Dispositif d'ancrage pour fils d'acier, destiné à un ouvrage précontraint La technique des ouvrages précontraints utilise aujourd'hui des aciers à haute limite élastique, obte nus généralement par des opérations successives de tréfilage à froid qui confèrent aux aciers les carac téristiques de résistance nécessaires, mais qui, en même temps, en accroissent la fragilité et la dureté, ce qui a pour effet de réduire leurs propriétés d'être façonnés ou travaillés aisément.
Des ancrages connus réalisent la mise en ten sion par l'intermédiaire d'un culot mobile auquel on ancre au préalable les fils de précontrainte. Cer tains ancrages de cette catégorie prévoient l'ancrage des fils au culot d'ancrage en utilisant des mortiers de ciment spéciaux ayant une forte adhérence. D'au tres ancrages, par contre, prévoient la fixation des fils au culot mobile par l'intermédiaire d'une tête obtenue par compression ou refoulement axial, à froid, de l'extrémité des fils précités.
Les têtes épanouies ainsi obtenues par compression sont caractérisées par une brusque variation de section. Le refoulement, effec tué nécessairement à froid pour éviter d'altérer irré médiablement les caractéristiques physiques et méca niques de l'acier à haute résistance, provoque une rupture et un violent écrouissage local des fibres lon gitudinales à la racine de la tête ainsi que le détache ment desdites fibres provoqué par la forte expansion transversale.
Cette circonstance est accusée de ma nière évidente par les lésions et ruptures qui se pro duisent dans le corps desdites têtes. L'inconvénient est d'autant plus sensible que la résistance de l'acier est plus élevée et le diamètre de l'armature plus grand, allant parfois jusqu'à faire céder lesdites têtes, surtout sous l'effet de charges dynamiques. De plus, la surface d'appui des têtes comprimées sur le culot mobile étant limitée, il s'ensuit des tensions de con tact très élevées.
Ceci comporte, d'une part la n6ces- sité d'utiliser, même pour le culot mobile, des aciers de haute qualité, et d'autre part, d'évidents inconvé- nients ultérieurs de caractère local. En outre, aucun tassement relatif des fils d'un câble n'est possible pour compenser les différences inévitables de lon gueur dues, soit à la courbure, soit aux erreurs maté rielles inévitables. Cet inconvénient est particulière- ment grave dans le cas des câbles courts.
De plus, la machine pour former les têtes comprimées est encom brante, compliquée et coûteuse et se prête mal pour former lesdites têtes à pied d'#uvre.
L'invention a pour but d'éviter les inconvénients précités et peut s'avérer, tous comptes faits, plus économique et mieux appropriée aux exigences actuelles du béton précontraint.
Selon l'invention, le dispositif d'ancrage pour fils d'acier, destiné à un ouvrage précontraint compre nant un culot d'ancrage pour des. têtes formées par les fils, est caractérisé en ce que le culot d'ancrage est percé de trous tronconiques ouverts vers l'exté rieur, et que les fils.
destinés à la précontrainte pré sentent une tête épanouie constituée par une défor mation de la section transversale, de surface inchan- gée, obtenue par matriçage en direction radiale, avec des profils où les parties, latérales des régions matri cées présentent des portions d'une surface idéale correspondant à celle des trous des culots d'ancrage.
Le dessin représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe d'une extrémité de l'en semble des fils de précontrainte ancrés au culot d'an crage, avant la mise en tension.
La fig. 2 représente ledit ensemble après la mise en tension et l'appui du culot d'ancrage contre la paroi terminale de l'ouvrage en béton précontraint.
La fig. 3 est une vue à grande échelle par III-III de la fig. 2. Les fig. 4 et 5 représentent une élévation de l'ex trémité d'un rond après déformation ainsi qu'une vue selon la ligne V-V de la fig. 4.
Les fig. 6 et 7 sont des coupes transversales d'une tête déformée terminale d'un fil, par VI-VI et VII-VII respectivement de la fig. 5.
La fig. 8 montre en coupe une variante de la partie terminale de la tête d'un fil.
La fig. 9 représente un ensemble modifié pour la mise en tension et l'appui du culot d'ancrage. Selon les fig. 1 à 7, les faces 1 appartiennent à un ouvrage en béton qui devra être soumis à la pré contrainte, où les gaines 2 forment des cavités cylin driques 3 destinées à recevoir les culots d'ancrage 4, afin de permettre les opérations préliminaires de la précontrainte, et la gaine 5 contient les fils ou arma tures 6 destinés à déterminer la précontrainte.
