EP1129264B1 - Cable a fils paralleles pour structure d'ouvrage de construction, ancrage d'un tel cable, et procede d'ancrage - Google Patents

Cable a fils paralleles pour structure d'ouvrage de construction, ancrage d'un tel cable, et procede d'ancrage Download PDF

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EP1129264B1
EP1129264B1 EP00962608A EP00962608A EP1129264B1 EP 1129264 B1 EP1129264 B1 EP 1129264B1 EP 00962608 A EP00962608 A EP 00962608A EP 00962608 A EP00962608 A EP 00962608A EP 1129264 B1 EP1129264 B1 EP 1129264B1
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EP
European Patent Office
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wires
reinforcement
sheath
cable
solid
Prior art date
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EP00962608A
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Jérôme Stubler
Patrick Ladret
Jean-Claude Percheron
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Freyssinet SAS
Original Assignee
Freyssinet SAS
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Publication date
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    • Y10T428/2973—Particular cross section

Definitions

  • the present invention relates to the field of reinforcements used in structures of construction work.
  • the invention aims particularly, but not exclusively, among these structures, those that are intended to equip cable stayed bridges, suspended or otherwise.
  • the frames usually encountered in such structures include a number of wires.
  • the various constituent son are generally twisted around a central wire.
  • This arrangement is used to make a strand, also called strand, from reduced diameter wires.
  • the mechanical characteristics of the strand obtained are higher than those of a single-strand wire whose section is equivalent to that of said strand.
  • Twisting the peripheral threads around a central thread makes the strand or strand wires integral with one another and reduces the bending inertia of the assembly. This gives a reinforcement unit from very high strength son.
  • the embodiment of the twisted strand or strand requires a particular stranding operation which is expensive.
  • this operation causes a differential elongation between the central wire and the peripheral wires.
  • the peripheral wires are then less stressed than the central wire, inducing an apparent modulus of elasticity of the lower strand than that of each constituent wire.
  • the fatigue behavior of a strand as defined above is less efficient than that of the wire that constitutes it.
  • the differential elongation between the peripheral wires and the central wire indeed causes differential movements with the radial pressure and therefore a friction between the son unfavorable to fatigue.
  • a further disadvantage lies in the work hardening resulting from the stranding which creates a steep steel with residual internal stresses making it less ductile and therefore susceptible to creep or relaxation depending on the type of stress.
  • an operation is performed consisting in exerting a high temperature voltage close to 400 ° C. This operation generates an additional cost and can be delicate because it requires a high temperature accuracy when the son are galvanized son or galfanisés. It must not exceed the melting temperature of zinc while not reducing the temperature too much otherwise the operation will be ineffective.
  • a spacer device makes it possible to fill the spaces between the threads around the central thread with a flexible product such as grease or wax. This operation creates, because of the need to untwist and twist the son again, a new hardening by deformation of the peripheral son, which reduces the ductility of the strand.
  • the invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by providing an armature whose mechanical performance is equivalent to and equal to that of each of the son that constitute it.
  • an armature of the kind in question is essentially characterized in that the son are substantially parallel to each other to form a bundle and in that it comprises a plastic sheath which has a lobed inner wall which is provided with depressions and projections, the peripheral wires being housed in the recess and the projections extending into the grooves.
  • the subject of the invention is also a cable for a construction structure structure comprising at least two reinforcements as defined above.
  • the invention further relates to a method of conditioning an armature as defined above, by parallel winding on a drum by performing a complete twist on a lathe.
  • the subject of the invention is a method for implementing a construction structure of an armature as defined above, consisting in that, in at least a portion of the armature, the wires are stripped. solid and anchored stripped son to at least one constituent part of the construction work so as to work the armature in traction.
  • all the solid wires of the armature are collectively jammed in an anchor jaw.
  • the structure of building structure 1 shown in Figure 1 is for example a suspension bridge.
  • This bridge conventionally comprises an apron 2, two pylons 3, two parallel carrying cables 4, only one being visible in the figure, and a plurality of lines 5 which are attached to the cables 4, and which carry the deck 2.
  • the carrying cables 4 are stretched between two ground anchors 6 located at both ends of the bridge, and they are supported by the two pylons 3.
  • Each carrier cable 4 consists of one or more armatures 10 according to a first embodiment of the invention such as that represented in FIG.
  • Each armature 10 consists of a set of solid wires 11 which form a bundle wrapped in a sheath 12.
