FR2467932A1 - Poutres et structures principalement constituees de toles associees par connecteurs a un voile coulable et durcissable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne des poutres et structures principalement composées de tôles minces 1a, 1b et 14, associées à des voiles coulables 2 et 2a, du béton par exemple, par des connecteurs métalliques 3e et 11. Les poutres peuvent être renforcées par des armatures 4a, noyées dans les voiles 2 et 2a. La position des connecteurs est définie : a. Pour empêcher dans les poutres mises en charge un voilement notable des tôles 1 et 14 mettant en péril la structure ; b. Pour transmettre aux tôles 1 et 14, les contraintes de glissement longitudinal engendrées par les armatures 4. La structure est complétée par un treillis soudé 16a, des traverses 18 et des caissons de renfort 19, disposés aux points d'appui.

Description

la présente invention concerne un nouveau procédé de poutres et structures, utilisées dans tout type de construction, dont les âmes sont constituées d'une tôle métallique dont au moins une face est associée, par un réseau adéquat de connecteurs métalliques, à un voile d'un produit coulable et durcissable, tel que du béton par exemple: le dit voile pouvant comprendre en renfort, des armatures métalliques longitudinales.

Pour la clarté du texte, nous désignons par âme, pour des structures soumises à la flexion longitudinale, la partie de ces structures reliant, en sections transversales, la partie des dites structures la plus tendue à la partie la plus comprimée: la dite âme, étant de ce fait, principalement chargée de maintenir les efforts tranchants et les contraintes longitudinales de cisaillement.

les structures traditionnelles le plus souvent utilisées, sont constituées d'éléments métalliques directement issus de laminage, ou assemblés par soudure, et comprenant principalement une âme, bordée latéralement de deux ailes.

Les ailes sont déterminées pour le maintien des moments fléchissants, l'ame doit retenir principalement les efforts tranchants et les contraintes longitudinales de cisaillement.

L'âme doit par ailleurs être suffisamment épaisse pour ne pas être sujette au voilement ou flambage local et pour permettre son laminage ou son assemblage aux ailes par soudure. Il s'avare que le plus généralement, ce sont les conditions de voilement, les possibilités de laminage et de soudure qui sont pre- pondérantes et qui déterminent l'épaisseur de l'âme, cette épaisseur devenant alors très surabondante pour le maintien des efforts tranchants et des contraintes de cisaillement. I1 en résulte une perte de matière importante.Pour la limiter partiellement, on peut en opérant par soudure assembler ailes et âme et renforcer l'âme par des voiles transversaux soudés, boulonnés ou rivés à l'âme; celà ne peut etre obtenu qu'en utilisant en contrepartie une quantité importante de main-d'oeuvre et d'énergie.

Pour les poutres en béton armé, également très utilisées, les moments fléchissants sont retenus par des armatures métalliques longitudinales, situées en bordures latérales des poutres, et par la partie du béton qui du fait de la flexion se trouve comprimée; les armatures sont comprimées du nême côté que le béton et tendues du côté opposé.

Les efforts tranchants et les contraintes longitudinales de glissement, engendrées par les armatures longitudinales sont maintenus par un grand nombre d'armatures transversales, qui doivent obligatoirement relier par soudure ou par bouclage, les armatures longitudinales tendues aux armatures longitudinales comprimées. I1 en résulte un réseau compliqué d'armatures et un coût très élevé de main-d'oeuvre.

Les poutres et structures selon l'invention permettent de remédier, aux moindres frais, à ces inconvénients. Pour celà, une tôle mince, constitutive de l'âme des dites poutres et structures, est associée, par l'intermédiaire d'un réseau adéquat de connecteurs métalliques, à un voile d'un produit coulable et durcissable. Les connecteurs sont fixés à la dite tôle, à une de leurs extrémités, par un point d'attache. La partie restante des connecteurs est noyée dans le voile coulable. La tôle constitutive de l'âme se trouve ainsi maintenue contre toute déformation et voilement, par le voile coulable, à chacun des points d'attache des connecteurs.

Dans l'ensemble du réseau des connecteurs, les distances entre points d'attache de connecteurs voisins sont déterminées en fonction de l'épaisseur de la tôle d'âme et des contraintes maximales de compression et de cisaillement pouvant exister dans les éléments de cette tôle d'âme, non maintenus et disposés entre ces connecteurs. Ces distances sont suffisamment réduites pour qu'il n'y ait pas de déformations ou de voilement notable pouvant mettre en péril la stabilité des poutres sous l'action des charges et contraintes qui leur sont appliquées.

