LU83044A1 - Procede de fabrication d'une poutre en i comportant une ame a ondulation centrale et cylindres pour la fabrication de cette poutre - Google Patents
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Description
D. 51.361 * ^ K ,'V Π Û /GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG ♦ Brevet N» ......££.....v V i *# ± du ...3o décembre 198 O ((¾¾¾)) Monsieur le Ministre ,,,. , {7¾¾¾ de l’Économie et des Classes Moyennes
Titre delivre : m „ . . T x „ * „ .................................. Service de la Propriété Intellectuelle
'Slj/ LUXEMBOURG
Demande de Brevet d’invention I. Requête ...La... société... di tei.....SUMI.TOm....^ïM....INmSTRIES./......LTD.../......15^_5=Sb.ÇffiP <l) ~ Kitahama ,.....Higasbirku.,......Qsaka-sM,.....Osaka.,,.....aa&QXkt......représentée.....................
^par-Monsieiir.... J acques.....de Muvser,.....agissant en qualité de............................ (2) • mandataire.............................................................................................................................................................................................................................................
dépose(nt) ce.........tn:.ent.e.....dé.cembr.e.....lS.o.o......guatr.er,y.in.gt.............................................. (3) à........ .15........ ... heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : ....."..procédé .de... fabricat.iQn....d..!..'une.....EQ.utre.....e.n.....I.....comportant................................... (4) .........une.....âme.....à.....ondulation ...cen.tr.ale.....e.t...cy.l.lnd.res.....E.our.....la.....................................................
.........fabrication ..de.....ce.tte.....pQ.utr.e.ü..*....................................................................................................................................................
....................................................................................... .......... ........................................................***...............,.J&.................................................................y........................
2. la délégation de pouvoir, datée de...................................... le ..........¾¾.......iLLsîlL·....................
3. la description en langue.........française..........................de l’invention en deux exemplaires; 4. ..........8..................planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le..........3o.décemb.r.e.....l9..8.Q_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeurs) est (sont) : .....voir ·-au · verso.................................................................................— ..................................................................................................................... (5) revendiqne(nt) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)..................brevet.. ...............................................déposée(s) e//(7) aa.j£aPOR........................................................................................
le......9....mai.....1.9.8ο..........{No*......6153.3/13 8oX--^JlfeJ2o..„mai„„X9.aQL..............-.................................... (8) ..............(Ko......69414/13.80).....ί ................................................................................................................................
au nom de ........lê déposante....................................... ............................. ....... (9) acEiucIIe élit(élisent) pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg....................................
.....35.,......bld......Royal...............................................................................................................................................................................................................(io) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les S annexas susmentionnées, avfec ajournement de cette délivrance à.................LJ.........................................mois. (11) • , \Le ...Mandataire...........k.........¾... \\
£..........L.... V
Ό '-v_î II. Procès-verbal de Dépôt
La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du : 3 CS âAgy.br-g; IQSo /- - Pr. le Ministre à .„.15.......... heures // / \ de l’Économie et des Classes Moyennes, 15- | ' i p. d.
/ _ ' ' A G8007 W·! . '..... V ✓
A
1. - Masami HAMADA, 941, Kyuchu, Kashima-cho, Kashima-gun, Ibaraki-ken,
Jaj>on 2. - Kiyokazu TANAKA, 175o-l, Kyuchu, Kashima-cho, Kashima-gun,
Ibaraki-ken, Japon 3. - Takeshi KIKOCHI, 12-21, Minatogaoka, Kashima-cho, Kashima-gun,
Ibaraki-ken, Japon 4. - Yasuhiro ASAI, 426-4, Katori, Sahara-shi, Chiba-ken, Japon 5. - Chihiro HAYASHI, l-24-2o3, Tsukimigaoka, Nigawa, Takarazuka-shi, . .. Hyogo-ken, Japon 6. - Fumio OHTAKE, 2471-7, Habakari, Tonoshomachi, Katori-gun, Chiba-ken,
Japon REVENDICATION DE LA PRIORITE D. si.36i ------ ____ - ---- - * de la demande de brevet / ôŒincJdàteiB*Batte* J - - -
AU JAPON
| Dü 9 mai 1980 (N° 61533/1980) I 20 mai 1980 (N° 69414/1980) I r- ’ % t \ I i V; ; * ' O- ;.