  • the armature 10 thus formed is also called strand, and can be joined to other strands to form the cable 4.
  • armature is meant a flexible assembly that can be rolled up to be stored and transported, and then unrolled to be installed in a construction work.
  • the son 11 are generally seven in number and comprise a central wire 13 around which are disposed six peripheral son 14.
  • the son 13 and 14 extend parallel to each other and are for example made of steel.
  • the son 13 and 14 are mutually in contact according to their generator. Only the central wire 13 is in contact with all the other peripheral wires 14. The wires The peripherals 14 are mutually spaced apart and define grooves 15 which face towards the outside of the wire bundle 13, 14.
  • All the son 13 and 14 is extruded with the sheath 12.
  • This sheath forms an outer flexible plastic envelope which may be HDPE or amorphous polypropylene.
  • the sheath 12 ensures the cohesion of all the son 13 and 14.
  • the sheath 12 is of hollow cylindrical shape and has an outer wall 16 and an inner wall 17. The thickness of the sheath is small relative to its length.
  • the outer wall 16 is, in cross section, circular while the inner wall 17 is, in cross section, lobed.
  • This wall thus has recesses 18 and projections 19 which alternate alternately along the circumference of the inner wall.
  • peripheral cables 14 are housed in the recesses 18 and the projections 19 extend between the cables 14 in the grooves 15. Thus, the peripheral cables are firmly held by the sheath.
  • the armature 20 is distinguished from the armature 10 only by the shape of the outer wall of the sheath or sheath 22.
  • This sheath has an outer wall 26 and an inner wall 27 which are in cross-section, both of lobed form.
  • the inner wall 27 is similar to the inner wall 17 of the sheath 12 of the first embodiment and is provided with recesses 28 and projections 29.
  • the outer wall 26 has recesses and projections respectively in correspondence of the projections and recesses of the inner wall 27.
  • the armature 30 of the third embodiment shown in FIG. 4 differs from the previously described armature 20 only in that the wires 13 and 14 are embedded in an elastomeric matrix 31 such as polybutadiene or the like. This matrix occupies the interstices between the wires 13, 14.
  • the elastomer 31 adheres to the yarns, by surface adhesion, preferably by chemical bonding with the sheath 22 to increase this adhesion.
  • the matrix may be a lubricant such as wax or grease to reduce friction between the wires and the sheath.
  • the armature 40 differs from the armature 30 described with reference to FIG. 4 by the external shape of the sheath 42.
  • the outer wall 46 of this sheath is no longer lobed shape in cross section, but of polygonal shape. This shape facilitates the juxtaposition of the reinforcements or strands in order to constitute a cable 50 such as that shown in FIG. 6.
  • the spaces between the strands 40 may be occupied by a matrix similar to that described above.
  • the strand thus obtained according to one of the embodiments has a mechanical strength, a modulus of elasticity, fatigue performance and ductility of equivalent values and even equal to those of each wire constituting it.
  • the strand In order to be packaged and transported into the area of the construction work, the strand is wound on a drum by performing a complete twist on a lathe.
  • the pitch is of the order of one to three meters so that residual stresses in the elastic domain are stored in each constituent wire.
  • the reinforcement obtained according to one of the embodiments is implemented within the structure 1 to have the function of one of the cables 4 or lines 5.
  • a portion the armature for example the end, is stripped by removing the sheath.
  • the son thus stripped are fixed by means of jaws, for example in the ground anchors 6, and the rest of the armature extends towards the pillars 3 so as to work the armature in traction.
  • the set of son 13,14 are for example collectively stuck in the anchor jaw.

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Description

  • La présente invention concerne le domaine des armatures utilisées dans des structures d'ouvrage de construction.
  • L'invention vise notamment, mais non exclusivement, parmi ces structures, celles qui sont destinées à équiper les ponts haubanés, suspendus ou autre. Les armatures habituellement rencontrées dans de telles structures comprennent un certain nombre de fils.
  • Dans les modes de réalisation connus des armatures du genre en question, voir par exemple EP-A-0855471, les différents fils constitutifs sont généralement torsadés autour d'un fil central. Cette disposition est utilisée pour réaliser un brin, également appelé toron, à partir de fils de diamètres réduits. Les caractéristiques mécaniques du brin obtenu sont plus élevées que celles d'un brin à fil unique dont la section serait équivalente à celle dudit brin.
