FR2575498A1 - Dispositif d'ancrage de cables, notamment de haubans de ponts - Google Patents

Abstract

LES FILINS 14 D'UN HAUBAN CONSTITUANT LEDIT CABLE SONT DEVIES POUR REJOINDRE DES CLAVETTES D'ACCROCHAGE 10. LA DEVIATION SE FAIT A COURBURE LIMITEE SUR UN COUSSIN DE NEOPRENE 2. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA CONSTRUCTION D'UN PONT A HAUBANS.

Description

Dispositif d'ancrage de câbles, notamment de haubans de ponts
La présente invention concerne l'ancrage d'extrémités de câbles destinés à supporter de fortes tractions, tels notamment que les haubans obliques qui supportent le tablier de certains pontes. De manière générale un dispositif assurant un tel ancrage est placé dans une zone d'ancrage d'un ouvrage pour y ancrer une extrémité d'un câble qui relie deux telles zones de l'ouvrage. L'invention s'applique au cas, fréquent, où la tension qui est ainsi appliquée au câble présente des variations alternatives en service, et où ce câble présente un axe longitudinal (1) parallèle à cette tension et comportant une pluralité de filins (14) qui supportent chacun une fraction de la tension du câble.De tels filins sont constitués chacun d'au moins un fil, souvent de plusieurs (acier, fibre de verre etc .3 et ils s'étendent longitudinalement ôte à côte dans une zone courante de câble entre ces deux zones d'ancrage Ils sont régulièrement répartis dans au moins une nappe cylindrique (4) coaxiale au câble. La distance de chacun de ces filins à l'axe du câble dans cette zone courante sera appelée ci-après "distance courante à l'axes' et elle est propre à ce filin.

(Les signes de référence entre parenthèses renvoient à simple titre d'exemple, aux figures qui illustrent la présente invention).

L'ouvrage en question peut être notamment un pont dont le tablier de béton est maintenu par des haubans qui descendent obliquement d'un pilier également en béton qui s'élève jusqu'au dessus du tablier. Ce peut tre aussi un pont dont le tablie de béton est précontraint par des cables dits extérieurs, c'est-à-dire extérieurs à la masse du béton Ce peut être encore un ouvrage d'un autre type dans lequel la zone courante du câble n'est pas bloquée dans la masse de l'ouvrage, de sorte que la force transmise au dispositif d'ancrage varie au cours du temps dans des proportions appréciables. Certaines de ces variations sont irréversibles et apparaissent peu après la construction de l'ouvrage. Elles résultent de l'application de charges permanentes, du retrait du béton etc...D'autres sont des variations alternatives qui résultent par exemple du passage de véhicules, des vibrations du hauban sous l'action du vent, des variations de la température, etc...

Ces variations alternatives peuvent se poursuivre sur un très grand nombre de cycles de croissance et décroissance de la tension du cable. Elles sont à l'origine de phénomènes, dits notamment de fatigue, qui apparaissent dans le dispositif d'ancrage ou à son voisinage et peuvent à la longue entraîner la rupture des filins.

Les dispositifs d'ancrage connus sont depuis longtemps conçus dans le but d'éviter autant que possible un tel risque.

De manière générale, divers tels dispositifs connus comportent les éléments suivants qui sont communs, quant à certaines de leurs fonctions, à ces dispositifs et à la présente invention - une pluralité d'éléments d'accrochage (10) affectés chacun à un dit filin pour accrocher son extrémité en supportant sa tension, ces éléments étant répartis dans une zone d'accrochage (12) et étant placés chacun à une distance dudit axe (1) supérieure à la distance courante à l'axe de son filin, lesdits filins divergeant dudit axe et les uns des autres à partir de cette zone courante pour rejoindre chacun son élément d'accrochage, cette divergence se faisant dans une zone d'épanouissement (9) qui s'détend longitudinalement à partir de cette zone d'accrochage vers cette zone courante, - et un support de déviation (2, 6) disposé entre cette zone d'épanouissement et cette zone courante pour maintenir chacun desdits filins à une distance de l'axe égale à sa distance courante à l'axe en supportant la pression de déviation essentiellement centrifuge qui résulte de la tension de ce filin et de son angle de déviation entre cette zone courante et cette zone d'épanouissement.

La nécessité d'un épanouissement des filins résulte du fait que les éléments d'accrochage présentent chacun, en section, un encombrement plus grand que l'espace disponible entre filins dans la zone courante du câble. Chaque filin est généralement constitué soit dsun fil d'acier unique, soit d'un groupe de fils formant un toron, mais des filins différents pourraient être utilisés, tels que des faisceaux de fibres de verre enrobés.

