FR2902814A1 - Noeud de portique parasismique a joints amortisseurs armes par cables en forme de ceinture ductilisable et reparable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un noeud de portiques permettant au bâtiment supporté d'éviter l'effondrement et d'être réutilisable après séisme.Le noeud comporte des joints (1) dont l'armature est constituée par des câbles passant sur des poulies (2) d'axe (8). Chaque câble forme une ceinture (3) continue et se referme sur lui-même dans un boîtier (4) de bouclage assurant le serrage de la ceinture (3) et l'amortissement des pics de tension du câble.Le noeud de portique selon l'invention, en sus de sauver des vies humaines, est particulièrement destiné à sauvegarder les biens immobiliers.

Description

La présente invention concerne l'ossature résistante des bâtiments

construits en zone à risque sismique. Les structures parasismiques utilisées couramment sont soit des triangulations, soit des murs, soit des portiques, soit une combinaison de ces trois 5 éléments. L'invention traite simplement des quadrillages de portiques réguliers en béton armé ou autre matériau résistant. Dans un bâtiment soumis aux tremblements de terre, les planchers et toitures non parasismiques se rompent au voisinage des appuis et s'effondrent ensemble 10 d'un seul bloc jusqu'au sol. L'empilement qui en résulte produit le désastreux effet "mille feuille" si meurtrier pour les habitants et rendant si difficiles les secours aux victimes. C'est pourquoi la législation parasismique actuelle préconise la conception de "rotules plastiques" dans les traverses de portique aux alentours des appuis pour absorber une part d'énergie sismique et éviter l'effondrement précité. Mais un 15 problème subsiste toutefois. Le problème est que si la solution de "rotules plastiques" dans une structure monolithique classique permet de sauver des vies, tâche essentielle, une question importante demeure cependant : qu'en est-il après le séisme de l'état de conservation des biens immobiliers pour un usage ultérieur normal du bâtiment ? 20 En effet, les "rotules plastiques" supposent, dans un bâtiment monolithique, des déformations irréversibles par définition et donc, pour les structures courantes sans joint, un endommagement quasiirréductible qui peut rendre le bâtiment inutilisable ou d'occupation risquée après le séisme. En particulier, si de nouvelles répliques sont à craindre sur un bâtiment déjà endommagé par la première secousse. 25 Les joints amortisseurs selon l'invention devraient permettre de remédier aux inconvénients précités, en absorbant une quantité suffisante d'énergie sismique lors de la première secousse et en permettant, après, une réparation ultérieure des joints déformés par réglage ou remplacement éventuel des câbles endommagés, pour une rapide remise en état de service du bâtiment après séisme. Ainsi, l'invention a pour 30 but de permettre de reloger rapidement les populations sinistrées et surtout d'éviter le problème économique majeur d'une éventuelle reconstruction. La particularité du présent brevet est de ménager autour des noeuds de portique de véritables joints élastoplastiques armés de câbles. Les deux extrémités de chaque câble étant réunies par un boîtier de bouclage, le câble prend alors la 35 forme d'une véritable ceinture avec ses propriétés de fermeture et de serrage d'où son nom de câble de ceinture. Ceci pour distinguer le câble de ceinture selon l'invention des câbles de précontrainte qui, en général, ne sont pas refermés sur eux-mêmes comme le câble de ceinture. De plus, les câbles de ceinture passent sur des poulies et peuvent constituer trois sortes de ceintures différentes selon la fonction assurée : • ceinture de continuité • ceinture d'articulation • ceinture d'autocontrainte A noter qu'une même ceinture peut assurer une combinaison de ces trois fonctions comme nous le verrons dans la suite. Deux autres types de ceintures seront également à considérer selon qu'elles seront intérieures ou extérieures au portique. Selon une forme de réalisation préférentielle, les câbles de ceinture sont localisés à proximité et de part et d'autre des joints qu'ils arment et sont placés à l'extérieur du portique sur des poulies d'axe traversant. Selon deux autres modes particuliers de réalisation de l'invention : • les câbles de ceinture, contrairement aux précédents, peuvent être filants d'un bout à l'autre du portique et sont placés dans des gaines noyées dans le béton à l'intérieur de la traverse, • au lieu d'un seul câble de ceinture, chaque ceinture peut être 20 composée de deux câbles réunis, cette fois, par deux boîtiers de bouclage différents. Avant tout chargement de la traverse, une légère prétension des câbles sera nécessaire pour maintenir les joints suffisamment serrés et la traverse parfaitement droite sous son seul poids propre. 25 Avant d'énumérer les différentes figures décrivant l'invention, précisons que les barres d'armature proprement dite du portique ne sont pas toujours dessinées et parfois à peine esquissées, puisqu'elles relèvent de la technique classique du béton armé et ne sont pas revendiquées par la présente invention. La figure 1 représente en élévation le noeud de portique avec consoles et leurs 30 joints armés de câbles de ceinture. Un détail est annexé à la figure 1 pour montrer, à plus grosse échelle, la poulie recevant le câble de ceinture. La figure 2 est une vue en plan du noeud de portique dessiné figure 1. La figure 3 représente, en élévation, un cas de noeud à joints sans console. La figure 4 est une vue en plan du noeud représenté figure 3. 35 La figure 5 représente en coupe l'intérieur d'un boîtier de bouclage d'une ceinture armant un joint et montre le gabarit d'ensemble des dispositifs contenus. 15 La figure 6 est une vue selon "v" d'une cloison amovible de fermeture du boîtier de bouclage. La figure 7 montre en élévation un noeud de portique à joint décroché. Le talon en partie basse du joint sert d'appui à la traverse. L'armature du joint est un câble de ceinture d'autocontrainte qui sera détaillé par la suite. La figure 8 est une vue en plan du noeud représenté en figure 7. La figure 8bis vue en plan partielle (par dessus ou par dessous) de la traverse, montre que le joint comporte une ceinture de continuité. La figure 9 montre, en grandeur réelle, une coupe dans les diverses poulies supportant la ceinture d'autocontrainte dessinée en figure 7 et 8. La figure 10 indique le trajet du câble de ceinture d'autocontrainte et permet de repérer les coupes dessinées figure 9. La figure 11 représente les détails des divers dispositifs de bouclage de ceinture contenus dans le boîtier et seulement esquissés figure 5.