\ ): ), ! s VU
Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D’INVENTION
au
Luxembourg au nom de: SUMIΤ0Μ0 METAL INDUSTRIES, LTD.
pour: Procédé de fabrication d'une poutre en I comportant une , âme à ondulations centrales et cylindres pour la fabrica tion de cette poutre.
La présente invention concerne un procédé de fabri- * cation d'une poutre en I comportant une âme à ondulations centrales, ainsi que des cylindres utilisés dans ce procédé.
Une âme de la poutre en I exerce moins d'effet sur le module de section de cette dernière qu’un élément structural de flexion. En conséquence, lors de la fabrication de la poutre en I, l'âme est réalisée en une épaisseur aussi faible que possible pour des raisons d'économie de matière. En raison des demandes accrues qui se sont manifestées au cours des dernières années concernant des éléments en acier plus légers, on a réduit de plus en plus l'épaisseur de l'âme de la poutre en I. Toutefois, du point de vue de la résistance au cis.aillement et au flambage de l'âme, il existe une limite dans l'amincissement de cette dernière. Théoriquement, il est connu que l'âme de la poutre en I peut être réalisée avec une épaisseur inférieure à la valeur limite en y formant des ondulations. Toutefois, il est un fait qu'une poutre en I comportant une âme ondulée n'a pas encore été mise sur le marché en tant que produit industriel, étant donné qu'il est très difficile de former des ondulations sur l'âme d'une poutre de ce type.
En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un procédé permettant de fabriquer économiquement et efficacement une poutre en I comportant une âme ondulée.
Un autre objet de la présente invention est de four- i nir des cylindres destinés à être utilisés dans le procédé pour la fabrication économique et efficace de la poutre en I à âme ondulée.
Un autre objet encore de la présente invention est de prévoir une forme et des dimensions d'ondulations exerçant un effet accru aussi bien sur la résistance au cisaillement et au flambage que sur la résistance a la compression latérale qui sont requises pour l'âme de la poutre en I dans la technologie de fabrication courante.
Le procédé de fabrication suivrant la présente invention est caractérisé en ce que le travail de formation des ondulations est effectué sur la zone centrale de l'âme de la poutre en I au moyen de deux cylindres venant s'engrener l'un dans l'autre de manière complémentaire, de telle sorte qu'il n'y ait aucun changement dans la dimension principale de la poutre en I, si ce n'est dans l’épaisseur de l'âme.
Les cylindres destinés a être utilisés dans le procédé suivant la présente invention sont caractérisés en ce qu'ils comportent chacun, dans leur surface de travail, deux rainures des tinées à guider les ailes d'une poutre en I, ainsi qu'une zone ondulée s'étendant entre ce,s rainures, ces deux cylindres venant s'engrener de manière complémentaire dans les zones ondulées.
Compte tenu du fait qu'il n'est pas toujours nécessaire que les cylindres assurent un guidage sous contrainte des deux côtés des ailes de la poutre en I et qu'il suffit de guider un des côtés de chacune des ailes pour centrer cette poutre, la présente invention envisage une modification des cylindres selon laquelle on évite de devoir former des rainures dans chacun d’eux et de régler l'écartement de ces rainures en fonction de la largeur des ailes de la poutre.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une illustration schématique d’une chaîne de fabrication pour la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une poutre en I fabriquée par le procédé suivant la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale prise suivant la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle agrandie d'une partie ondulée dans la zone centrale de l'âme de la poutre en I fabriquée par le procédé suivant la présente invention; la figure 5 est un diagramme illustrant la relation entre le rapport amplitude des ondulations/épaisseur de l'âme et la résistance au cisaillement et au flambage; la figure 6 est une illustration schématique d'un essai en mode de flambage dû à une force concentrée latéralement; la figure 7 est un diagramme illustrant la relation entre le rapport largeur des ondulations/hauteur de l'âme et la résistance au cisaillement, et au flambage; la figure 8 est un diagramme illustrant la relation entre le rapport largeur des ondulations/hauteur de l'âme et la résistance sous une charge concentrée latéralement; la figure 9 est une vue en coupe verticale des cylindres de formation d'ondulations suivant la présente invention; la figure 10 est une vue en coupe partielle agrandie i i du corps d'un des cylindres illustrés en figure 9; ’ la figure 11 est une vue en coupe de face des cylin- j dres suivant la présente invention, utilisés dans la chaîne de fabrication de la figure 1; ! la figure 12 est une vue en coupe partielle d'une i forme de réalisation du cylindre suivant la présente invention; ί la figure 13 est une vue partielle d'une autre forme . de réalisation du cylindre suivant la présente invention; s . la figure 14 est une vue en coupe transversale du guide d'ailes, prise suivant la ligne XIV-XIV de la figure 13; s i la figure 15 est une vue en coupe partielle d'une s autre forme de réalisation encore du cylindre suivant la présente invention; la figure 16 est une vue de face du guide d'ailes, % prise suivant la ligne XVI-XVI de la figure 15; la figure 17 est une vue en coupe partielle de face des cylindres suivant la présente invention, cette vue illustrant un autre mode d'utilisation de ces cylindres dans la chaîne de fabrication; la figure 18 est un diagramme illustrant la répartition de la contrainte résiduelle dans l'âme ondulée de la poutre en I; . . la figure 19 est un diagramme illustrant la courbe de déviation en fonction de la charge lors de l'essai à la compression latérale; et la figure 20 est un diagramme illustrant la courbe de déviation en fonction de la charge lors de l'essai de résistance au cisaillement et au flambage.
