FR2931503A1 - Structure e.g. cylindrical illuminated bollard, anchoring support for e.g. concrete floor of bridge, has threaded bosses for fixing structure on surface of support plate, and headed studs located on opposite surface of support plate - Google Patents
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Abstract
Description
i SUPPORT, DISPOSITIF ET PROCEDE D'ANCRAGE D'UNE STRUCTURE DANS UN OUVRAGE EN BETON i SUPPORT, DEVICE AND METHOD FOR ANCHORING A STRUCTURE IN A CONCRETE WORK
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un support, un dispositif et un procédé d'ancrage d'une structure dans un ouvrage en béton. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a support, a device and a method for anchoring a structure in a concrete structure.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Sur certains ouvrages de génie civil en béton, il est nécessaire de fixer des structures résistant à des contraintes particulièrement élevées. Un exemple particulier où ce problème se pose est le cas d'un pont comprenant une chaussée de circulation pour les véhicules et un trottoir réservé aux piétons, la chaussée et le trottoir étant séparés par une succession de bornes lumineuses régulièrement espacées. BACKGROUND OF THE INVENTION On certain civil engineering structures made of concrete, it is necessary to fasten structures that are resistant to particularly high stresses. A particular example where this problem arises is the case of a bridge comprising a traffic pavement for vehicles and a sidewalk reserved for pedestrians, the roadway and the sidewalk being separated by a succession of regularly spaced luminous monuments.
Dans un tel cas, la fixation des bornes lumineuses dans le tablier en béton du point doit répondre à des contraintes mécaniques très sévères, puisque les bornes doivent pouvoir encaisser un choc jusqu'à 10 tonnes sans se desceller. Or, les solutions actuellement connues pour ancrer des bornes dans le tablier d'un pont ù consistant simplement à visser la base de la borne dans le tablier ù ne permettent pas de résister à de tels efforts. L'un des buts de l'invention est donc de procurer un dispositif robuste et peu coûteux pour ancrer une structure ù par exemple une borne lumineuse telle qu'évoquée ci-dessus mais de manière plus générale toute structure nécessitant un ancrage résistant à des contraintes mécaniques élevées ù dans un ouvrage en béton. In such a case, the fixing of the light terminals in the concrete deck of the point must respond to very severe mechanical constraints, since the terminals must be able to withstand a shock of up to 10 tons without loosening. However, the currently known solutions for anchoring terminals in the deck of a bridge - simply by screwing the base of the terminal in the deck - do not allow to withstand such efforts. One of the aims of the invention is therefore to provide a robust and inexpensive device for anchoring a structure - for example a light terminal as mentioned above but more generally any structure requiring anchorage resistant to constraints. high mechanical properties in a concrete structure.
L'invention doit permettre qu'en cas de choc sur la structure, le dispositif d'ancrage ne soit pas endommagé et que le remplacement de la structure soit peu onéreux. The invention must allow that in case of impact on the structure, the anchoring device is not damaged and the replacement of the structure is inexpensive.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un support pour l'ancrage d'une structure dans un ouvrage en béton, comprenant : une plaque support, des moyens de fixation de la structure sur une face de la plaque, une pluralité de goujons à tête sur la face opposée de ladite plaque. De manière particulièrement avantageuse, la plaque et les goujons à tête sont en acier et les goujons sont soudés sur la plaque. Les goujons ont de préférence un diamètre compris entre 14 et 22 mm et une longueur comprise entre 60 et 140 mm. Selon un mode préféré de réalisation, les moyens de fixation de la structure sont des bossages taraudés recevant des vis. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the invention, there is provided a support for anchoring a structure in a concrete structure, comprising: a support plate, means for fastening the structure to one face of the plate a plurality of stud bolts on the opposite side of said plate. Particularly advantageously, the plate and the stud bolts are made of steel and the studs are welded to the plate. The studs preferably have a diameter of between 14 and 22 mm and a length of between 60 and 140 mm. According to a preferred embodiment, the fastening means of the structure are threaded bosses receiving screws.
