LU87194A1

LU87194A1 - RECONSTITUTED MIXED BEAM

Info

Publication number: LU87194A1
Application number: LU87194A
Authority: LU
Original assignee: Arbed
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1989-11-14
Also published as: EP0337120A1

Description

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Poutre mixte reconstituée.Reconstructed mixed beam.

La présente invention concerne une poutre mixte reconstituée comportant un profilé en acier dont l'âme présente des évidements, des 5 éléments d'armature et du béton.The present invention relates to a reconstituted composite beam comprising a steel profile, the core of which has recesses, 5 reinforcing elements and concrete.

La construction mixte acier-béton est réputée depuis des années pour ses propriétés statiques et dynamiques exceptionnelles. Les efforts pour augmenter la résistance, la légèreté et l'attrait économique de 10 ces constructions datent du temps de l'avant-guerre. A cette époque on utilisait déjà des poutrelles métalliques à âmes évidées - voir en particulier le brevet FR 706.311. La réalisation de telles poutrelles comprend deux étapes: Le découpage d'une poutrelle laminée à l'aide - par exemple - d'un chalumeau suivant une ligne 15 brisée ou courbe; ensuite l'assemblage des tronçons ainsi obtenus en réunissant les parties saillantes de l'un des tronçons avec les précédentes parties saillantes de l'autre tronçon. Les tronçons de la poutre initiale peuvent être rendus solidaires par l'interposition d'éléments en tôle rectangulaire. Il est également possible 20 d'augmenter la rigidité de la nouvelle poutrelle par l'adjonction d'éléments profilés supplémentaires. Ces poutrelles n'ont eu à l'époque qu'un succès limité à cause de leur prix de revient élevé. Depuis, la réalisation de ces poutrelles a été entièrement automatisée a l'aide de machines découpant en zigzag suivant un programme 25 donné, au chalumeau. Immédiatement après le découpage et sans interruption a lieu un dressage et un soudage automatique. Une diminution plus grande des prix de fabrication peut être obtenue en utilisant une presse a découper. Or, ces poutrelles alvéolaires, qui ont d'un côté une plus grande rigidité et qui sont aptes à supporter de plus - 2 - grandes charges ont une hauteur nettement supérieure à celle d’une poutrelle pleine. Cette caractéristique leur ôte tout intérêt dans la construction acier-béton, étant donné qu'elle entraînerait une augmentation substantielle de la hauteur totale d’un étage et donc 5 du bâtiment complet.Mixed steel-concrete construction has been known for years for its exceptional static and dynamic properties. Efforts to increase the strength, lightness and economic attractiveness of these constructions date back to the pre-war period. At that time, metal beams with hollow cores were already used - see in particular the patent FR 706.311. The production of such beams comprises two stages: The cutting of a laminated beam using - for example - a torch along a broken or curved line; then the assembly of the sections thus obtained by joining the projecting parts of one of the sections with the previous projecting parts of the other section. The sections of the initial beam can be made integral by the interposition of rectangular sheet metal elements. It is also possible to increase the rigidity of the new beam by adding additional profiled elements. These beams had only limited success at the time because of their high cost price. Since then, the production of these beams has been fully automated using machines cutting in a zigzag according to a given program, using a torch. Immediately after cutting and without interruption, automatic dressing and welding takes place. A larger reduction in manufacturing prices can be achieved by using a cutting press. However, these cellular beams, which have greater rigidity on one side and which are able to support more - 2 - large loads have a height significantly greater than that of a solid beam. This feature deprives them of any interest in steel-concrete construction, since it would lead to a substantial increase in the total height of a storey and therefore 5 of the complete building.

L'invention a comme but de proposer une poutre mixte acier-béton de faible hauteur, compacte et légère.The invention aims to provide a composite steel-concrete beam of low height, compact and light.

10 Ce but est atteint par la poutre selon l'invention telle qu'elle est caractérisée dans la revendication 1. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les revendications dépendantes.10 This object is achieved by the beam according to the invention as characterized in claim 1. Preferential alternative embodiments are described in the dependent claims.

Les avantages qui découlent de l'invention proviennent principâle-15 ment de sa compacité et de son poids réduit (se rêflétant dans le prix de la matière, le transport, le montage et le poids de la construction). Il y a en outre possibilité de faire passer les canalisations, les conduits de climatisation etc. à travers les alvéoles, donc facilité de redisposition ultérieure; de plus le faux plafond 20 peut être au contact direct de l'aile inférieure des poutres.The advantages which flow from the invention mainly come from its compactness and its reduced weight (reflected in the price of the material, transport, assembly and the weight of the construction). There is also the possibility of passing pipes, air conditioning ducts etc. through the alveoli, therefore ease of subsequent rearrangement; moreover, the false ceiling 20 can be in direct contact with the lower wing of the beams.