  • Torsader les fils périphériques autour d'un fil central rend solidaires entre eux les fils du brin ou toron et réduit l'inertie de flexion de l'ensemble. On obtient ainsi une unité d'armature à partir de fils de très haute résistance.
  • Toutefois, la réalisation du brin torsadé ou toron nécessite une opération particulière de toronnage qui est coûteuse. De plus, cette opération provoque un allongement différentiel entre le fil central et les fils périphériques. Les fils périphériques sont alors moins sollicités que le fil central, induisant un module d'élasticité apparent du brin inférieur à celui de chaque fil constitutif.
  • En outre, le comportement en fatigue d'un brin tel que défini ci-dessus est moins performant que celui du fil qui le constitue. L'allongement différentiel entre les fils périphériques et le fil central provoque en effet des mouvements différentiels avec la pression radiale et donc un frottement entre les fils peu favorable à la fatigue.
  • Un inconvénient supplémentaire réside dans l'écrouissage résultant du toronnage qui crée un acier raide avec des tensions internes résiduelles le rendant moins ductile et donc susceptible de fluage ou de relaxation selon le type de sollicitation. Pour tenter de réduire cet inconvénient, on procède à une opération consistant à exercer une tension sous haute température voisine de 400°C. Cette opération engendre un surcoût et peut être délicate car elle exige une grande précision de température lorsque les fils sont des fils galvanisés ou galfanisés. Il ne faut en effet pas dépasser la température de fusion du zinc tout en ne diminuant pas trop la température sous peine de rendre l'opération inefficace.
  • En outre, afin d'obtenir une bonne protection contre la corrosion, il est d'usage d'extruder sur le brin un film en matière plastique. Préalablement à cette opération d'extrusion, un dispositif écarteur permet de remplir les espaces entre les fils autour du fil central avec un produit souple tel que de la graisse ou de la cire. Cette opération crée, du fait de la nécessité de détorsader et de torsader à nouveau les fils, un nouvel écrouissage par déformation des fils périphériques, ce qui réduit la ductilité du brin.
  • L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en fournissant une armature dont les performances mécaniques sont équivalentes et même égales à celles de chacun des fils qui la constituent.
  • A cet effet, selon l'invention, une armature du genre en question est essentiellement caractérisée en ce que les fils sont sensiblement parallèles entre eux pour former un faisceau et en ce qu'elle comprend une gaine en matière plastique qui possède une paroi intérieure lobée qui est munie de creux et de saillies, les fils périphériques étant logés dans le creux et les saillies s'étendant dans les gorges.
  • Grâce à cette disposition, la cohésion de l'armature obtenue est préservée tandis que les caractéristiques mécaniques de l'armature sont équivalentes ou égales à celles d'un fil constitutif.
  • Dans des modes de réalisation préférés de l'armature selon l'invention, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
    • les fils pleins sont des fils métalliques ;
    • les fils pleins sont des fils en matériau composite ;
    • la gaine possède une paroi extérieure de forme circulaire en section transversale ;
    • la gaine possède une paroi extérieure de forme lobée en section transversale ;
    • la gaine possède une paroi extérieure de forme sensiblement polygonale en section transversale ;
    • la gaine et les fils délimitent des interstices qui sont remplis d'un lubrifiant choisi parmi la cire et la graisse ; et
    • la gaine et les fils délimitent des interstices qui sont remplis par un dispositif de collage.
  • Par ailleurs, l'invention a également pour objet un câble pour structure d'ouvrage de construction comprenant au moins deux armatures telles que définies ci-dessus.
  • L'invention a en outre pour objet un procédé de conditionnement d'une armature tel que définie ci-dessus, par enroulement parallèle sur un touret en effectuant une torsion complète sur un tour.
  • Enfin, l'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre dans un ouvrage de construction, d'une armature telle que définie ci-dessus, consistant en ce que, dans au moins une portion de l'armature, on dénude les fils pleins et on ancre les fils dénudés à au moins une partie constitutive de l'ouvrage de construction de façon à faire travailler l'armature en traction.
  • De manière avantageuse, l'ensemble des fils pleins de l'armature sont coincés collectivement dans un mors d'ancrage.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique générale d'un pont suspendu comprenant des armatures selon la présente invention ; et
    • les figures 2 à 6 sont respectivement des vues en coupe transversale d'une armature selon une première, deuxième, troisième, quatrième et cinquième formes de réalisation.