Les vis présentent avantageusement une restriction de section de manière à rompre lorsque la structure est soumise à une contrainte supérieure à un seuil déterminé. Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, la structure est une borne lumineuse cylindrique et quatre à six goujons à tête sont soudés sur la plaque support. Un deuxième objet de l'invention concerne un dispositif d'ancrage d'une structure dans un ouvrage en béton, comprenant un support d'ancrage tel que décrit précédemment, dans lequel ledit support est noyé dans l'ouvrage en béton de telle sorte que les moyens de fixation de la structure soient affleurants avec la surface du béton. Par dispositif d'ancrage, on entend dans ce texte le support d'ancrage décrit plus haut alors qu'il est noyé dans l'ouvrage en béton. Enfin, un autre objet concerne un procédé d'ancrage d'une structure dans un ouvrage en béton, comprenant les étapes suivantes : positionnement d'un support d'ancrage tel que décrit plus haut sur l'ouvrage avant la coulée du béton, coulée de béton sur le support d'ancrage de telle sorte que les moyens de fixation de la structure soient affleurants avec la surface du béton, fixation de la structure sur les moyens de fixation. The screws advantageously have a section restriction so as to break when the structure is subjected to a stress greater than a determined threshold. According to a particular embodiment of the invention, the structure is a cylindrical light terminal and four to six studs are welded to the support plate. A second object of the invention relates to a device for anchoring a structure in a concrete structure, comprising an anchoring support as described above, wherein said support is embedded in the concrete structure so that the fastening means of the structure are flush with the surface of the concrete. By anchoring device is meant in this text the anchor support described above while it is embedded in the concrete structure. Finally, another object relates to a method of anchoring a structure in a concrete structure, comprising the following steps: positioning an anchoring support as described above on the structure before pouring the concrete, casting concrete on the anchoring support so that the fastening means of the structure are flush with the surface of the concrete, fixing the structure on the fastening means.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'ouvrage comprend une pluralité de goujons à tête et le procédé comprend la soudure de la plaque du support d'ancrage à l'un au moins desdits goujons de manière à stabiliser le support pendant la coulée du béton. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe du dispositif conforme à l'invention avec la 10 structure ancrée sur l'ouvrage en béton, - la figure 2 est une vue du même dispositif sans la structure, - la figure 3 est une vue de côté du support d'ancrage, - la figure 4 est une vue de dessus dudit support, - la figure 5 est une vue en perspective illustrant la mise en place du support 15 sur l'ouvrage avant la coulée du béton. According to an advantageous embodiment, the structure comprises a plurality of studs and the method comprises welding the plate of the anchoring support to at least one of said studs so as to stabilize the support during casting of the concrete . BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a sectional view of the device according to the invention with the 10 structure anchored to the concrete structure, - Figure 2 is a view of the same device without the structure, - Figure 3 is a side view of the anchoring support, - Figure 4 is a top view of said support, - Figure 5 is a perspective view illustrating the introduction of the support 15 on the structure before pouring concrete.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On décrira, dans cet exemple non limitatif, un dispositif pour ancrer une borne lumineuse dans le tablier en béton d'un pont. 20 Dans cet exemple, illustré à la figure 1, la borne lumineuse 1 se présente sensiblement sous la forme d'un cylindre en fonte d'environ 25 mm d'épaisseur, d'un diamètre extérieur de l'ordre de 300 mm et d'une hauteur de l'ordre de 320 mm, à l'intérieur duquel est logé un luminaire. Celui-ci est alimenté en courant électrique par un câble 10. 