EP0242238A1 - Steel and reinforced concrete structures, particularly for producing girders, in particular girders used as purlins or girders with a large span - Google Patents
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Definitions
- a metal frame during the assembly of large preassembled elements, must have a certain overall rigidity, often difficult to obtain with very resistant profiles but having in their conventional forms a low inertia. This leads to complementary triangulations and only intended to avoid overall buckling.
- the structure at this stage is stable under its own weight. Under the dead weight of the beam, the tube is stretched.
Abstract
Description
La présente invention concerne des structures en béton armé et en acier destinées notamment à constituer des poutres et, en particulier, des poutres à usage de pannes.The present invention relates to reinforced concrete and steel structures intended in particular to constitute beams and, in particular, beams for use of purlins.
Pour divers types de construction et, en particulier, pour les charpentes de couverture des bâtiments industriels, deux principes de constructions s'affrontent :
- - le béton armé,
- - la charpente métallique
- - the reinforced concrete,
- - the metal frame
Pour réaliser des structures économiques, il faut évidemment utiliser un minimum de matière. Ce phénomène est particulièrement sensible pour les grandes portées car la matière inutile constitue une surcharge parasite.To achieve economic structures, it is obviously necessary to use a minimum of material. This phenomenon is particularly sensitive for large spans because unnecessary material constitutes a parasitic overload.
Pour consommer un minimum de matière dans la réalisation d'une structure, l'idéal serait de saturer en tous points les capacités de résistance de la matière. Or, dans les deux grands principes de construction cités ci-dessus, on constate :To consume a minimum of material in the realization of a structure, the ideal would be to saturate in all points the capacities of resistance of the material. However, in the two main principles of construction cited above, we note:
Les aciers entrant dans les structures en béton armé sont calculés pour résister principalement aux contraintes de traction puisque le matériau béton est considéré comme fissuré dans les parties tendues lors des calculs à rupture.The steels entering the reinforced concrete structures are calculated to resist mainly the tensile stresses since the concrete material is considered as cracked in the tensed parts during the failure calculations.
Le matériau béton a plusieurs fonctions :
- - résister dans certaines zones aux contraintes de compression et de cisaillement,
- - dans d'autres zones, son rôle principal est l'enrobage des aciers.
- - withstand compression and shear stresses in certain areas,
- - in other areas, its main role is the coating of steels.
Dans une poutre classique en béton armé, une quantité importante de matière est sous-employée supportant au sens de la résistance des matériaux des contraintes insignifiantes.In a conventional reinforced concrete beam, a significant amount of material is underused supporting insignificant stresses in the sense of the resistance of the materials.
Le matériau béton est lourd et la matière sous-employée entraîne un double gaspillage :
- - coût de la matière,
- - surcharge parasite
- - cost of the material,
- - parasitic overload
Dans une charpente métallique, on calcule les pièces tendues en utilisant pleinement les capacités de résistance de l'acier.In a metal frame, the tensioned parts are calculated by making full use of the steel's resistance capacities.
Par contre, les pièces comprimées doivent comporter une certaine inertie pour résister au phénomène de flambage et, dans ces conditions, l'acier dans les zones comprimées est en un sens sous-employé.On the other hand, the compressed parts must have a certain inertia to resist the phenomenon of buckling and, under these conditions, the steel in the compressed zones is in a sense underused.
Les profilés métalliques (cornières, profils en U, profils en I) ont une section découpée :
- - afin de présenter une certaine inertie pour résister au flambage,
- - afin de présenter des formes propices aux assemblages par boulonnage ou par soudage.
- - in order to present a certain inertia to resist buckling,
- - in order to present shapes suitable for bolting or welding assemblies.
Dans le premier cas, le perçage des trous affaiblit les sections et, dans le second cas, une certaine longueur de cordon de soudure est nécessaire.In the first case, drilling the holes weakens the sections and, in the second case, a certain length of weld bead is necessary.
Le double problème de flambage et d'assemblage entraîne donc des formes complexes et des sections surabondantes pour les profilés.The double problem of buckling and assembly therefore leads to complex shapes and overabundant sections for the profiles.
D'autre part, une charpente métallique, lors du montage de grands éléments préassemblés, doit présenter une certaine rigidité d'ensemble, souvent difficile à obtenir avec des profilés très résistants mais présentant sous leurs formes classiques une inertie faible. Ceci conduit à des triangulations complémentaires et uniquement destinées à éviter le flambage d'ensemble.On the other hand, a metal frame, during the assembly of large preassembled elements, must have a certain overall rigidity, often difficult to obtain with very resistant profiles but having in their conventional forms a low inertia. This leads to complementary triangulations and only intended to avoid overall buckling.
La présente invention concerne des structures mixtes ayant pour caractéristiques d'employer le béton armé dans toutes les parties comprimées et l'acier sous sa forme de profilés dans toutes les parties tendues.The present invention relates to mixed structures having the characteristics of using reinforced concrete in all the compressed parts and steel in the form of profiles in all the tensioned parts.