Le procédé et les cylindres de fabrication suivant la présente invention seront décrits ci-après en se référant à ces dessins. Comme illustré schématiquement en figure 1, dans la chaîne de fabrication destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention, une poutre ordinaire 1 en I est ondulée au moyen des cylindres 2 suivant la présente invention afin d'obtenir une poutre usinée 3 en I comportant une âme ondulée.
La poutre ordinaire en I peut être une poutre en I soudée ou laminée à chaud. La formation des ondulations par les cylindres 2 peut être effectuée par usinage à chaud ou à froid.
Les cylindres de fabrication 2 seront décrits ci-après plus en détail en se référant aux figures 9 à 17.
La poutre en I 3 usinée par le procédé suivant la présente invention est ondulée non pas sur toute la largeur de son âme 31, mais uniquement dans la partie centrale de celle-ci. Etant donné qu'une partie plane 311 est laissée intacte dans chacun des bords de l'âme, la formation des ondulations est effectuée aisément sans exercer aucune influence défavorable sur la jonctio % entre l'âme 31 et les ailes 32 de la poutre 3 en I.
Bien qu'il soit difficile d'envisager une analyse théorique de divers facteurs tels que les forces requises pour la formation des ondulations dans le procédé suivant la présente invention, des essais répétés démontrent que l'approximation la plus exacte n'est pas une équation théorique d'emboutissage profond, mais bien que équation théorique de laminage à froid en combinaison avec une équation théorique de flexion en U.
Les équations théoriques le plus approximatives sont les suivantes : P -P1*'r2 = 2σ · Cj/RAt P2 = 2C*t*σ(1 + t/L) + 2C * t2 *a/L où P : charge de laminage P^ : charge de laminage à froid i
P 2 : charge de flexion en U
[ o : résistance à la traction | C : largeur des ondulations | t : épaisseur de l'âme L : pas des ondulations
At : réduction d'épaisseur de l'âme
En supposant que la longueur en extension de l'âme résultant du laminage forme l'ondulation, la profondeur δ de cette dernière (voir figure 4) est exprimée par l'équation ci-après dont l'efficacité a été confirmée par des essais: δ = 2L · (1 - cos ^ 6Φ) où Φ : taux de réduction
Bien qu'une seule passe soit suffisante pour former des ondulations dans l'âme de la poutre en I, deux passes ou plu sont préférables pour obtenir un produit exempt de cambrure ou d torsion, étant donné que la configuration des ondulations change dans une tr^s faible mesure au cours de la deuxième passe ou d'une passe ultérieure, donnant ainsi lieu à une nouvelle répartition et à une réduction souhaitables de la contrainte résiduelle.
De préférence, les dimensions permettant de déterminer la fone des ondulations par le procédé suivant la présente invention sont choisies dans les intervalles suivants: i. 9,3t < L < 36t ii. l,Ot < f < 3,9t
iii. 0,5h C < h - L
Les lettres figurant dans ces intervalles désignent les dimensions des parties de la poutre en,I qui sont illustrées dans les figures 2 et 4, à savoir : t : épaisseur de l'âme h : hauteur de l'âme f : amplitude des ondulations C : largeur des ondulations L : pas des ondulations
Ces intervalles sont obtenus de la manière décrite ci-après.
