FR2600358A2 - Long-span reinforced concrete and steel girders - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des structures mixtes ayant pour caractéristiques d'employer le béton arme dans toutes les parties comprimées et l'acier sous sa forme de profilés dans toutes les parties tendues. The present invention relates to mixed structures having the characteristic of using reinforced concrete in all the compressed parts and steel in the form of profiles in all the tensioned parts.
On a exposé dans le brevet principal qu'une structure conforme à l'invention est une structure rigide essentiellement constituée de béton armé et d'acier destinée à supporter respectivement en service des efforts de compression et des efforts de tension les partez destinées à supporter les efforts de compression étant esscrtiellemc-nL- constituées par une masse de béton et les parties destinées à résister aux efforts de tension étant assentie1lemert constituées par un assemblage de profilés en acier sensiblement dépourvus de rigidité intrinsèque, cet assemblage était en majeure partie extérieur au béton et étant ancré dans le béton qui lui assure sa rigidité latérale et sa résistance d flambage. It has been stated in the main patent that a structure in accordance with the invention is a rigid structure essentially consisting of reinforced concrete and steel intended to support respectively in service compressive forces and tensile forces leave them intended to support compression forces being esscrtiellemc-nL- constituted by a mass of concrete and the parts intended to withstand the tension forces being assent1lemert constituted by an assembly of steel profiles substantially devoid of intrinsic rigidity, this assembly was mainly external to the concrete and being anchored in the concrete which ensures its lateral rigidity and its buckling resistance.
Dans une realisation avantageuse, selon le brevet principal, la structure est une poutre constituée d'une membrure er. béton et d'une membrure en acier, la membrure en acier étant constituée d'une carène en-ronds à béton relié de place en place à ia membrure en béton par des ronds à béton disposés par couples dans des plans transversaux, perpendiculaires ou obliques par rapport à la membrure en béton, les extrémités de ces couples étant noyées dans la membrure en béton. In an advantageous embodiment, according to the main patent, the structure is a beam consisting of a frame. concrete and a steel frame, the steel frame consisting of a concrete round hull connected from place to place to the concrete frame by concrete rods arranged in pairs in transverse, perpendicular or oblique planes relative to the concrete member, the ends of these couples being embedded in the concrete member.
Lorsque l'on veut réaliser des poutres de grande portée, on se heurte à deux problèmes
- il n'existe pas, dans le commerce, de ronds à béton de très gros diamètre,
- les ronds à béton disponibles et transportables sont d'une longueur limitée. When one wants to make beams of great span, one encounters two problems
- there are no commercially available concrete rods of very large diameter,
- the concrete bars available and transportable are of limited length.
Dans ces conditions, si on veut réaliser des poutres de grande portée, on est conduit à assembler plusieurs profilés bout à bout. Cet assemblage est onéreux et présente des difficultés. Under these conditions, if we want to make beams of great span, we are led to assemble several sections end to end. This assembly is expensive and presents difficulties.
La présente addition a pour but de permettre la réalisation de poutres de grande portée, notamment pour réaliser des charpentes de couvertures industrielles ou sportives. The purpose of this addition is to allow the production of large-span beams, in particular for making frames for industrial or sports roofs.
On y parvient, selon la présente invention, en constituant la carène par un tube creux en acier apte à recevoir un câble de précontrainte qui sera ultérieurement mis en tension. This is achieved, according to the present invention, by constituting the hull by a hollow steel tube capable of receiving a prestressing cable which will later be tensioned.
Le tube est constitué d'un tronçon de tube unique ou de plusieurs tronçons de tube fixés bout à bout par des soudures ou par des pièces de fixation, par exemple par des platines boulonnées. The tube consists of a single tube section or of several tube sections fixed end to end by welds or by fixing pieces, for example by bolted plates.
