LU86442A1

LU86442A1 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF PRE-STRESSED STEEL BEAMS

Info

Publication number: LU86442A1
Application number: LU86442A
Authority: LU
Original assignee: Arbed; Aitn Sprl
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-12-16
Also published as: EP0246560A3; DE3716833A1; JPS62280440A; GB8711416D0; EP0246560A2; GB2190611A; FR2598947A1

Description

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Procédé de fabrication de poutrelles précontraintes en acier.Process for manufacturing prestressed steel beams.

L'invention concerne un procédé de fabrication de poutrelles précontraintes en acier.The invention relates to a method for manufacturing prestressed steel beams.

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Le but poursuivi dans la conception de poutrelles précontraintes est évident: Il s'agit d'augmenter la capacité de charge lorsque la poutrelle est sollicitée à la flexion.The goal pursued in the design of prestressed beams is obvious: It is a question of increasing the load capacity when the beam is stressed in bending.

10 Le brevet belge no 495.318 enseigne de fabriquer une poutrelle en béton armé précontraint, en soumettant d'abord l'armature métallique non-enrobée à une flexion, en enrobant ensuite de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, en maintenant fléchie l'armature enrobée de béton pen-15 dant le durcissement de celui-ci et de supprimer enfin la force de flexion après durcissement du béton. L'armature est constituée par une poutrelle laminée en acier. La flexion est effectuée soit par l'application d'une force en un point de l'armature compris entre les extrémités qui sont maintenues fixes, soit par l'application de 20 forces aux extrémités de la poutrelle dont un point intermédiaire est maintenu fixe.10 Belgian patent no. 495.318 teaches to manufacture a prestressed reinforced concrete beam, by first subjecting the uncoated metal reinforcement to bending, then coating with concrete at least a fraction of the part of the reinforcement subjected to tensile as a result of bending, keeping the concrete-coated reinforcement bent during its hardening and finally suppressing the bending force after the concrete has hardened. The frame is made up of a steel laminated beam. The bending is carried out either by the application of a force at a point of the reinforcement lying between the ends which are kept fixed, or by the application of forces at the ends of the beam of which an intermediate point is kept fixed.

On obtient de cette manière des poutrelles précontraintes où la précontrainte est réalisée à l'aide d'un enrobage partiel en béton. De 25 telles poutrelles sont connues sous l'appelation PREFLEX dans les milieux de la construction lourde, de ponts ou de viaducs.Pre-stressed beams are obtained in this way where the prestressing is carried out using a partial concrete coating. Such beams are known under the name PREFLEX in the fields of heavy construction, bridges or viaducts.

Un premier désavantage inhérent à de telles réalisations est le surplus en poids attribuable au béton; un deuxième désavantage est dû - 2 - ; » au fait que le béton d'enrobage doit lui-même être armé et que les armatures en acier doivent être fixées par soudage à l'armature i principale, c.à d. à la poutrelle en acier, ce qui comporte un tra vail d'aménagement et de soudage fastidieux et impossible à réaliser 5 de manière automatique. Enfin, un troisième désavantage provient du fait que l'enrobage recouvre l'acier, si bien qu'il est difficile de procéder à ces endroits de la poutrelle à des opérations de forage et impossible d'effectuer des travaux de soudage.A first disadvantage inherent in such achievements is the excess weight attributable to concrete; a second disadvantage is due - 2 -; »To the fact that the coating concrete must itself be reinforced and that the steel reinforcements must be fixed by welding to the main reinforcement, ie. to the steel beam, which involves tedious work and welding work which is impossible to carry out automatically. Finally, a third disadvantage arises from the fact that the coating covers the steel, so that it is difficult to carry out these locations of the beam in drilling operations and impossible to carry out welding work.

10 Le but de l'invention était de proposer un procédé de fabrication de poutrelles précontraintes, exemptes des désavantages décrits.The object of the invention was to propose a method for manufacturing prestressed beams, free from the disadvantages described.