La figure 12 présente un autre mode de dispositifs de bouclage assurant des fonctions similaires à ceux de la figure 11. La figure 13 représente un boîtier contenant seulement le dispositif d'aboutage du câble de ceinture et de réglage de sa tension. La figure 14 représente un boîtier contenant seulement le dispositif d'amortissement des pics de tension du câble de ceinture. Les figures 15 et 16 montrent en plan et élévation un exemple de quadrillage de portiques parasismiques. D'après la direction des sollicitations sismiques indiquées par les flèches figure 15, on comprend la nécessité d'un quadrillage de portiques pour reprendre, suivant deux séries de files perpendiculaires, des efforts de direction quelconque par rapport au quadrillage, la direction principale précise des secousses sismiques n'étant jamais prévisible et pouvant même varier d'une secousse à la suivante ou même en cours de secousse. La figure 17 représente les différents types de noeuds nécessaires à la construction du quadrillage de portiques dessiné en figures 15 et 16.

La figure 18 est une vue en plan des armatures en attente dans le cas d'un noeud préfabriqué. La zone hachurée est évidée et sera coulée sur chantier avec poteau supérieur. La figure 19 représente un noeud entièrement préfabriqué. La figure 20 représente une vue selon "v2", de la figure 12, dans le cas 35 de câbles de ceinture d'autocontrainte. La figure 21 représente une vue selon "vl" de la figure 12.

La figure 22 montre, en élévation, que la conception du noeud permet une préfabrication totale du portique (noeuds, traverses et poteau) mis à part les amorces de poteaux dans le radier coulées sur chantier au départ de la construction. On verra, plus loin, que dans ce cas précis, la stabilité d'ensemble du portique est assurée élastiquement par des câbles de ceinture judicieusement disposés aux joints des poteaux. En outre, on note deux sortes de câbles de ceinture utilisés : une ceinture de continuité rectangulaire et une ceinture d'articulation triangulée et croisée sur le joint. Le détail "D" annexé à la figure 22 montre, à plus grande échelle, la poulie et sa contre-poulie qui a été ajoutée et est suspendue sous la poulie par un étrier. La figure 22 bis, annexée à la figure 22, propose un autre mode de réalisation de la ceinture d'articulation représentée en figure 22. La figure 23 représente une traverse hyperstatique à trois travées continues armées de câbles de ceinture d'autocontrainte intérieure. Pour limiter le nombre des dessins deux types de joints différents ont été représentés sur la même traverse. Exceptionnellement la ceinture utilisée est composée de deux câbles réunis par deux boîtiers de bouclage. Un détail "D" montre, à plus grosse échelle, une poulie de rive du portique. La figure 24 représente une traverse hyperstatique à noeuds d'appui sans console et joints armés de câbles de ceinture d'autocontrainte intérieure. La figure 25 précise les noeuds intermédiaires de la traverse représentée figure 24. Figure 26, un détail "Dl" de la figure 25 montre l'extrémité du câble d'articulation. Le détail "D2" indique à plus grosse échelle, le passage du câble de 25 ceinture à travers le joint. La figure 27 précise le noeud de rive de la traverse représentée figure 24. Par comparaison avec le cas des figures 23 et 24 (autocontrainte d'appui), la figure 28 (autocontrainte de travée) représente une traverse hyperstatique à câbles de ceinture d'autocontrainte intérieure, l'autocontrainte étant localisée cette fois en 30 travée sur joint médian. Chaque travée comportant trois joints qui la divisent en deux parties, il s'agit bien d'une poutre souple se rapprochant de celles revendiquées dans des brevets antérieurs, même si elle se compose seulement de deux parties. Cependant, nous indiquerons, par la suite, en quoi la traverse propre à l'invention diffère notamment des poutres souples déjà revendiquées. Un détail 35 "D" montre le passage du joint médian par le câble de ceinture.

Les traverses hyperstatiques des figures 23, 24 et 28 ont été dessinées, à titre d'exemple, avec trois travées seulement mais elles peuvent comporter un nombre quelconque de travées selon l'invention. La figure 29 représente l'élévation d'un noeud sans console avec câbles de 5 ceinture d'autocontrainte intérieure. Un détail "D" représente l'extrémité du câble d'articulation déjà dessiné, à plus grosse échelle, en figure 26. La figure 30 est annexée à la figure 29 pour montrer un cas d'assemblage du noeud avec traverse préfabriquée. La figure 31 est une élévation d'un noeud avec consoles et câble de ceinture 10 d'autocontrainte extérieure. La figure 32 représente en élévation un cas de noeud sans console à joints armés de câbles de ceinture de continuité intérieure. La figure 33, élévation d'un noeud avec consoles, montre la possibilité d'une combinaison de câbles de ceinture d'autocontrainte intérieure avec des câbles de 15 ceinture d'articulation extérieure. Les figures 34 à 36 représentent les différentes possibilités d'assemblage de noeuds soit préfabriqués, soit coulés sur chantier. On peut remarquer que les noeuds 1 et 3 indiqués "Préfa-Préfa" peuvent être également réalisés selon l'assemblage "Préfa-Chantier". De même, les noeuds 5 et 6 indiqués "Préfa-Préfa" peuvent être 20 aussi réalisés selon l'assemblage "Chantier-Préfa". Les figures 37 et 38 ont été dessinées car il restait un "blanc" à remplir en bas de planche 11/11. Ces figures prouvent que toutes les ceintures ne sont par forcément rectangulaires. On a mentionné précédemment trois sortes de ceintures, chacune assurant 25 une fonction particulière. Définissons ces trois fonctions : Continuité : Sur les figures 1, 3, 22, 32 et 37 sont dessinées des ceintures de continuité le plus souvent de forme rectangulaire. On sait qu'au droit d'un joint non armé en flexion, le moment résistant est 30 nul, les faces du joint pouvant tourner librement. Par contre, la ceinture de continuité crée un couple résistant qui permet la transmission des moments de continuité d'un bord à l'autre du joint. Articulation : Sur les figures 22, 22bis, 33 et 38 apparaissent des ceintures d'articulation 35 présentant des câbles traversant le joint en diagonale selon des angles compris entre 30 et 45 .

