme une large base.
L'entretoisement, représenté à titre d'exemple en pointillé, comprend des éléments 53 d'enveloppes mises sous pression, ces éléments 53 travaillant en compression et eles entretoises normales 54 travaillant à la traction. Si on le désire, les enveloppes princi pales 51 peuvent être enfermées dans des carénages de faible résistance aérodyna- Inique susceptibles de tourner autour des enveloppes de façon à offrir une résistance minimum au vent. Comme représenté, les éléments 51 servent de support à une grande roue 52 d'aéromoteur, entraînant un généra teur.
Dans toutes ces constructions l'épaisseur ct/ou la section transversale de l'enveloppe peut être augmentée localement pour sup porter les forces ou les moments de flexion apparaissant en des points particuliers. Ainsi, les sections extrêmes coniques 47 (fig. 7) peuvent être formées en un métal plus épais. L'épaisseur sera cependant autant que pos sible uniforme sur toute la longueur de façon à simplifier la construction et la fourniture du matériel.
Si c'est nécessaire, l'enveloppe peut être munie de diaphragmes transversaux faisant apparaître une résistance locale sup plémentaire et/ou subdivisant l'intérieur de l'enveloppe.
Dans la construction de mâts, de pylônes et éléments analogues telle que décrite, on peut appliquer les calculs et. les critères connus en résistance des matériaux, mais on vérifiera expérimentalement. le degré auquel les matériaux pris individuellement se con forment. exactement aux formules et critères particuliers.
Les observations suivantes peu vent être utiles La résistance d'enveloppes minces qui ne sont pas mises sous pression diminue en pro portion plus ou moins inverse de l'augmen tation du rapport d/t (diamètre sur épaisseur de paroi au-delà de certaines valeurs critiques, environ 100 pour l'acier à la torsion, environ :300 pour la compression ou la flexion et une valeur intermédiaire pour le cisaillement).
Eu mettant sous pression les enveloppes, on peut cependant obtenir des résistances correspon dant aux efforts théoriques calculés qui peuvent être utilisés pour des tubes à parois épaisses, même au-dessus de ces valeurs cri tiques. La pression intérieure optimum dé pend de la nature de la charge principale sollicitant l'enveloppe.
En général, la pres sion peut cependant être telle qu'elle produise nne tension circonférentielle d'environ 1/2 à 2/3 de la limite d'élasticité, cette règle don nant une pression qui varie inversement avec le rapport dlt. Une enveloppe mince maintient ensuite pratiquement sa forme aussi long temps que l'intensité maximum de l'effort de cisaillement dû à la charge extérieure n'excède pas l'intensité minimum de traction diie à la pression.
La mise sous tension d'enve loppes peut avantageusement être abaissée jusqu'aux valeurs d/t d'environ 50, ou même plus bas pour des matériaux avec faible mo- dule d'élasticité et peut être élevée à des va leurs infinies de dlt, du moins théoriquement. En pratique, particulièrement pour des constructions en acier soumises au vent, d/t peut être limité à environ 30 000 à 40 000.
En utilisant des valeurs très élevées de dlt et un gaz léger -tel que l'hélium ou l'hydrogène, on peut réaliser des constructions très légères ou même de poids négligeable, de sorte que des hauteurs ou des dimensions exceptionnelles deviennent possibles.
En pratique, le maintien très exact de la pression intérieure n'est pas d'une impor tance décisive. Pour réduire les dangers provenant de la perte de pression, le rapport dlt peut cependant être choisi de telle sorte que la construction .conserve une partie de sa résistance même sans pression intérieure. Ainsi, une enveloppe d'acier cylindrique, sans pli, dans laquelle dlt <I>=</I> 500, peut con server environ la moitié de sa résistance si la pression est nulle.
Avec un facteur de sécurité d'environ 21/2, la construction ne s'affaiblit pas immédiatement sous des condi tions normales, bien que sa résistance réduite ne soit pas suffisante pour des conditions extrêmes de forts vents ou d'autres charges..
Le diamètre d'une entretoise en forme d'enveloppe mise sous pression pouvant facile ment être grand, il n'est pas difficile de main tenir Tas le rapport important 1/k (longueur divisée par le plus petit rayon de giration). Le rapport optimum blk est de 60 à 90 (les valeurs inférieures correspondant à des aciers <B>à</B> haute résistance).
La mise sous tension des enveloppes minces permet de tirer un avantage de la résistance finale plus grande des métaux à haute résistance, dans 'le cas où. de telles enveloppes ne sont pas soumises à la traction. Un avantage peut. également être obtenu de la possibilité d'élever la limite d'élasticité des métaux susceptibles d'être écrouis.
L'écrouissage peut être produit par laminage, étirage à froid, etc., ou en mettant sous ten sion temporairement l'enveloppe au-delà de la limite d'élasticité par une pression inté- rieure plus élevée que la pression normale de travail.
Des matériaux autres que les aciers s peuvent être utilisés, spécialement des alliages légers résistants ayant subi un traitement thermique. Dans tous les cas, il est toutefois important de s'assurer que le danger de corrosion de l'enveloppe aussi bien à l'exté rieur qu'à l'intérieur soit évité. Ainsi, la sur face extérieure de telles enveloppes en alliage léger peut parfois être avantageusement en aluminium pur.
La pression intérieure du gaz (compre nant également la pression d'une vapeur) peut être produite autrement que par un compresseur mécanique, par exemple, par une action chimique provoquée par de la cha leur ou par évaporation d'une quantité de f liquide se trouvant dans l'enveloppe ou en communication avec celle-ci.
Des moyens peuvent également être pré vus pour diminuer les fuites par bouchage automatique des petits trous. Ainsi, des ; substances connues séchant et se solidifiant au contact de l'air peuvent être pulvérisées à l'intérieur de l'enveloppe.