EP2851479B1 - Système de renforcement contre le poinconnement avec des tiges transversales ayant des têtes d'ancrage - Google Patents

Système de renforcement contre le poinconnement avec des tiges transversales ayant des têtes d'ancrage Download PDF

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EP2851479B1
EP2851479B1 EP14000488.8A EP14000488A EP2851479B1 EP 2851479 B1 EP2851479 B1 EP 2851479B1 EP 14000488 A EP14000488 A EP 14000488A EP 2851479 B1 EP2851479 B1 EP 2851479B1
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Aurelio Muttoni
Miguel Fernández Ruiz
Marc Barras
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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
    • E04B5/43—Floor structures of extraordinary design; Features relating to the elastic stability; Floor structures specially designed for resting on columns only, e.g. mushroom floors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E04C5/06—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of high bending resistance, i.e. of essentially three-dimensional extent, e.g. lattice girders
    • E04C5/0645—Shear reinforcements, e.g. shearheads for floor slabs

Description

    INTRODUCTIONINTRODUCTION
  • Les zones d'appui des dalles en béton armé et/ou précontraint sont soumises à des efforts de flexion et de cisaillement très importants. Elles sont ainsi souvent déterminantes pour la résistance et la capacité de déformation de la structure [1].The support zones of the reinforced and / or prestressed concrete slabs are subjected to very high bending and shearing forces. They are thus often determining for the resistance and the capacity of deformation of the structure [1].
  • Des défaillances dans les zones d'appui ont normalement lieu par poinçonnement du béton [1], c'est-à-dire, par la formation d'une fissure conique provoquant la pénétration de la surface d'appui dans la dalle (voir figure 1). Afin d'augmenter la résistance et la capacité de déformation de ces régions, différentes solutions ont été appliquées dans le passé :
  1. 1. Modifier les dimensions de la surface d'appui et/ou les armatures flexionnelles de la dalle.
  2. 2. Disposer une tête métallique permettant d'élargir la surface d'appui de la dalle (solution souvent adoptée pour de sollicitations très importantes).
  3. 3. Plier les barres d'armature de flexion pour leur permettre de reprendre l'effort tranchant. Cette solution a été pratiquement abandonnée depuis les années 60's mais elle est encore présente dans quelques systèmes spéciales d'armature, plutôt pour l'amélioration de la capacité de déformation des dalles en béton.
  4. 4. Ajouter des armatures transversales (de dimensions et propriétés comparables à l'armature à la flexion de la dalle) façonnées spécifiquement afin d'empêcher à la fissure conique de poinçonnement de s'ouvrir sans contrôle.
  5. 5. Disposer de fibres dans le béton (éléments linéaires en acier ou plastique de faible diamètre et longueur et orientées de façon aléatoire).
Failures in the bearing areas are normally caused by punching the concrete [1], ie by the formation of a conical crack causing the bearing surface to penetrate into the slab (see figure 1 ). In order to increase the resistance and deformation capacity of these regions, different solutions have been applied in the past:
  1. 1. Modify the dimensions of the support surface and / or the flexural reinforcement of the slab.
  2. 2. Arrange a metal head to widen the support surface of the slab (solution often adopted for very important solicitations).
  3. 3. Bend rebar flexion to allow them to regain shear strength. This solution has been practically abandoned since the 1960's, but it is still present in some special reinforcement systems, rather for improving the deformation capacity of concrete slabs.
  4. 4. Add transverse reinforcement (of similar dimensions and properties to the slab reinforcement) specifically shaped to prevent the conical punching crack from opening unchecked.
  5. 5. Place fibers in the concrete (linear steel or plastic elements of small diameter and length and oriented randomly).
  • Quand la modification des dimensions de la dalle ne s'avère pas possible pour de raisons économiques ou fonctionnelles, l'utilisation des armatures transversales est la solution la plus souvent utilisée. Elle permet l'utilisation efficace de la matière avec la disposition des éléments (en acier) à haute résistance et ductilité.When the modification of the slab dimensions is not possible for economic or functional reasons, the use of transverse reinforcement is the solution most often used. It allows the efficient use of the material with the arrangement of the elements (steel) with high strength and ductility.