On sait qu'entre les deux faces d'un joint d'une poutre, il existe un effort tranchant égal à la somme algébrique des forces citées d'un côté du joint. La ceinture d'articulation fonctionnant comme une articulation mécanique (un axe par exemple) permet donc la transmission de cet effort tranchant d'un bord à l'autre du joint jusqu'à l'appui de la poutre. Autocontrainte : Cette notion a déjà été définie et revendiquée au cours de brevets antérieurs concernant en particulier des structures souples. En bref, il s'agit d'augmenter la résistance d'une pièce fléchie proportionnellement et simulta- nément au chargement ou à la sollicitation appliqués en soulageant les zones tendues ou comprimées par des câbles judicieusement disposés. Sur les figures 7, 19, 23, 24, 25, 28, 29, 31 et 33, des ceintures d'autocontrainte quasirectangulaires comportant une ligne brisée (ou courbe) sont représentées. Lorsqu'un moment de flexion sollicite le joint, la traction de la partie rectiligne du câble se transmet à la partie non rectiligne qui en se déformant provoque un couple opposé au moment appliqué et proportionnel à ce moment. Ce qui augmente la capacité de résistance du joint. A noter, pour tout type de ceinture, qu'une légère mise en tension de départ des câbles est nécessaire à la pose des câbles de ceinture pour maintenir correctement les deux faces du joint sous poids propre seulement, par une légère précontrainte avant chargement appliqué ou autre sollicitation imposée (séisme, par exemple). Avant d'entreprendre la description par numéros des divers éléments propres à l'invention, il convient de préciser que les barres d'armature proprement dites de l'ensemble du portique ne seront pas numérotées, car elles font partie de la technique traditionnelle du béton armé et ne sont donc pas revendiquées par la présente invention. En référence aux dessins précités, le noeud de portique parasismique selon l'invention, représenté sur les figures 1 et 2 comporte des joints (1) reliant les consoles (7) à la traverse. Le joint (1) est armé, sur chaque face verticale de la console (7), d'une ceinture de continuité (3) de forme rectangulaire et constituée d'un câble passant sur des poulies (2) d'axe traversant (8). La ceinture (3) continue d'une seule pièce est refermée sur elle-même à l'intérieur d'un boîtier de bouclage (4). Le joint (1) peut être un joint sec ou encore garni d'un produit élastoplastique qui sera testé en laboratoire pour connaître avec précision sa limite élastique de compression, son taux de raccourcissement critique et sa limite ultime d'écrasement. C'est la ceinture de continuité (3) qui permet le report du moment d'appui de la traverse au droit du joint (1). Des câbles d'articulation (6) noyés dans le béton et traversant le plan du joint selon un angle compris entre 30 et 45 permettent d'assurer la transmission de l'effort tranchant de la traverse au droit du joint (1). A noter que les câbles d'articulation (6) peuvent être remplacés par des ceintures d'articulation (3), comme nous le verrons par la suite, figures 22 et 22bis. Des cornières (5) sont scellées aux arêtes horizontales du joint (1) pour les protéger des épaufrements ou éclatements éventuels. Le noeud de portique représenté sur les figues 3 et 4 est un noeud sans console et comporte, sur chaque face du poteau, des joints (1) situés contre le poteau et armés chacun de ceintures de continuité (3). La ceinture (3) est rectangulaire et continue d'une seule pièce, elle se referme sur elle-même dans un boîtier de bouclage (4). Le câble de la ceinture (3) passe sur des poulies (2) et dans le tube (18) noyé dans le béton des traverses. Les câbles d'articulation (6) sont noyés dans le béton de la traverse. Le boîtier de bouclage (4) figure 5 est fixé au portique par les boulons (12) de la platine (11) scellée dans le portique par les pattes (13), l'arceau d'ancrage (14) et le barreau (15). Le boîtier (4) contient le dispositif (9) d'aboutage du câble de ceinture et de serrage de la ceinture (3). Le boîtier (4) contient également le dispositif d'amortissement (10) destiné à éviter les éventuels pics de tension du câble de ceinture (3). La cloison amovible (16) figure 6 permet, par l'échancrure (17), le passage 25 du câble de ceinture (3). La cloison (16) est démontable pour permettre l'installation des dispositifs (9) et (10) à l'intérieur du boîtier (4). Le joint (1) du noeud de portique représenté en figures 7 et 8 est armé sur les deux faces verticales de la console (7) d'une ceinture d'autocontrainte (3) de forme quasirectangulaire comportant un côté en ligne brisée (20) par les poulies (19). La 30 ceinture (3) se dédouble en deux ceintures secondaires disposées en sens inverse : ligne brisée (20) en bas pour l'une, ligne brisée (20) en haut pour l'autre, le tout formant un seul câble de ceinture (3) refermé dans le boîtier (4). Une ceinture de continuité (3) figure 8 bis arme le joint (1) sur chaque face horizontale (58) de la console (7). La ceinture (3) est continue d'une seule pièce et 35 peut remplacer la ceinture de continuité des faces verticales de la console (7) (figures 1 et 2) ou seulement la compléter pour renforcer le moment résistant de la traverse au droit du joint (1). Mais les ceintures (3) des faces horizontales de la console (7) peuvent présenter certains problèmes à l'exécution du