(I) Intervalle de fabrication possible
Comme le montrent les figures 2 et 3, les ondulations sont formées perpendiculairement à l'axe de la poutre. Bien que les creux et les crêtes doivent être disposés de manière alternée pour éviter toute excentricité, ils ne doivent pas nécessairement être toujours continus, des parties planes pouvant s'étendre entre les creux et les crêtes des ondulations. Les ondulations peuvent avoir une forme trapézoïdale plutôt que la forme d'une onde. Toutefois, au cours de la fabrication, étant donné que le taux d'allongement de la matière de l'âme lors du laminage destiné à la formation des ondulations est, de préférence, aussi faible que possible et que, dans le cas du même taux d'allongement, le nombre des creux et des crêtes prévus dans la longueur spécifique est, de préférence, aussi élevé que possible pour obtenir un effet optimal, ces creux et ces crêtes sont, de préférence, continus.
Des essais répétés de formation à’ondulations démontrent qu'un taux d'allongement de 12¾ ou moins au cours de la formation des ondulations se situe dans un intervalle favorable.
(2) Pas (L) et amplitude (f) des ondulations
Un effet des ondulations est d'accroître la rigidité à la flexion de l'âme dans une direction perpendiculaire à l'axe de la poutre. Le facteur prépondérant intervenant dans l'accroissement de la rigidité à la flexion est l'amplitude f des ondulations.
La figure 5 illustre la relation existant entre le rapport amplitude des ondulations/épaisseur de l'âme (f/t) et la résistance au cisaillement et au flambage (rf). La résistance au cisaillement et au flambage (r) dépend de la largeur des ondulations (C) et de l'épaisseur de l'âme (t). Les essais ont été effectués sur des poutres en I ayant la configuration à laquelle on considère que le procédé suivant la présente invention est le plus généralement appliqué, l'épaisseur t de l'âme étant égale à h/120, tandis que la largeur C des ondulations est égale à 0,75h. Comme le montre la courbé de la figure 5, la résistance rf augmente de manière parabolique en fonction de l'accroissement de l'amplitude f des ondulations.
Bien que l’accroissement de la résistance au cisaillement résultant de la présence des ondulations soit obtenu en dépit de la réduction de l'épaisseur de l'âme (t), les dépenses consacrées à la formation des ondulations ne sont pas amorties, à moins que l'amplitude de ces dernières ne soit suffisante pour réduire l'épaisseur de l'âme d'au moins 25¾. Etant donné que la résistance au cisaillement et au flambage de l'âme plane est pro- ? portionnelle à (t/h) , une réduction de 25¾ de l'épaisseur de l'âme donne lieu à une réduction de résistance d'environ 50¾. En conséquence, afin de compenser la réduction de résistance résultant de-la présence des ondulations, l’amplitude de ces dernières ! doit être déterminée de telle sorte que la résistance de l'âme ; ondulée atteigne deux fois ou plus la résistance rf^ d'une âme j plane jf = 0). Dès lors, la valeur de f est obtenue d'après la i formule f/t>l comme le montre la figure 5.
De préférence, le pas L des ondulations est aussi j petit tgxe possible afin d'assurer une plus faible turbulence des contraintes et une meilleure stabilité vis-à-vis d'une force F concentrée latéralement. Comme le montre la figure 6, des essais relatifs à la force concentrée latéralement indiquent qu'il se produit un flambage local dans l'âme à proximité du point auquel la force est appliquée et que la longueur de l'onde de flambage C atteint environ 0,4h. Cette résistance est importante pour déterminer la configuration de l'âme. Afin d'obtenir cette résistance stabilisée à n’importe quelle position, il est nécessaire de déterminer le pas L de l'ondulation, de telle sorte que la longueurJ de l'onde de flambage englobe au moins deux ondes de l'ondulation. En conséquence, le pas L de l'ondulation doit être de 0,2h ou moin D'autre part, le pas L et l'amplitude f des ondulations dépendent de l'allongement produit au cours de la fabrication, c'est-à-dire que la valeur L/f diminue à mesure de l'accrois sement de l'allongement de travail dû à la formation des ondulations. Afin de limiter le taux d’allongement de travail à 121 ou moins comme décrit ci-dessus, la valeur L/f doit être supérieure à 9,3 (L/f > 9,3).
Ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, la configuration des ondulations est soumiseà trois limitations relatives au rendement et à l'aptitude à l'usinage. De plus, en supposant que l'intervalle pratique concernant l'épaisseur de l’âme est > t î> , l'intervalle pour le pas L des ondulations est -JL- ^ L Z - JL- on 9.3t ^ L 36t. tandis aue l'intervalle tour l'amplitude f des ondulations est < f < ou l,Ot < f <3,9t.
(3) Largeur des ondulations (C)
La largeur C des ondulations est le plus étroitement en relation avec la résistance aii cisaillement et au flambage de l'âae, ainsi qu'avec la résistance de cette dernière sous une charge concentrée latéralement R. La figure 7 illustre la rela-j tion existant entre le rapport largeur des ondulations/hauteur de l'âme (C/h) et la résistance au cisaillement et au flambage t^, par exemple, dans le cas de h/t = 120 et f/t =1,3. En figure 7, les points noirs représentent des valeurs expérimentales, tandis que la courbe en traits pleins représente des valeurs analytiques. Ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, la résistance au cisaillement et au flambage de l'âme ondulée doit atteindre deux fois ou plus la résistance tCq de l'âme plane (C = 0). En conséquence, d'après la figure 7, la valeur de C/h à laquelle la résistance se situe dans cet intervalle,est C/h ^ 0,5.
La figure 8 illustre la relation existant entre le rapport largeur des ondulations/hauteur de l'âme (C/h) et la résistance sous la charge concentrée latéralement R. D'après cette figure, on constate que le rapport C/h de 0,5 ou plus donne des ondulations exerçant un effet suffisant. Dans le cas envisagé Fh Et'’ ici, R = —ψ— , où D = -=— , E est le module élastique et " 12(1-7 ) 7 est le rapport de Poisson. En figure 8, les points noirs représentent des valeurs expérimentales, tandis que la courbe en traits pleins représente l'équation expérimentale R = χ 5-C7h ’
En conséquence, C/h ^ 0,5 constitue l'intervalle pratique efficace pour la formation d'ondulations dans la partie centrale de l'âme dans le but d'accroître la résistance au cisaille- ment et au flambage de cette âme, ainsi que sa résistance sous la charge concentrée latéralement R. La limite supérieure de la valeur C/h est définie par la limite de travail et la turbulence de la contrainte engendrée dans l'aile de la poutre. En d'autres , "1 termes, si la largeur C des ondulations est trop importante, « j on observe des détériorations non seulement du fait que l'aile de la poutre est soumise à un mouvement ondoyant lors de la for-matioa des ondulations, mais également du fait qu'une contrainte importante est engendrée à la jonction entre l'âme et l'aile.
* Des essais de fabrication démontrent qu'il ne se pose aucun pro- * blême si la largeur de la partie non ondulée est égale à 6t ou J plus ou à 0,5L ou plus. De plus, ces essais confirment que la turbulence de la contrainte à laquelle est soumise l'aile de la poutre suite à la formation des ondulations, est sans effet si la largeur de la partie non ondulée est égale à 0,5L ou plus.
En conséquence., l'intervalle efficace pour la largeur des ondulations est défini comme étant 0,5h ou plus, (h - L) ou moins et (h - 12t) ou moins.
Les cylindres de fabrication 2 destinés à être utilisés dans le procédé suivant la présente invention ont la configuration illustrée dans les figures 9 et 10. Comme le montre la figure 9, chacun des cylindres 2 d'une paire comporte, dans sa surface de travail, des rainures 21 espacées l'une de l'autre d'une distance correspondant à la hauteur h de l’âme (voir figure 2) de la poutre 1 en I en guise de matière d'ébauche, en vue de guider les ailes de cette poutre, ainsi qu'une zone ondulée 22 ayant la largeur C (voir figure 2) s'étendant entre ces rainures 21 Comme le montre la figure 10, la zone ondulée 22 a une configuration définie par un rayon primitif P, des rayons de courbure de forme d'onde r^ et r2, le pas d'ondulation L, la profondeur d'onde^et la largeur d’ondulation C. Le relation entre ces dimensions est déterminée en fonction des dimensions de la poutre en I de telle sorte que la dimension principale en coupe de cette dernière ne subisse aucun changement, sauf dans sa zone de formation d'ondulations.