De façon typique, une structure conforme à l'invention est une structure rigide essentiellement. constituée de béton armé et d'acier destinée à supporter en service des efforts de compression et des efforts de tension, cette structure étant caractérisée en ce que les parties destinées à supporter les efforts de compression sont essentiellement constituées par une masse de béton et en ce que les parties destinées à résister aux efforts de tension sont essentiellement constituées par un assemblage de profilés en acier sensiblement dépourvusde rigidité intrinsèque, cet assemblage étant en majeure partie extérieur au béton et étant ancré dans le béton qui lui assure sa rigidité latérale et sa résistance au flambage.Typically, a structure according to the invention is essentially a rigid structure. consisting of reinforced concrete and steel intended to withstand compression forces and tensioning forces in service, this structure being characterized in that the parts intended to withstand the compression forces are essentially constituted by a mass of concrete and in this that the parts intended to resist tensile stresses are essentially constituted by an assembly of steel profiles substantially devoid of intrinsic rigidity, this assembly being for the most part external to the concrete and being anchored in the concrete which provides it with its lateral rigidity and its resistance to buckling.
Dans une réalisation typique, la partie en acier est constituée par un assemblage de profilés de forme simple, par exemple des plats rectangulaires ou, encore mieux des ronds à béton.In a typical embodiment, the steel part is constituted by an assembly of profiles of simple shape, for example rectangular plates or, better still, concrete bars.
Une structure conforme à l'invention est sensiblement plus économique que les structures connues, notamment pour les raisons suivantes :
- - la structure mixte de l'invention est plus légère qu'une structure qui serait en béton armé,
- - la partie acier de la structure de l'invention peut être beaucoup plus économique qu'un treillis métallique car la rigidité de la structure sera essentiellement due à La partie béton et non à la partie acier. En outre, lorsqu'on utilise comme acier du rond à béton, ce qui n'est jamais le cas d'une charpente métallique, on obtient des caractéristiques de résistance mécanique supérieures à celles que l'on obtient avec les profilés généralement utilisés en charpente métallique. De plus, par rapport à une charpente métallique classique, les assemblages peuvent être très simplifiés grâce à l'invention puisqu'une partie des assemblages est réalisée par le béton et le reste des assemblages peut être réalisée par des soudures simples,
- - la partie béton peut être réalisée de façon simple par moulage sur le chantier si bien que la structure de l'invention convient tout à fait pour des petits chantiers où l'on désire cependant utiliser des structures de grandes longueurs. Actuellement, pour une telle application, on rencontre de sérieuses difficultés dues au fait que les structures utilisées sont généralement des structures précontraintes qui sont trop onéreuses à réaliser sur un chantier et qui doivent donc être réalisées en usine, ce qui pose le problème de leur transport et ce problème est particulièrement ardu lorsque les structures ont une grande longueur.
- the mixed structure of the invention is lighter than a structure which would be made of reinforced concrete,
- - The steel part of the structure of the invention can be much more economical than a wire mesh because the rigidity of the structure will be essentially due to the concrete part and not to the steel part. In addition, when using concrete reinforcing steel as steel, which is never the case with a metal frame, mechanical strength characteristics are obtained which are higher than those obtained with the profiles generally used in metal framework. In addition, compared to a conventional metal frame, the assemblies can be very simplified thanks to the invention since part of the assemblies is made by concrete and the rest of the assemblies can be made by simple welds,
- - The concrete part can be produced in a simple way by molding on the site so that the structure of the invention is entirely suitable for small sites where it is however desired to use structures of great lengths. Currently, for such an application, there are serious difficulties due to the fact that the structures used are generally prestressed structures which are too expensive to produce on a site and which therefore have to be produced in the factory, which poses the problem of transporting them. and this problem is particularly difficult when the structures are very long.
On décrira ci-après des réalisations typiques de structures conformes à l'invention, la réalisation la plus typique étant une poutre constituée d'une membrure en béton de section relativement faible par rapport à sa longueur et d'une membrure en acier constituée d'une carène qui remonte à ses extrémités dans la membrure en béton et qui est, d'autre part, reliée de place en place à la membrure en béton par des couples disposés dans des plans transversaux qui sont perpendiculaires à la membrure en béton, les extrémités de ces couples étant noyées dans la membrure en béton.Typical embodiments of structures in accordance with the invention will be described below, the most typical embodiment being a beam made of a concrete frame of relatively small cross section relative to its length and of a steel frame made of a hull which rises at its ends in the concrete frame and which is, on the other hand, connected from place to place to the concrete frame by couples arranged in transverse planes which are perpendicular to the concrete frame, the ends of these couples being embedded in the concrete frame.
La carène est de préférence constituée par un profilé unique mais peut aussi être constituée par plusieurs profilés asserrblés bout à bout et/ou par plusieurs profilés métalliques en parallèle.The hull is preferably made up of a single profile but can also be made up of several profiles joined together end to end and / or by several metal profiles in parallel.
En variante, la carène est constituée par un tube creux qui contient un câble de précontrainte, ce qui permet notarment de réaliser des poutres de grande portée.As a variant, the hull is constituted by a hollow tube which contains a prestressing cable, which in particular makes it possible to produce beams with a large span.