fait qu'elles constituent des saillies à la surface de la traverse nécessitant, par exemple, un capotage démontable par dessous et, par dessus, une réservation au plancher supérieur pour trappe de visite accessible avec tampon de fermeture amovible. Le câble de la ceinture (3) passe sur des poulies (2) d'axe vertical (8) noyé dans le béton de la traverse. Les poulies (2) figures 9 et 10 comportent deux gorges (21) permettant le passage de l'unique câble de la ceinture (3) d'une ceinture secondaire à l'autre par un croisement approprié du câble visible en élévation du noeud figure 7. Le dispositif permet l'utilisation d'un seul câble pour la ceinture (3). L'intérieur du boîtier (4) représenté figure 11 montre le détail du barreau amortisseur (10) comportant une partie amincie (30) à mi-longueur. Le barreau (10) tourne dans la pièce (22) boulonnée en (12) dans une partie massive faisant partie intégrante du boîtier (4). Solidaire du barreau (10), l'écrou (9) tournant sur le filetage de la pièce (24) permet la fermeture de la ceinture (3) et le réglage de la tension du câble de ceinture et du barreau (10). Des trous (25) ménagés dans l'écrou (9) permettent de manoeuvrer l'écrou (9) à l'aide d'une clef spéciale en forme de barreau, comme l'on fait tourner un cabestan de marine ou de levage. Les trous (25) de la pièce (24) permettent de retenir la pièce (24) lors du vissage de l'écrou (9). Lors d'un séisme, à partir d'une tension dépassant la limite élastique du barreau (10), la partie amincie (30) du barreau (10) accuse un allongement plastique localisé qui permet d'absorber une partie de l'énergie développée par le choc sismique et donc d'amortir, au moins partiellement, l'effet dynamique résultant de cette secousse. A cet effet, un certain nombre de barreaux (10) devront être testés en laboratoire pour connaître avec précision leur limite élastique, ainsi que leur allongement plastique limite statistique et leur contrainte de rupture moyenne statistique. Ainsi, par sécurité, la nature du barreau (10) et ses dimensions précises devront être déterminées statistiquement pour atteindre un allongement plastique donné avant rupture permettant d'évaluer le taux d'amortissement disponible en cas de séisme d'une certaine intensité. Même après rupture du barreau (10) la résistance du boîtier (4) doit être prévue pour résister éventuellement jusqu'à une limite à déterminer pour retenir encore le câble de ceinture (3) et éviter, à la limite, l'ouverture de la ceinture (3), en cas de secousse d'extrême violence. Le barreau (10) est démontable et devra, après séisme être facilement remplaçable. Et si nécessaire tout ou partie des câbles de ceinture (3) pourra être changé et remplacé pour reconstituer intégralement l'armature du joint (1). Le principe du barreau amortisseur (10) proposé par l'invention n'est pas limitatif et d'autres dispositifs d'amortissement peuvent remplacer le barreau (10) comme par exemple, ceux basés sur la limite de frottement ou l'allongement plastique d'un puissant ressort ou bien la limite de tassement d'un fluide dans un cylindre à piston ou encore la relaxation mécanique du câble commandée et mesurée électroniquement par jauges de contraintes. Ce dernier moyen utilise la théorie de la Tenségrité basée sur la corrélation entre géométrie et mécanique des constructions par câbles. Théorie qui permet l'adaptation de la structure proportionnellement aux effets perturbateurs du séisme (structures intelligentes ). Ce qui limite les endommagements à réparer après séisme et permet, en cas d'efforts extrêmes , d'éviter l'effondrement destructeur. Les culots d'arrimage (23) des câbles de ceinture (3) permettent de sceller au plomb ou au mortier synthétique les extrémités du câble de ceinture (3) comme on le pratique couramment pour fixer les câbles de précontrainte classique à leurs deux extrémités. Une variante des dispositifs (9) et (10) est présentée en figure 12 où est prévu un barreau (10) à double filetage (26) et (27). Le pas de vis du filetage (26) est l'inverse du pas de vis du filetage (27), de manière qu'en tournant le barreau (10), par les trous (25), la tension ou le relâchement du câble de ceinture (3) puisse se faire. Ce dispositif pour tendre le câble de ceinture (3) est inspiré du tendeur à lanterne utilisé sur les haubans de marine. Les trous (25) de la pièce (24) permettent de retenir la pièce (24) lors du vissage du barreau (10). Les bouchons (28) et (29) referment les culots (23) après culottage et scellement des extrémités du câble de ceinture (3) dans les culots (23). Le boîtier de bouclage (4) figure 13 contient uniquement le dispositif d'aboutage (9) du câble de ceinture et de serrage de la ceinture (3). C'est en tournant l'écrou (9) sur la vis solidaire de la pièce (28) que se font la fermeture de la ceinture (3) et le réglage de la tension du câble de ceinture (3). Les trous (25) de l'écrou (9) et de la pièce (28) permettent le vissage ou le dévissage de l'écrou (9). Le bouchon (29) obture le culot (23) après remplissage et culottage de l'extrémité du câble de ceinture (3). La pièce (28) fixée par les boulons (12) sur la pièce (24) obture le culot (23) après culottage du câble de ceinture (3). Tell qu'il est conçu, l'ensemble du dispositif d'aboutage (9) peut se déplacer librement à l'intérieur du boîtier de bouclage (4).

