EP0337120A1 - Poutre mixte reconstituée - Google Patents

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EP0337120A1
EP0337120A1 EP89104250A EP89104250A EP0337120A1 EP 0337120 A1 EP0337120 A1 EP 0337120A1 EP 89104250 A EP89104250 A EP 89104250A EP 89104250 A EP89104250 A EP 89104250A EP 0337120 A1 EP0337120 A1 EP 0337120A1
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core
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Withdrawn
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EP89104250A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Baptiste Schleich
René Pepin
Achim Rubert
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Arcelor Luxembourg SA
Original Assignee
Arbed SA
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17—Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E04B5/29—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated the prefabricated parts of the beams consisting wholly of metal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete
    • E04C3/294—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete of concrete combined with a girder-like structure extending laterally outside the element

Definitions

  • the present invention relates to a reconstituted composite beam comprising a steel section, the core of which has recesses, reinforcing elements and concrete.
  • the invention aims to provide a composite steel-concrete beam of low height, compact and light.
  • the idea underlying the invention consists in compensating for the loss of rigidity due to the cells in the beam by an optimal interaction beam, concrete slab and reinforcements embedded in the concrete but integral with the beams.
  • the beam-reinforced concrete connection can in principle be carried out by any connector means, such as stud, concrete rod, trellis etc., fixed on the beam and guaranteeing collaboration between the latter and the concrete slab.
  • the concrete must have a minimum thickness. and a high compressive strength, such as of type C 40.
  • the slab is subjected to the usual longitudinal pressure to which is superposed in the present case a localized bending in the cells in the beam.
  • the core 5 of the beam comprises cells 7 of trapezoidal shape separated by teeth 8; the studs 2 are located above all at the level of the teeth.
  • the cells must not extend over the entire height of the core, but a sufficient height of material must be kept to absorb the shearing forces. This height, which is a function of the type of beam - quality of the steel, thickness of the core - is for example 20% of the total height of the core.
  • Both the size and the shape of the cells - trapezoidal, triangular, circular, square, etc. - can vary within wide limits. Note, however, that the quantity of material removed must at most be equal to half the quantity of material from the starting core. It is possible to choose a uniform tooth width over the entire length of the beam.
  • a more elegant way of proceeding is to take a beam obtained by rolling, for example of the IPEA or HEAA type, to cut it along a trapezoidal line into two equivalent parts and to solder a flat iron on each set of teeth. This makes it possible to reconstruct two mixed cellular beams from a single laminated beam, which represents a definite economic advantage.
  • the beams are spaced 2.40 meters apart, for example, and have the following characteristics: core height: 300 mm upper wing thickness: 15 mm upper wing width: 150 mm lower wing thickness: 13 mm lower wing width: 300 mm cell height: 250 mm large base of a cell: 500 mm small base of a cell: 200 mm number of studs per tooth: 4 concrete layer thickness: 120 mm
  • the whole, beam-concrete, as shown in FIG. 2, can be prefabricated at the factory and sold in widths and lengths up to 3 m and 10 m respectively.
  • the dimensions of this prefabrication are obviously limited by the means of transport available.

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Abstract

La poutre mixte comprend un profilé en acier (4) dont l'âme (5) présente des évidements (7), une dalle en béton (1) et des éléments d'arma­tures (9). Le profilé en acier (4) comporte deux ailes dont l'une (3) est pourvue de goujons (2) soudés sur sa surface extérieure qui, elle, est de façon solidaire en contact avec la dalle en béton (1) et dont l'autre (6) se trouve à l'air libre.