Ainsi que pratiqué dans les structures en béton armé, le voile coulable peut enrober des armatures métalliques de renfort.

Toutefois, les poutres et structures selon l'invention ne nécessitent pas l'emploi d'armatures transversales,reliant par soudure ou bouclage les armatures de renfort comprimées aux armatures de renfort tendues. Pour celà, il est prévu une répartition des connecteurs comprenant dans les zones comprimées et dans les zones tendues des dites structures, au moins un alignement de connecteurs disposé sensiblement parallèle aux armatures de renfort.

Ces alignements de connecteurs ont pour fonction de maintenir, par appui sur la tôle de l'âme, le glissement longitudinal des armatures de renfort, et celà, aussi bien dans la zone comprimée que dans la zone tendue des dites structures.

Ce glissement longitudinal est repris par la tôle de l'âme, dans la zone tendue et dans la zone comprimée des dites structures et poutres, par l'intermédiaire de colonnes du produit coulable, des colonnes de-béton par exemple, s'établissant entre l'armature de renfort, à laquelle le produit coulable est lié par adhérence, et chacun des connecteurs des dits alignements, sur lesquels le produit coulable se trouve en appui positif.

La répartition des connecteurs est définie finalement pour satisfaire en un même réseau, aux conditions de maintien du voilement de la tôle constitutive de l'âme et du glissement longitudinal des armatures de renfort.

La figure 1, représente, en vue perspective partiellement éclatée, une structure dont l'âme est constituée par une tôle, associée sur une face à un voile d'un produit coulable comprenant des armatures de renfort; la liaison entre tôle et voile est assurée par des dispositifs métalliques de liaison désignés sous le nom de connecteurs.

Les figures 2 et 3 représentent, en vues perspectives partiellement éclatées, une structure analogue à celle représentée figure 1, mais ayant pour particularité que les bords latéraux de l'âme sont prolongés par des éléments pliés constituant avec l'âme un bac métallique utilisé en coffrage pour couler le voile coulable associé à l'âme métallique.

Les figures 4 et 5, montrent, en vue perspectives,différents types de connecteurs et leur mode de liaison à l'âme.

La figure 6 montre, en vue perspective éclatée, une poutre dans laquelle l'âme est constituée de 2 tôles disposées chacune de part et d'autre d'un voile coulable.

La figure 7 montre, un type de connecteur adapté aux poutres montrées figure 6.

La figure 8 est une vue en perspective, avec coupe transversale éclatée, d'une poutre dont les bords latéraux des tôles, constitutives de l'âme, sont prolongées par des éléments pliés épousant la forme extérieure des ailes. De telles poutres peuvent être utilisées pour la constitution de ponts.

La figure 9 montre, en vue perspective éclatée, une poutre de constitution analogue aux figures 1, 2 et 3, ayant pour particularité de comprendre un treillis soudé inclus au voile coulable.

Se référant à la figure 1 selon l'invention l'âme de la poutre est constituée d'une tôle 1, associée sur une de ses faces à un voile d'un produit coulable et durcissable 2, du béton par exemple, par un réseau de connecteurs métalliques 3. Le voile coulable enrobe des armatures de renfort métalliques 4.

Le réseau comprend des alignements 21 de connecteurs disposés parallèlement aux armatures 4
L'ensemble des connecteurs du réseau participe au maintien de la tôle 1 contre le voilement. Les écartements al, a2, bl, b2 entre les points d'attache sur la tôle 1 de connecteurs voisins 3a, 3b, 3c, 3d sont suffisamment réduits, compte tenu de l'épaisseur de la tôle 1, pour que l'élément de surface libre, compris entre les points d'attache 3a, 3b, 3c, 3d, ne soit pas sujet à déformations ou voilement notable, pouvant mettre en péril la structure, sous l'action des charges et contraintes qui lui sont appliquées. L'épaisseur de la tôle 1 est principalement fonction des efforts tranchants appliqués à la structure et des contraintes de cisaillement longitudinal qui en résultent.

Se référant aux figures 2 et 3, les bords latéraux de la tôle 1, constitutive de l'âme des dites poutres et structures, sont prolongés par des éléments pliés 5, permettant deobtenir un bac ayant, en section transversale, la forme générale d'un U ou d'un C; le dit bac pouvant être utilisé comme élément de coffrage du produit coulable.