Sur les figures :
- - la figure 1 est une perspective d'une poutre réalisée selon la présente invention ;
- - la figure 2 est une demi-coupe longitudinale de la poutre ;
- - la figure 3 est une demi-coupe longitudinale d'une variante de réalisation de la poutre ;
- - la figure 4 est une coupe schématique de la poutre par un plan vertical transversal passant dans la région d'un noeud de la membrure en acier de la poutre ;
- - les figures 5 et 6 sont des vues agrandies de la figure 4 respectivement dans la région de la membrure en béton et dans la région de la membrure en acier ;
- - la figure 7 est un schéma de la poutre dans sa position de moulage de la membrure en béton ;
- - la figure 8 est une perspective de la poutre avant coulage de la membrure en béton ;
- - la figure 9 est une coupe par un plan vertical transversal du moule de fabrication de la membrure en béton avant et après mise en forme du ferraillage de la membrure ;
- - la figure 10 est une coupe, par un plan vertical longitudinal, des extrémités en regard de deux poutres sur un appui commun ;
- - la figure 11 est une perspective d'une extrémité d'une poutre ;
- - les figures 12, 14 et 16 représentent schématiquement, en vue longitudinale, des variantes d'exécution d'une poutre ;
- - la figure 13 est une coupe de la poutre de la figure 12 par un plan vertical transversal ;
- - la figure 15 est une coupe de la poutre de la figure 14 par un plan vertical transversal,
- - les figures 17 à 19 représentent des exemp-es de réalisation de jonctions dans la membrure en acier,
- - la figure 20 est un schéma en long d'une poutre selon une variante de l'invention, dans laquelle la carène formant la membrure en acier est constituée par un tube creux qui contient un câble de précontrainte,
- - la figure 21 est une coupe schématique par le plan transversal aa de la figure 20,
- - la figure 22 est un schéma en long d'une poutre plus complexe portée par deux poteaux,
- - la figure 23 est une coupe schématique de la poutre de la figure 22 par le plan transversal aa de la figure 22,
- - la figure 24 est une coupe schématique de la poutre de la figure 22 par le plan transversal bb de la figure 22,
- - la figure 25 est une coupe schématique agrandie des extrémités voisines de deux membrures en béton contigues,
- - la figure 26 est une perspective schématique de l'extrémité de l'une des membrures en béton de la figure 25.
- - la figure 27 est une coupe transversale d'un tube de carène, et
- - la figure 28 est un schéma en long d'une structure constituée de plusieurs travées avec continuité au droit des appuis.
- - Figure 1 is a perspective of a beam made according to the present invention;
- - Figure 2 is a longitudinal half-section of the beam;
- - Figure 3 is a longitudinal half-section of an alternative embodiment of the beam;
- - Figure 4 is a schematic section of the beam through a vertical transverse plane passing through the region of a node of the steel frame of the beam;
- - Figures 5 and 6 are enlarged views of Figure 4 respectively in the region of the concrete member and in the region of the steel member;
- - Figure 7 is a diagram of the beam in its molding position of the concrete member;
- - Figure 8 is a perspective of the beam before pouring the concrete member;
- - Figure 9 is a section through a transverse vertical plane of the mold for manufacturing the concrete member before and after shaping the reinforcement of the member;
- - Figure 10 is a section through a longitudinal vertical plane of the opposite ends of two beams on a common support;
- - Figure 11 is a perspective of one end of a beam;
- - Figures 12, 14 and 16 show schematically, in longitudinal view, alternative embodiments of a beam;
- - Figure 13 is a section of the beam of Figure 12 by a transverse vertical plane;
- FIG. 15 is a section of the beam in FIG. 14 through a transverse vertical plane,
- - Figures 17 to 19 show examples of making junctions in the steel frame,
- FIG. 20 is a longitudinal diagram of a beam according to a variant of the invention, in which the hull forming the steel frame is constituted by a hollow tube which contains a prestressing cable,
- FIG. 21 is a diagrammatic section through the transverse plane aa of FIG. 20,
- FIG. 22 is a longitudinal diagram of a more complex beam carried by two posts,
- FIG. 23 is a diagrammatic section of the beam in FIG. 22 by the transverse plane aa of FIG. 22,
- FIG. 24 is a diagrammatic section of the beam in FIG. 22 through the transverse plane bb in FIG. 22,
- FIG. 25 is an enlarged schematic section of the neighboring ends of two adjoining concrete members,
- - Figure 26 is a schematic perspective of the end of one of the concrete members of Figure 25.
- FIG. 27 is a cross section of a hull tube, and
- - Figure 28 is a long diagram of a structure consisting of several spans with continuity to the right of the supports.
Les poutres de l'invention qui sont représentées sur les figures 1 à 19 sont constituées de deux membrures superposées, l'une B en béton et l'autre A en acier.The beams of the invention which are shown in Figures 1 to 19 consist of two superimposed members, one B of concrete and the other A of steel.
Dans les réalisations les plus courantes (figures 1 à 3 et 14), la membrure en béton se trouve systématiquement au-dessus de la membrure en acier lorsque la poutre est en service.In the most common embodiments (Figures 1 to 3 and 14), the concrete member is systematically located above the steel member when the beam is in service.
Il rentre cependant également dans le cadre de l'invention de réaliser des poutres telles que la membrures en béton puisse se trouver localement au-dessous de la membrure en acier (comme cela est représenté sur les figures 12 et 16 à titre d'exemple).However, it also falls within the scope of the invention to produce beams such that the concrete members can be locally below the steel member (as shown in Figures 12 and 16 by way of example) .
On comprendra que, de façon générale, la majeure partie de la membrure en béton reste au-dessus de la membrure en acier lorsque la poutre est en position de service.It will be understood that, in general, most of the concrete member remains above the steel member when the beam is in the service position.