Description

  • La présente invention concerne une poutre mixte reconstituée compor­tant un profilé en acier dont l'âme présente des évidements, des éléments d'armature et du béton.
  • La construction mixte acier-béton est réputée depuis des années pour ses propriétés statiques et dynamiques exceptionnelles. Les efforts pour augmenter la résistance, la légèreté et l'attrait économique de ces constructions datent du temps de l'avant-guerre. A cette époque on utilisait déjà des poutrelles métalliques à âmes évidées - voir en particulier le brevet FR 706.311. La réalisation de telles poutrelles comprend deux étapes: Le découpage d'une poutrelle laminée à l'aide - par exemple - d'un chalumeau suivant une ligne brisée ou courbe; ensuite l'assemblage des tronçons ainsi obtenus en réunissant les parties saillantes de l'un des tronçons avec les précédentes parties saillantes de l'autre tronçon. Les tronçons de la poutre initiale peuvent être rendus solidaires par l'interposi­tion d'éléments en tôle rectangulaire. Il est également possible d'augmenter la rigidité de la nouvelle poutrelle par l'adjonction d'éléments profilés supplémentaires. Ces poutrelles n'ont eu à l'époque qu'un succès limité à cause de leur prix de revient élevé. Depuis, la réalisation de ces poutrelles a été entièrement automa­tisée à l'aide de machines découpant en zigzag suivant un programme donné, au chalumeau. Immédiatement après le découpage et sans inter­ruption a lieu un dressage et un soudage automatique. Une diminution plus grande des prix de fabrication peut être obtenue en utilisant une presse à découper. Or, ces poutrelles alvéolaires, qui ont d'un côté une plus grande rigidité et qui sont aptes à supporter de plus grandes charges ont une hauteur nettement supérieure à celle d'une poutrelle pleine. Cette caractéristique leur ôte tout intérêt dans la construction acier-béton, étant donné qu'elle entranerait une augmentation substantielle de la hauteur totale d'un étage et donc du bâtiment complet.
  • L'invention a comme but de proposer une poutre mixte acier-béton de faible hauteur, compacte et légère.
  • Ce but est atteint par la poutre selon l'invention telle qu'elle est caractérisée dans la revendication 1. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les revendications dépendantes.
  • Les avantages qui découlent de l'invention proviennent principale­ment de sa compacité et de son poids réduit (se réflétant dans le prix de la matière, le transport, le montage et le poids de la con­struction). Il y a en outre possibilité de faire passer les canali­sations, les conduits de climatisation etc. à travers les alvéoles, donc facilité de redisposition ultérieure; de plus le faux plafond peut être au contact direct de l'aile inférieure des poutres.
  • L'idée à la base de l'invention consiste à compenser la perte de rigidité due aux alvéoles dans la poutrelle par une interaction optimale poutrelle, dalle en béton et armatures noyées dans le béton mais solidaires des poutrelles. La liaison poutrelle-béton arme peut en principe être réalisée par n'importe quel moyen connecteur, tel que goujon, rond à béton, treillis etc., fixé sur la poutrelle et garantissant la collaboration entre celle-ci et la dalle en béton. Pour certaines applications, il sera nécessaire de recourir à des poutrelles constituées par de l'acier de qualité supérieure, à très haute limite d'élasticité, tel que de l'acier du type FeE 460. Pareillement, le béton devra avoir une épaisseur minimale et une résistance à la compression élevée, tel que du type C 40. Il y a lieu de noter que la dalle est soumise à la pression longitudinale habituelle à laquelle se superpose dans le cas présent une flexion localisée aux alvéoles dans la poutrelle.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de dessins qui en montrent un mode d'exécution possible. On distingue en
    • - Fig. 1 une coupe d'un plancher supporté par une poutre mixte reconstituée et en
    • - Fig. 2 une coupe selon la ligne II - II à travers la Fig. 1.
  • On distingue sur les figures, la couche de béton 1 du plancher dans laquelle sont noyés les armatures 9 et les goujons 2 soudés sur l'aile supérieure 3 de la poutrelle 4. L'âme 5 de la poutrelle comporte des alvéoles 7 de forme trapézoïdale séparées par des dents 8; les goujons 2 sont localisés avant tout au niveau des dents. Les alvéoles ne doivent pas s'étendre sur toute la hauteur de l'âme, mais il faut conserver une hauteur suffisante de matière pour absor­ber les efforts de cisaillement. Cette hauteur, qui est fonction du type de poutrelle - qualité de l'acier, épaisseur de l'âme - vaut par exemple 20 % de la hauteur totale de l'âme. La dimension tout comme la forme des alvéoles - trapézoïdale, triangulaire, circu­laire, carrée, etc.- peut varier dans de larges proportions. Notons cependant que la quantité de matière enlevée doit au plus être égale à la moitié de la quantité de matière de l'âme de départ. Il est possible de choisir une largeur de dent uniforme sur toute la longueur de la poutrelle.
  • Bien qu'il soit en principe possible d'employer des poutrelles laminées à ailes symétriques, il est souvent avantageux d'employer des poutrelles reconstituées. Cette technique permet de choisir pour chaque aile, les épaisseurs et largeurs optimales; l'aile supérieure 3, fournissant l'assise pour le béton et pour les goujons, peut être plus faiblement dimensionné que l'aile inférieure 6 devant absorber la majorité des efforts de traction. Pour réaliser ces poutrelles reconstituées on peut prendre des profilés en T, découper des alvéoles dans l'âme et souder sur le profil au niveau des dents un fer plat ayant les dimensions requises.
  • Une façon de procéder plus élégante consiste à prendre une poutrelle obtenue par laminage, par exemple du type IPEA ou HEAA, de découper celle-ci le long d'un tracé trapézoïdal en deux parties équivalentes et de souder sur chaque série de dents un fer plat. Ceci permet de reconstituer deux poutrelles mixtes alvéolaires à partir d'une seule poutrelle laminée, ce qui représente un atout économique certain.
  • Dans l'exemple d'exécution représenté, les poutrelles sont espacées de 2,40 mètres p.ex. et possèdent les caractéristiques suivantes:
    hauteur de l'âme : 300 mm
    épaisseur aile supérieure : 15 mm
    largeur aile supérieure : 150 mm
    épaisseur aile inférieure : 13 mm
    largeur aile inférieure : 300 mm
    hauteur alvéoles : 250 mm
    grande base d'une alvéole : 500 mm
    petite base d'une alvéole : 200 mm
    nombre de goujons par dent : 4
    épaisseur de la couche de béton : 120 mm
  • L'ensemble, poutrelle-béton, tel que représenté en Fig. 2, peut être préfabriqué à l'usine et vendu en largeurs et longueurs allant jusqu'à 3 m respectivement 10 m. Les dimensions de cette préfabrica­tion sont évidemment limitées par les moyens de transport disponi­bles.