Se référant aux figures 4 et 5, selon l'invention, les connecteurs peuvent être des ronds soudés, des vis ou boulons, mais aussi des plats pliés en ondes, chaque onde comprend un point d'attache fixé à la tôle d'âme 1 (fig. 4), ou encore des clous à tête plate ou fraisée, généralement emmanchés à force au travers de la tôle d'âme 1 (fig. 5).

Cette tôle 1 est préalablement percée et poinçonnée en cuvettes 22, aptes à recevoir les têtes des clous, ceci pour améliorer les liaisons entre la tôle 1 et le voile coulable 2. (fig.l)
Se référant à la figure 6 selon l'invention, l'âme des dites poutres et structures est constituée de deux tôles la et lb, disposées de part et d'autre d'un voile d'un produit coulable et durcissable 2, auquel elles sont associées par un double réseau de connecteurs, pouvant se confondre en un seul réseau;; l'écarte- ment dans ce cas, des tôles la et lb, est maintenu par des connecteurs communs 11, qui sont par exemple, soudés, boulonnés, rivés ou clavetés à chacune des tôles la et lb. Les écartements al, a2, bl, b2, entre les points d'attache sur les tôles la et lb de connecteurs voisins 10a, 10b, 10c, lord, sont suffisamment réduits, compte tenu de l'épaisseur des tôles la et lb pour que les éléments de surface libre des tôles la et lb, compris entre 10a, lOb, 10c et 10d, ne soient pas sujet à déformation ou voilement notable, pouvant mettre en péril la structure, sous l'action des charges et contraintes qui lui sont appliquées.Généralement, les tôles la et lb sont de même épaisseur; celle-ci est principalement fonction des efforts tranchants appliqués à la structure, et des contraintes de cisaillement longitudinal qui en résultent.

Se référant aux figures 7 et 8, selon l'invention, des connecteurs en forme de clés, rep. 11 (fig. 7), à double museaux 12a et 12b, à verrouillage par rotation, peuvent servir à la liaison des tôles la et lb, tout en maintenant leur écartement (figure 8).

Les tôles la et 1b, sont aux points d'attache des connecteurs clés 11, poinçonnées de trous épousant la forme de la section transversale des clés 11 (fig. 8). Les clés 11 comprennent des rainures biseautées 17a et 13b (fig. 7) dont la largeur en fond de rainures est légèrement inférieure à l'épaisseur des tôles la et lb, de façon qu'après rotation de la clé 11, on obtienne un serrage des museaux 12a et 12b sur les tôles la et lb. Le verrouillage des connecteurs clé 11 devient immuable après coulée et prise du voile 2.

Se référant aux figures 3 et 8 selon l'invention, la tôle 1 les deux tôles la et lb ou l'une seulement des deux tôles, parties constitutives de l'amie des dites poutres et structures, sont prolongées sur leurs bords latéraux par des éléments pliés 14, contournant, au moins partiellement, la forme des ailes 15.

Dans ce cas, les ailes 15 sont traitées comme les âmes et remplies également d'un produit coulable 2a, pouvant être identique à celui utilisé pour le voile des âmes et dans ce cas, Le remplissage des âmes et des ailes est effectué simultanément.

Se révérant à la figure 8, selon l'invention, les éléments pliés 14, contournant les ailes 15 des dites poutres et structures, peuvent, comme les tôles 1 constitutives de l'âme, être garnis dsun réseau de connecteurs De, satisfaisant aux mêmes conditions, que celles précédemment prévues pour le réseau des connecteurs disposés au niveau des tôles 1. Les écartements entre les points d'attache de connecteurs voisins 3e, devront être suffisamment réduits, pour ne pas entrainer dans les tôles 14, des déformations ou voilement notables, pouvant mettre en péril les dites poutres et structures, sous l'action des charges et contraintes qui leur sont appliquées.

Des armatures de renfort 4a sont éventuellement noyées dans le produit coulable 2a remplissant les ailes, dans ce cas, le réseau des connecteurs 3e, garnissant les tôles 14 comprend au moins un alignement 21a de connecteurs, disposé sensiblement parallèle aux armatures de renfort 4a.

Se référant aux figures 8 et 9 selon l'invention, les parties coulées 2 et 2a des dites poutres et structures sont garnies d'au moins un treillis soudé 16 et/ou 16a. Ce treillis soudé 16 et/ou 16a est disposé entre les armatures de renfort 4 et/ou 4a et les extrémités libres des connecteurs 3 et/ou De, sensiblement parallèle à la tôle 1 constitutive de l'âme et/ou à la tôle 14 contournant les ailes 15.

