FR2598947A1

FR2598947A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING PRECONTRATED STEEL BEAMS AND OBTAINED BEAMS

Info

Publication number: FR2598947A1
Application number: FR8706821A
Authority: FR
Inventors: Jean-Baptiste Schleich; Raymond Baus; Willy Chapeau
Original assignee: AITN SPRL; Arbed SA
Current assignee: AITN SPRL; Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1987-11-27
Also published as: EP0246560A3; DE3716833A1; JPS62280440A; GB8711416D0; EP0246560A2; GB2190611A; LU86442A1

Abstract

POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE DE FABRICATION DE POUTRELLES PRECONTRAINTES EN ACIER, ON PREPARE DEUX SECTIONS 1, 2 SUSCEPTIBLES D'ETRE ASSEMBLEES POUR CONSTITUER LA POUTRELLE DESIREE, ON ASSEMBLE CES SECTIONS EN LES APPOSANT L'UNE A L'AUTRE, ON SOUMET L'ENSEMBLE AINSI CONSTITUE SIMULTANEMENT A UNE FLEXION, DE MANIERE A OBTENIR UNE POUTRELLE FLECHIE, VIRTUELLEMENT CONSTITUEE, ON REUNIT LES DEUX SECTIONS PAR LEURS AIRES ADJACENTES ET L'ON SUPPRIME LES EFFORTS DE FLEXION EXTERIEURS AU TERME DE L'OPERATION DE REUNION. APPLICATION A LA REALISATION DE POUTRELLES PRECONTRAINTES EN ACIER, CONSTITUEES PAR DEUX SECTIONS EN FORME DE T AYANT LEURS AMES DANS LE MEME PLAN.FOR THE IMPLEMENTATION OF THE PROCESS FOR MANUFACTURING PRE-STRESSED STEEL BEAMS, WE PREPARE TWO SECTIONS 1, 2 LIKELY TO BE ASSEMBLED TO CONSTITUTE THE DESIRED BEAM, WE ASSEMBLE THESE SECTIONS BY APPLIING THEM TO ONE ANOTHER, WE SUBMIT THE WHOLE THUS CONSTITUTES SIMULTANEOUSLY A BENDING, SO AS TO OBTAIN A BULKHEAD, VIRTUALLY CONSTITUTED, THE TWO SECTIONS ARE JOINED BY THEIR ADJACENT AREAS AND THE EXTERNAL BENDING EFFORTS AT THE END OF THE MEETING. APPLICATION TO THE REALIZATION OF PRE-STRESSED STEEL BEAMS, CONSTITUTED BY TWO T-SHAPED SECTIONS HAVING THEIR SOULS IN THE SAME PLAN.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE POUTRELLES PRECONTRAINTES EN ACIER ET POUTRELLESPROCESS FOR MANUFACTURING PRECONTRATED STEEL BEAMS AND BEAMS

OBTENUESOBTAINED

L'invention concerne des poutrelles précontraintes en acier. Le but poursuivi dans la conception de poutrelles précontraintes est évident: il s'agit d'augmenter la capacité de The invention relates to prestressed beams of steel. The purpose of designing prestressed beams is obvious: it is about increasing the capacity of

charge lorsque la poutrelle est sollicitée à la flexion. load when the beam is biased to bending.

Le brevet belge n 495 318 enseigne de fabriquer une 10 poutrelle en béton armé précontraint, en soumettant d'abord l'armature métallique non enrobée à une flexion, en enrobant ensuite de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, en maintenant fléchie l'armature enrobée de béton pendant le durcissement de 15 celui-ci et en supprimant enfin la force de flexion après durcissement du béton. L'armature est constituée par une poutrelle laminée en acier. La flexion est effectuée soit par l'application d'une force en un point de l'armature compris entre les extrémités qui sont maintenues fixes, soit par l'application de forces aux extrémités de la poutrelle dont un Belgian Patent No. 495,318 teaches the manufacture of a prestressed reinforced concrete beam by first subjecting the uncoated metal reinforcement to bending, then coating at least a fraction of the part of the reinforcement underwent with concrete. pulling due to bending, by bending the reinforcement coated with concrete during the curing thereof and finally removing the bending force after curing the concrete. The frame consists of a laminated steel beam. The bending is effected either by the application of a force at a point of the reinforcement between the ends which are held fixed, or by the application of forces at the ends of the beam, one of which

point intermédiaire est maintenu fixe. intermediate point is kept fixed.