Chaque culot d'ancrage 4 est percé d'une série de trous 8 qui présentent, au voisinage de l'extrémité extérieure du culot, une disposition tronconique de faible conicité. Les culots 4 sont filetés extérieure ment selon 4a de manière à recevoir un collier 9 de répartition, pouvant à son tour s'appuyer sur une plaque de répartition 10, prévue autour de l'ouver ture de la cavité cylindrique 3 du culot d'ancrage. Une seconde partie filetée 4b de diamètre plus réduit est prévue sur le côté extérieur de chaque culot 4, afin d'engager le culot de traction 11 du vérin des tiné à mettre en tension les armatures 6.
La section disponible pour les trous 8 est celle déterminée par le diamètre de la partie filetée 4b.
Les fils 6 sont façonnés à leurs extrémités afin de former les têtes d'ancrages comme on 1è voit fig. 4 à 7. Dans la région principalement indiquée par a à la fig. 4, on provoque une déformation à froid des extrémités des fils 6 de manière à créer la tête d'an crage ; la déformation est déterminée par des profils propres à éviter un glissement axial du matériau et à obtenir une aire de la section transversale de la zone déformée du rond égale en valeur à la section du même rond dans les zones non déformées.
La forme de la section transversale est sensiblement rectangu- laire avec les petits côtés incurvés et comprise dans une surface coïncidant sensiblement avec une surface conique équivalente à celle définie par les trous 8 du culot d'ancrage 4. Dans la partie plus déformée les grands côtés de la section ont l'avantage d'être légè rement concaves pour faciliter la déformation (voir fig. 6).
Ces parties déformées 6a des ronds 6 se pro longent par des appendices terminaux 6b qui ne sont pas, ou bien peu, sujets à déformation, de manière à éviter toutes fissures ou lésions du matériau au droit desdits appendices. Les appendices 6b servent donc à limiter <B>là</B> déformation dans les régions plus éprouvées de la tête, c'est-à-dire celles qui ont été les plus déformées par l'écrasement.
Quand les têtes 6a se logent dans les trous 8 des culots 4, les appen dices 6b émergent de l'extrémité extérieure du culot alors que les portions de surfaces tronconiques 6c latérales des têtes 6a prennent contact avec les sur faces tronconiques desdits trous 8.
La déformation des têtes 6a s'effectue aisément par l'intermédiaire de deux organes profilés opposés et associés que l'on rapproche l'un de l'autre, par exemple par un système hydraulique, selon une direc tion perpendiculaire à l'axe de l'extrémité des ronds ; lesdits organes sont profilés afin de maintenir cons tante la section transversale de la tête et d'avoir le profil latéral désiré 6c.
Selon la fig. 8, les zones de surface tronconiques 6e de la tête sont au nombre de trois au lieu de deux opposées et sont disposées radialement. Même dans ce cas, la déformation est effectuée par des orga nes de déformation qui se déplacent radialement dans le sens centripète par rapport à la section, formant les empreintes 6f et maintenant inchangée l'aire de la section. Cette forme de réalisation est avantageuse surtout pour des ronds relativement épais.
Un des culots, d'ancrage 4 est appuyé à sa plaque de répartition 10, alors que l'autre qui se trouve sen siblement dans les conditions de la fig. 1 est engagé par la partie filetée 4b dans la tête du vérin 11, et donc entraîné vers l'extérieur jusqu'à occuper la posi tion de la fig. 2. A ce moment, on visse le collier de répartition 9 sur le filetage extérieur 4a du culot 4, afin d'assurer un appui du culot 4 sur la plaque de répartition 10.
Le périmètre extérieur du collier d'ancrage 9 est avantageusement taillé en biseau afin d'avoir la plus grande extension possible de la surface de contact avec la plaque de répartition 10,à égalité de volume de matériau utilisé.
La formation directe à pied d'oeuvre de la tête compressée sur demande, est une opération facile grâce à la simplicité de l'outillage nécessaire à l'écra sement et l'encombrement réduit de cet outillage.
La forme des surfaces des matrices est déter minée par une équation qui exige l'invariabilité de l'aire des sections de ladite tête, soit en fonction de la partie active à profil latéral conique, soit en fonc tion des zones de raccordement avec la partie termi nale indéformée.
L'invariabilité de l'aire transversale de la tête est capitale pour la bonne tenue de l'ancrage de ladite tête dans les deux manières principales où elle est employée. L'opération de matriçage est exécutée gra duellement, de façon à\ obtenir un lent tassement plastique du matériau et permettre ainsi aux fibres longitudinales composant le fil tréfilé de modifier leurs positions respectives sans se détacher entre elles, ni se rompre grâce au fait que les profils de la matrice ont une forme appropriée empêchant le déplacement du matériau dans le sens longitudinal.