    • ETAT DE L'ART EN RAPPORT AVEC CETTE INVENTIONSTATE OF THE ART IN RELATION TO THIS INVENTION
  • Par rapport aux systèmes d'armatures utilisés pour le renforcement de dalles en béton, plusieurs systèmes sont actuellement utilisés :
    • Des étriers (barres d'armatures ordinaires) façonnés de façon a faciliter la pose de l'armature de flexion (figure 2a)
    • Paniers d'armatures, avec plusieurs brins d'armature ancrées par adhérence (figure 2b)
    • Barres d'armatures droites avec tête d'ancrage, disposées en vertical ou inclinées (une ou plusieurs barres de montage pouvant être présent dans un côté afin de faciliter la pose des éléments, figure 2c,d)
    • Barres d'armatures droites avec tête d'ancrage d'un côté et soudés sur un rail de l'autre (figure 2e)
    Compared to reinforcement systems used for reinforcing concrete slabs, several systems are currently used:
    • Stirrups (ordinary reinforcing bars) shaped to facilitate the installation of the bending reinforcement ( figure 2a )
    • Reinforced baskets, with several reinforcement strands anchored by adhesion ( figure 2b )
    • Straight rebar with anchoring head, arranged vertically or inclined (one or more mounting bars may be present in one side to facilitate installation of the elements, Figure 2c, d )
    • Straight rebars with anchor heads on one side and welded to one rail on the other ( figure 2e )
  • D'autres solutions ou de combinaisons des solutions précédentes sont toujours possibles [2]. En outre, de systèmes composés par de tiges scellées ou traversantes et ancrées aux extrémités au moyen de plaques ou d'éléments mécaniques sont également utilisés, mais leur emploi est restreinte au renforcement de dalles existantes (figure 2f).Other solutions or combinations of the previous solutions are always possible [2]. In addition, systems composed of sealed or through rods anchored to the ends by means of plates or mechanical elements are also used, but their use is restricted to reinforcement of existing slabs ( figure 2f ).
  • La performance des différents systèmes dépend fortement de la qualité de l'ancrage (têtes forgées ou soudées, ancrage par adhérence) et des règles constructives appliquées au système (espacement des armatures transversales, quantité d'armature à disposition (figure 3 [2,3]).The performance of the different systems depends strongly on the quality of the anchorage (forged or welded heads, anchoring by adhesion) and the structural rules applied to the system (spacing of the transverse reinforcement, quantity of reinforcement available ( figure 3 [2,3]).
    • DESCRIPTION DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
  • Afin d'augmenter la résistance à l'effort tranchant et au poinçonnement, il a été observé expérimentalement que de barres inclinées montrent une meilleure performance que des pièces verticales (figure 3). Cependant, une inclinaison excessive des tiges peut induire des problèmes d'ancrage dans la zone comprimée de la dalle (intrados). Cette solution a également révélé de difficultés pour la pose des armatures transversales, particulièrement quand elles ne sont pas parallèles aux directions de l'armature flexionnelle.In order to increase the resistance to shear and punching, it has been observed experimentally that inclined bars show a better performance than vertical parts ( figure 3 ). However, excessive inclination of the rods can lead to anchoring problems in the compressed area of the slab (intrados). This solution has also revealed difficulties for the laying of transverse reinforcement, particularly when they are not parallel to the directions of the flexural reinforcement.
  • EP 1 630 315 A1 divulgue un système de renforcement contre le poinçonnement d'une dalle en béton selon le préambule de la revendication 1. EP 1 630 315 A1 discloses a reinforcing system against the punching of a concrete slab according to the preamble of claim 1.