On décrira ci-après des réalisations de structures conformes à la présente invention, en référence aux figures du dessin joint, sur lequel
- la figure 1 est un schéma en long d'une poutre selon une première réalisation de l'invention
- la figure 2 est une coupe schématique par le plan transversal aa de la figure 1
- la figure 3 est un schéma en long d'une poutre plus complexe portée par deux poteaux
- la figure 4 est une coupe schématique de la poutre de la figure 3 par le plan transversal aa de la figure 3
- la figure 5 est une coupe schématique de la poutre de la figure 3 par le plan transversal bb de la figure 3
- la figure 6 est une coupe schématique agrandie des extrémités voisines de deux membrures en béton contigües
- la figure 7 est une perspective schématique de l'extrémité de l'une des membrures en béton de la figure 6
- la figure 8 est une coupe transversale d'un tube de carène, et
- la figure 9 est un schéma en long d'une structure constituée de plusieurs travées avec continuité au droit des appuis.Embodiments of structures in accordance with the present invention will be described below, with reference to the figures in the accompanying drawing,
- Figure 1 is a longitudinal diagram of a beam according to a first embodiment of the invention
- Figure 2 is a schematic section through the transverse plane aa of Figure 1
- Figure 3 is a longitudinal diagram of a more complex beam carried by two posts
- Figure 4 is a schematic section of the beam of Figure 3 by the transverse plane aa of Figure 3
- Figure 5 is a schematic section of the beam of Figure 3 by the transverse plane bb of Figure 3
- Figure 6 is an enlarged schematic section of the adjacent ends of two adjacent concrete members
- Figure 7 is a schematic perspective of the end of one of the concrete members of Figure 6
FIG. 8 is a cross section of a hull tube, and
- Figure 9 is a long diagram of a structure consisting of several spans with continuity to the right of the supports.
La structure représentée sur la figure 1 comprend une poutre S constituée d'une membrure rectiligne en béton B et une membrure en acier A constituée d'une part par un tube T de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le haut lorsque la poutre est en position de service et, d'autre part, par des diagonales, par exemple des ronds à béton, disposées par couples C dont une extrémité est soudée sur le tube et dont l'autre extrémité est noyée dans le béton de la membrure en béton B. The structure shown in Figure 1 comprises a beam S consisting of a rectilinear concrete member B and a steel member A consisting on the one hand by a tube T of arcuate shape, the concavity of which is turned upward when the beam is in the service position and, on the other hand, by diagonals, for example concrete rods, arranged in pairs C, one end of which is welded to the tube and the other end of which is embedded in the concrete of the frame concrete B.
On peut fabriquer ces poutres suivant la technique décrite dans le brevet principal, où les poutres sont fabriquées avec la membrure en acier disposée audessus de la membrure en béton. These beams can be manufactured according to the technique described in the main patent, where the beams are manufactured with the steel frame disposed above the concrete frame.
Un câble de précontrainte multitorons F est enfilé dans le tube et mis en tension suivant l'effort calculé, par des moyens quelconques connus en soi et de manière à apporter dans le tube des contraintes de compression toujours inférieures à la limite d'élasticité. A multi-strand prestressing cable F is threaded into the tube and tensioned according to the calculated force, by any means known per se and so as to bring into the tube compressive stresses always below the elastic limit.
Ces moyens sont schématisés sur la figure 1 par des cônes ;. Ultérieurement, le tube est injecté de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de pré contrainte et le protéger de la rouille
On calcule la pré contrainte en sorte que sous charge d'utilisation normale de la poutre, le tube reste légèrement comprimé.These means are shown diagrammatically in FIG. 1 by cones; Subsequently, the tube is injected with mortar or other curable medium to block the pre-stress cable and protect it from rust.
The prestress is calculated so that under normal use load of the beam, the tube remains slightly compressed.
Si on augmente la charge, le câble de précontrainte s'allonge d'abord de quelques centimètres puis le tube se met à travailler à la traction : à la rupture, tout l'acier est tendu. If the load is increased, the prestressing cable first lengthens by a few centimeters, then the tube begins to work in tension: at break, all the steel is stretched.
Ce procédé présente de grands avantages car il autorise la préfabrication décrite dans le brevet principal dans des conditions normales. This process has great advantages because it allows the prefabrication described in the main patent under normal conditions.
La membrure tubulaire est éventuellement constituée de plusieurs tronçons, reliés par des platines boulonnées, ou soudés bout à bout. La soudure des tubes de gros diamètre est une opération connue et simple. The tubular member is possibly made up of several sections, connected by bolted plates, or welded end to end. The welding of large diameter tubes is a known and simple operation.
Après montage, on bénéficie de l'efficacité du câble de précontrainte. After assembly, we benefit from the efficiency of the prestressing cable.
L'invention utilise ainsi les câbles de pré contrainte qui sont livrés en grande longueur alors que les profilés tubulaires sont limités du fait de la difficulté de transport. The invention thus uses prestressing cables which are delivered in great length while the tubular profiles are limited due to the transport difficulty.
il est à noter que cette technique ne pénalise pas la quantité de métal utilisée pour la raison suivante si on charge une telle structure jusqu'à la rupture, les aciers du tube et de pré contrainte travaillent au maximum de leur capacité compte tenu de leurs possibilités d'allongement relatif. it should be noted that this technique does not penalize the quantity of metal used for the following reason if one loads such a structure until rupture, the steels of the tube and prestress work at the maximum of their capacity taking into account their possibilities relative elongation.