Le boîtier (4) figure 14 contient uniquement le dispositif d'amortissement constitué essentiellement par le barreau (10) analogue à ceux présentés en figuresll et 12. Le barreau (10) est d'un côté solidaire de la pièce (22) boulonnée sur une partie massive du boîtier (4) contenant le culot (23). Ainsi, le câble de ceinture (3) est fixé au portique. A l'autre extrémité, le barreau (10) est visé dans la pièce (24) et obture le culot (23). Les noeuds 31, 32 et 33 indiqués sur les figures 15 et 16 sont détaillés figure 17 où l'on voit que le noeud courant (31) est à 4 consoles (35), il comporte 4 joints (1) s'il est coulé sur chantier, 5 joints s'il est préfabriqué, [4joints (1) + 1 joint (42)] et 6 joints si tout le portique est préfabriqué [4 joints (1) + 2 joints (42)]. Le noeud de rive (32) est à 3 consoles (36) et comporte 3 joints (1) s'il est coulé sur chantier, 4 joints s'il est préfabriqué [3 joints (1) + 1 joint (42)] et 5 joints si tout le portique est préfabriqué [3 joints (1) + 2 joints (42)]. Le noeud d'angle (33) est à 2 consoles (37), il comporte 2 joints s'il est coulé sur chantier, 3 joints s'il est préfabriqué [2 joints (1) + 1 joint (42)] et 4 joints si tout le portique est préfabriqué [2 joints (1) + 2 joints (42)]. Le radier (34) indiqué figure 16 montre qu'une fondation massive est toujours préférable pour la stabilité de la superstructure au choc sismique en évitant les déplacement différentiels des appuis. L'échancrure (38) ménagée dans la cloison amovible (16) figure 20, laisse librement passer le câble de ceinture (3) et l'échancrure (39) laisse passée librement la partie (20) du câble de ceinture (3). L'ouverture (40) ménagée dans la partie massive du boîtier (4) figure 21 permet le passage du câble de ceinture(3) et l'ouverture (41) laisse sortir la partie (20) du câble de ceinture. Dans le poteau figure 19, le joint d'assise horizontale (42) est armé sur les quatre faces du poteau par le câble de ceinture d'autocontrainte (3). Le joint (42) est garni à l'aide d'un produit élastique suffisamment résistant à la compression. Les cornières (5) évitent la détérioration des arêtes comprimées du joint (42). Dans le cas du joint (42) dessiné figure 19, l'armature est une ceinture d'autocontrainte (3) mais d'autres types de ceintures (3) peuvent être utilisées comme nous le verrons en figure 22 (ceinture d'articulation). Telle qu'elle est dessinée en figue 19, la ceinture (3) pourrait jouer également un rôle d'articulation par sa partie (20) traversant verticalement le joint (42) dans le tiers médian de ce joint. Les câbles de ceinture d'articulation (3) du joint (1) de la traverse figure 22 se croisent sur le plan du joint (1) au point (43) et passent sur les poulies secondaires (19). La ceinture d'articulation (3), disposée sur les faces verticales des consoles (7), est continue d'une seule pièce et équilibre l'effort tranchant de la traverse au droit du joint (1). A noter que la ceinture d'articulation (3) joue le même rôle que le câble d'articulation (6) (effort tranchant) et peut le remplacer, mais avec l'avantage de rendre le joint (1) plus facilement réparable que dans le cas du câble (6). Les ceintures (3) peuvent également être utilisées, en complément des câbles (6) pour augmenter la résistance du joint (1) à l'effort tranchant. Cette ceinture d'articulation (3) est associée à une autre ceinture (3) qui est une ceinture de continuité destinée à transmettre au droit du joint (1), le moment d'appui de la traverse à la console (7) du noeud de portique. Ainsi, ces deux types de ceinture (3) assurent l'équilibre du joint (1).