  • L'invention prévoit un système de renforcement contre le poinçonnement d'une dalle en béton selon la revendication 1. Dans un mode de réalisation selon l'invention, une combinaison de tiges verticales et courbes avec tête d'ancrage est proposée, voir figure 4.The invention provides a reinforcing system against the punching of a concrete slab according to claim 1. In one embodiment according to the invention, a combination of vertical rods and curves with anchor head is proposed, see figure 4 .
  • Les tiges sont composées de barres en acier ordinaire ou à haute résistance avec deux têtes d'ancrage (une à chaque extrémité de la barre, figure 4). Les barres peuvent être droites ou bien courbes. Pour les pièces courbes, la courbure peut être obtenue par une succession de pliages ponctuels ou bien par un rayon de pliage constant, et de zones droites peuvent également être envisagées selon le comportement statique du système et la méthode de fabrication des pièces.The rods are made of standard or high strength steel bars with two anchor heads (one at each end of the bar, figure 4 ). The bars can be straight or curved. For curved pieces, the curvature can be obtained by a succession of point bends or by a constant bending radius, and straight zones can also be envisaged according to the static behavior of the system and the method of manufacturing the parts.
  • Les tiges courbes, plus performantes du point de vu statique, sont disposées à proximité de la région d'appui (où les efforts sont maximaux) tandis que les pièces droites sont disposées dans de régions plus éloignées soumises à des efforts moins importants, voir figure 4.The curved rods, which are more statically efficient, are arranged close to the bearing region (where the forces are maximal) whereas the straight pieces are arranged in more distant regions subject to lower forces, see figure 4 .
  • Les tiges sont disposées en rayons à partir du bord de la colonne (figure 5) avec nombre variable selon le degré de sollicitation. Dans les rayons parallèles aux armatures flexionnelles, la combinaison de pièces courbes et droites est envisagée. En revanche, pour d'autres rayons, de pièces droites verticales sont envisagées afin de faciliter la pose des armatures (voir figure 5).The stems are arranged radially from the edge of the column ( figure 5 ) with variable number depending on the degree of stress. In parallel rays flexural frames, the combination of curved and straight pieces is envisaged. On the other hand, for other radii, vertical straight pieces are envisaged in order to facilitate the laying of the reinforcement (see figure 5 ).
  • Cette disposition de tiges permet :
    • D'accroitre les performances statiques par rapport à des armatures avec têtes d'ancrage verticales (voir figure 3). Ceci est justifié par la présence des éléments courbes inclinés dans la zone où ils sont interceptés par la fissure de poinçonnement
    • De profiter des avantages de pose de tiges verticales pour les zones avec armature flexionelle non parallèle aux tiges ou loin de la zone de rupture (voir figure 5)
    This arrangement of rods allows:
    • To increase the static performances compared to reinforcements with vertical anchoring heads (see figure 3 ). This is justified by the presence of inclined curved elements in the area where they are intercepted by the punching crack
    • Take advantage of the advantages of vertical rods for zones with non-parallel flexionelle reinforcement to the stems or far from the rupture zone (see figure 5 )
  • Ce système cible aussi une optimisation du coût du produit avec de pièces spéciales (courbes) dans la région où les sollicitations sont plus importantes et de pièces droites (plus économiques et simples à disposer) dans les régions moins sollicitées ou avec difficultés accrues de pose. Voir aussi figures 6A à 6B.This system also targets an optimization of the cost of the product with special parts (curves) in the region where the solicitations are more important and straight parts (more economical and easy to dispose) in less busy areas or with increased installation difficulties. See as well Figures 6A to 6B .
    • APPLICATIONSAPPLICATIONS
  • L'invention a pour objectif de permettre le renforcement contre le poinçonnement de dalles en béton soumises à de charges concentrées très élevées. Le but en termes de résistance est de dépasser celles des produits similaires (systèmes d'armature contre le poinçonnement) actuellement dans le marché.The object of the invention is to enable the reinforcement against punching of concrete slabs subjected to very high concentrated loads. The goal in terms of strength is to exceed those of similar products (punching rebar systems) currently in the market.