La membrure B en béton est généralement constituée par un bloc allongé rectiligne en béton armé et l'on donne de préférence à ce bloc une section facile à démouler sur un chantier, comme par exemple une section droite de forme trapézoïdale (figures 4, 5 et 7).The concrete frame B is generally constituted by an elongated rectilinear block of reinforced concrete and this block is preferably given a section which is easy to demold on a site, such as for example a straight section of trapezoidal shape (FIGS. 4, 5 and 7).
Cette membrure est armée par un ferraillage F selon les règles de l'art pour que la membrure résiste principalement aux efforts de compression. En outre, la membrure doit avoir une inertie suffisante pour résister aux phénomènes de flambage.This frame is reinforced by a reinforcement F according to the rules of the art so that the frame mainly resists compressive forces. In addition, the member must have sufficient inertia to withstand buckling phenomena.
La membrure A en acier est constituée par un profilé longitudinal L qui s'étend selon la longueur de la membrure en béton suivant une courbe dont la distance à la membrure en béton est maximale au milieu de la poutre et décroît progressivement vers les extrémités de la poutre, ce profilé longitudinal pénétrant dans la membrure en béton dans la région des extrémités de cette membrure et ressortant même sur les tranches d'extrémité de la membrure en béton, comme on le voit sur les figures 2, 3 et 10.The steel frame A is constituted by a longitudinal section L which extends along the length of the concrete frame along a curve whose distance from the concrete frame is maximum in the middle of the beam and decreases progressively towards the ends of the beam, this longitudinal section penetrating into the concrete member in the region of the ends of this member and even coming out on the end edges of the concrete member, as seen in Figures 2, 3 and 10.
La membrure en acier A comprend, d'autre part, des connecteurs en acier C qui relient de place en place le profilé L à la membrure en béton. De préférence, ces profilés L et ces connecteurs C ont une partie C1 soudée au profilé L et une partie C2 ancrée dans la membrure en béton. Dans les exemples représentés, ces connecteurs ont une forme générale en V, le sommet du V étant aplati et soudé sur sa longueur au profilé L tandis que les extrémités des ailes du V sont également aplaties et noyées dans le béton de la membrure B. En outre, dans les réalisations représentées, les connecteurs C sont disposés par paires respectivement à droite et à gauche du plan médian vertical longitudinal P de la poutre, comme on le voit le mieux sur les figures 5 et 6 qui sont des coupes (à deux échelles différentes) de la membrure en béton (figure 5) et de la membrure en acier (figure 6) par le plan médian vertical transversal de la poutre de la figure 3 (plan IV-IV) de la figure 3. On voit sur cette figure que le profilé longitudinal L de la membrure en acier est constitué par un rond en acier à béton de relativement fort diamètre tandis que les connecteurs de liaison C,C' de la membrure en acier A à la membrure en béton B sont constitués par des ronds en acier à béton de diamètre plus petit et l'on voit également sur la figure 6 que la liaison locale entre les ronds à béton des - couples C et C' et le rond à béton de la carène L sont constitués par des soudures S.The steel frame A comprises, on the other hand, steel connectors C which connect from place to place the profile L to the concrete frame. Preferably, these sections L and these connectors C have a part C1 welded to the section L and a part C 2 anchored in the concrete frame. In the examples shown, these connectors have a general V shape, the top of the V being flattened and welded along its length to the section L while the ends of the wings of the V are also flattened and embedded in the concrete of the member B. Furthermore, in the embodiments shown, the connectors C are arranged in pairs respectively to the right and to the left of the longitudinal vertical median plane P of the beam, as best seen in Figures 5 and 6 which are sections (at two scales different) of the concrete frame (Figure 5) and the steel frame (Figure 6) by the transverse vertical median plane of the beam in Figure 3 (plane IV-IV) of Figure 3. We see in this figure that the longitudinal section L of the steel frame is constituted by a round of relatively large concrete steel while the connecting connectors C, C ′ of the steel frame A to the concrete frame B are constituted by rounds concrete steel of smaller diameter and it can also be seen in FIG. 6 that the local connection between the concrete rounds of the - couples C and C 'and the concrete round of the hull L are constituted by welds S.
A titre indicatif, on utilise pour le profilé L un rond à béton dont le diamètre est compris dans la gamme 20 à 60 mmtandis qu'on utilise pour les connecteurs un rond à béton dont le diamètre est compris dans la gamme 10 à 30 mm , ces gammes étant données à titre préféré mais non limitatif.As an indication, a concrete bar whose diameter is in the range 20 to 60 mm is used for the L profile while a concrete bar whose diameter is in the
Le profilé longitudinal L est, de préférence, constitué par un seul profilé mais il n'est pas exclu de le constituer par plusieurs profilés assemblés. La figure 18 montre, à titre d'exemple, un assemblage de deux profilés L1,L2 au moyen d'un manchon d'assemblage bout à bout M dans lequel les extrémités des profilés, préalablement mises en forme de troncs de cône et filetées, sont enfoncées par vissage. Il n'est pas nécessaire de décrire en détail ce moyen d'assemblage connu en soi. Le profilé L peut, d'autre part, être constitué de plusieurs profilés disposés en parallèle au lieu d'être constitués par un seul profilé et la figure 17 montre, à titre d'exemple, une solution mixte ou le profilé L comprend un profilé L3 suivi de deux profilés parallèles L4,L5, ces divers profilés étant assemblés par une plaquette p qui est traversée librement par les profilés dont les extrémités traversantes sont ensuite soudées à la plaquette. Ce type d'assemblage permet de régler facilement, à la demande, la longueur du profilé L.The longitudinal profile L is preferably formed by a single profile but it is not excluded to constitute it by several assembled profiles. FIG. 18 shows, by way of example, an assembly of two sections L 1 , L 2 by means of an end-to-end assembly sleeve M in which the ends of the sections, previously shaped into truncated cones and threaded, are pressed in by screwing. It is not necessary to describe in detail this assembly means known per se. Profile L can, on the other hand, consist of several profiles arranged in parallel instead of being constituted by a single profile and FIG. 17 shows, by way of example, a mixed solution where profile L comprises a profile L 3 followed by two parallel profiles L 4 , L 5 , these various profiles being assembled by a plate p which is freely traversed by the profiles whose through ends are then welded to the plate. This type of assembly makes it easy to adjust the length of the L profile on request.