  • La structure d'ouvrage de construction 1 représentée à la figure 1 est par exemple un pont suspendu. Ce pont comporte classiquement un tablier 2, deux pylônes 3, deux câbles porteurs parallèles 4, un seul étant visible sur la figure, et une pluralité de suspentes 5 qui sont accrochées aux câbles 4, et qui portent le tablier 2.
  • Les câbles porteurs 4 sont tendus entre deux ancrages au sol 6 situés aux deux extrémités du pont, et ils sont soutenus par les deux pylônes 3.
  • Chaque câble porteur 4 est constitué d'une ou plusieurs armatures 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention tel que celui représenté à la figure 2.
  • Chaque armature 10 est constituée d'un ensemble de fils pleins 11 qui forment un faisceau enveloppé dans une gaine 12. L'armature 10 ainsi formée est aussi appelée brin, et peut être réunie à d'autres brins pour former le câble 4. On comprend ainsi que, par armature, on désigne un ensemble flexible qui peut être enroulé pour être stocké et transporté, puis est déroulé pour être installé dans un ouvrage de construction.
  • Dans un brin, les fils 11 sont généralement au nombre de sept et comprennent un fil central 13 autour duquel sont disposés six fils périphériques 14. Les fils 13 et 14 s'étendent parallèlement entre eux et sont par exemple réalisés en acier.
  • Les fils 13 et 14 sont mutuellement en contact selon leur génératrice. Seul le fil central 13 est en contact avec tous les autres fils périphériques 14. Les fils périphériques 14 sont mutuellement écartés deux à deux et délimitent des gorges 15 qui sont tournées vers l'extérieur du faisceau de fils 13,14.
  • L'ensemble des fils 13 et 14 est extrudé avec la gaine 12. Cette gaine forme une enveloppe extérieure en matière plastique flexible qui peut être du PEHD ou du polypropylène amorphe. La gaine 12 assure la cohésion de l'ensemble des fils 13 et 14.
  • La gaine 12 est de forme cylindrique creuse et possède une paroi extérieure 16 et une paroi intérieure 17. L'épaisseur de la gaine est faible par rapport à sa longueur.
  • Dans le premier mode de réalisation (figure 2), la paroi extérieure 16 est, en section transversale, de forme circulaire tandis que la paroi intérieure 17 est, en section transversale, lobée. Cette paroi possède ainsi des creux 18 et des saillies 19 qui se succèdent alternativement le long de la circonférence de la paroi intérieure.
  • Les câbles périphériques 14 sont logés dans les creux 18 et les saillies 19 s'étendent entre les câbles 14 dans les gorges 15. Ainsi, les câbles périphériques sont fermement maintenus par la gaine.
  • Dans un deuxième mode de réalisation, tel que celui représenté à la figure 3, l'armature 20 se distingue de l'armature 10 uniquement par la forme de la paroi extérieure de la gaine ou gaine 22. Cette gaine possède une paroi extérieure 26 et une paroi intérieure 27 qui sont, en coupe transversale, toutes les deux de forme lobée.
  • La paroi intérieure 27 est semblable à la paroi intérieure 17 de la gaine 12 du premier mode réalisation et est munie de creux 28 et de saillies 29. La paroi extérieure 26 possède des creux et des saillies respectivement en correspondance des saillies et des creux de la paroi intérieure 27.
  • L'armature 30 du troisième mode de réalisation représenté à la figure 4, diffère de l'armature 20 précédemment décrite uniquement par le fait que les fils 13 et 14 sont noyés dans une matrice en élastomère 31 tel que du polybutadiène ou similaire. Cette matrice occupe les interstices situés entre les fils 13,14. L'élastomère 31 adhère sur les fils, par adhérence de surface, de préférence, par liaison chimique avec la gaine 22 pour augmenter cette adhérence. En variante, la matrice peut être un lubrifiant tel que de la cire ou de la graisse afin de réduire le frottement entre les fils et la gaine.
  • Dans la quatrième forme de réalisation représentée à la figure 5, l'armature 40 diffère de l'armature 30 décrite en regard de la figure 4 par la forme extérieure de la gaine 42. La paroi extérieure 46 de cette gaine n'est plus de forme lobée en section transversale, mais de forme polygonale. Cette forme facilite la juxtaposition des armatures ou brins afin de constituer un câble 50 tel que celui représenté à figure 6. Les espaces entre les brins 40 peuvent être occupés par un matrice semblable à celle décrite ci-dessus.