Dans cette forme de réalisation, chacun des cylindres * de fabrication comporte, sur sa surface de travail, deux rainures 21 destinées à guider les ailes 32 de la poutre 1 en I devant être usinée. En conséquence, les cylindres de cette forme de réalisation présentent un inconvénient du fait qu'une limitation est imposée à la largeur de l'âme 31 de la poutre en I à usiner; en d'autres termes, ces cylindres manquent de souplesse d'utilisation. En particulier lors d'un formage à froid pour lequel les cylindres doivent être réalisés en un acier fortement allié d'une haute dureté, la fabrication des cylindres de cette forme de réalisation pose un problème supplémentaire du fait qu'il est extrêmement difficile d'y former des rainures de guidage étroites et profondes.
Ces problèmes sont résolus grâce aux cylindres de différentes autres formes de réalisation de la présente invention qui seront décrites ci-après en se référant aux figures 11 à 17.
Dans la forme de réalisation illustrée en figure 11, les corps de deux cylindres de formation d'ondulations 2, 2 ont une largeur correspondant à la hauteur h de l'âme de la poutre en I, plus précisément, une largeur légèrement inférieure à cette hauteur h, de telle sorte que les ailes 32 de la poutre en I soient écartées de la surface d'engagement entre les cylindres 2, 2.
De plus, le cylindre supérieur ou le cylindre inférieur est muni de guides 4 pour les ailes de la poutre. Par exemple, dans le cas où les guides d'ailes 4 sont prévus dans le cylindre inférieur 2 comme le montre la figure 11, ces guides 4 sont adaptés sur le tourillon 23 de part et d'autre du corps du cylindre inférieur 2, leurs positions axiales étant réglées avant de les fixer j sur le tourillon 23 en coïncidence avec les positions des ailes 32 de la poutre 1 en I.
Différents moyens sont utilisés pour fixer ces guides | d'ailes 4. Par exemple, comme le montre la figure 12, le touril- | Ion 23 du cylindre 2 peut être fileté pour y visser un collier 5 ii qui est intercalé entre le corps du cylindre 2 et le guide d’aile !j i 4, de telle' sorte que ce dernier soit maintenu en place et serré fermement par un écrou 6 vissé de l’extérieur.
Comme le montrent les figures 13 et 14, le guide d’aile 4 peut comporter une rainure radiale partielle en forme de fente 41 et une autre rainure en forme de fente 42 s’étendant jusqu'au passage central du côté opposé à la rainure 41, de telle sorte que l'on puisse faire coulisser le guide d'aile 4 le long du tourillon 23 en utilisant la dilatation et la contraction assurées par les rainures en forme de fentes, pour l'amener dans la position choisie dans laquelle la rainure en forme de fente 42 est serrée au moyèn d'un élément approprié 43 tel qu’un boulon, ce qui a pour effet de rétrécir le passage central du guide 4 et de fixer ce dernier.
Comme le montrent les figures 15 et 16, le guide ! d'aile 4 peut comporter les rainures diamétrales en forme de ! j fentes 41 et 42, ainsi qu'une partie d'engagement filetée à sec- ! tion décroissante 44 sur laquelle est vissé un écrou de blocage 45, de façon à rétrécir le passage central du .guide d'aile 4 et fixer ainsi ce dernier.
Grâce à ces différents types d'éléments de fixation, les guides d'ailes 4 sont fixés sur les tourillons 23 du cylindre 2 afin de guider les ailes 32 de la poutre 1 en I de l'extérieur. Etant donné que les guides d'ailes 4 peuvent être localisés dans la position désirée sur le tourillon 23 du cylindre, les positions dans lesquelles ces guides sont fixés, ne sont pas déterminées par la hauteur h de l'âme de la poutre 1 en I. Etant donné qu'il n'est pas nécessaire de fixer les guides d'ailes 4 dans des positions bisymëtriques, l’âme peut être ondulée le long d'une ligne décentrée comme le montre la figure 17. Ces ondulations excentriques peuvent être efficaces dans certains cas, par j 1 exemple, en fonction de l'état de la charge appliquée lors de -14- l'utilisation de la poutre en I, ainsi que de la relation d'assem-« blageavec d’autres organes.