Le nombre et la forme des connecteurs C est également choisi en fonction des performances demandées à la poutre, sachant que la membrure en acier A n'a essentiellement pour rôle que de supporter les efforts de traction. On notera à ce sujet que dans les exemples représentés sur les figures 1 à 3, le profilé longitudinal inférieur L de la membrure en acier suit la courbe des moments et supporte un effort de traction sensiblement constant sur toute sa longueur sous chargement symétrique, tandis que la membrure supérieure en béton B, qui assure la rigidité longitudinale, supporte un effort de compression sensiblement constant sous chargement symétrique.The number and shape of the connectors C is also chosen as a function of the performance requirements of the beam, knowing that the steel frame A essentially only has the role of supporting the tensile forces. On this subject, it will be noted that in the examples shown in FIGS. 1 to 3, the lower longitudinal section L of the steel frame follows the curve of the moments and supports a substantially constant tensile force over its entire length under symmetrical loading, while the upper concrete member B, which provides longitudinal rigidity, withstands a substantially constant compressive force under symmetrical loading.
La fabrication d'une poutre selon l'invention peut se faire aisément sur chantier au moyen d'un moule de conception simple dont un prototype a été représenté sur la figure 8. La position de moulage est à l'envers de la position de service en ce sens que lors du moulage la membrure en acier A se trouve au-dessus du moule Z, soutenue de place en place par des supports appropriés, comme on le voit sur la figure 8. Dans le moule, est disposé le ferraillage F qui est réalisé selon les règles de l'art. A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 9 la section droite d'un ferraillage, les parties en traits interrompus représentant le ferraillage avant mise en forme. Les extrémités des connecteurs C sont introduites dans le moule ainsi que les extrémités du profilé longitudinal L qui passent à travers le ferraillage pour ressortir aux extrémités longitudinales du moule. A chacune des extrémités longitudinales de la membrure B en béton, est fixée une pièce métallique S en forme de L (figures 10, 11) qui est destinée à assurer la fixation de la membrure en béton sur un appui par boulonnage. La pièce de fixation S est incorporée à la membrure en béton lors du moulage.The manufacture of a beam according to the invention can easily be done on site using a mold of simple design, a prototype of which has been shown in FIG. 8. The molding position is upside down from the service position in the sense that during molding the steel frame A is above the mold Z, supported from place to place by suitable supports, as seen in FIG. 8 . In the mold is arranged the reinforcement F which is produced according to the rules of the art. By way of example, there is shown in FIG. 9 the cross section of a reinforcement, the parts in broken lines representing the reinforcement before shaping. The ends of the connectors C are introduced into the mold as well as the ends of the longitudinal profile L which pass through the reinforcement to come out at the longitudinal ends of the mold. At each of the longitudinal ends of the concrete member B, is fixed a metal part S in the shape of an L (FIGS. 10, 11) which is intended to ensure the fixing of the concrete member on a support by bolting. The fixing part S is incorporated into the concrete frame during molding.
Cette pièce de fixation S présente un plat S10encastré dans la tranche d'extrémité de la membrure en béton et ce plat présente un orifice Tlopour le passage de l'extrémité du profilé longitudinal L de la membrure en acier, l'extrémité dépassante étant ensuite soudée sur le plat, comme on le voit le mieux sur les figures 10 et 11. D'autre part, la pièce de fixation S présente un autre plat S20 destiné à reposer sur l'appui de la poutre, et cet autre plat S20présente une lumière T20pour le passage d'un goujon qui servira à fixer la pièce S à l'appui de la poutre. Lorsque deux poutres sont portées en alignement sur un même appui, les plats S20 et S'20des pièces de fixation S et S' sont de préférence superposés, comme on le voit sur la figure 10, pour être traversés par un même goujon ; en variante, elles pourraient être indépendantes l'une de l'autre et traversées par des goujons respectifs.This fastening part S has a flat S 10 embedded in the end edge of the concrete frame and this flat has an orifice T lo for the passage of the end of the longitudinal section L of the steel frame, the end protruding then being welded to the flat, as best seen in Figures 10 and 11. On the other hand, the fixing part S has another flat S 20 intended to rest on the support of the beam, and this another plate S 20 has a light T 20 for the passage of a stud which will serve to fix the part S to the support of the beam. When two beams are brought into alignment on the same support, S dishes 20 and S '20 S fasteners and S' are superimposed Preferably, as seen in Figure 10, to be crossed by the same pin; alternatively, they could be independent of each other and crossed by respective studs.