On obtient de cette manière des poutrelles précontraintes oO la précontrainte est réalisée à l'aide d'un enrobage partiel-en béton. De telles poutrelles- sont connues sous 25 l'appellation PREFLEX dans les milieux de la construction In this way prestressed beams are obtained where prestressing is carried out by means of a partial coating-concrete. Such beams are known under the name PREFLEX in the construction industry.

lourde, de ponts ou de viaducs.heavy, bridges or viaducts.

Un premier inconvénient inhérent à de telles réalisations est le surplus en poids attribuable au béton; un deuxième désavantage est dO au fait que le béton d'enrobage doit 30 lui-même être armé et que les armatures en acier doivent être fixées par soudage à l'armature principale, c'est-àdire à la poutrelle en acier, ce qui comporte un travail d'aménagement et de soudage fastidieux et impossible à réaliser de manière automatique. Enfin, un troisième désavantage provient du fait que l'enrobage recouvre l'acier, si bien qu'il est difficile de procéder à ces endroits de la poutrelle à des opérations de forage et impossible d'effectuer des travaux de soudage. Le but de l'invention est de proposer un procédé de A first disadvantage inherent in such embodiments is the surplus weight attributable to concrete; a second disadvantage is that the encasing concrete must itself be reinforced and the steel reinforcements must be fixed by welding to the main reinforcement, ie to the steel truss, which involves laborious layout and welding work that can not be done automatically. Finally, a third disadvantage arises from the fact that the coating covers the steel, so that it is difficult to proceed at these points of the beam to drilling operations and impossible to perform welding work. The object of the invention is to propose a method of

fabrication de poutrelles précontraintes, exemptes des inconvénients décrits. manufacture of prestressed beams, free from the disadvantages described.

_ lOOn pourrait imaginer de constituer une poutrelle précontrainte en acier à partir de deux sections distinctes et exempte'de béton, dans laquelle on induirait la précontrainte en agissant sur l'une des deux sections en vue de lui conférer une dilatation temporaire dans le sens de la longueur, en 15 réunissant les deux sections et en éliminant la cause de It might be conceivable to form a steel prestressed beam from two distinct sections and free of concrete, in which prestressing would be induced by acting on one of the two sections to give it temporary expansion in the direction of length, bringing together the two sections and eliminating the cause of

ladite dilatation.said dilation.

Ainsi, on pourrait exercer sur l'une des sections une Thus, one could exercise on one of the sections a

force de traction, avant de la réunir avec l'autre section. traction force, before joining it with the other section.

On pourrait également chauffer l'une des sections pour 20 l'allonger temporairement. One of the sections could also be heated to lengthen it temporarily.

Dans les deux cas, il est imaginable de constituer une In both cases, it is conceivable to constitute a

poutrelle précontrainte, mais il serait nécessaire de mettre en oeuvre des moyens énormes de traction, respectivement dechauffage, si l'on veut constituer des poutrelles précontrain25 tes d'envergure dépassant les mini-profilés. prestressed beam, but it would be necessary to implement huge means of traction, respectively heating, if one wants to build beams precontrain25 tes wings beyond the mini-profiles.

Ainsi, le but de l'invention est atteint par le procédé caractérisé par les étapes suivantes: a) On prépare deux sections distinctes qui sont susceptibles d'être assemblées pour constituer la poutrelle désirée; b) On appose ou selon le cas superpose les deux sections, de manière à ce que la poutrelle soit virtuellement constituée; c) On soumet les deux sections simultanément à une force de 35 flexion, de manière à obtenir une poutrelle fléchie, virtuellement constituée; Thus, the object of the invention is achieved by the method characterized by the following steps: a) Two separate sections are prepared which can be assembled to form the desired beam; b) The two sections are affixed or, as the case may be, superimposed, so that the beam is virtually constituted; c) The two sections are simultaneously subjected to a bending force, so as to obtain a bent beam, virtually constituted;

d) On réunit les deux sections par leurs aires adjacentes. d) The two sections are brought together by their adjacent areas.

D'autres caractéristiques de l'invention sont décrites Other features of the invention are described

dans les sous-revendications.in the subclaims.

Les deux sections suivant l'étape a) peuvent par exemple être deux sections en forme de T qui, après assemblage, donnent une section en forme de I. Les deux sections suivant l'étape a) peuvent aussi être par exemple deux sections en forme de I. The two sections following step a) can for example be two T-shaped sections which, after assembly, give an I-shaped section. The two sections following step a) can also be for example two shaped sections. of I.

L'assemblage en question se fait suivant l'étape b), en encadrant les deux sections en T à l'aide de plusieurs cadres en 10 acier, comme on l'expliquera plus loin. The assembly in question is done according to step b), framing the two T-sections with the aid of several steel frames, as will be explained later.