On pourrait imaginer de constituer une poutrelle précontrainte en acier à partir de deux sections distinctes et exempte de béton, dans 15 laquelle on induirait la précontrainte en agissant sur l'une des deux sections en vue de lui conférer une dilatation temporaire dans le sens de la longueur, en réunissant les deux sections et en éliminant la cause de la dite dilatation.One could imagine constituting a prestressed steel beam from two separate concrete-free sections, in which the prestress would be induced by acting on one of the two sections in order to give it temporary expansion in the direction of the length, by bringing the two sections together and eliminating the cause of the said dilation.

20 Ainsi on pourrait exercer sur l'une des sections une force de traction, avant de la réunir avec l'autre section.20 Thus, one could exert a tensile force on one of the sections, before joining it with the other section.

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

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Dans les deux cas il est imaginable de constituer une poutrelle précontrainte, mais il serait nécessaire de mettre en oeuvre des moyens énormes de traction, resp. de chauffage, si l'on veut constituer des poutrelles précontraintes d'envergure dépassant les mini-profilés.In both cases it is conceivable to constitute a prestressed beam, but it would be necessary to implement enormous means of traction, resp. heating, if you want to build large prestressed beams beyond the mini-sections.

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Ainsi le but de l'invention est atteint par le procédé suivant l'invention qui est caractérisé par les mesures suivantes: a) On prépare deux sections distinctes qui sont susceptibles d'être 35 assemblées pour constituer la poutrelle désirée; , r - 3 - b) On appose resp. superpose les deux sections, de manière à ce que la poutrelle soit virtuellement constituée; c) On soumet les deux sections, en un même temps, à une force de 5 flexion, de manière à obtenir une poutrelle fléchie, vir tuellement constituée; d) On réunit les deux sections par leurs aires adjacentes.Thus the object of the invention is achieved by the process according to the invention which is characterized by the following measures: a) Two separate sections are prepared which are capable of being assembled to form the desired beam; , r - 3 - b) We affix resp. superimpose the two sections, so that the beam is virtually constituted; c) The two sections are subjected, at the same time, to a bending force, so as to obtain a bent beam, virtually formed; d) The two sections are united by their adjacent areas.

10 D’autres caractéristiques de l'invention sont décrites dans les sous-revendications.Other features of the invention are described in the subclaims.

Les deux sections suivant la mesure a) peuvent être deux sections en forme de T qui, après assemblage, donnent une section en forme de I. 15 L'assemblage en question se fait suivant la mesure b), en encadrant les deux sections en T à l'aide de plusieurs cadres en acier, comme on l'expliquera plus loin.The two sections according to measure a) can be two T-shaped sections which, after assembly, give an I-shaped section. The assembly in question is done according to measure b), framing the two T sections using several steel frames, as will be explained later.

La préparation des deux sections dont il est question sous a) peut 20 consister p.ex. en ce que l'on découpe une poutrelle en forme de I pour obtenir deux sections en forme de T.The preparation of the two sections referred to under a) may consist, for example, of cutting an I-shaped beam to obtain two T-shaped sections.

La mesure c) prévoit que l'on applique à l'ensemble comprenant les deux sections apposées l'une à l'autre et encadrées, une force de 25 flexion. Ceci peut être réalisé en appliquant deux forces égales et dans le même sens aux extrémités de l'une des sections, tandis que des appuis sont prévus aux quarts ou aux tiers de portée à l'autre section. Il est indispensable que les cadres soient dimensionnés de manière à ce que l'ensemble constitué par les deux sections en forme 30 de T, apposées pour former un I, soit immobilisé en ce sens que lors de l'application des forces de flexion, les deux sections se comportent dans la mesure du possible comme une poutrelle entière, c.à d. que seules les aires adjacentes peuvent se déplacer l'une vis-à-vis de l'autre en glissant l'une sur l'autre.Measure c) provides that a bending force is applied to the assembly comprising the two sections affixed to each other and framed. This can be achieved by applying two equal forces and in the same direction at the ends of one of the sections, while supports are provided at quarters or thirds of a span at the other section. It is essential that the frames are dimensioned so that the assembly constituted by the two T-shaped sections 30, affixed to form an I, is immobilized in the sense that when the bending forces are applied, the two sections behave as much as possible as a whole beam, i.e. that only the adjacent areas can move towards each other by sliding one over the other.