Les éléments d'accrochage sont par exemple constitués par des clavettes autobloquantes à trois mors. L'ensemble des trois mors forme à peu près un volume annulaire. La surface intérieure de celui-ci est cylindrique et rugueuse et vient mordre par des reliefs sur la surface latérale du câble. Sa surface extérieure est lisse et tronconique, avec petite base du côté de la zone courante. Ce volume-est séparé en trois mors par trois fentes dans trois plans passant par l'axe du filin et répartis angulairement à 1200 autour de cet axe. L'ensemble est disposé dans un logement tronconique d'une plaque d'accrochage, la surface de ce logement étant au contact de la surface extérieure des mors.Après mise des mors en appui entre la surface du logement et le filin, toute tension appliquée au filin renforce le blocage de celui-ci par la surface intérieure des mors grâce à un glissement longitudinal de leur surface extérieure dans leur logement.

Un tel élément d'accrochage permet la mise en tension individuelle et l'ajustement de longueur de chaque filin sur le chantier de construction de l'ouvrage. Mais on peut aussi, dans le cas de haubans préfabriqués, faire passer un fil d'acier constituant un filin dans un trou de diamètre juste suffisant percé dans une plaque d'accrochage, puis déformer l'extrémité de ce fil au dela de cette plaque pour former un "bouton" de section plus grande que celle du trou. La mise en tension sur le chantier se fait alors par traction sur un corps d'ancrage qui entraîne les filins essentiellement par l'intermédiaire d'une résine coulée dans ce corps, les boutons et la plaque d'ancrage étant essentiellement utilisés pour un prépositionnement.

Trois types de dispositifs d'ancrage sont actuellement utilisés.

- Des dispositifs du type FREYSSINET ou DîNA sont représentes sur la figure 1. Les éléments d'accrochage sont du type à clavettes ou comme représente, à bouton, les boutons 103 étant retenus par une plaque d'accrochage 104 dans laquelle les filins 100 sont parallèles à l'axe du hauban de même que dans la zone courante 101. L'épanouissement deS filins parallèles 100 se fait de manière brutale. Le support de déviation est une plaque perforée mince 102 en polytétrafluoréthylène qui est mobile pour pouvoir accompagner les déplacements longitudinaux des filins à son contact. Pour limiter les efforts dus à la déviation son angle est choisi petit : 1 degré environ pour la nappe extérieure de filins. On est alors amené à prolonger l'épanouissement sur une longueur de 2 à 3 m.La zone d'épanouissement 105 est alors extérieure au corps d'ancrage constitué par la plaque 104, et il s'ensuit un encombrement qui peut être genant dans certains cas. De plus malgré la faible valeur de l'angle de déviation qui est adopté dans le but d'éviter le phénomène de fatigue, des ruptures de filins se produisent parfois dans ou au voisinage de l'ancrage après un service prolongé.

- Dans les ancrages de type Hi-Am préfabriqués représentés figure 2 l'épanouissement des filins 200 se produit dans un corps d'ancrage massif 202 avec une déviation progressive. Les éléments d'accrochage sont du type à bouton. Il y a une seule déviation, ce qui entrains que la plaque d'accrochage perforée 204 est généralement incurvée en calotte sphérique. L'aeerochage est surtout assuré par le fait que l'intérieur du corps d'ancrage est rempli d'une résine durcie, ce qui repartit la force d'accrochage sur une grande longueur. Des ruptures de filins se produisent cependant parfois après un long service au niveau du col d'ancrage 206 qui constitue le support de déviation, c'est-à-dire à la sortie du corps d'ancrage 204.

- Dans les ancrages de type Hui m modifié (voir fig.3), qui utilisent un accrochage par clavettes 304 et permettent une mise en tension sur le site toron 300 après toron, la déviation est également obtenue dans un corps d'ancrage 302 mais de maniere plus brutale et par ailleurs il y a contact direct de la nappe extérieure de torons avec le col d'ancrage 306, parce que la mise en tension s'effectue avant injection de résine dans le corps d'ancrage. Là encore des ruptures se produisent parfois après un long service au voisinage du col d'ancrage.

La présente invention a pour but d'augmenter la résistanee à la fatigue d'un cable tel qu'un hauban dans et au voisinage de son dispositif d'ancrage, tout en réalisant ce dispositif de manière simple et economique, en lui donnant un faible encombrement, et en permettant si nécessaire une mise en tension du câble filin après filin.