La préparation des deux sections selon l'étape a) peut consister par exemple en ce que l'on découpe une poutrelle en forme de I pour obtenir deux sections en forme de T. L'étape c) prévoit que l'on applique à l'ensemble compre15 nant les deux sections apposées l'une à l'autre et encadrées, une force de flexion. Ceci peut être réalisé en appliquant deux forces égales et dans le même sens aux extrémités de l'une des sections, tandis que des appuis sont prévous aux quarts ou aux tiers de portée à l'autre section. Il est indis20 pensable que les cadres soient dimensionnés de manière à ce que k'ensemble constitué par les deux sections en forme de T, apposées pour forme un I, soit immobilisé en ce sens que lors de l'application des forces de flexion, les deux sections se comportent dans la mesure du possible comme une poutrelle entière, c'est-à-dire que seules les aires adjacentes peuvent se déplacer l'une vis-à-vis de l'autre en glissant l'une sur l'autre. L'étape d) est réalisée avantageusement en mettant en oeuvre un appareil de soudage électrique mobile et automatisé. 30 Suivant l'invention, il est possible de préparer deux sections en forme de T o chacune présente une composition ou une qualité de l'acier différente l'une de l'autre, par exemiple en découpant différentes sortes de poutrelles en forme de I. Il peut tout aussi bien être prévu d'utiliser au départ deux sections en forme de poutrelles en I et de réunir ces sections qui se prêtent fort bien à la flexion, par leurs semelles, soit par soudage, soit par boulonnage, ou par un The preparation of the two sections according to step a) may consist, for example, in that an I-beam is cut to obtain two T-shaped sections. Step c) provides for the application of assembly comprising the two sections affixed to one another and framed, a bending force. This can be done by applying two equal forces in the same direction to the ends of one of the sections, while supports are prevous at quarters or thirds of reach to the other section. It is essential that the frames be dimensioned so that the set consisting of the two T-shaped sections, affixed to an I-shape, is immobilized in the sense that when flexural forces are applied, the two sections behave as far as possible as a whole beam, ie only adjacent areas can move one towards the other by sliding one over the other . Step d) is advantageously carried out using a mobile and automated electric welding apparatus. According to the invention, it is possible to prepare two T-shaped sections each having a composition or quality of the steel different from each other, for example by cutting different kinds of I-shaped beams. It may equally well be envisaged to use initially two sections in the form of I-beams and to bring together those sections which lend themselves very well to bending, by their soles, by welding, or by bolting, or by a

quelconque autre moyen approprié.any other appropriate means.

L'invention sera illustrée à l'aide des dessins schématisés qui représentent de manière non limitative une des The invention will be illustrated with the aid of the schematic drawings which show in a nonlimiting way one of the

formes d'exécution possibles du procédé. possible embodiments of the process.

- la figure 1 montre une vue latérale de deux sections en --5 forme de T, encadrées pour former une poutrelle virtuelle qui est sollicitée par des forces de flexion appliquées aux extrémités; - la figure lA montre une coupe à travers l'ensemble 10 comportant la poutrelle virtuellement constituée et un cadre de fixation, à l'endroit d'application de la force de flexion; - la figure lB montre une coupe à travers l'ensemble 15 comportant la poutrelle virtuellement constituée et un cadre de fixation, à l'endroit de l'appui; - la figure 2 représente une coupe des deux sections destinées à former la poutrelle, l'accent 20 étant mis sur les aires adjacentes et les figures 2A et 2B montrent l'exécution de chanfreins aux extrémités des aires adjacentes, avant le soudage; - la figure 3 représente une coupe à travers une pou25 trelle, dont les deux sections qui la constituent sont réunies par collage; - la figure 4 représente une des applications possibles des poutrelles suivant l'invention. En figure 1, on distingue les deux sections 1 et 2 en forme de T. Ces sections sont maintenues en position telle que les aires 11 respectivement 21 sont adjacentes. En pratique, ces aires pourront s'effleurer ou être situées à une distance de l'ordre de 2 à 5 mm l'une de l'autre, pour éviter des difficultés lors du soudage subséquent. Le maintien des sec35 tions est assuré par des cadres; dans le cas de quatre cadres par exemple, les deux cadres 3, 4 sont disposés aux extrémités des sections, tandis que les deux cadres 5, 6 sont disposés Figure 1 shows a side view of two T-shaped sections framed to form a virtual beam which is biased by bending forces applied to the ends; FIG. 1A shows a section through the assembly 10 comprising the virtually constituted beam and a fastening frame at the point of application of the bending force; FIG. 1B shows a section through the assembly 15 comprising the virtually constituted beam and a fastening frame at the location of the support; FIG. 2 shows a section of the two sections intended to form the beam, the accent being placed on the adjacent areas and FIGS. 2A and 2B show the execution of chamfers at the ends of the adjacent areas, before welding; - Figure 3 shows a section through a ladle, whose two sections that constitute it are joined by gluing; FIG. 4 represents one of the possible applications of the beams according to the invention. In Figure 1, there are two sections 2 and 2 in the form of T. These sections are maintained in position such that the areas 11 and 21 respectively are adjacent. In practice, these areas may be touching or be located at a distance of about 2 to 5 mm from each other, to avoid difficulties during the subsequent welding. The maintenance of sec35 tions is ensured by cadres; in the case of four frames for example, the two frames 3, 4 are arranged at the ends of the sections, while the two frames 5, 6 are arranged