La tête est donc spécialement étudiée pour être formée à froid, sans crainte d'écrouissage local ou de lésions, sur fils de diamètre quelconque, même très grand, et pour des aciers de tous genres à hau tes résistances, même de type harmonique, dont la rupture à la traction est au minimum de 220 kg/mm2. Pour les fils de petit diamètre, il suffira d'une défor mation obtenue par deux matrices à profils opposés et pour les fils de diamètre supérieur, il conviendra d'adopter une tête déformée par trois profils angulai- rement équidistants à déplacement centripète.
Le trou percé dans l'acier doux du culot mobile d'ancrage se tasse jusqu'à épouser la forme même des têtes en acier harmonique, sensiblement plus dures ; cette circonstance permet également un jeu plus grand dans le tassement axial desdites têtes dans leurs sièges, afin d'obtenir une répartition égale de l'effort entre les fils du câble, compte tenu d'éven tuelles petites différences de longueur des fils pré cités. Cette possibilité de tassement sous la charge est capitale, surtout pour les câbles courbes et courts et n'a jamais été, jusqu'à présent, admise dans aucun système actuellement connu de béton précontraint.
La durée de matriçage d'un fil, pour la parfaite réussite de l'opération, est d'environ une minute. Toutefois en pratique on peut matricer avec un dis positif en sandwich, par exemple, même vingt fils à la fois, auquel cas la durée de l'opération se réduit en moyenne à trois secondes par fil.
La presse à matricer, généralement hydraulique, est de prix, d'encombrement et de poids réduits, de manière à être facilement utilisée à pied d'oeuvre, autre avantage évident surtout pour la composition d'éléments préfabriqués à assembler ultérieurement.
Comme la tête d'ancrage obtenue par déformation du fil offre la caractéristique de l'invariabilité des surfaces de sections transversales, et grâce à une lente plastification du matériau à la suite du matri çage graduel, elle ne réduit pratiquement pas la résistance aux efforts longitudinaux du fil. Elle peut donc être formée simultanément, même en position intermédiaire, à un mètre de l'extrémité du fil, par exemple, ainsi qu'à l'extrémité même du fil. Cette possibilité permet de réaliser l'ensemble représenté à la fig. 9.
On a indiqué par 16a et 16b les deux déformations du rond 16, dont celle qui est le plus à l'intérieur, 16a, est à double profil, graduellement aplati dans les deux sens. Un culot de traction 17, sensiblement cylindrique, et muni de trous coniques est disposé pour coopérer avec les têtes. 16a ; un second culot 18 est placé à l'extérieur de l'ouvrage à précontrainte et coopère avec les têtes 16b. Le culot 18 est engagé par un dispositif de traction pour la mise en tension.
Pendant la mise en tension, le culot 17 se déplace dans une cavité 19 quia une section relativement limitée, étant donné que le culot de traction 17 a l'encombrement strictement néces- saire pour l'ancrage des fils audit culot mobile. Cette circonstance est fort importante pour la tendance actuelle à augmenter la portée des câbles.
C'est, en fait, un avantage technique de pouvoir ancrer de fortes armatures sans, créer des fatigues excessives, par des, trous trop larges, aux extrémités des poutres. Après la mise en tension, un collier d'ancrage analo gue à celui représenté en 9, est vissé au filetage exté rieur 17a du culot 17 jusqu'à prendre contact avec la plaque de répartition 20 ; le culot 18 est récupé- rable. Les deux culots 17 et 18 sont d'une exécution très économique et ont l'avantage de pouvoir être interchangeables.
Anchoring device for steel wires, intended for a prestressed structure The technique of prestressed structures today uses steels with a high elastic limit, generally obtained by successive cold drawing operations which give the steels the characteristics of necessary strength, but which, at the same time, increase their brittleness and hardness, which has the effect of reducing their properties to be easily shaped or worked.
Known anchors carry out the tensioning by means of a movable base to which the prestressing wires are anchored beforehand. Some anchors in this category provide for anchoring the wires to the anchor base using special cement mortars with strong adhesion. Other anchors, on the other hand, provide for the attachment of the wires to the movable base by means of a head obtained by compression or axial displacement, cold, of the end of the aforementioned wires.