25 Cette borne 1 est destinée à être posée à la limite entre la chaussée 2 (sur laquelle circulent les véhicules) et le trottoir 3 réservé aux piétons. Outre sa fonction d'éclairage, la borne 1 joue donc un rôle de barrière de sécurité. De par sa structure, une telle borne peut encaisser un choc de l'ordre de 10 tonnes sans se déformer de plus de 0,7 mm. 30 Par ailleurs, le support d'ancrage conforme à l'invention est conçu pour que sous un tel impact, la borne 1 ne se descelle pas.5 A cet effet, le support d'ancrage comprend une plaque 4 comprenant sur une de ses faces 4A des moyens 5 pour fixer la borne 1, et, sur la face opposée 4B, des goujons à tête 7, 8 dont la détermination du nombre et des dimensions sera exposée plus bas. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In this nonlimiting example, a device will be described for anchoring a light terminal in the concrete deck of a bridge. In this example, illustrated in FIG. 1, the light terminal 1 is substantially in the form of a cast iron cylinder approximately 25 mm thick, with an outside diameter of the order of 300 mm, and a height of the order of 320 mm, inside which is housed a luminaire. It is supplied with electric current by a cable 10. 25 This terminal 1 is intended to be placed at the limit between the roadway 2 (on which the vehicles travel) and the sidewalk 3 reserved for pedestrians. In addition to its lighting function, terminal 1 plays a role of security barrier. By its structure, such a terminal can withstand a shock of the order of 10 tons without deforming more than 0.7 mm. Furthermore, the anchoring support according to the invention is designed so that under such an impact, the terminal 1 does not become loose.5 For this purpose, the anchoring support comprises a plate 4 comprising on one of its 4A faces means 5 to fix the terminal 1, and, on the opposite face 4B, studs 7, 8 whose determination of the number and dimensions will be exposed below.
La plaque 4 est par exemple de forme rectangulaire, en acier, et d'une épaisseur de l'ordre de 15 mm. La plaque 4 constitue essentiellement un support intermédiaire pour faire reposer les moyens de fixation de la borne sur les goujons. Comme on le verra plus bas, la forme rectangulaire est ici avantageuse pour rendre plus facile sa liaison au tablier (par des soudures aux quatre coins) et pour gérer l'espacement demandé entre les goujons, mais cette forme n'est bien sûr pas limitative. L'épaisseur et le matériau de la plaque sont choisis pour permettre d'éviter sa déformation lors d'un choc, étant entendu que plus le matériau est résistant moins la plaque se déforme ; il en va de même pour l'épaisseur. Dans l'exemple décrit, la plaque 4 a une longueur de 320 mm et une largeur de 15 200 mm. Comme on le verra plus bas, en vue de sa mise en place sur l'ouvrage, la longueur et la largeur de la plaque sont de préférence compatibles avec la distance entre les goujons du tablier installés au préalable. Les moyens 5 de fixation de la borne 1 sur la plaque 4 sont de préférence des 20 bossages taraudés soudés sur la face supérieure de la plaque, et recevant des vis 6 passant à travers la base de la borne 1. De manière particulièrement avantageuse, les vis 6 sont des vis fusibles, c'est-à-dire qu'elles sont dimensionnées pour se rompre sous l'application d'une force déterminée. 25 A cet effet, comme on le voit mieux sur la figure 2, la portion de tige 6A située sous la tête présente un diamètre inférieur au diamètre nominal de la tige û par exemple, la portion réduite présente un diamètre de 23 mm pour une section filetée nominale de 30 mm. Dans le cas d'espèce, les vis 6 sont au nombre de deux, disposées 30 parallèlement à la chaussée. Dans ce cas, comme l'impact d'un véhicule sur la borne 1 est dans une direction inclinée par rapport à l'axe défini par les deux vis 6, l'une d'elles encaisse un effort plus important que l'autre. Il est donc nécessaire, dans le dimensionnement, de tenir compte de l'effort subi par la vis la plus contrainte. Comme on le voit sur la figure 4, la plaque 4 est percée d'un orifice 11 pour le passage du câble d'alimentation électrique 10 du luminaire. The plate 4 is for example rectangular in shape, steel, and a thickness of the order of 15 mm. The plate 4 essentially constitutes an intermediate support for resting the fixing means of the terminal on the studs. As will be seen below, the rectangular shape is advantageous here to make it easier to bond to the deck (by welds at the four corners) and to manage the spacing required between the studs, but this form is of course not limiting . The thickness and the material of the plate are chosen to prevent its deformation during an impact, it being understood that the more resistant the material, the less the plate