La préfabrication totale du portique figure 22, suppose deux joints d'assise (42) par poteau disposés l'un en tête du poteau l'autre au pied. Dans le cas où les joints (42) seraient armés de ceintures d'articulation (3) disposées horizontalement avec deux côtés parallèles au joint (42), alors la stabilité d'ensemble du portique ne serait pas assurée, puisque le portique serait transformé en mécanisme, la traverse pouvant ainsi rejoindre le sol sous effort horizontal. Par contre, les ceintures d'articulation (3) sont en réalité disposées verticalement figure 22, donc avec deux côtés perpendiculaires au joint (42) ce qui permet à ces ceintures de jouer également le rôle de ceinture de continuité, les câbles de ceinture (3) étant dimensionnées en conséquence pour équilibrer, à la fois effort tranchant et moment fléchissant dans les joints (42) du poteau. La stabilité d'ensemble du portique est donc effectivement assurée élastiquement par les parties verticales des ceintures d'articulation (3) du joint (42). Une variante de la ceinture d'articulation (3) du joint (1) figure 22 se croisant également au point (43) du joint (1) est proposé enfigure 22bis. Mais cette fois le câble de ceinture (3) est à la fois ceinture de continuité et ceinture d'articulation, en une seule ceinture continue d'une seule pièce. Ce qui nécessite des poulies (2) à deux gorges (21) ou encore une gorge assez large pour permettre les deux passages du même câble de ceinture (3). La ceinture d'autocontrainte (3) quasirectangulaire représentée sur la figure 23 est composée de deux câbles différents l'un deux étant rectiligne, l'autre est curviligne en (44) sur appui et rectiligne en travée. Ces deux câbles, passant sur les poulies (2) à support (54) sont réunis à chacune des rives du portique par deux boîtiers (4) de fonctions différentes. L'un des boîtiers contient le dispositif (9) d'aboutage des deux câbles et de réglage de leur tension, l'autre contient le dispositif (10) d'amortissement d'éventuelles pics de tension des deux câbles de la ceinture (3). A noter que dans ce cas, le dispositif sert également à l'aboutage des deux câbles de la ceinture (3). Etant donné qu'en cas de séisme les sollicitations se traduisent dans le portique par des mouvements oscillatoires, la traverse du portique figure 23 est armée de deux séries intercalées de ceintures disposées de manière inverse l'une de l'autre pour répondre aux efforts alternatifs découlant du tremblement de terre. Les câbles de ceinture (3) sont placés dans des gaines (45) noyées dans le béton d'une façon analogue aux câbles de précontrainte sous gaine classique de la technique usuelle. Les câbles d'articulation (6) noyés dans le béton arment les joints (1) à l'effort tranchant. Comme il existe actuellement une précontrainte intérieure et une précontrainte extérieure, l'invention propose une autocontrainte intérieure et une autocontrainte extérieure. En effet, jusqu'ici, il a été question de ceinture d'autocontrainte extérieure par câbles de ceinture (3) situés à l'extérieure de la traverse. Au contraire, les câbles de ceinture (3) représentés sur la figure 23 réalisent, cette fois, une autocontrainte intérieure car ils sont placés dans des gaines (45) noyées dans l'épaisseur de la traverse. Les ceintures d'autocontrainte intérieure (3) représentées sur les figures 24, 25 et 27 sont chacune constituées d'un seul câble de ceinture (3). La ceinture (3) est de forme quasirectangulaire, une partie étant rectiligne, l'autre étant curviligne en (44) sur appui et rectiligne en travée. La ceinture (3) est continue d'une seule pièce et refermée sur elle-même dans le boîtier de bouclage (4) contenant un dispositif (9) de fermeture et de tension, ainsi qu'un dispositif (10) d'amortissement. Le boîtier (4) est fixé au portique par la platine (11). Les ceintures d'autocontrainte intérieure (3) représentées figure 28 sont constituées d'une manière analogue à celles représentées en figure 24 par un seul câble par ceinture. Toutefois, les parties curvilignes du câble de ceinture (3) sont situées à mi-travée (55) et non plus au droit des appuis (44) comme figure 24. Autre différence de la figure 28 par rapport à la figure 24: la traverse comporte un joint supplémentaire (1) placé au milieu de la travée. II s'agit donc d'une poutre souple la plus simplifiée puisque les travées sont seulement en deux parties avec trois joints (1) : un au milieu et un à chaque appui. On voit donc que l'autocontrainte peut s'appliquer aussi bien en travée que sur appui. Cependant, en travée l'autocontrainte a déjà été revendiquée dans des brevets antérieurs concernant les poutres et portiques souples, mais à la différence qu'il s'agissait alors seulement d'autocontrainte extérieure. Alors que la figure 28 propose selon la présente invention une autocontrainte intérieure, les câbles de ceinture (3) étant placés, cette fois, dans l'épaisseur de la traverse, à l'intérieur de gaines (45) noyées dans le béton. Le barreau d'ancrage (47) de la figure 26 traverse la cosse d'arrimage (46) et assure le scellement dans le béton du câble d'articulation (6) refermé en boucle sur la cosse (46) grâce à l'emploi du serre-câble (48). Les câbles de ceinture d'autocontrainte (3) quasirectangulaires représentés figure 29 sont placés dans des gaines (45) noyées dans le béton de la traverse et passent dans le poteau à l'intérieur du tube (18) noyé dans le béton du poteau. Chaque ceinture (3) est continue, comporte un seul câble et se referme sur ellemême dans le boîtier (4) relié au portique par la platine (11). Comme il n'existe qu'un seul câble par ceinture (3), il se dédouble en formant deux boucles distinctes et contiguës à l'intérieur de la gaine (45) ce qui nécessite dans ce cas une gaine (45) suffisamment large pour contenir deux épaisseurs de câble de ceinture (3). Le détail E rappelle les divers éléments de scellement du câble d'articulation (6) représentés figure 26. En cas de traverse préfabriquée, le barreau d'ancrage (47) représenté figure 30 assure le scellement dans le béton du noeud d'appui des extrémités du câble d'articulation (6) en attente de part et d'autre de la zone de clavage sur chantier. La ceinture d'autocontrainte (3) représentée en figure 31 est d'un type différents de celle représenté figure 7. De plus, le joint (1) du noeud représenté par la figure 7 comporte un talon en béton armé capable de fournir la réaction d'appui équilibrant l'effort tranchant d'appui de la traverse, donc pas d'armature d'articulation nécessaire dans le cas de la figure 7. Par contre, le noeud représenté sur la figure 31 comporte un joint (1) rectiligne sans talon d'appui. Ce qui nécessite donc une armature d'articulation pour équilibrer l'effort tranchant de la traverse au droit du joint (1). Des câbles d'articulation (6) ont donc été prévus à cet effet. Mais on peut se demander si, telle qu'est dessinée la ceinture d'autocontrainte (3), la partie (20) du câble de ceinture (3) traversant horizontalement le joint (1) ne suffirait pas à supporter l'effort tranchant de la traverse à la place du câble d'articulation (6). Ce qui ferait de la ceinture (3) une ceinture d'autocontrainte et également d'articulation, donc assumant à la fois les deux fonctions. Mais dans ce cas, le câble de ceinture (3) devra être dimensionné en conséquence pour supporter moment de continuité et effort tranchant au droit du joint (1). Le câble d'articulation (6) noyé dans le béton représenté par la figure 32 présente une forme particulière. Ses parties inclinées traversant le plan du joint (1) permettent d'équilibrer l'effort tranchant au droit de joint (1). Ceci dans les deux sens de sollicitation vers le bas ou vers le haut. Les barreaux d'ancrage (50) assurent le scellement dans la traverse de l'ensemble des câbles (6). Le câble de ceinture de continuité (3) placé dans la gaine (45) et passant sur les poulies (2) est continu d'une seule pièce et refermé sur lui-même dans un boîtier de bouclage (4) contenant un dispositif (9) de fermeture et de serrage ainsi qu'un dispositif (10) d'amortissement. La ceinture d'articulation (3) représentée par la figure 33 est une ceinture extérieure se croisant au point (43) du joint (1) et permet au joint (1) d'équilibrer l'effort tranchant d'appui de la traverse dans les deux sens de sollicitation.