The open heads thus obtained by compression are characterized by a sudden variation in section. The upsetting, necessarily carried out cold in order to avoid irredeemably altering the physical and mechanical characteristics of the high-strength steel, causes rupture and a violent local hardening of the longitudinal fibers at the root of the head as well as the detachment of said fibers caused by the strong transverse expansion.
This circumstance is evidently accused by the lesions and ruptures which occur in the bodies of the said heads. The disadvantage is all the more noticeable the higher the resistance of the steel and the larger the diameter of the reinforcement, sometimes going so far as to cause said heads to give way, especially under the effect of dynamic loads. In addition, the bearing surface of the heads compressed on the movable base being limited, very high contact voltages ensue.
This involves, on the one hand, the need to use high-quality steels even for the movable base, and on the other hand, obvious subsequent drawbacks of a local character. Furthermore, no relative settlement of the wires of a cable is possible to compensate for the inevitable differences in length due either to the curvature or to inevitable material errors. This drawback is particularly serious in the case of short cables.
In addition, the machine for forming the compressed heads is bulky, complicated and expensive and does not lend itself well to forming said heads on the job.
The object of the invention is to avoid the aforementioned drawbacks and may prove, all things considered, to be more economical and better suited to the current requirements of prestressed concrete.
According to the invention, the anchoring device for steel wires, intended for a prestressed structure comprising an anchoring base for. heads formed by the wires, is characterized in that the anchoring base is pierced with tapered holes open to the outside, and that the wires.
intended for prestressing have a blunt head formed by a deformation of the cross section, with an unchanged surface, obtained by stamping in the radial direction, with profiles where the lateral parts of the stamped regions have portions of a ideal surface corresponding to that of the holes in the anchor caps.
The drawing represents, by way of example, some embodiments of the device forming the subject of the invention.
Fig. 1 is a section through one end of the set of prestressing son anchored to the anchor base, before tensioning.
Fig. 2 shows said assembly after tensioning and support of the anchor base against the end wall of the prestressed concrete structure.
Fig. 3 is a large-scale view through III-III of FIG. 2. Figs. 4 and 5 show an elevation of the end of a round after deformation as well as a view along the line V-V of FIG. 4.
Figs. 6 and 7 are cross sections of a deformed terminal head of a wire, by VI-VI and VII-VII respectively of FIG. 5.
Fig. 8 shows in section a variant of the end part of the head of a wire.
Fig. 9 shows a modified assembly for tensioning and supporting the anchoring base. According to fig. 1 to 7, faces 1 belong to a concrete structure which must be subjected to pre-stress, where the sheaths 2 form cylindrical cavities 3 intended to receive the anchoring bases 4, in order to allow the preliminary operations of the prestressing, and the sheath 5 contains the wires or armatures 6 intended to determine the prestressing.
Each anchoring base 4 is pierced with a series of holes 8 which have, in the vicinity of the outer end of the base, a frustoconical arrangement of low taper. The bases 4 are externally threaded along 4a so as to receive a distribution collar 9, which in turn can rest on a distribution plate 10, provided around the opening of the cylindrical cavity 3 of the anchoring base. . A second threaded portion 4b of smaller diameter is provided on the outer side of each base 4, in order to engage the traction base 11 of the cylinder of the tines to tension the reinforcements 6.
The section available for the holes 8 is that determined by the diameter of the threaded part 4b.
The wires 6 are shaped at their ends in order to form the anchoring heads as shown in fig. 1. 4 to 7. In the region mainly indicated by a in FIG. 4, cold deformation of the ends of the son 6 is caused so as to create the anchoring head; the deformation is determined by profiles suitable for avoiding axial sliding of the material and for obtaining an area of the cross section of the deformed zone of the round equal in value to the section of the same round in the non-deformed zones.
The shape of the cross-section is substantially rectangular with the short sides curved and included in a surface coinciding substantially with a conical surface equivalent to that defined by the holes 8 of the anchor base 4. In the more deformed part the long sides of the section have the advantage of being slightly concave to facilitate the deformation (see fig. 6).
These deformed parts 6a of the rounds 6 are extended by terminal appendages 6b which are not, or very little, subject to deformation, so as to avoid any cracks or lesions of the material in line with said appendages. The appendages 6b therefore serve to limit <B> there </B> deformation in the regions of the head that are most affected, that is to say those which have been the most deformed by the crushing.
When the heads 6a are housed in the holes 8 of the bases 4, the appendages 6b emerge from the outer end of the base while the side portions of frustoconical surfaces 6c of the heads 6a contact the frustoconical surfaces of said holes 8.