is deformed; the same goes for the thickness. In the example described, the plate 4 has a length of 320 mm and a width of 200 mm. As will be seen below, for its implementation on the structure, the length and width of the plate are preferably compatible with the distance between the dowels of the deck installed beforehand. The means 5 for fixing the terminal 1 to the plate 4 are preferably threaded bosses welded to the upper face of the plate, and receiving screws 6 passing through the base of the terminal 1. Particularly advantageously, the screws 6 are fusible screws, that is to say that they are sized to break under the application of a determined force. For this purpose, as best seen in FIG. 2, the stem portion 6A located under the head has a diameter smaller than the nominal diameter of the rod - for example, the reduced portion has a diameter of 23 mm for one section. nominal thread of 30 mm. In the case in point, the screws 6 are two in number, arranged parallel to the roadway. In this case, as the impact of a vehicle on the terminal 1 is in a direction inclined relative to the axis defined by the two screws 6, one of them cash a greater effort than the other. It is therefore necessary, in the design, to take into account the stress on the most stressed screw. As seen in Figure 4, the plate 4 is pierced with an orifice 11 for the passage of the power supply cable 10 of the luminaire.
Les goujons à tête 7, 8 présentent des dimensions (longueur et diamètre) et un écartement déterminés de manière à conférer au support d'ancrage une résistance en traction et en flexion supérieure ou égale à la résistance requise par le cahier des charges. Il s'agit notamment que la plaque 4 ne se déforme pas sous l'effort appliqué. On peut utiliser à cet effet des goujons des goujons à tête en acier disponibles dans le commerce en différentes dimensions, par exemple ceux distribués par la société Nelson. De tels goujons sont utilisés dans le domaine de la construction pour renforcer les ouvrages. Les goujons à souder ont la particularité de présenter une très grande résistance à l'arrachement tout en présentant des facilités de montage. Leur pose par soudage est rapide et facile, ce qui rend le minimise le coût de fabrication des structures. La conception et le positionnement des goujons 7, 8 fait appel à la théorie des cônes de rupture, décrite dans le manuel "Embedment Properties of Headed Studs" de la société Nelson. The studs 7, 8 have dimensions (length and diameter) and a spacing determined so as to give the anchor support tensile strength and bending greater than or equal to the strength required by the specifications. It is in particular that the plate 4 does not deform under the applied force. Studs with commercially available steel head studs in different sizes, for example those distributed by Nelson, can be used for this purpose. Such studs are used in the field of construction to strengthen structures. The studs solder have the particularity of having a very high resistance to tearing while having mounting facilities. Their laying by welding is fast and easy, which makes the minimization of the manufacturing cost of the structures. The design and positioning of the studs 7, 8 utilizes the breakthrough cone theory as described in Nelson's "Embedment Properties of Headed Studs".
Plus précisément, chaque goujon à tête possède un cône de rayonnement dans le béton qui, pour que la résistance de l'ensemble soit maximale, ne doit pas interférer avec le cône de rayonnement d'un goujon adjacent. Dans le manuel cité plus haut, des abaques indiquent, pour chaque type de goujon à tête donné (i.e. à diamètre et longueur fixés), l'espacement à adopter pour éviter de telles interférences. Au cas où une interférence ne peut être évitée, des tables de réduction permettent d'évaluer la résistance réelle. Les goujons employés ont typiquement un diamètre compris entre 14 et 22 mm et une longueur comprise entre 60 et 140 mm. Specifically, each stud has a cone of radiation in the concrete which, for maximum strength of the assembly, must not interfere with the cone of radiation of an adjacent stud. In the manual cited above, abacuses indicate, for each type of bolt head (i.e. fixed diameter and length), the spacing to be adopted to avoid such interference. In the case where interference can not be avoided, reduction tables are used to evaluate the actual resistance. The dowels employed typically have a diameter of between 14 and 22 mm and a length of between 60 and 140 mm.