Conjointement à cette ceinture extérieure, une autre ceinture intérieure celle-là, la ceinture d'autocontrainte (3) placée dans la gaine (45) permet au joint (1) d'équilibrer le moment d'appui de la traverse dans les deux sens haut et bas. On a ainsi un exemple de combinaison d'une ceinture extérieure et d'une ceinture intérieure permettant donc d'équilibrer la totalité des efforts au droit du joint (1).

Les boucles d'arrimage en barres à béton (51) représentées sur les figures 34 à 36 permettent de remplacer une partie des câbles d'articulation (6) mais à la condition de ne pas traverser le joint (1). En effet, par définition, une articulation est susceptible et capable de rotations et donc requière la souplesse de flexion du câble (6) contrairement à la raideur constitutive de la barre (51). C'est à partir de cette donnée restrictive qu'ont été déterminés les différents modes possibles 1 à 6 d'assemblages de la traverse avec les consoles (7). Le barreau d'ancrage (52) noyé dans le béton coulé sur chantier permet le scellement du câble (6) dans le béton. Un fond de coffrage (53) est nécessaire au coulage du béton de colmatage des réservations sur chantier.

La ceinture extérieure de continuité (3) représentée sur la figure 37 passe dans la traverse perpendiculaire par le tube (18) noyé dans le béton de cette traverse. La ceinture intérieure d'articulation (3) représentée par la figure 38 traverse le poteau par le tube (18) noyé dans le béton du poteau.

Pour conclure cette énumération, des divers éléments propres à l'invention et la description de leur fonctionnement, une question reste cependant à préciser du fait que l'impulsion sismique peut être de direction quelconque et imprévisible par rapport au quadrillage de portiques objets de l'invention. En effet, on a montré précédemment que les ceintures de continuité (3) permettaient d'équilibrer un moment de flexion d'axe horizontal, perpendiculaire aux faces verticales des traverses et appelé moment de continuité, mais qu'adviendrait-il si la traverse était, en plus de la sollicitation précédente, soumise par l'effet sismique, à un moment de flexion d'axe vertical et à un moment de torsion d'axe horizontal parallèle aux faces verticales de la traverse ? Dans ce cas, un effort tranchant horizontal perpendiculaire aux traverses serait également à prévoir au droit du joint (1). Tous ces efforts supplémentaires seront à prendre en compte, en plus du moment de continuité et de l'effort tranchant vertical d'appui, pour dimensionner les câbles armant le joint (1). Les ceintures (3) permettraient d'équilibrer ces sollicitations supplémentaires à condition seulement que les poulies (2) comportent des contre-poulies (56) suspendues aux poulies (2) par des étriers (57). La contre-poulie (56) dessinée sur le détail "D" figure 22 est une petite poulie placée de l'autre côté du câble de la ceinture (3) de manière à l'empêcher de sortir de la gorge (21) de la poulie (2), Cette contre-poulie (56) a été revendiquée dans un brevet antérieur sous le nom de "contre-galet". Du fait des efforts supplémentaires précités, les axes (8) des poulies (2) seront également le siège de contraintes supplémentaires, à associer aux cisaillements résultant de l'effort tranchant vertical et du moment de continuité, pour calculer le diamètre de l'axe (8). La composante horizontale de poussée, supposée appliquée au centre de gravité des joints (1), ne pose pas de problème particulier du fait qu'elle rapproche les deux faces du joint et compte tenu des qualités du béton en compression et des dimensions de la traverse. L'application essentielle recherchée par l'invention est déjà exprimée dans le titre de l'invention. Il s'agit, pour un bâtiment, de résister aux tremblements de terre. Tout d'abord résister à l'instant du choc sismique et aux sollicitations qui en découlent. Mais ensuite, conserver un état de résistance suffisant pour permettre la réhabilitation du bâtiment en changeant seulement les parties endommagées localisées au droit des joints ménagés dans la structure à cet effet, selon l'invention. Le fait de pouvoir résister au séisme est, bien sûr, une nécessité primordiale et impérative pour, d'abord, sauver des vies humaines lors du séisme et ensuite au moment des opérations de secours. Mais l'autre avantage non négligeable de l'invention est de pouvoir sauvegarder l'intégralité des biens immobiliers en évitant démolition complète et reconstruction ultérieure. Ceci présente un intérêt non seulement d'ordre économique, mais également au plan humanitaire et social, en offrant la possibilité de pouvoir reloger plus rapidement les rescapés du séisme déjà éprouvés par le tragique et brutal événement.

Compte tenu de ses capacités potentielles de résistance (amortissement, autocontrainte etc...) le portique selon l'invention pourrait supporter, en plus des séismes, des chocs et sollicitations extrêmes lors de circonstances exceptionnelles telles que bombardements, tsunamis, attentats, explosions ou impacts accidentels ou encore incendies (ceintures intérieures). Dans ce cas, la probabilité importante de ces graves situations ou la grande valeur du bâtiment à sécuriser et son contenu pourraient éventuellement justifier le coût supplémentaire de cette protection spéciale proposée par la présente invention. Le noeud de portique à joints selon l'invention permet également de préfabriquer totalement le quadrillage de portiques supportant le bâtiment, ce qui présente l'avantage de la rapidité d'exécution en particulier pour reloger rapide-ment la population sinistrée. Un autre avantage du préfabriqué est que l'on peut remplacer seulement une partie endommagée sans avoir à tout reconstruire. Les règles PS.92 s'appuient sur la raideur plastique des structures courantes monolithiques, pour absorber les pics de sollicitations sismiques. La présente invention privilégie, au contraire, la souplesse du portique en créant des joints élastoplastiques capables d'absorber le choc sismique tout en épargnant poteaux et traverses suffisamment armés en conséquence, c'est à dire en épargnant l'essentiel de la structure porteuse du bâtiment ainsi sauvegardé et réutilisable.