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La mesure d) est réalisée avantageusement en mettant en oeuvre un appareil de soudage électrique mobile et automatisé.Measure d) is advantageously carried out using a mobile and automated electric welding device.

- 4 - , »- 4 -, "

Suivant l'invention il est possible de préparer deux sections en forme de T où chacune présente une composition resp. une qualité de l'acier différente l'une de l'autre, p. ex. en découpant différentes sortes de poutrelles en forme de I.According to the invention it is possible to prepare two T-shaped sections where each has a composition resp. a different quality of steel, p. ex. by cutting different kinds of I-shaped beams.

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Il peut tout aussi bien être prévu d'utiliser au départ deux sections en forme de poutrelles en I et de réunir ces sections qui se prêtent fort bien à la flexion, par leurs semelles, soit par soudage, soit par boulonnage, ou par un quelconque autre moyen 10 approprié.It can just as well be planned to use at the start two sections in the form of I-beams and to join these sections which lend themselves very well to bending, by their flanges, either by welding, or by bolting, or by any other suitable means.

L'invention sera illustrée à l'aide des dessins schématisés qui représentent de manière non-limitative une des formes d'exécution possibles du procédé.The invention will be illustrated with the help of schematic drawings which represent, without limitation, one of the possible embodiments of the method.

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La fig. 1 montre une vue latérale de deux sections en forme de T, encadrées pour former une poutrelle virtuelle qui est sollicitée par des forces de flexion appliquées aux extrémités; 20 La fig. IA montre une coupe à travers l'ensemble comportant la poutrelle virtuellement constituée et un cadre de fixation, à l'endroit d'application de la force de flexion;Fig. 1 shows a side view of two T-shaped sections, framed to form a virtual beam which is stressed by bending forces applied to the ends; Fig. 20 IA shows a section through the assembly comprising the virtually constituted beam and a fixing frame, at the place of application of the bending force;

La fig. IB montre une coupe à travers 1'ensemble comportant la pou-25 trelle virtuellement constituée et un cadre de fixation, à l'endroit de l'appui;Fig. IB shows a section through the assembly comprising the virtually constituted trash can and a fixing frame, at the location of the support;

La fig. 2 représente une coupe des deux sections destinées à former la poutrelle, l'accent étant mis sur les aires adjacentes et les 30 fig. 2A et fig 2B montrent l'exécution de chanfreins aux extrémités des aires adjacentes, avant le soudage.Fig. 2 shows a section of the two sections intended to form the beam, the accent being placed on the adjacent areas and FIGS. 2A and Fig 2B show the execution of chamfers at the ends of the adjacent areas, before welding.

La fig. 3 représente une coupe à travers une poutrelle, dont les deux sections qui la constituent sont réunies par collage.Fig. 3 shows a section through a beam, the two sections which constitute it are joined by gluing.

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La fig. 4 représente une des applications possibles des poutrelles suivant l'invention.Fig. 4 shows one of the possible applications of the beams according to the invention.

t 1 - 5 -t 1 - 5 -

En fig· 1 on distingue les deux sections (1) et (2) en forme de T. Ces sections sont maintenues en position telle que les aires (11) resp. (21) sont adjacentes. En pratique ces aires pourront s'effleurer resp. se situer à une distance de l'ordre de 2 à 5 mm l'une de 5 l'autre, pour éviter des difficultés lors du soudage subséquent. Le maintien des sections est assuré par des cadres; dans le cas de quatre cadres par exemple, les deux cadres (3,4) sont disposés aux extrémités des sections, tandis que les deux cadres (5,6) sont disposés aux quarts de portée.In fig · 1 we distinguish the two sections (1) and (2) T-shaped. These sections are held in position such that the areas (11) resp. (21) are adjacent. In practice, these areas can be touched resp. be at a distance of the order of 2 to 5 mm from each other, to avoid difficulties during subsequent welding. The sections are maintained by executives; in the case of four frames for example, the two frames (3,4) are arranged at the ends of the sections, while the two frames (5,6) are arranged at the quarter of range.