Ainsi, pour l'exemple illustré, pour tenir compte d'une pente du tablier entre le trottoir et la chaussée, la Demanderesse a choisi deux types de goujons : - trois goujons 7 courts (répartis longitudinalement côté trottoir), présentant un diamètre de 15,8 mm et une longueur de 68 mm, et - trois goujons 8 longs (répartis longitudinalement côté chaussée), de 19,5 mm de diamètre et 132 mm de long. Thus, for the example illustrated, to take account of a slope of the deck between the sidewalk and the roadway, the Applicant has chosen two types of studs: - three studs 7 short (distributed longitudinally sidewalk side), having a diameter of 15 , 8 mm and a length of 68 mm, and - three studs 8 long (distributed longitudinally on the road side), 19.5 mm in diameter and 132 mm long.
Les figures 3 et 4 illustrent cette répartition respectivement en vue de dessus et en vue de côté. Pour limiter les dimensions de la plaque, les goujons à tête 7, 8 sont espacés de 160 mm à la fois selon la longueur et selon la largeur de la plaque 4. Ce choix suppose une interférence entre les cônes de rayonnement des goujons longs 8 (qui devraient, éviter toute interférence, être distants de 182 mm), mais il a été tenu compte de cette diminution de la résistance dans le calcul de la résistance globale du support. Il va de soi que l'on pourrait choisir d'autres dimensions de goujons avec un espacement différent, en vérifiant que la résistance souhaitée est obtenue, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. L'unité de résistance associée à chaque goujon est le kip (kilo-pound force), qui équivaut à 4448,22 N. Ainsi, les goujons longs 8 présentent une résistance de 23,86 kips tandis que les goujons courts 7 possèdent une résistance de 8 kips. Figures 3 and 4 illustrate this distribution respectively in top view and in side view. To limit the dimensions of the plate, the studs 7, 8 are spaced 160 mm at a time along the length and the width of the plate 4. This choice assumes interference between the radiation cones of the long studs 8 ( which should, avoid any interference, be spaced 182 mm), but this reduction in resistance has been taken into account in the calculation of the overall strength of the support. It goes without saying that one could choose other dimensions of studs with a different spacing, verifying that the desired resistance is obtained, without departing from the scope of the present invention. The strength unit associated with each stud is the kip (kilo-pound force), which equals 4448.22 N. Thus, the long studs 8 have a resistance of 23.86 kips while the short studs 7 have a resistance 8 kips.
La figure 5 illustre la mise en place du support qui vient d'être décrit dans l'ouvrage en béton, pour former un dispositif d'ancrage sur lequel on pourra fixer la structure 1. Le support est mis en place sur le tablier 9 avant la coulée du béton, et est stabilisé au moyen de points de soudure S (par exemple aux quatre coins de la plaque 4) sur des goujons 12 sortant du tablier 9. Dans le cas où l'ouvrage ne comprendrait pas de tels goujons 12, on pourrait stabiliser le support avant coulage par d'autres moyens : par exemple, sur le ferraillage structurel de l'ouvrage (ici, le trottoir) ou bien le caler dans les coffrages. Dans les cas les plus complexes sans aucun moyen de stabilisation préexistant, il faut créer un appareil qui permette de stabiliser le support avant coulage du béton, comme par exemple une structure de suspension en bois amovible. FIG. 5 illustrates the placement of the support that has just been described in the concrete structure, to form an anchoring device on which the structure 1 can be fixed. The support is put in place on the apron 9 beforehand. pouring the concrete, and is stabilized by means of weld points S (for example at the four corners of the plate 4) on studs 12 coming out of the apron 9. In the case where the structure does not include such studs 12, the support could be stabilized before casting by other means: for example, on the structural reinforcement of the structure (here, the sidewalk) or stalling it in the formwork. In the most complex cases without any pre-existing stabilization means, it is necessary to create an apparatus which makes it possible to stabilize the support before pouring the concrete, such as for example a removable wooden suspension structure.