L'appui sur lequel repose une extrémité de la poutre est un appui quelconque en soi selon les circonstances d'utilisation. Il peut s'agir par exemple d'un mur, d'un poteau ou d'une poutre transversale. Dans le cas où la poutre selon l'invention est destinée à constituer une panne dans une ferme de charpente, l'appui sera généralement une poutre disposée en arbalétrier. Dans une telle application, la membrure en béton assure la rigidité latérale et travaille très légèrement en flexion sous les charges du matériau qui constitue la couverture. Les efforts introduits par les phénomènes de flexion locale sont de second ordre par rapport aux efforts principaux.The support on which rests one end of the beam is any support in itself depending on the circumstances of use. It can be for example a wall, a post or a transverse beam. In the case where the beam according to the invention is intended to constitute a breakdown in a structural truss, the support will generally be a beam arranged as a crossbowman. In such an application, the concrete member provides lateral rigidity and works very slightly in bending under the loads of the material which constitutes the covering. The forces introduced by the local bending phenomena are second order compared to the main forces.
Pour réaliser de très grandes longueurs de poutres ou pour toute autre raison, il pourra être utile de donner à la membrure en béton B un profil en long spécial autre que rectiligne et les figures 12, 14 et 16 illustrent des exemples de réalisation où la membrure en béton a un profil en long trapézoïdal (figures 12 et 14) ou convexe (figure 16). Dans le cas de la figure 12; il faut assurer une continuité entre les membrures supérieures en acier des deux poutres qui se suivent sur un même appui.To make very long beams or for any other reason, it may be useful to give the concrete member B a special longitudinal profile other than straight and Figures 12, 14 and 16 illustrate exemplary embodiments where the concrete member has a long trapezoidal profile (Figures 12 and 1 4) or convex (Figure 16). In the case of Figure 12; continuity must be ensured between the upper steel members of the two beams which follow each other on the same support.
La fixation du profilé L à la pièce de fixation S peut aussi être obtenue par un moyen mécanique (boulonnage, etc.), par exemple en filetant ou en usinant l'extrémité du profilé L.The fixing of the profile L to the fixing piece S can also be obtained by mechanical means (bolting, etc.), for example by threading or machining the end of the profile L.
Les figures 22 à 28 concernent une variante de l'invention, plus particulièrement en vue de la réalisation de poutres de grande portée.FIGS. 22 to 28 relate to a variant of the invention, more particularly with a view to the production of long-span beams.
En effet, lorsque l'on veut réaliser des poutres de grande portée, on se heurte à deux problèmes :
- - il n'existe pas, dans le commerce, de ronds à béton de très gros diamètre,
- - les ronds à béton disponibles et transportables sont d'une longueur limitée.
- - there are no commercially available concrete rods of very large diameter,
- - the concrete bars available and transportable are of limited length.
Dans ces conditions, si on veut réaliser des poutres de grande portée, on est conduit à assembler plusieurs profilés bout à bout. Cet assemblage est onéreux et présente des difficultés.Under these conditions, if we want to make beams of great span, we are led to assemble several sections end to end. This assembly is expensive and presents difficulties.
La présente invention peut en particulier permettre la réalisation de poutres de grande portée, notamment pour réaliser des charpentes de couvertures industrielles ou sportives.The present invention can in particular allow the production of long-span beams, in particular for making frames for industrial or sports roofs.
On y parvient, selon la présente invention, en constituant la carène par un tube creux en acier apte à recevoir un câble de précontrainte qui sera ultérieurement mis en tension. En particulier, le tube est constitué d'un tronçon de tube unique ou de plusieurs tronçons de tubes fixés bout à bout par des soudures ou par des pièces de fixation, par exemple par des platines boulonnées. .This is achieved, according to the present invention, by constituting the hull by a hollow steel tube capable of receiving a prestressing cable which will later be tensioned. In particular, the tube consists of a single tube section or of several tube sections fixed end to end by welds or by fixing pieces, for example by bolted plates. .
Plus précisaient, la structure représentée sur les figures 20 et 21 comprend une poutre S constituée d'une membrure rectiligne en béton B et une membrure en acier A constituée d'une part par un tube T de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le haut lorsque la poutre est en position de service et, d'autre part, par des diagonales, par exemple des ronds à béton, disposées par couples C dont une - extrémité est soudée sur le tube et dont l'autre extrémité est noyée dans le béton de la membrure en béton B.More precisely, the structure shown in FIGS. 20 and 21 comprises a beam S consisting of a rectilinear concrete member B and a steel member A consisting on the one hand by a tube T of arcuate shape, the concavity of which faces up when the beam is in the service position and, secondly, by diagonals, e.g., concrete reinforcing bars arranged in pairs with a C - end is welded to the tube and whose other end is embedded in the concrete of the concrete member B.
On peut fabriquer ces poutres suivant la technique précédemment décrite, où les poutres sont fabriquées avec la membrure en acier disposée au-dessus de la membrure en béton.These beams can be made according to the technique described above, where the beams are made with the steel frame disposed above the concrete frame.
Un câble de précontrainte multitorons F est enfilé dans le tube et mis en tension suivant l'effort calculé, par des moyens quelconques connus en soi et de manière à apporter dans le tube des contraintes de compression toujours inférieures à la limite d'élasticité. Ces moyens sont schématisés sur la figure 20 par des cônes W. Ultérieurement, le tube est injecté de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de précontrainte et le protéger de la rouille.A multi-strand prestressing cable F is threaded into the tube and tensioned according to the calculated force, by any means known per se and so as to bring into the tube compressive stresses always below the elastic limit. These means are shown diagrammatically in FIG. 20 by cones W. Subsequently, the tube is injected with mortar or other curable medium to block the prestressing cable and protect it from rust.