Or, dans le calcul à la rupture, la charge autorisée représente un pourcentage de la charge de rupture. However, in the failure calculation, the authorized load represents a percentage of the breaking load.
Le rapport entre ces deux charges - charge d'utilisation et charge de rupture - représente ce que l'on a coutume d'appeler le "coefficient de sécurité" de l'ossature concernée. The relationship between these two loads - working load and breaking load - represents what we usually call the "safety factor" of the frame concerned.
En outre, sous charge normale d'utilisation, le tube reste comprimé et ainsi la poutre se trouve dégagée du risque constitué par une mauvaise soudure dans l'assemblage des tubes bout à bout ; en notant toutefois que la capacité de résistance du tube a été testée par l'effort de traction engendré par le poids propre avant mise en tension du câble. In addition, under normal use load, the tube remains compressed and thus the beam is clear of the risk constituted by a bad weld in the assembly of the tubes end to end; noting however that the resistance capacity of the tube was tested by the tensile force generated by the self-weight before tensioning of the cable.
Dans cette réalisation, la précontrainte est réalisée après que la poutre ait été placée dans sa position de service. il est possible d'utiliser les supports de la poutre pour réaliser la mise en tension du câble de précontrainte. Dans une variante, le câble est mis en tension avant que la poutre soit mise en position de service. In this embodiment, the prestressing is carried out after the beam has been placed in its service position. it is possible to use the beam supports to tension the prestressing cable. Alternatively, the cable is tensioned before the beam is placed in the service position.
Une poutre telle que décrite ci-dessus
convient pour des portées de 20 à 50 mètres, par exemple.A beam as described above
suitable for spans from 20 to 50 meters, for example.
Pour des portées plus grandes, par exemple de
50 à 100 mètres, on préfère utiliser une poutre plus
complexe constituée en fait de plusieurs poutres disposées
bout à bout et traversées par un câble de pré contrainte
commun.For larger spans, for example from
50 to 100 meters, we prefer to use a longer beam
complex actually made up of several beams arranged
end to end and crossed by a pre-stress cable
common.
Les figures 3 à 7 montrent schématiquement une
réalisation d'une telle poutre.Figures 3 to 7 schematically show a
realization of such a beam.
La structure représentée sur la figure 3
comprend une poutre centrale S1 et deux poutres d'extrémité S2,S3. La poutre centrale S1 est constituée d'une membrure
en béton B1, de forme arquée, dont la concavité est
tournée vers le bas lorsque la poutre est en position de
service, et une membrure en acier A, constituée d'une
part par un tube T1, de forme arquée, dont la concavité
est tournée vers le haut lorsque la poutre est en position
de service et, d'autre part, par des diagonales, disposées
par couples C1, dont une extrémité est soudée sur le tube
et dont l'autre extrémité est noyée dans le béton de la
membrure en béton B.The structure shown in Figure 3
comprises a central beam S1 and two end beams S2, S3. The central beam S1 consists of a frame
made of B1 concrete, arched, whose concavity is
turned downwards when the beam is in position
service, and a steel A frame, consisting of a
leaves by a tube T1, of arcuate shape, whose concavity
is facing up when the beam is in position
of service and, on the other hand, by diagonals, arranged
in pairs C1, one end of which is welded to the tube
and whose other end is embedded in the concrete of the
concrete frame B.
Les poutres d'extrémité S2 et S3 ont une
structure analogue mais les courbures des membrures sont moins accentuées et les positions relatives des membrures
sont inversées. The end beams S2 and S3 have a
similar structure but the curvatures of the members are less accentuated and the relative positions of the members
are reversed.
Pour mettre en place lapoutre sur deux appuis ou poteaux A, on pose d'abord les deux poutres d'extrémité que que l'on fixe chacune à l'un des poteaux A, en sorte que la membrure en acier soit au-dessus de la membrure en béton, puis on place entre ces deux poutres la poutre centrale S1 après l'avoir retournée (par rapport à sa position de fabrication) en sorte que la membrure en acier soit au-dessous de la membrure en béton et en sorte que le tube longitudinal T1 de la poutre centrale et les tubes longitudinaux.T21T3 des poutres d'extrémité se trouvent en continuité. Ces tubes sont soudés bout à bout, ou reliés par des platines métalliques boulonnées entre elles, tandis que les poutres en béton sont solidarisées par un moyen quelconque approprié, par exemple : platines métalliques soudées ou boulonnées. To set up the beam on two supports or posts A, first place the two end beams which are each fixed to one of the posts A, so that the steel frame is above the concrete member, then place the central beam S1 between these two beams after having turned it over (in relation to its manufacturing position) so that the steel member is below the concrete member and so that the longitudinal tube T1 of the central beam and the longitudinal tubes. T21T3 of the end beams are in continuity. These tubes are welded end to end, or connected by metal plates bolted together, while the concrete beams are secured by any suitable means, for example: welded or bolted metal plates.