  • Ce produit pourrait être utilisé ainsi en remplacement de produits plus performants (et plus coûteus) comme par exemple les têtes métalliques contre le poinçonnement.This product could be used as a replacement for more efficient (and more expensive) products such as metal heads against punching.
  • Un autre objectif de ce produit est d'améliorer la capacité de déformation des dalles, de façon similaire aux barres relevées. Ceci permettra l'utilisation de ce système en tant qu'armature d'intégrité (armature pour prévenir l'effondrement d'une dalle après un poinçonnement accidentel).Another objective of this product is to improve the deformation capacity of the slabs, similar to the raised bars. This will allow the use of this system as an integrity armature (reinforcement to prevent slab collapse after accidental punching).
    • BIBLOGRAPHIEBIBLOGRAPHIE
    1. [1] Muttoni, A. Punching shear strength of reinforced concrete slabs without transverse reinforcement, ACI Structural Journal, Farmington Hills, Mich., Vol. 105, No. 4, 2008, pp. 440-450 [1] Muttoni, A. Punching Shear Strength of Reinforced Concrete Slabs Without Transverse Reinforcement, ACI Structural Journal, Farmington Hills, Mich., Vol. 105, No. 4, 2008, pp. 440-450
    2. [2] Fernández Ruiz, M., Muttoni, A. Punching shear strength of reinforced concrete slabs with transverse reinforcement, ACI Structural Journal, Farmington Hills, Mich., Vol. 106, No. 4, 2009, pp. 485-494 [2] Fernández Ruiz, M., Muttoni, A. Punching Shear Strength of Reinforced Concrete Slabs with Transverse Reinforcement, ACI Structural Journal, Farmington Hills, Mich., Vol. 106, No. 4, 2009, pp. 485-494
    3. [3] Fernández Ruiz, M., Muttoni, A., Performance and design of punching shear reinforcing systems, 3rd International fib congress, Washington, USA, 2010, 15 p.[3] Fernández Ruiz, M., Muttoni, A., Performance and Design of Punching Shear Reinforcing Systems, 3rd International Fib Congress, Washington, USA, 2010, 15 p .
    DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
    • AAT
    ETAT DE L'ARTSTATE OF THE ART
    Figure 1:Figure 1:
    Fissure de poinçonnement se développant dans une zone d'appui d'une dalle sans armature transversale.Punching crack developing in a bearing zone of a slab without transverse reinforcement.
    Figure 2:Figure 2:
    Exemples de systèmes d'armature de poinçonnement existants: (a) étriers; (b) cages d'étriers; (c) goujons verticaux; (d) goujons inclinés ; (e) goujons soudés sur un rail ; et (f) armature collée.Examples of existing punching armature systems: (a) stirrups; (b) stirrup cages; (c) vertical studs; (d) inclined studs; (e) studs welded to a rail; and (f) glued reinforcement.
    Figure 3:Figure 3:
    Performance de systèmes d'armatures contre le poinçonnement en fonction de leur ancrage et type d'armature (adapté de [3]).Performance of reinforcement systems against punching according to their anchorage and type of reinforcement (adapted from [3]).
    BB
    INVENTIONINVENTION
    Figure 4:Figure 4:
    Section transversale d'une dalle renforcée avec l'invention proposée : plusieurs goujons courbes sont disposés à proximité de la colonne (zone de sollicitations maximales) tandis que de goujons droites sont disposés dans les régions moins sollicitées.Cross section of a reinforced slab with the proposed invention: several curved studs are arranged near the column (maximum stress zone) while straight studs are arranged in less stressed regions.
    Figure 5:Figure 5:
    Vue en plan de la disposition des pièces et de l'armature de flexion de la dalle.Plan view of the layout of the pieces and the bending reinforcement of the slab.
    Figure 6A:Figure 6A:
    Ancre avec 2 pliages dans deux directions opposées en forme de «S».Anchor with 2 folds in two opposite directions in the shape of "S".