Le dispositif selon la présente invention comporte les éléments eommuns précédemment mentionnés, et il est caractérisé par le fait que ledit support de déviation comporte un coussin de déviation (2) présentant, selon ladite direction longitudinale une longueur supérieure à 5 cm, et présentant une surface d'appui de filins qui regarde vers ledit axe (1) du câble et qui présente, en coupe par un plan axial une forme convexe avec un rayon de courbure compris entre 1 et 10 m environ, de manière à permettre d'obtenir, par appui d'un filin (14) sur cette surface d'appui, une déviation à courbure limitée de ce filin selon un angle important permettant de donner une longueur limitée à ladite zone d'épanouissement (9), - ce coussin étant entouré d'une base annulaire rigide (6) qui permet de supporter ladite pression de déviation et est maintenue par un corps d'ancrage (8) qui maintient par ailleurs lesdits éléments d'accrochage (10), - ce coussin étant constitué d'un matériau élastique apte à se déformer localement sous la pression de chaque filin à son contact pour constituer une bande d'appui présentant une largeur en creux s'étendant selon la direction circonférentielle, et un profil en long sans aspérité, - des moyens d'accompagnement et/ou de glissement étant prévus pour éviter tout frottement blessant du filin sur ce coussin, - des moyens (16, 18) de maintien longitudinal de ce coussin par rapport à sa base étant prévus pour empêcher un déplacement de ce coussin sur sa base et pour le fretter.

Ces dispositions selon la présente invention résultent notamment d'une compréhension nouvelle des phénomènes qui conduisaient parfois à la rupture des filins. Plus précisément - Les déviations brusques des filins produisent des contraintes de flexion importantes dans ceux-ci. Ces contraintes varient de façon cyclique avec la tension. Et ce sont souvent elles qui sont à l'origine de la fatigue des filins. Le fait de répartir la déviation sur une longueur suffisamment grande diminue ces contraintes de flexion et évite la rupture par fatigue.

- Le comportement des filins en fatigue est médiocre dès l'instant où leur mouvement longitudinal se fait au contact de surfaces dures qui blessent leurs peaux et provoquent, même en cas de blessures légères, des phénomènes spécifiques de corrosion sous tension ou de propagation de microfissures. La souplesse du coussin et éventuellement sa facilité de distorsion longitudinale assurent un contact doux et sans frottement blessant avec le filin.

Par ailleurs les dispositions adoptées selon la présente invention permettent d'utiliser sans risque un angle de déviation de grande valeur, par exemple 6 degrés pour la nappe extérieure *, ce qil peut de réaliser la zone d'épanouissement dans un corps préfabriqué rigide de dimensions raisonnables.

Selon la présente invention il est de plus apparu avantageux d'adopter, au moins dans certains cas, les dispositions jLus particulières suivantes - Selon une réalisation de base (figures 4 et 5) ledit coussin de déviation (2) présente une seule surface d'appui annulaire entonrant le câble et recevant en appui une nappe externe (4) dedits filins (14) sensiblement jointifs, de manière que les filins d'une nappe plus interne adjacente (5) viennent s'appuyer contre ceux de cette externe sans pouvoir s'insérer entre eux, les longueurs des dans ladite zone d'épanouissement étant les mêmes de manière que lesdites variations alternatives de tension provoque les déplacements longitudinaux des filins de ces deux nappes da8s ledit support de déviation et ne créent donc pas de frottements- - Ladite base (6) du coussin de déviation (2) s'écarte de l'axe (1) du câble du côté desdits éléments d'ancrage (19) de manière à donner a oc coussin une épaisseur radiale au moins approximativement constante sur toute sa longueur.

- Ledit coussin de déviation (2) est constitué de néoprène dur eu analogue.

- L'épaisseur dudit coussin de déviation (2) est comprise entre 5 et 20 mm environ. On peut aussi utiliser, et de préférence en merle temps, un collage de ce coussin sur sa base.

- lesdits moyens d'accompagnement et/ou de glissement sont constitués par ledit matériau du coussin, ce matériau étant d'autre part apte â subir élastiquement des déformations de distorsion répétées par cisaillement selon ladite direction longitudinale, de manière que, lors des déplacements longitudinaux qu'un filin au contact de oe coussin subit en service sous l'action desdites variations alternatives de tension, ces déplacements soient accompagnés Far ladite surface d'appui sans glissement du filin par rapport à cette surface Lorsque lesdits éléments d'ancrage (10) sont d'un type permettant de mettre les filins (14) en tension les uns après les autres, ladite surface d'appui du coussin de déviation (2) est revetue d'une couche de glissement permettant de faire glisser ces filins sur cette surface lors de cette mise en tension sans détérioration de cette surface
- Selon une variante (figure 6) ledit coussin de déviation présente la forme d'un bloc (20) traversé par chaque filin (22).