Ce dit treillis soudé a pour fonctions séparées ou simultanées de
- empêcher le renversement des connecteurs 3 et/ou 3a, en association avec les voiles coulables 2 et/ou 2a.

- participer au maintien des efforts de cisaillement latéral engendrés par les armatures de renfort 4 et/ou 4a, en association avec les voiles coulables 2 et/ou 2a, les connecteurs 3 et/ou 3a et les tôles 1 et/ou 14.

- améliorer la résistance à la torsion des dites poutres et structures en participation avec les connecteurs 3 et/ou 3a et les tôles 1 et/ou 14.

- augmenter en association avec la tôle 1 l'inertie transversale de l'âme.

Se référant à la figure 8, selon l'invention; les prolongements 14 des tôles d'âme la et lb, peuvent être reliés entr'eux par des entretoises 18, participant à la retenue des efforts de cisaillement longitudinal engendrés par les armatures de renfort 4a.

Se référant à la figure 8, selon l'invention, aux sections d'appuis des poutres, les âmes peuvent être renforcées par des caissons métalliques creux 19, fixés aux rives 20 des ailes 15, les dits caissons 19, pouvant également être remplis d'un produit coulable pour éviter la corrosion interne des parties métalliques des structures.

Se référant aux figures 1 à 9 , selon l'invention, les structures telles que précédemment définies peuvent être intégrées à des structures traditionnelles. Elles peuvent également être enrobées en partie ou en totalité d'un produit coulable, du béton armé ou non par exemple.

Si ce produit coulable est de ême nature que celui constitutif des voiles 2 et 2a, le dit enrobage peut s'effectuer simultanément à la mise en oeuvre des dits voiles 2 et 2a.

Se référant aux figures 1 à 9 , selon l'invention, les tôles métalliques constitutives de l'âme présentent une protection de surface anti-corrosive, pour le moins sur les éléments de surface qui ne sont pas en contact avec le produit coulable.

Les poutres et structures, précédezzent définies, peuvent être utilisées en tout type de construction, en remplacement de laminés marchands, d'éléments métalliques traditionnels, de poutres et structures en béton armé. La figure 8, montre à titre d'exemple de réalisation, une poutre définie selon l'invention et utilisée pour la construction d'un pont.

La présente invention n'est kas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications tombant dans l'es- prit et le champ des revendications annexées.

Claims (20)

Vi DiCATS

1. Poutres et structures, utilisées dans tout type de construction, dont les âmes sont constituées d'une tôle mé métallique associée par une face et par l'intermédiaire de connecteurs métalliques, à un voile coulable et durcissable, pouvant enrober longitud-nalebent des armatures métalliques de renfort; les dites âmes mutant les parties des ailes des dites poutres et structures qui en flexion, relient en rection transversales, les éléments les plus tendus de ces dites poutres et structures, aux éléments les rlus corri:nés; les dits connecteurs étant fixés à une extrémité libre à la dite tôle par un point d'attache, la partie restante des dits connecteurs étant noyée dans le produit coulable; les dites poutres et structures sont caractérisées par le fait que les points d'attaches des dits connectelrs sur la dite tôle sont disposés en un réseau adéquat tel que les écartements, séparant les points d'attaches de connecteurs i=zédiatement voisins, délimitent un élément de surface de la dite tôle, libre de tout autre connecteur, sont suffisamment réduits pour qu'il nty ait pas dans le dit élément libre de la dite tôle, de déformations ou de voilement notable, pouvant mettre en péril la stabilité des dites poutres et structures, sous l'action des charges et contraintes qui leur sont aptîlquées.

2. Poutres et structures selon la revendication 1, dans lesquelles le voile coulable comprend des armatures longitudinales de renfort, les dites poutres et structures étant caractérisées par la répartition des dits connecteurs, répartition qui comprend au moins un alignement de connecteurs sensiblement parallèle à au moins une des dites armatures de renfort.

3. Poutres et structures selon les revendications 1 et 2, caractérisées par le fait que la dite tôle, partie constitutive de l'âme des dites poutres et structures, participe au moins localement au coffrage, utilisé pour le coulage du produit constitutif du voile associé à la dite tôle.

4. Poutres et structures selon les revendications 1 à 3, caractérisées par le fait que la dite tôle, partie constitutive de l'âme des dites poutres et structures, est prolongée latéra- lement par des éléments pliés, de façon à constituer un bac en forme de U ou de C, participant au coffrage, utilisé pour le coulage du produit constitutif du dit voile.