aux quarts de portée.quarter of staff.

si La section inférieure 2 est plus courte que la section supérieure 1, pour tenir compte des changements de longueur intervenant lors de la flexion; l'aspect de l'ensemble fléchi if the lower section 2 is shorter than the upper section 1, to account for changes in length occurring during bending; the appearance of the whole flexed

est indiqué par les lignes pointillées. is indicated by the dotted lines.

Comme on le voit à titre d'exemple en figure 1, en figure 1A et en figure lB, les forces de flexion F sont appliquées aux cadres 3, 4; elles sont reprises aux appuis A par les cadres 5, 6. Les cadres 3, 4, 5, 6 sont identiques du point de vue de leur construction, leur disposition toutefois 10 varie en fonction de leur rôle. Ainsi, les cadres 3, 4 sont disposés de manière à ce que l'ouverture soit dirigée vers le bas, tandis que les cadres 5, 6 sont disposés à l'envers; on a représenté l'application des forces ou des réactions aux As seen by way of example in FIG. 1, FIG. 1A and FIG. 1B, the flexural forces F are applied to the frames 3, 4; they are taken up at the supports A by the frames 5, 6. The frames 3, 4, 5, 6 are identical from the point of view of their construction, their arrangement however varies according to their role. Thus, the frames 3, 4 are arranged so that the opening is directed downwards, while the frames 5, 6 are arranged upside down; the application of forces or reactions to

appuis par des flèches pour illustrer à quels endroits les 15 cadres sont sollicités. arrows to illustrate where the frames are biased.

Grâce au concept des cadres, le soudage est facilement réalisable à l'aide d'une soudeuse automatique. Comme on le voir en figure 1A et lB, la soudeuse S se déplace sur un profilé en U 7 qui s'appuie à l'endroit correspondant à la 20 figure 1A sur la partie inférieure du cadre et à l'endroit correspondant à la figure lB sur la semelle de la section 2, par l'intermédiaire d'une barre (hachurée) qui compense la Thanks to the frame concept, welding is easily achieved using an automatic welder. As seen in FIGS. 1A and 1B, the welder S moves on a U-shaped section 7 which rests at the location corresponding to FIG. 1A on the lower part of the frame and at the location corresponding to FIG. lB on the sole of section 2, by means of a bar (hatched) which compensates the

différence de niveau.difference in level.

Il reste à remarquer que l'on disposera avantageusement 25 des plaques 8 respectivement 9 entre les cadres et les vérins non représentés ou entre les cadres et les appuis, pour éviter It remains to be noted that the plates 8 and 9 will advantageously be arranged between the frames and the cylinders not shown or between the frames and the supports, to avoid

des endommagements.damage.

Pour conditionner les aires destinées à être réunies par soudage (voir figure 2), il est prévu des chanfreins, de préférence à l'extrémité de la section supérieure. En figure 2A, il est représenté un chanfrein approprié dans le cas de poutrelles à âmes épaisses. Dans le cas de poutrelles à âmes To condition the areas to be joined by welding (see Figure 2), chamfers are provided, preferably at the end of the upper section. In Figure 2A, there is shown a suitable chamfer in the case of thick-web beams. In the case of joists with souls

minces, on préférera le chanfrein représenté en figure 2B. thin, we prefer the chamfer shown in Figure 2B.

Au lieu de réunir les sections, constituant la pou35 trelle, par soudage, on peut également réunir les sections par collage (voir figure 3). Dans le cas représenté, on a avantageusement recours à des plats d'acier (33) collés sur les âmes Instead of joining the sections constituting the pouch by welding, the sections can also be joined by gluing (see FIG. 3). In the case shown, it is advantageous to use steel plates (33) glued to the souls

des sections (31, 32) et ceci sur toute leur longueur. sections (31, 32) and this along their entire length.