- Par ailleurs la zone d'ancrage peut être remplie d'une résine.

A l'aide des figures schématiquess ci-jointes on va décrire ciaprès, plus particulièrement et à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut entre mise en oeuvre. Il doit etre compris que les éléments décrits et représentes peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, hêtre remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence-.

Les figures 1, 2 et 3 précédemment décrites représentent des vues en occupes axiales de dispositifs d'ancrage connus.

La figure 4 represente une vue en demi-coupe - axiale d'un dispositif selon la présente invention, selon une réalisation de base.

La figure 5 représente une vue du dispositif de la figure 4 en coupe transversale partielle selon un plan V-V de cette figure
La figure 6 représente une vue en coupe axiale - partielle du coussin de déviation d'un dispositif d'ancrage selon une variante de la présente invention.

Selon la figure 4 relative à l'ancrage d'un hauban de pont selon ladite version de base, le coussin de déviation est constitué d'un anneau de néoprène 2 servant d'appui à la nappe extérieure 4 des filins. Ceux-ci sont constitués chacun d'un toron de fils d'acier avec gaine de protection.

En coupe longitudinale, la surface du coussin 2 présente un rayon de courbure de 2,5 m et une longueur de 25 cm (entre 5 et 30, cm environ) choisis pour réaliser la déviation du filin au prix de contraintes de flexion acceptables de celui-ci. Il est à remarquer que ces contraintes de flexion sont indépendantes de la variation de la tension du hauban, et ne produise pas de fatigue des filins La zone fléchie est en effet toujours la même et avec un rayon de courbure invariable.

Le matériau néoprène est fretté pour supporter les pressions de contact important des filins. Ce frettage est réalisé en partie par emprisonnement à volume constant, grace aux rebords 16 et 18, mais utilement aussi par vulcanisation sur sa base dtappui tronconique 6, pour constituer ledit collage.

Le matériau néoprene par ses propriétés de distorsion n'oppose sensiblement aucun obstacle aux allongements longitudinaux des fflins, ceux-ci se faisant sans aucun contact latéral blessant.

Si l'ancrage doit permettre une mise en tension indépendante de chacun des filins sur le chantier, le néoprène est utilement revetu d'une couche de glissement en polytétrafluoréthylène non représentée.

Celle-ci évite des distorsions excessives du néoprène pendant cette mise en tension initiale au cours de laquelle le déplacement du filin par rapport au coussin peut etre de quelques décimètres. Dans ce cas, comme représenté, l'accroehage des filins peut se faire par des clavettes 10 logées dans des trous coniques d'une plaque d'accrochage 12 reliée à la base 6 par un corps d'ancrage tubulaire 8 entourant la zone d'épanouissement 9 des filins tels que 14.

Si l'ancrage est destiné à la confection d'un hauban préfabriqué où la tension du hauban est obtenue directement par traction sur le corps d1ancrage, la couche de glissement ne sera pas néeessaire.