On calcule la précontrainte en sorte que sous charge d'utilisation normale de la poutre, le tube reste légèrement comprimé.The prestressing is calculated so that under normal use load of the beam, the tube remains slightly compressed.
Si on augmente la charge, le câble de précontrainte s'allonge d'abord de quelques centimètres,puis le tube se met à travailler à la traction : à la rupture, tout l'acier est tendu.If the load is increased, the prestressing cable first lengthens by a few centimeters, then the tube begins to work in tension: at break, all the steel is tensioned.
Ce procédé présente de grands avantages car il autorise la préfabrication précédemment décrite dans des conditions normales.This process has great advantages because it allows the prefabrication described above under normal conditions.
La membrure tubulaire est éventuellement constituée de plusieurs tronçons, reliés par des platines boulonnées, ou soudés bout à bout. La soudure des tubes de gros diamètre est une opération connue et simple.The tubular member is possibly made up of several sections, connected by bolted plates, or welded end to end. The welding of large diameter tubes is a known and simple operation.
Après montage, on bénéficie de l'efficacité du câble de précontrainte.After assembly, we benefit from the efficiency of the prestressing cable.
L'invention utilise ainsi les câbles de précontrainte qui sont livrés en grande longueur alors - que les profilés tubulaires sont limités du fait de la difficulté de transport.The invention thus uses prestressing cables which are delivered in great length while - that the tubular profiles are limited due to the difficulty of transport.
Il est à noter que cette technique ne pénalise pas la quantité de métal utilisée pour la raison suivante : si on charge une telle structure jusqu'à la rupture, les aciers du tube et de précontrainte travaillent au maximum de leur capacité compte tenu de leurs possibilités d'allongement relatif.It should be noted that this technique does not penalize the quantity of metal used for the following reason: if one loads such a structure until rupture, the steels of the tube and prestressing work at the maximum of their capacity taking into account their possibilities relative elongation.
Or, dans le calcul à la rupture, la charge autorisée représente un pourcentage de la charge de rupture.However, in the failure calculation, the authorized load represents a percentage of the breaking load.
Le rapport entre ces deux charges - charge d'utilisation et charge de rupture - représente ce que l'on a coutume d'appeler le "coefficient de sécurité" de l'ossature concernée.The relationship between these two loads - working load and breaking load - represents what we usually call the "safety factor" of the frame concerned.
En outre, sous charge normale d'utilisation, le tube reste comprimé et ainsi la poutre se trouve dégagée du risque constitué par une mauvaise soudure dans l'assemblage des tubes bout à bout ; en notant toutefois que la capacité de résistance du tube a été testée par l'effort de traction engendré par le poids propre avant mise en tension du câble.In addition, under normal use load, the tube remains compressed and thus the beam is clear of the risk constituted by a bad weld in the assembly of the tubes end to end; noting however that the resistance capacity of the tube was tested by the tensile force generated by the self-weight before tensioning of the cable.
Dans cette réalisation, la précontrainte est réalisée après que la poutre ait été placée dans sa position de service. Il est possible d'utiliser les supports de la poutre pour réaliser la mise en tension du câble de précontrainte. Dans une variante particulière, le câble est mis en tension avant que la poutre soit mise en position de service.In this embodiment, the prestressing is carried out after the beam has been placed in its service position. It is possible to use the beam supports to tension the prestressing cable. In a particular variant, the cable is tensioned before the beam is placed in the service position.
Une poutre telle que décrite ci-dessus convient pour des portées de 20 à 50 mètres, par exemple.A beam as described above is suitable for spans from 20 to 50 meters, for example.
Pour des portées plus grandes, par exemple de 50 à 100 mètres, on préfère utiliser une poutre plus complexe constituée en fait de plusieurs poutres disposées bout à bout et traversées par un câble de précontrainte commun.For larger spans, for example 50 to 100 meters, it is preferable to use a more complex beam consisting in fact of several beams arranged end to end and crossed by a common prestressing cable.
Les figures 22 à 27 montrent schématiquement une réalisation d'une telle poutre.Figures 22 to 27 schematically show an embodiment of such a beam.
. La structure représentée sur la figure 22 comprend une poutre centrale S1 et deux poutres d'extrémité S2,S3. La poutre centrale S1 est constituée d'une membrure en béton B1, de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le bas lorsque la poutre est en position de service, et une membrure en acier , constituée d'une part par un tube T1, de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le haut lorsque la poutre est en position de service et, d'autre part, par des diagonales, disposées par couples C1, dont une extrémité est soudée sur le tube et dont l'autre extrémité est noyée dans le béton de la membrure en béton B.. The structure shown in FIG. 22 comprises a central beam S 1 and two end beams S 2 , S 3 . The central beam S 1 is made up of a concrete frame B 1 , of arcuate shape, the concavity of which turns downwards when the beam is in the service position, and a steel frame, formed on the one hand by a tube T 1 , of arcuate shape, the concavity of which is turned upwards when the beam is in the service position and, on the other hand, by diagonals, arranged in pairs C 1 , one end of which is welded to the tube and the other end of which is embedded in the concrete of the concrete member B.