î, à, -, z _ Bien qu'on a expliqué l'invention en décrivant l'emploi de sections en forme de T, il est bien entendu qu'on peut également fabriquer des poutrelles à l'aide de sections mixtes, Although the invention has been explained by describing the use of T-shaped sections, of course it is also possible to manufacture beams using mixed sections.

de profilés creux ainsi que de leur combinaison et en particul5 ier de 2 sections en forme de I. Lorsque les sections en forme de I sont de dimension différente, il est particulièrement aisé de réunir les ailes adjacentes par soudage. The I-shaped sections are of different dimensions, and it is particularly easy to join the adjacent flanges by welding.

Au terme de la fabrication, on obtient une poutrelle précontrainte en acier, dont une partie se trouve en traction," et l'autre en compression. Une telle poutrelle peut supporter une charge maximale plus importante qu'une poutrelle laminée de môme dimension, étant donné que la partie de la poutrelle en traction prend en charge les efforts de compression et la partie en compression prend en charge les efforts de traction.:.-l.5 Une des applications possibles est représentée en figure 4 o on distingue une poutrelle précontrainte et soudée (40) supportant une dalle (41) en béton armé. La liaison dallepoutrelle est réalisée à l'aide de boulons (42). Les sections At the end of manufacture, a steel prestressing beam is obtained, one part of which is in tension, and the other in compression.This beam can support a greater maximum load than a laminated beam of the same size, being Since the part of the truss in tension takes care of the compressive forces and the part in compression takes over the tensile forces. One of the possible applications is represented in FIG. 4 where a prestressed beam is distinguished. and welded (40) supporting a slab (41) of reinforced concrete.The slab connection is made using bolts (42).

en T employées pour constituer la poutrelle ont des dimensions 20 transversales différentes, la section la plus petite se trouvant au contact avec la dalle. Tees used to form the beam have different transverse dimensions, the smaller section being in contact with the slab.

Claims

1.- A method of manufacturing steel prestressed beams, characterized in that two sections (1, 2) are prepared which can be assembled to form the desired beam, that these sections are assembled by affixing them. one to the other, that one subjects the assembly thus constituted simultaneously to a bending, so as to obtain a bent beam, virtually constituted, that the two sections are joined by their adjacent areas and that one suppresses the outer bending forces at the end of the meeting operation.

2. A process according to claim 1, characterized in that two identical sections (1, 2) are prepared from the point

view of the geometric form.

3. A process according to claim 1, characterized in that two sections (1, 2) of different geometrical shape are prepared.

4. A process according to claim 1, characterized in that two I-shaped sections are prepared.

5. A process according to one of claims 1 to 4, characterized in that two sections (1, 2) in the form of

T by cutting an I-shaped beam.

6. A process according to one of claims 1 to 5, characterized in that two identical sections (1, 2) are prepared from the point of view of the quality of the steel.

7.- Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that two sections (1, 2) of different quality are prepared and these sections are affixed according to the direction

the flexion to be operated or the mechanical characteristics referred to in the assembled beam.

8. Process according to one of claims 1 to 7, characterized in that the position of the two sections (1,

2) opposed relative to one another by means of frames (3, 4, 5, 6) which have substantially the shape of a rectangle 35 gle, one of the sides having a central opening for receiving and guiding the soul of one of the sections (1, 2), its wing resting on the outside of the frame, while the opposite side of the frame, intended to support the wing of the second section (2, 1) , has an inner length substantially equal to the width of the wing of this section, the two remaining sides of the frame having lengths such that once the sections (1, 2) in place, the parts facing their souls are distant a few millimeters.

9. A process according to claim 8, characterized in that the bending forces (F) are applied to at least two

frames (3, 4) arranged at the ends of the sections (1, 2) and 10 that the reactions at the supports (A) are taken up by means of at least one frame (5, 6) located between said frames ( 3, 4) arranged at the ends of the sections.

10. A process according to one of claims 1 to 9, characterized in that joins the two sections by welding, bolting or gluing.

11.- Steel prestressed beam, whose wings are bent, characterized in that it consists of two T-shaped sections having their souls in the same plane

and the sides of the soul that are not connected to the wings, joined together.

12.- Steel prestressed beam, whose flanges are bent, characterized in that it consists of two I-shaped sections having their souls in the same plane

and united by the wings in contact.

13. A girder according to claim 11 or 12, characterized in that the steel of the two sections is of quality.

* different.

14. A beam according to claim 11 or 12, characterized in that the two sections have a different geometry.