    Figure 6B:Figure 6B:
    Ancre avec une succession de pliages ponctuels et une partie droite entre les pliages ou ancres avec deux ou plusieurs pliages ponctuels et une partie droite entre les pliages.Anchor with a succession of punctual folds and a straight part between the folds or anchors with two or more punctual folds and a straight part between the bends.
    Figure 7A:Figure 7A:
    Ancre avec pieds agrandi par une augmentation de volume.Anchor with feet enlarged by an increase in volume.
    Figure 7B:Figure 7B:
    Ancre avec au minimum une tête non perpendiculaire à la tige.Anchor with at least one head not perpendicular to the stem.
    Figure 7C:Figure 7C:
    Ancre avec une tête agrandie pour améliorer l'introduction des efforts dans le béton.Anchor with an enlarged head to improve the introduction of efforts into the concrete.
  • Les systèmes des figures 7A à 7C ne comprennent pas de barre courbée. Ces systèmes ne font pas partie de l'invention.Systems of Figures 7A to 7C do not include a curved bar. These systems are not part of the invention.

    • Claims (12)

    1. Système de renforcement contre le poinçonnement d'une dalle en béton comprenant des tiges, qui s'étendent, lorsque le système est installé dans la dalle, transversalement par rapport à la dalle, lesdites tiges sont composées d'une barre avec une tête d'ancrage transversales à chaque extrémité de ladite barre, lesdites têtes d'ancrage ayant un diamètre plus large que le diamètre de la barre, lesdites tiges ayant, lorsque le système est installé dans la dalle, une tête d'ancrage située à proximité de la surface supèrieure de la dalle et une tête d'ancrage située à proximité de la surface inférieure de la dalle, caractérisé en ce que la barre desdites tiges est courbée entre lesdites têtes d'ancrage.
    2. Système selon revendication 1, caractérisée en ce que les barres courbées ont au moins une région droite.
    3. Système selon revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les barres courbées ont au moins une région verticale en relation de la dalle en béton.
    4. Système selon un des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les barres courbées ont au moins deux pliages dans directions égales ou différentes.
    5. Système selon un des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les barres courbées composent conjointes une forme a voute.
    6. Système selon un des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que au moins un des tètes ancrage est positionnée à angle non-droit en relation d'extrémité corrélative du barre courbées.
    7. Système selon un des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que au moins un des tètes ancrage est positionnée à angle droit en relation d'extrémité corrélative des barres courbées.
    8. Système selon un des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les barres courbées ont pour tète ancrage inferieure un pied agrandi en relation du chevet d'ancrage.
    9. Système selon un des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les barres courbées ont pour leur extrémité inferieure une zone agrandie en relation du reste des barres courbées ou droites.
    10. Système selon un des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'il contient une combinaison des tiges avec des barres courbées et des tiges avec des barres droites.
    11. Système selon revendication 10, caractérisée en ce que les tiges avec des barres courbées sont disposées a proximité de la région d'appui tandis que les tiges avec des barres droites sont disposées dans de région plus éloignées.
    12. Système selon un des revendications 1 a 11, caractérisée en ce que les barres courbées ou droites sont inclinées dans la zone d'une dalle en béton ou ils sont interceptes far des fissure de poinçonnement éventuelles.
    EP14000488.8A 2013-02-12 2014-02-12 Système de renforcement contre le poinconnement avec des tiges transversales ayant des têtes d'ancrage Active EP2851479B1 (fr)

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    CH00566/13A CH707571A1 (fr) 2013-02-12 2013-02-12 Système de renforcement contre le poinçonnement avec des tiges ou des barres transversales ayant des têtes d'ancrage.

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    Publication Number Publication Date
    EP2851479A2 EP2851479A2 (fr) 2015-03-25
    EP2851479A3 EP2851479A3 (fr) 2015-06-03
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    EP (1) EP2851479B1 (fr)
    CH (1) CH707571A1 (fr)
    DK (1) DK2851479T3 (fr)
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