Claims (10)

1. Poutre mixte reconstituée comportant un profilé en acier dont l'âme présente des évidements, des éléments d'armature et du béton, caractérisée en ce que le profilé (4) présente deux ailes, dont la première (3) est en contact au moins sur toute sa surface externe avec une dalle (1) en béton munie d'armatures (9) et dont la deuxième (6) se trouve à l'air libre, en ce que les évidements (7) dans l'âme s'étendent depuis la dite première aile (3) sur au plus 90 % de la hauteur de l'âme et en ce que des moyens connec­teurs sont fixés sur la face externe de la dite première aile (3) au moins aux endroits où l'ame ne présente pas d'évidement et s'étendent dans la dalle en béton (1) armé.
2. Poutre mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les évidements (7) ont une forme trapézoïdale, carrée, circulaire ou ovale.
3. Poutre mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dalle en béton a au moins une épaisseur de 10 centimètres.
4. Poutre mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens connecteurs sont des goujons (2) soudés sur la face externe de la dite première aile.
5. Poutre mixte selon la revendication 4, caractérisée en ce que les goujons (2) sont disposés par groupes de quatre.
6. Poutre mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un évidement (7) s'étend au plus sur 80 % de la hauteur de l'âme.
7. Poutre mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite première aile (3) du profilé présente une largeur inférieure à la dite deuxième aile (6).
8. Poutre mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite première aile (3) du profilé présente une épaisseur inférieure à la dite deuxième aile (6).
9. Poutre mixte selon les revendications 1, 7 ou 8, caractérisée en ce que la dite première aile (3) du profilé présente un acier de qualité inférieure à celle de la dite deuxième aile (6).
10. Poutre mixte selon les revendications 1 ou 9, caractérisée en ce que l'acier de la deuxième aile (6) est au moins du type FeE460.
EP89104250A 1988-04-11 1989-03-10 Poutre mixte reconstituée Withdrawn EP0337120A1 (fr)

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