Enfin, l'autocontrainte appliquée aux noeuds d'une structure devrait permettre une utilisation plus rationnelle des possibilités mécaniques du béton, matériau si parfait en compression, mais si fragile en traction, puisque l'autocontrainte soulage la zone tendue en fonction du chargement appliqué. A ce sujet, il peut paraître intéressant d'imaginer qu'à l'aide de joints francs disposés aux endroits judicieux et armés en conséquence, on pourrait, en quelque sorte, d'avantage mécaniser les structures usuelles, jusque là trop monolithiques pour plus de souplesse de fonctionnement et moins de problème de fissuration, le joint étant lui-même une sorte de fissure artificielle prévue par le constructeur. Les considérations précédentes dépassent bien sûr les seuls domaines du génie parasismique et de la technique du béton armé objets de la présente invention et pourraient même, espérons-le, s'étendre à d'autres types de matériaux et de constructions que le bâtiment, comme le génie pétrolier ou la sécurité nucléaire par exemple. Après l'examen des noeuds de portiques selon l'invention et autres structures 35 souples évoquées, songeons, pour conclure, à l'inégalable souplesse des structures organiques vivantes (bras ou aile par exemple) qui ont si souvent servi de modèle idéal à la technique industrielle pour l'harmonieuse perfection de leur fonctionnement et l'exceptionnelle résistance de leurs mécanismes, de réalisation à jamais inaccessible à nos modestes moyens humains. C'est pourquoi toute technique sera toujours perfectible, aussi performante et achevée qu'elle puisse paraître. Car on n'arrêtera jamais le progrès qui poursuivra par étapes successives, malgré les échecs et les doutes, l'inéluctable quête du perfectionnement.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1) Noeud d'appui de portique parasismique en béton armé caractérisé en ce que des joints (1) relient le noeud aux traverses, l'armature du joint (1) est constituée de câbles passant sur des poulies (2), chaque câble forme une ceinture (3) continue refermée sur elle-même à l'intérieur d'un boîtier de bouclage (4) fixé au portique par la platine (11), le boîtier (4) comporte un dispositif (9) d'aboutage du câble et de serrage de la ceinture (3), le boîtier (4) peut contenir également un dispositif d'amortissement (10) des pics de tension du câble de la ceinture (3), des cornières (5) protégent les arêtes horizontales du joint (1) qui peut être garni d'un produit élastoplastique.

2) Noeud de portique selon revendication 1 caractérisé en ce que des câbles d'articulation (6) noyés dans le béton traversent en oblique le plan du joint (1), le câble (6) est ancré dans le béton par une boucle refermée par un serre-câble (48) et enroulée autour d'une cosse (46) ajourée et scellée au béton par le barreau d'ancrage (47).

3) Noeud de portique selon revendication 1 caractérisé en ce que la tête du poteau comporte des consoles (7) reliées aux traverses par des joints (1) armés de câbles en forme de ceinture (3) continue d'une seule pièce, les poulies (2) d'axe traversant (8) sont placées de part et d'autre du joint (1).

4) Noeud de portique selon revendication 3 caractérisé en ce que, sur chaque face verticale des consoles (7), le joint (1) est armé d'une ceinture de continuité (3) de forme rectangulaire.

5) Noeud de portique selon revendication 3 caractérisé en ce que le joint (1) est armé par des ceintures (3) de continuité disposées sur les faces horizontales (58) de la console (7). Le câble de la ceinture (3) passe sur des poulies (2) d'axe vertical (8) noyé dans le béton.

6) Noeud de portique selon revendication 3 caractérisé en ce que, sur chaque face verticale des consoles (7), le joint (1) est armé d'une ceinture d'articulation (3) comportant des diagonales se rencontrant au point (43) du joint (1).

7) Noeud de portique selon revendication 3 caractérisé en ce que, sur chaque face verticale des consoles (7) le joint (1) est armé d'une ceinture d'autocontrainte (3) continue d'une seule pièce se dédoublant en deux ceintures identiques de sens opposés dont chacune est de forme quasirectangulaire, avec un côté (20) non rectiligne constitué d'une ligne brisée par les poulies secondaires (19), les poulies (2) comportent deux gorges (21) permettant de passer de l'une à l'autre de ces ceintures de manière continue, l'une seule de ces deux ceintures comporte le boîtier(4) de la ceinture globale d'autocontrainte (3).

8) Noeud de portique selon revendication 3 caractérisé en ce que le noeud est relié au poteau par le joint d'assise (42) armé par les ceintures d'articulation (3) continues d'une seule pièce à diagonales se rencontrant au point (43) du joint (42), les ceintures (3) sont placées sur les quatre faces du poteau, chaque ceinture (3) comporte deux côtés perpendiculaires au joint (42), le joint (42) est garni d'un produit élastique suffisamment résistant en compression, des cornières (5) protègent les arêtes du joint (42).

9) Noeud de portique selon revendication 8 caractérisé en ce que le portique 10 peut être entièrement préfabriqué, les joints (1) et (42) reliant le noeud aux traverses et poteaux.

10) Noeud de portique selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le poteau est relié aux traverses par des joints (1) situés contre le poteau, ces joints (1) sont armés de ceinture (3) continues d'une seule pièce, les ceintures (3) sont 15 rectangulaires et disposées sur chaque face du poteau, le câble de la ceinture (3) passant dans la traverse par le tube (18) noyé dans le béton.

11) Noeud de portique selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il constitue les appuis d'une traverse continue à plusieurs travées dont les joints (1) sont armés de câbles parcourant toute la traverse, chaque câble formant une 20 ceinture d'autocontrainte (3) quasirectangulaire dont un seul côté est curviligne sur appui en (44) et rectiligne en travée, les ceintures (3) sont placées dans des gaines (45) noyées dans le béton du portique, les câbles des ceintures (3) débouchent en rive de la traverse en passant sur des poulies (2) fixées au poteau par un dispositif (54). 25

12) Noeud de portique selon revendication 11 caractérisé en ce que la ceinture (3) en deux pièces est composée d'un câble supérieur et d'un câble inférieur, les deux câbles étant reliés par les deux boîtiers de bouclage (4) placés aux deux rives de la traverse, un des boîtiers (4) contient le dispositif (9), l'autre contenant le dispositif (10).