Les figures 6 et 7 illustrent un exemple de réalisation de la jonction de la poutre centrale S1 et d'une poutre d'extrémité, par exemple la poutre S2. Les membrures en béton des deux poutres sont munies à leurs extrémités de platines 1,K2 qui sont ancrées dans les membrures par des tiges (par exemple des ronds à béton) r1,r2 soudées aux platines et noyées dans le béton. Pour assembler les deux membrures, on applique les platines l'une contre l'autre et on les fixe provisoirement par des boulons. Les deux platines sont ensuite soudées l'une à l'autre. Figures 6 and 7 illustrate an exemplary embodiment of the junction of the central beam S1 and an end beam, for example the beam S2. The concrete members of the two beams are provided at their ends with plates 1, K2 which are anchored in the members by rods (for example concrete rods) r1, r2 welded to the plates and embedded in the concrete. To assemble the two frames, the plates are applied one against the other and temporarily fixed by bolts. The two plates are then welded to each other.
La structure à ce stade est stable sous son poids propre. Sous le poids propre de la poutre, le tube se trouve tendu. The structure at this stage is stable under its own weight. Under the dead weight of the beam, the tube is stretched.
Un câble de précontrainte multitorons F est alors enfilé dans les trois tubes et dans les poteaux A, de F1 à F2, et mis en tension suivant l'effort calculé, par des moyens quelconques connus en soi et de manière à apporter dans le tube des contraintes de compression toujours inférieures à la limite d'élasticité. Ultérieurement, le tube est injecté de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de pré contrainte et le protéger de la rouille. A multi-strand prestressing cable F is then threaded into the three tubes and into the posts A, from F1 to F2, and tensioned according to the calculated force, by any means known per se and so as to bring into the tube compressive stresses always below the elastic limit. Subsequently, the tube is injected with mortar or other curable medium to block the pre-stress cable and protect it from rust.
La figure 9 est relative à une structure de très grande portée réalisée en utilisant de travée en travée la technique exposée à propos de la figure 3, les câbles de précontrainte étant mis en place par travée, de F1 à F2, de F2 à F3, de F3 à F4, etc... FIG. 9 relates to a very long-span structure produced using the technique explained in connection with FIG. 3, from span to span, the prestressing cables being placed by span, from F1 to F2, from F2 to F3, from F3 to F4, etc ...
il va de soi que dans une poutre complexe, le nombre des membrures en béton successives est généralement de 2 ou 3 mais il peut également être supérieur. On comprendra également que, selon les cas, le tube de la carène en acier a ses extrémités qui sont noyées dans la membrure en béton ou qui traversent la membrure en béton. it goes without saying that in a complex beam, the number of successive concrete members is generally 2 or 3 but it can also be greater. It will also be understood that, depending on the case, the steel hull tube has its ends which are embedded in the concrete member or which pass through the concrete member.
Les poutres et les structures de l'invention sont notamment destinés à réaliser des charpentes de couverture, la couverture se situant dans le prolongement de la membrure en béton, c'est-d-dire suivant la surface courbe constituée par des lignes droites et horizontales s'appuyant sur les membrures en béton. The beams and structures of the invention are in particular intended to produce roofing frameworks, the roofing being located in the extension of the concrete frame, that is to say along the curved surface formed by straight and horizontal lines leaning on concrete members.
L'invention n'est pas limitée à cette application. Une autre application importante de l'invention est la réalisation de ponts. The invention is not limited to this application. Another important application of the invention is the production of bridges.
Claims (8)
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| ACIER-STAHL-STEEL, vol. 36, no. 4, avril 1971, pages 169-177, Centre Belgo-Luxembourgois d'information de l'acier, Brussel, BE; "Tension Structures: Jawerth System" * |
| V.D.I. ZEITSCHRIFT, vol. 98, no. 22, 1er août 1956, pages 1279-1282, V.D.I. Verlag GmbH, Dusseldorf, DE; B.FRITZ: "Anwendung des Vorspanngedankens bei reinen Stahlkonstruktionen" * |
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Also Published As
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|---|---|
| FR2600358B1 (en) | 1991-07-12 |
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