  • En variante, il est possible de juxtaposer des armatures 40 dont les fils sont de diamètres différents d'une armature à l'autre.
  • Le brin ainsi obtenu selon l'un des modes de réalisation possède une résistance mécanique, un module d'élasticité, des performances en fatigue et une ductilité de valeurs équivalentes et mêmes égales à celles de chaque fil qui le constitue.
  • Afin d'être conditionné et transporté jusque dans la zone de l'ouvrage de construction, le brin est enroulé sur un touret en effectuant une torsion complète sur un tour. Le pas est de l'ordre de un à trois mètres de sorte que des contraintes résiduelles dans le domaine élastique sont emmagasinées dans chaque fil constitutif.
  • Par ailleurs, l'armature obtenue selon l'un des modes de réalisation est mise en oeuvre au sein de l'ouvrage de construction 1 pour avoir la fonction de l'un des câbles 4 ou des suspentes 5. A cet effet, une portion de l'armature, par exemple l'extrémité, est dénudée en retirant la gaine. Les fils ainsi dénudés sont fixés au moyen de mors, par exemple dans les ancrages au sol 6, et le reste de l'armature s'étend en direction des piliers 3 de manière à faire travailler l'armature en traction.
  • L'ensemble des fils 13,14 sont par exemple collectivement coincés dans le mors d'ancrage.

Claims (12)

  1. Armature (10;20;30;40) pour structure d'ouvrage de construction (1) comprenant un ensemble de fils pleins (13,14) pour former un faisceau comprenant un fil central (13) et des fils périphériques (14) entourés par une gaine (12;22;42) en matière plastique, les fils périphériques (14) étant tangents au fil central (13) et mutuellement écartés en délimitant des gorges (15), la gaine (12;22;42) étant en matière plastique flexible extrudée sur le faisceau, la gaine (12;22;42) étant de forme extérieure cylindrique caractérisée en ce que les fils (13,14) sont sensiblement parallèles entre eux et en ce que la gaine (12;22;42) possède une paroi intérieure lobée (17;27) qui est munie de creux (18;28) et de saillies (19;29), les fils périphériques (14) étant logés dans les creux (18;28) et les saillies (19;29) s'étendant dans les gorges (15).
  2. Armature (10;20;30;40) selon la revendication 1, dans laquelle les fils pleins (13,14) sont des fils métalliques.
  3. Armature (10;20;30;40) selon la revendication 1 dans laquelle les fils pleins (13,14) sont des fils en matériau composite.
  4. Armature (10;20;30;40) selon la revendication 1, dans laquelle la gaine (12) possède une paroi extérieure (16) de forme circulaire en section transversale.
  5. Armature (10;20;30;40) selon la revendication 1, dans laquelle la gaine (22) possède une paroi extérieure (26) de forme lobée en section transversale.
  6. Armature (10;20;30;40) selon la revendication 1, dans laquelle la gaine (42) possède une paroi extérieure (46) de forme sensiblement polygonale en section transversale.
  7. Armature (10;20;30;40) selon la revendications 1, dans laquelle la gaine (12;22;42) et les fils (13,14) délimitent des interstices qui sont remplis d'un lubrifiant choisi parmi la cire et la graisse.
  8. Armature (10;20;30;40) selon l'une la revendication 1, dans laquelle la gaine (12;22;42) et les fils (13,14) délimitent des interstices qui sont remplis par un dispositif de collage.
  9. Câble (4;5;50) pour structure d'ouvrage de construction comprenant au moins deux armatures (10;20;30;40) selon la revendication 1.
  10. Procédé de conditionnement d'une armature selon la revendications 1, par enroulement parallèle de l'armature (10;20;30;40) sur un touret en effectuant une torsion complète sur un tour.
  11. Procédé de mise en oeuvre dans un ouvrage de construction d'une armature selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans au moins une portion de l'armature (10;20;30;40), on dénude les fils pleins (13,14) et on ancre les fils dénudés à au moins une partie constitutive (6) de l'ouvrage de construction (1) de façon à faire travailler l'armature (10;20;30;40) en traction.
  12. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 11, dans lequel l'ensemble des fils pleins (13,14) de l'armature (10;20;30;40) sont coincés collectivement dans un mors d'ancrage.
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