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La section inférieure (2) est plus courte que la section supérieure (1), pour tenir compte des changements de longueur intervenant lors de la flexion; l'aspect de l'ensemble fléchi est indiqué par les lignes pointillées.The lower section (2) is shorter than the upper section (1), to allow for changes in length occurring during bending; the appearance of the flexed assembly is indicated by the dotted lines.

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Comme on le voit à titre d'exemple en fig. 1 et en fig. IA resp. fig. IB, les forces de flexion (F) sont appliquées aux cadres (3,4); elles sont reprises aux appuis (A) par le cadres (5,6). Les cadres (3,4,5,6) sont identiques du point de vue de leur construction, leur 20 disposition toutefois varie en fonction de leur rôle. Ainsi les cadres (3,4) sont disposés de manière à ce que l'ouverture soit dirigée vers le bas, tandis que les cadres (5,6) sont disposés à l'envers; on a représenté l'application des forces resp. des réactions aux appuis par des flèches pour illustrer à quels endroits les 25 cadres sont sollicités.As seen by way of example in FIG. 1 and in fig. IA resp. fig. IB, the bending forces (F) are applied to the frames (3,4); they are taken up at the supports (A) by the frames (5,6). The frames (3,4,5,6) are identical from the point of view of their construction, their arrangement however varies according to their role. Thus the frames (3,4) are arranged so that the opening is directed downward, while the frames (5,6) are arranged upside down; the application of the forces resp. reactions to the presses by arrows to illustrate where the 25 frames are loaded.

Grâce au concept des cadres, le soudage est facilement réalisable à l'aide d'un soudeuse automatique. Comme on le voit en fig. IA et IB la soudeuse (S) se déplace sur un profilé un U (7) qui s'appuie à 30 l'endroit correspondant à la fig. IA sur la partie inférieure du cadre et à l'endroit correspondant à la fig. IB sur la semelle de la section (2), par l'intermédiaire d'une barre (hachurée) qui compense la différence de niveau.Thanks to the concept of the frames, welding is easily carried out using an automatic welder. As seen in fig. IA and IB the welder (S) moves on a U-shaped section (7) which is supported at the place corresponding to FIG. IA on the lower part of the frame and at the place corresponding to fig. IB on the sole of section (2), via a bar (hatched) which compensates for the difference in level.

35 II reste à remarquer que l'on disposera avantageusement des plaques (8) resp. (9) entre les cadres et les vérins non-représentés resp. entre les cadres et les appuis, pour éviter des endommagements.It remains to be noted that the plates (8) resp. (9) between the frames and the cylinders not shown resp. between the frames and the supports, to avoid damage.

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Pour conditionner les aires destinées à être réunies par soudage (voir fig. 2), il est prévu des chanfreins, de préférence à l'ex-, trémité de la section supérieure. En fig. 2A il est représenté un chanfrein approprié dans le cas de poutrelles à âmes épaisses. Dans 5 le cas de poutrelles à âmes minces on préférera le chanfrein repré senté en fig. 2B.To condition the areas intended to be joined by welding (see fig. 2), chamfers are provided, preferably at the end of the upper section. In fig. 2A there is shown a suitable chamfer in the case of beams with thick webs. In the case of beams with thin webs, the chamfer shown in FIG. 2B.