Les cylindres de formation d'ondulations selon ces formes de réalisation de la présente invention offrent des avantages, aotamment du fait qu’ils sont largement applicables, par exeiqie, à la formation d'ondulations excentriques, sans que leurs positions soient déterminées par la hauteur de l'âme de la poutre en I, tandis qu'ils exercent un excellent effet de guidage, notaient un centrage mieux stabilisé sur la surface de travail, étant donné qu'ils peuvent établir une distance de guidage effective jdus longue comparativement aux cylindres classiques, sans compter qu'ils sont d'une fabrication plus aisée.
Le tableau 1 ci-après illustre des exemples spécifiques ie mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention.
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Comme l'indique le tableau 1 ci-dessus, les exemples « de mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention qui y sont illustrés, permettent d'obtenir des poutres en I comportant pratiquaient les âmes ondulées souhaitées. La longueur développée de la courbe de la zone ondulée est supérieure a la longueur rectiligne totale de la matière de l'âme et l'accroissement de cette longueur développée correspond ä la réduction d'épaisseur de l'âme.
Lorsque des ondulations sont formées en une seule passe dans une poutre en I d'une faible longueur de l’ordre de 1,5 mètre, il s'y produit une torsion qui est cependant éliminée moyennant une seconde passe de formation d'ondulations. Dans le cas d'une grande poutre en X d'une longueur totale de 6 mètres ou plus, on n'observe apparemment aucune torsion suite à un traitement en une seule passe mais, lorsqu'on sectionne cette poutre en courtes longueurs, la contrainte interne est libérée et une torsion peut apparaître. Dans une poutre en I soumise à un traitement de formation d'ondulations en deux passes ou plus, on n'observe aucune torsion, même lors d'un sectionnement en courtes longueurs.
La figure 18 illustre la répartition de la contrainte résiduelle dans la poutre- en I ondulée indiquée dans la colonne centrale du tableau 1 et mesurant 256,5 x 87,4 x 2,3 x 4,7, respectivement après formation d'ondulations en une seule passe (petits cercles blancs) et après une seconde passe de formation d'ondulations (petits cercles noirs).
Les figures 19 et 20 illustrent les résultats d'essais de résistance à la compression latérale et de résistance au cisaillement et au flambage, respectivement, effectués sur une poutre en I comportant une âme ondulée et sur une poutre en I ordinaire à âme plane. Dans ces figures, les lignes en trait plein représentent les résultats expérimentaux concernant la poutre en I à âme ondulée, tandis que les lignes en traits discontinus représentent les résultats expérimentaux concernant la poutre en I ordinaire.
Les pontres soumises aux essais mesuraient 212 x 68,6 x 2,0 x 4,6.
%
Dans ces essais, on a utilisé une machine de 100 tonnes et l’on a mesuré la déviation à l’aide de deux jauges à cadran.
Comme l’indiquent ces résultats expérimentaux, la résistance, à la compression latérale de la poutre en I à âme ondulée atteint à peu près trois fois celle de la poutre en I ordinaire, tandis que sa résistance au cisaillement et au flambage est environ 1,4 fois supérieure à celle de cette poutre en I ordinaire.
Le tableau 2 ci-après indique les dimensions des poutres en I ordinaires légères et soudées de conception classique, ainsi que celles des poutres en I à âme ondulée fabriquées par le procédé suivant la présente, invention. Les poutres en I classiques illustrées dans ce tableau sont choisies parmi celles dont la contrainte de cisaillement et de flambage est supérieure à la limite élastique. Les poutres en I à âme ondulée ont des dimensions identiques à celles des poutres en I classiques en ce qui concerne leur hauteur H et la dimension δ de leurs ailes (voir figure 2) , mais elles comportent une âme d'une plus faible épaisseur t. Si l’épaisseur de l'âme est réduite sans y former des ondulations, la résistance au cisaillement et au flambage est réduite à environ 30¾ de la limite élastique. Toutefois, dans les poutres en I à âme ondulée, la résistance au cisaillement et au flambage de cette âme est maintenue au-delà de la limite élastique grâce à l'effet exercé par la formation d'ondulations.
Dans le tableau 2, la zone ondulée n'intervient pas dans le calcul du rendement du comportement à la flexion, étant donné que la rigidité axiale de cette zone est considérablement réduite. Comme le montre ce tableau, le taux de rigidité à la flexion par unité de poids peut être accru de 9 à 131 en formant des ondulations dans l'âme de la poutre.