Puis le béton est coulé sur le tablier 9 de manière à noyer le support d'ancrage et à ne laisser affleurer avec la surface du béton (ici, la surface du trottoir) que la partie supérieure des bossages 5 de fixation des vis fusibles. En cas d'impact sur la borne 1, les efforts sont donc transmis successivement : aux vis 6 de fixation de la borne, à la plaque 4, aux goujons 7, 8 de la plaque, au béton du tablier du pont, aux goujons 12 du tablier et au ferraillage inclus dans le béton. Ainsi, si l'impact est inférieur à 10 tonnes, la borne 1 se déforme légèrement mais reste ancrée sur le pont. Then the concrete is poured on the deck 9 so as to embed the anchoring support and to leave flush with the surface of the concrete (here, the surface of the sidewalk) that the upper part of the bosses 5 fixing fusible screws. In the event of an impact on terminal 1, the forces are thus successively transmitted: to the screws 6 for fastening the terminal, to the plate 4, to the studs 7, 8 of the plate, to the concrete of the deck of the bridge, to the studs 12 apron and reinforcement included in the concrete. Thus, if the impact is less than 10 tonnes, the terminal 1 is slightly deformed but remains anchored on the bridge.
Si en revanche l'impact est supérieur à 10 tonnes, alors les vis fusibles 6 cèdent sans que le dispositif d'ancrage ne soit endommagé. Dans ce cas, la borne 1 se désolidarise du dispositif d'ancrage mais est retenue par le câble 9 d'alimentation électrique du luminaire, de sorte qu'elle ne parcourt pas une grande distance. If, on the other hand, the impact is greater than 10 tons, then the fusible screws 6 yield without the anchoring device being damaged. In this case, the terminal 1 separates from the anchoring device but is retained by the power supply cable 9 of the luminaire, so that it does not travel a great distance.
Il suffit alors, remettre la borne 1 en place, de la fixer sur le dispositif d'ancrage au moyen de nouvelles vis 6, ce qui rend la réparation particulièrement peu onéreuse. Le dispositif permet donc d'éviter à la fois l'endommagement de la structure 1, du béton et du support d'ancrage. Just then, put the terminal 1 in place, to fix it on the anchoring device by means of new screws 6, which makes the repair particularly inexpensive. The device thus makes it possible to avoid both the damage to the structure 1, the concrete and the anchoring support.
Par ailleurs, la fabrication du support ne nécessite que la fourniture de plaques et de goujons et la soudure de ceux-ci sur la plaque, ce qui la rend simple et peu onéreuse. Enfin, il va de soi que l'exemple que l'on vient de donner n'est qu'une illustration particulière en aucun cas limitative quant aux domaines d'application de l'invention. In addition, the manufacture of the support only requires the supply of plates and studs and the welding of these on the plate, which makes it simple and inexpensive. Finally, it goes without saying that the example that has just been given is only a particular illustration in no way limiting as to the fields of application of the invention.
Ainsi, le dispositif conforme à l'invention peut être utilisé û moyennant un dimensionnement à la portée de l'homme du métier û pour ancrer un lampadaire (c'est-à-dire un dispositif d'éclairage monté sur un mât haut de plusieurs mètres) sur un pont ou une route. Dans ce cas, on utilisera plutôt quatre vis de fixation pour solidariser le lampadaire au dispositif d'ancrage. Thus, the device according to the invention can be used - with a dimensioning within the reach of the skilled person - to anchor a street lamp (that is to say a lighting device mounted on a top mast of several meters) on a bridge or road. In this case, we will rather use four fixing screws to secure the lamp to the anchor device.
De même, le support d'ancrage peut être installé non dans le sol mais dans le plafond d'un tunnel, par exemple pour supporter un anneau de levage. Similarly, the anchor can be installed not in the ground but in the ceiling of a tunnel, for example to support a lifting ring.
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2008
- 2008-05-22 FR FR0853336A patent/FR2931503B1/en not_active Expired - Fee Related
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