Selon la variante de la figure 6, applicable à l'ancrage d'un hauban préfabriqué, le coussin de déviation 20 est réalisé par injection d'un élastomère et enrobe chaque filin 22 indépendamment.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1/ Dispositif d'ancrage de câbles, notamment de haubans de ponts, ce dispositif étant placé dans une zone d'ancrage pour y ancrer une extrémité d'un câble qui relie deux telles zones en supportant une tension qui présente des variations alternatives en service, ce câble présentant un axe longitudinal (1) parallèle à cette tension et comportant une pluralité de filins (14) qui supportent chacun une fraction de la tension du câble, ces filins s'étendant longitudinalement côte à côte dans une zone courante de câble entre ces deux zones d'ancrage, et formant au moins une nappe cylindrique (4) coaxiale au câble, la distance de chacun de ces filins à l'axe du câble dans cette zone courante étant une distance courante à l'axe, propre à ce filin, ce dispositif comportant - une pluralité d'éléments d'accrochage (10) affectés chacun à un dit filin pour accrocher son extrémité en supportant sa tension, ces éléments étant répartis dans une zone d'accrochage (12) et étant placés chacun à une distance dudit axe (1) supérieure à la distance courante à l'axe de son filin, lesdits filins divergeant dudit axe et les uns des autres à partir de cette zone courante pour rejoindre chacun son élément d'aecrochage, cette divergence se faisant dans une zone d'épanouissement (9) qui s'étend longitudinalement à partir de cette zone d'accrochage vers cette zone courante, - et un support de déviation (2, 6) disposé entre cette zone d'épanouissement et cette zone courante pour maintenir chacun desdits filins à une distance de l'axe égale à sa distance courante à l'axe en supportant la pression de déviation essentiellement centrifuge qui résulte de la tension de ce filin et de son angle de déviation entre cette zone courante et cette zone d'épanouissement, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit support de déviation comporte un coussin de déviation (2) présentant, selon ladite direction longitudinale une longueur supérieure à 5 cm, et présentant une surface d'appui de filins qui regarde vers ledit axe (1) du câble et qui présente, en coupe par un plan axial une forme convexe avec un rayon de courbure compris entre 1 et 10 m environ, de manière à permettre d'obtenir, par appui d'un filin (14) sur cette surface d'appui, une déviation à courbure limitée de ce filin selon un angle important permettant de donner une longueur limitée à ladite zone d'épanouissement, - ce coussin étant entouré d'une base annulaire rigide (6) qui permet de supporter ladite pression de déviation et est maintenue par un corps d'ancrage (8) qui maintient par ailleurs lesdits éléments d'accrochage (10), - ce coussin étant constitué d'un matériau élastique apte à se déformer localement sous la pression de chaque filin à son contact pour constituer une bande d'appui présentant une largeur en creux s'étendant selon la direction circonférentielle, et un profil en long sans aspérité, - des moyens d'accompagnement et/ou de glissement étant prévus pour éviter tout frottement blessant du filin sur ce coussin, - des moyens (16, 18) de maintien longitudinal de ce coussin par rapport à sa base étant prévus pour empêcher un déplacement de ce coussin sur sa base et pour le fretter.

2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit coussin de déviation (2) présente une seule surface d'appui annulaire entourant le cabale et recevant en appui une nappe externe (4) dedits filins (14) sensiblement jointifs, de manière que les filins d'une nappe plus interne adjacente (5) viennent s'appuyer contre ceux de cette nappe externe sans pouvoir s'insérer entre eux, les longueurs des filins dans ladite zone d'épanouissement étant les mêmes de manière que lesdites variations alternatives de tension provoque les mêmes déplacements longitudinaux des filins de ces deux nappes dans ledit support de déviation et ne créent donc pas de frottements.

3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite base (6) du coussin de déviation (2) s'écarte de l'axe (1) du câble du côté desdits éléments d'ancrage (10) de manière à donner à ce coussin une épaisseur radiale au moins approximativement constante sur toute sa longueur.

4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit coussin de déviation (2) est constitué de néoprène dur ou analogue.

5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'épaisseur dudit coussin de déviation (2) est comprise entre 5 et 20 mm environ.

6s Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de maintien longitudinal du coussin de déviation (2) comportent deux rebords (16, 18) de ladite base (b) de part et dDautre de ce coussin, ce coussin faisant saillie radialement vers l'intérieur au-delà de ces rebords pour empêcher tout contact entre eux et lesdits filins (14).

7/ Dispositif selon la revendication 5, caractéris par le fait que lesdits moyens de maintien longitudinal du coussin de déviation (2) comportent un collage de ce coussin sur sa base (6).

8/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'accompagnement et/ou de glissement sont constitués par ledit matériau du coussin, ce matériau étant apte à subir élastiquement des déformations de distorsion répétées par cisaillement selon ladite direction longitudinale, de manière que, lors des déplacements longitudinaux qu'un filin au contact de ee coussin subit en service sous l'action desdites variations alternatives de tension, ces dépla cements soient accompagnés par ladite surface d'appui sans glissement du filin par rapport à cette surface.

9/ Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits éléments d'ancrage (10) sont d'un type permettant de mettre les filins (14) en tension les uns après les autres, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que lesdits moyens d'accompagnement et/ou de glissement sont constitués par le fait que ladite surface d'appui du coussin de déviation (2) est revetue d'une couche de glissement permettant de faire glisser ces filins sur cette surface lors de cette mise en tension sans détérioration de cette surface.

10/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit coussin de déviation presente la forme d'un bloc (20) traversé par chaque filin (22).