Les poutres d'extrémité 82 et S3 ont une structure analogue mais les courbures des membrures sont moins accentuées et les positions relatives des membrures sont inversées.The end beams 8 2 and S 3 have a similar structure but the curvatures of the members are less accentuated and the relative positions of the members are reversed.
pour mettre en place lapoutre sur deux appuis ou poteaux P, on pose d'abord les deux poutres d'extrémité S2'S3 que l'on fixe chacune à l'un des poteaux P, en sorte que la membrure en acier soit au-dessus de la membrure en béton, puis on place entre ces deux poutres la poutre centrale S1 après l'avoir retournée (par rapport à sa position de fabrication) en sorte que la membrure en acier soit au-dessous de la membrure en béton et en sorte que le tube longitudinal T1 de la poutre centrale et les tubes longitudinaux T2,T3 des poutres d'extrémité S2,S3 se trouvent en continuité. Ces tubes sont soudés bout à bout, ou reliés par des platines métalliques boulonnées entre elles, tandis que les poutres en béton sont solidarisées par un moyen quelconque approprié, par exemple : platines métalliques soudées ou boulonnées.to set up lap or t r e on two supports or posts P , first place the two end beams S 2 ' S 3 which are each fixed to one of the posts P, so that the steel frame is above the concrete frame, then place between these two beams the central beam S 1 after having turned it over (in relation to its manufacturing position) so that the steel frame is below of the concrete member and so that the longitudinal tube T 1 of the central beam and the longitudinal tubes T 2 , T 3 of the end beams S 2 , S 3 are in continuity. These tubes are welded end to end, or connected by metal plates bolted together, while the concrete beams are secured by any suitable means, for example: welded or bolted metal plates.
Les figures 25et26 illustrent un exemple de réalisation de la jonction de la poutre centrale S1 et d'une poutre d'extrémité, par exemple la poutre S2. Les membrures en béton des deux poutres sont munies à leurs extrémités de platines K1,K2 qui sont ancrées dans les membrures par des tiges (par exemple des ronds à béton) ri,r2 soudées aux platines et noyées dans le béton. Pour assembler les deux membrures, on applique les platines l'une contre l'autre et on les fixe provisoirement par des boulons. Les deux platines sont ensuite soudées l'une à l'autre.FIGS. 25 and 26 illustrate an exemplary embodiment of the junction of the central beam S 1 and an end beam, for example the beam S 2 . The concrete members of the two beams are provided at their ends with plates K 1 , K 2 which are anchored in the members by rods (for example concrete rods) r i , r 2 welded to the plates and embedded in the concrete. To assemble the two frames, the plates are applied one against the other and temporarily fixed by bolts. The two plates are then welded to each other.
La structure à ce stade est stable sous son poids propre. Sous le poids propre de la poutre, le tube se trouve tendu.The structure at this stage is stable under its own weight. Under the dead weight of the beam, the tube is stretched.
Un câble de précontrainte multitorons F est alors enfilé dans les trois tubes et dans les poteaux P, de F1 à F2, et mis en tension suivant l'effort calculé, par des moyens quelconques connus en soi et de manière à apporter dans le tube des contraintes de compression toujours inférieures à la limite d'élasticité. Ultérieurement, le tube est injecté de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de précontrainte et le protéger de la rouille.A multi-strand prestressing cable F is then threaded into the three tubes and into the posts P, from F 1 to F 2 , and tensioned according to the calculated force, by any means known per se and so as to bring into the tube of the compressive stresses always lower than the elastic limit. Later, the tube is injected with mortar or other curable medium to block the prestressing cable and protect it from rust.
La figure 28 est relative à une structure de très grande portée réalisée en utilisant de travée en travée la technique exposée à propos de la figure 22, les câbles de précontrainte étant mis en place par travée, de F1 à F21 de F2 à F3, de F3 à F4, etc...FIG. 28 relates to a very long-span structure produced using the technique explained in connection with FIG. 22 from span to span, the prestressing cables being installed by span, from F 1 to F 21 from F 2 to F 3 , from F 3 to F 4 , etc ...
Il va de soi que dans une poutre complexe, le nombre des membrures en béton successives est généralement de deux ou trois mais il peut également être supérieur. On comprendra également que, selon les cas, le tube de la carène en acier a ses extrémités qui sont noyées dans la membrure en béton ou qui traversent la membrure en béton.It goes without saying that in a complex beam, the number of successive concrete members is generally two or three, but it can also be greater. It will also be understood that, depending on the case, the steel hull tube has its ends which are embedded in the concrete member or which pass through the concrete member.
Les poutres et les structures de cette variante de l'invention (décrite au regard des figures 20 à 28) sont notamment destinées à réaliser des charpentes de couverture, la couverture se situant dans le prolongement de la membrure en béton, c'est-à-dire suivant la surface courbe constituée par des lignes droites et horizontales s'appuyant sur les membrures en béton. Il va de soi cependant que l'invention n'est pas limitée à cette application : une autre application importante de l'invention est la réalisation de ponts.The beams and structures of this variant of the invention (described with regard to FIGS. 20 to 28) are in particular intended to produce roof frames, the cover being located in the extension of the concrete frame, that is to say - say along the curved surface formed by straight and horizontal lines resting on the concrete members. It goes without saying, however, that the invention is not limited to this application: another important application of the invention is the production of bridges.
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