5. Poutres et structures selon les revendications 1 à 4, caractérisées par le fait que les dits connecteurs sont constitués de clous emmanchés à force dans la dite tôle.

6. Poutres et structures selon les revendications 1 à 5, caractérisées par le fait que les têtes des dits clous sont logés dans des cuvettes préformées dans la dite tôle.

7. Poutres et structures selon les revendications 1 à 4, caractérisées par le fait que les dits connecteurs sont constitués de plats pliés en ondes, chacune des dites ondes comprenant un point d'attache sur la tôle constitutive de l'âme des dites poutres et structures.

8. Poutres et structures selon les revendications 1 à 8, caractérisées par le fait que les âmes, ou parties des dites poutres et structures qui en flexion, relient en sections transversales, les éléments les plus tendus des dites poutres et structures, aux éléments les plus comprimés, sont constituées de deux tôles séparées par un voile constitué d'un produit coulable et durcissable, les dites tôles étant associées au dit voile, par l'intermédiaire de connecteurs métalliques, disposés en réseaux.

9. Poutres et structures selon la revendication 8, dans lesquelles les âmes sont constituées de deux tôles associées à un voile coulable par des connecteurs métalliques, caractérisées par le fait que l'ensemble des connecteurs associés à chacune des dites tôles constitue un même réseau, chacun des dits connecteurs étant alors fixés à leurs extrémités,à l'une des dites tôles, les dits connecteurs maintenant ainsi l'écartement entre les dites tôles.

10. Poutres et structures selon la revendication 9, caractérisées par le fait, que les dits connecteurs, reliant les deux tôles par leurs extrémités, sont en forme de clé à double museaux, contigus à des rainures biseautées, que les dites tôles sont poinçonnées en paquet de trous épousant en excès la forme extérieure maximale des sections transversales des dites clés, que les dites rainures biseautées, sont en fond, légèrement moins larges que les épaisseurs des dites tôles, pour permettre aux dites clés de rester, après rotation, serrées contre les dites tôles.

11. Poutres et structures selon les revendications 1 à 10, caractérisées par le fait que la dite tôle, les deux dites tôles ou l'une des deux dites tôles, constitutives de l'âme des dites poutres et structures, sont prolongées latéralement par des éléments pliés, contournant, au moins partiellement, la forme extérieure, d'au moins une aile des dites poutres et structures; les dits éléments pliés participant au coffrage des dites ailes qui sont également remplies d'un produit coulable.

12. Poutres et structures selon la revendication 11, caractérisées par le fait, que les dits éléments pliés en prolongation latérale deskôles constitutives de l'âme des dites poutres et structures, peuvent également être munis d'au moins un ali gnement de connecteurs, disposé sensiblement parallèle aux armatures de renfort, noyées dans la partie coulable, constitutive des ailes des dites poutres et structures.

13. Poutres et structures selon les revendications 1 à 12, caractérisées par le fait que les dites parties coulables sont garnies de treillis soudés, disposés entre les armatures de renfort et les extrémités, noyées dans les dites parties coulables, des connecteurs associés aux dites armatures de renfort.

14. Poutres et structures selon les revendications 11 à 13, caractérisées par le fait que les bords latéraux des tôles constitutives de l'âme ou leurs éventuels prolongements latéraux sont reliés par des traverses participant, au niveau des ailes, au maintien du dit produit coulable.

15. Poutres et structures selon les revendications 1 à 14, caractérisées par le fait, qu'aux points d'appui des dites poutres et structures, les dites tôles, constitutives de l'âme, sont renforcées par des caissons métalliques, fixés aux dites tôles.

16. Poutres et structures selon les revendications 1 à 15, caractérisées par le fait que les dits caissons situés aux points d'appuis des dites poutres et structures sont egalement remplis d'un produit coulable.

17. Poutres et structures selon les revendications 1 à 16, caractérisées par le fait que le dit produit coulable est constitué par du béton.

18. Poutres et structures selon les revendications 1 à 17, caractérisées par le fait que les éléments métalliques sont protégés contre la corrosion, pour le moins sur les éléments de surface des dites parties métalliques, qui ne sont pas en contact avec les dites parties coulables.

19. Poutres et structures selon les revendications 1 à 18, caractérisées, par le fait que les dites poutres et structures sont intégrées à des structures traditionnelles.

20. Poutres et structures selon les revendications 1 à 19, caractérisées par le fait que les dites poutres et structures peuvent être enrobées au moins partiellement dans du béton.