Au lieu de réunir les sections, constituant la poutrelle, par soudage, on peut également réunir les sections par collage (voir 10 fig. 3). Dans le cas représenté, on a avantageusement recours à des plats d'acier (33) collés sur les âmes des sections (31, 32) et ceci sur toute leur longueur.Instead of joining the sections making up the beam by welding, the sections can also be joined by gluing (see 10 fig. 3). In the case shown, it is advantageous to use steel plates (33) bonded to the webs of the sections (31, 32) and this over their entire length.

Bien qu'on a expliqué l'invention en décrivant l'emploi de sections 15 en forme de T, il est bien entendu qu'on peut également fabriquer des poutrelles à l'aide de sections mixtes, de profilés creux ainsi que de leur combinaison.Although the invention has been explained by describing the use of T-shaped sections 15, it is understood that it is also possible to manufacture beams using mixed sections, hollow sections and their combination .

Au terme de la fabrication on obtient une poutrelle précontrainte en 20 acier, dont une partie se trouve en traction et l'autre en compression. Une telle poutrelle peut supporter une charge maximale plus importante qu'une poutrelle laminée de même dimension, étant donné que la partie de la poutrelle en traction prend en charge les efforts de compression et la partie en compression prend en charge 25 les efforts de traction.At the end of the production, a prestressed steel beam is obtained, part of which is in tension and the other in compression. Such a beam can withstand a maximum load greater than a laminated beam of the same dimension, since the part of the beam in tension supports the compressive forces and the part in compression supports the tension forces.

Une des applications possibles est représentée en fig.4 où on distingue une poutrelle précontrainte et soudée (40) supportant une dalle (41) en béton armé. La liaison dalle-poutrelle est réalisée à 30 l'aide de boulons (42). Les sections en T employées pour constituer la poutrelle ont des dimensions transversales différentes, la section la plus petite se trouvant au contact avec la dalle.One of the possible applications is shown in fig.4 where there is a prestressed and welded beam (40) supporting a slab (41) in reinforced concrete. The slab-to-beam connection is made using bolts (42). The T-sections used to form the beam have different transverse dimensions, the smallest section being in contact with the slab.

Claims

1. A method of manufacturing prestressed steel beams, characterized in that two sections (1,2) are prepared, capable of being assembled to form the desired beam, that these sections are assembled by affixing one to the other, that one subjects the assembly thus constituted at the same time to a bending, so as to obtain a bent beam, virtually constituted, that one joins the two sections by their 10 areas adjacent and that the external bending forces are eliminated at the end of the reunion operation.

2. Method according to claim 1, characterized in that two sections (1,2) identical from the point of view of the geometric shape are prepared.

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

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that two T-shaped sections (1,2) are prepared by cutting an I-shaped beam.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that two sections (1,2) are prepared which are identical from the point of view of the quality of the steel.

6. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that two sections (1,2) of different quality are prepared and these sections are affixed according to the direction of the bending to be operated resp. depending on the mechanical characteristics referred to in the assembled beam.

7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the position of the two sections (1,2) opposite to each other is fixed by means of frames (3,4 , 5,6) which have substantially the shape of a rectangle, one of the sides presenting - 2 - "" as a central opening to receive and guide the core of one of the sections (1,2), its wing resting on the outside of the frame, - while the opposite side of the frame, intended to support the wing of the second section (2,1), has an internal length substantially 5 equal to the width of the wing of this section, the two remaining sides of the frame having lengths such that once the sections (1,2) in place, the facing parts of their webs are spaced a few millimeters.

8. Method according to claim 7, characterized in that the bending forces (F) are applied to at least two frames (3,4) arranged at the ends of the sections (1,2) and that the reactions to the supports (A) by means of at least one frame (5,6) situated between the said frames (3,4) arranged at the ends of the sections.

9. Method according to one of claims 1-8, characterized in that the two sections are joined by welding.

10. Method according to one of claims 1-8, characterized in that the two sections are joined by bolting.

11. Method according to one of claims 1-8, characterized in that the two sections are joined by gluing.