- 18 - ' Tableau 2 *
Procédé classique Procédé de la présente Comparaison invention (I) Matière ”JISG 3353" (II) Matière d’âme ondulée Rapport de flexion „ , par unité de poids (Largeur des ondulations) (II/I)1 200 x 100 x 3,2 x 4,5 200 x 100 x 1,6 x 4,5 1,09 (150) 250 x 125 x 4,5 x 6,0 250 x 125 x 2,0 x 6,0 1,13 (180) 300 x 150 x 2,5 x 6,0 300 x 150 x 2,3 x 6,0 1,10 (220) 400 x 200 x 6,0 x 12,0 400 x 150 x 2,7 x 12,0 1,09 (300) / —
Rapport de flexion par-unité de poids
Rigidité à la flexion
Poids de la poutre en I classique de la poutre en I ondulée Poids de la poutre en I ondulée ' Rigidité à la flexion de la poutre en I classique
Bien que l’on ait illustré et décrit certaines formes de réalisation spécifiques de la présente invention, on comprendra que ces formes de réalisation sont données simplement à des fins d’illustration et de description, diverses autres formes de réalisation pouvant être envisagées sans se départir du cadre de la présente invention tel qu’il est défini dans les revendications ci-après.
Claims (7)
1. Procédé de fabrication d’une poutre en I comportant une âme à ondulations centrales, caractérisé en ce qu’il consiste à former des ondulations dans une partie centrale de l’âme d’une poutre en I ordinaire finie en utilisant deux cylindres s’engrenant l'un dans l’autre de manière complémentaire.
2. Procédé de fabrication d'une poutre en I comportant une âme à ondulations centrales suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ondulations sont formées dans les conditions suivantes : 9,3t < L < 36t 1,0t < f < 3,9t 0,5h < C < h - L où t : épaisseur de l'âme h : hauteur de 1'âme f : amplitude des ondulations C : largeur des ondulations L : pas des ondulations
3. Procédé de fabrication d’une poutre en I comportant une âme à ondulations centrales par formation d’ondulations dans une partie centrale de l’âme d’une poutre en I ordinaire au moyen de deux cylindres s’engrenant l'un dans l'autre de manière complémentaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l’accroissement de la longueur développée de l’âme ondulée par rapport à la longueur rectiligne de l’âme plane avant formation de ces ondulations est effectué moyennant une réduction de l’épaisseur de l'âme suite à la formation d’ondulations, sans entraîner, par conséquent, aucun changement dans la dimension principale de la poutre en I, si ce n'est dans l’épaisseur de l'âme de celle-ci.
4. Procédé de fabrication d'une poutre en I comportant une âme à ondulations centrales par formation d'ondulations dans une partie centrale de l'âme d'une poutre en I ordinaire au !- 20 -r moyen de deux cylindres s'engrenant l'un dans l’autre de manière complémentaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ondulations sont formées en deux passes ou plus afin d'amélio 9 rer l'état de la contrainte résiduelle, ainsi que la cambrure ou la torsion de la poutre en I ondulée.
5. Cylindres destinés à la fabrication d’une poutre en I comportant une âme à ondulations centrales, caractérisés en ce qu'ils comportent chacun, dans leur surface de travail, deux rainures destinées à guider les ailes d'une poutre en I, ainsi qu'une zone ondulée en forme d'onde s'étendant entre ces rainures deux de ces cylindres venant s’engrener l'un dans l'autre de manière complémentaire dans les zones ondulées, j
6. Cylindres destinés à former des ondulations dans l'âme d'une poutre en I, caractérisés en ce qu'ils constituent une paire et comportent chacun un corps de laminage correspondant à la largeur de l'âme de la poutre en I, des ondulations venant s'engrener l'une dans l'autre de manière complémentaire étant formées dans la partie centrale de ces corps, tandis que des guides pour les ailes de la poutre sont disposés de part et d'autre du corps de chacun de ces cylindres respectivement, ces guide d'ailes étant montés rigidement avec possibilité d'en régler la position axiale, tandis qu'ils ont un diamètre supérieur à celui du corps de chaque cylindre.
7. Cylindres destinés à former des ondulations dans l'âme d'une poutre en I suivant la revendication 6, caractérisés en ce que les guides d’ailes sont disposés de manière asymétrique par rapport au corps du cylindre, sur l'axe de ce dernier.
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