The deformation of the heads 6a is easily effected by means of two opposing and associated profiled members which are brought closer to one another, for example by a hydraulic system, in a direction perpendicular to the axis of the end of the circles; said members are profiled in order to keep the cross section of the head constant and to have the desired lateral profile 6c.
According to fig. 8, the frustoconical surface areas 6e of the head are three in number instead of two opposite and are arranged radially. Even in this case, the deformation is effected by deformation organs which move radially in the centripetal direction with respect to the section, forming the indentations 6f and keeping the area of the section unchanged. This embodiment is advantageous especially for relatively thick rounds.
One of the anchoring bases 4 is pressed against its distribution plate 10, while the other, which is substantially in the conditions of FIG. 1 is engaged by the threaded part 4b in the head of the jack 11, and therefore driven outwards until it occupies the position of FIG. 2. At this time, the distribution collar 9 is screwed onto the external thread 4a of the base 4, in order to ensure that the base 4 rests on the distribution plate 10.
The outer perimeter of the anchoring collar 9 is advantageously bevelled in order to have the greatest possible extension of the contact surface with the distribution plate 10, equal to the volume of material used.
The direct on-site forming of the compressed head on request is an easy operation thanks to the simplicity of the tools required for crushing and the small size of this tool.
The shape of the die surfaces is determined by an equation which requires the invariability of the area of the sections of said head, either as a function of the active part with a conical lateral profile, or as a function of the areas of connection with the part. terminal indeformed.
The invariability of the transverse area of the head is essential for the good anchoring of said head in the two main ways in which it is used. The forging operation is performed gradually, so as to obtain a slow plastic compaction of the material and thus allow the longitudinal fibers composing the drawn wire to modify their respective positions without detaching themselves from each other or breaking thanks to the fact that the Die profiles have a suitable shape preventing movement of material in the longitudinal direction.
The head is therefore specially designed to be cold formed, without fear of local hardening or lesions, on wires of any diameter, even very large, and for steels of all kinds with high resistance, even of the harmonic type, including the tensile breakage is at least 220 kg / mm2. For wires of small diameter, a deformation obtained by two dies with opposite profiles will suffice, and for wires of larger diameter, it will be necessary to adopt a head deformed by three angularly equidistant profiles with centripetal displacement.
The hole drilled in the mild steel of the mobile anchoring base is compacted until it conforms to the shape of the harmonic steel heads, which are noticeably harder; this circumstance also allows greater play in the axial packing of said heads in their seats, in order to obtain an equal distribution of the force between the wires of the cable, taking into account possible small differences in length of the aforementioned wires. This possibility of settling under load is essential, especially for curved and short cables and has never been, until now, accepted in any currently known system of prestressed concrete.
The duration of forging a wire, for the perfect success of the operation, is about one minute. However, in practice, it is possible to die for example with a positive disc sandwich, even twenty threads at a time, in which case the duration of the operation is reduced on average to three seconds per thread.
The die-forging press, generally hydraulic, is of reduced price, size and weight, so as to be easily used on the job, another obvious advantage especially for the composition of prefabricated elements to be assembled subsequently.
As the anchor head obtained by deformation of the wire offers the characteristic of the invariability of the surfaces of cross-sections, and thanks to a slow plasticization of the material following gradual forging, it practically does not reduce the resistance to longitudinal forces. some thread. It can therefore be formed simultaneously, even in an intermediate position, at one meter from the end of the wire, for example, as well as at the very end of the wire. This possibility makes it possible to produce the assembly shown in FIG. 9.
The two deformations of the circle 16 have been indicated by 16a and 16b, of which the one which is most inside, 16a, has a double profile, gradually flattened in both directions. A traction base 17, substantially cylindrical, and provided with conical holes is arranged to cooperate with the heads. 16a; a second base 18 is placed outside the prestressing structure and cooperates with the heads 16b. The base 18 is engaged by a traction device for the tensioning.
During the tensioning, the base 17 moves in a cavity 19 which has a relatively limited cross section, given that the traction base 17 has the space strictly necessary for anchoring the wires to said mobile base. This circumstance is very important for the current trend to increase the reach of cables.
It is, in fact, a technical advantage to be able to anchor strong reinforcements without creating excessive fatigue, through holes that are too large at the ends of the beams. After tensioning, an anchoring collar similar to that shown at 9, is screwed to the external thread 17a of the base 17 until it comes into contact with the distribution plate 20; the base 18 is recoverable. The two bases 17 and 18 are very economical in execution and have the advantage of being able to be interchangeable.