L'idée à la base de l'invention consiste à compenser la perte de rigidité due aux alvéoles dans la poutrelle par une interaction optimale poutrelle, dalle en béton et armatures noyées dans le béton 25 mais solidaires des poutrelles. La liaison poutrelle-béton armé peut en principe être réalisée par n'importe quel moyen connecteur, tel que goujon, rond à béton, treillis etc., fixé sur la poutrelle et garantissant la collaboration entre celle-ci et la dalle en béton. Pour certaines applications, il sera nécessaire de recourir à des 30 poutrelles constituées par de l'acier de qualité supérieure, à très haute limite d'élasticité, tel que de l'acier du type FeE 460. Pareillement, le béton devra avoir une épaisseur minimale et une résistance à la compression élevée, tel que du type C 40. Il y a lieu de noter que la dalle est soumise a la pression longitudinale 35 habituelle à laquelle se superpose dans le cas présent une flexion localisée aux alvéoles dans la poutrelle.The idea underlying the invention consists in compensating for the loss of rigidity due to the cells in the beam by an optimal interaction beam, concrete slab and reinforcements embedded in the concrete 25 but integral with the beams. The beam-reinforced concrete connection can in principle be carried out by any connector means, such as stud, concrete rod, trellis, etc., fixed on the beam and guaranteeing collaboration between the latter and the concrete slab. For certain applications, it will be necessary to use beams constituted by steel of superior quality, with very high yield strength, such as steel of the FeE 460 type. Similarly, the concrete must have a thickness minimum and a high compressive strength, such as of type C 40. It should be noted that the slab is subjected to the usual longitudinal pressure 35 to which is superposed in the present case a localized bending in the cells in the beam.

- 3 - L'invention sera mieux comprise à l'aide de dessins qui en montrent un mode d'exécution possible. On distingue en “Fig. 1 une coupe d'un plancher supporté par une poutre mixte reconstituée et en 5 - Fig. 2 une coupe selon la ligne II - II à travers la Fig. 1.The invention will be better understood with the aid of drawings which show a possible embodiment thereof. We can see in “Fig. 1 a section through a floor supported by a reconstructed composite beam and in 5 - Fig. 2 a section along line II - II through FIG. 1.

On distingue sur les figures, la couche de béton 1 du plancher dans laquelle sont noyés les armatures 9 et les goujons 2 soudés sur l'aile supérieure 3 de la poutrelle 4. L'âme 5 de la poutrelle 10 comporte des alvéoles 7 de forme trapézoïdale séparées par des dents 8; les goujons 2 sont localisés avant tout au niveau des dents. Les alvéoles ne doivent pas s'étendre sur toute la hauteur de l'âme, mais il faut conserver une hauteur suffisante de matière pour absorber les efforts de cisaillement. Cette hauteur, qui est fonction du 15 type de poutrelle - qualité de l'acier, épaisseur de l'âme - vaut par exemple 20 Z-de la hauteur totale de l'âme. La dimension tout comme la forme des alvéoles - trapézoïdale, triangulaire, circulaire, carrée, etc.- peut varier dans de larges proportions. Notons cependant que la quantité de matière enlevée doit au plus être égale 20 à la moitié de la quantité de matière de l'âme de départ. Il est possible de choisir une largeur de dent uniforme sur toute la longueur de la poutrelle.We distinguish in the figures, the concrete layer 1 of the floor in which are embedded the reinforcements 9 and the studs 2 welded on the upper wing 3 of the beam 4. The core 5 of the beam 10 has cells 7 of shape trapezoidal separated by teeth 8; the studs 2 are located above all at the level of the teeth. The cells must not extend over the entire height of the core, but a sufficient height of material must be kept to absorb the shearing forces. This height, which is a function of the type of beam - quality of the steel, thickness of the core - is for example 20% of the total height of the core. Both the size and the shape of the cells - trapezoidal, triangular, circular, square, etc. - can vary within wide limits. Note, however, that the quantity of material removed must at most be equal to half the quantity of material from the starting core. It is possible to choose a uniform tooth width over the entire length of the beam.

Bien qu'il soit en principe possible d'employer des poutrelles 25 laminées à ailes symétriques, il est souvent avantageux d'employer des poutrelles reconstituées. Cette technique permet de choisir pour chaque aile, les épaisseurs et largeurs optimales; l'aile supérieure 3, fournissant l'assise pour le béton et pour les goujons, peut être plus faiblement dimensionné que l'aile inférieure 6 devant absorber 30 la majorité des efforts de traction. Pour réaliser ces poutrelles reconstituées on peut prendre des profilés en T, découper des alvéoles dans l'âme et souder sur le profil au niveau des dents un fer plat ayant les dimensions requises.Although it is in principle possible to use laminated beams with symmetrical wings, it is often advantageous to use reconstituted beams. This technique makes it possible to choose for each wing, the optimal thicknesses and widths; the upper wing 3, providing the foundation for the concrete and for the studs, can be more dimly dimensioned than the lower wing 6 which must absorb the majority of the tensile forces. To make these reconstituted beams, it is possible to take T-profiles, cut cells in the core and weld a flat iron having the required dimensions to the profile at the teeth.

35 Une façon de procéder plus élégante consiste à prendre une poutrelle obtenue par laminage, par exemple du type IPEA ou HEAA, de découper celle-ci le long d'un tracé trapézoïdal en deux parties équivalentes - 4 - et de souder sur chaque série de dents un fer plat. Ceci permet de reconstituer deux poutrelles mixtes alvéolaires à partir d'une seule poutrelle laminée, ce qui représente un atout économique certain.35 A more elegant way of proceeding consists in taking a beam obtained by rolling, for example of the IPEA or HEAA type, cutting it along a trapezoidal line into two equivalent parts - 4 - and welding on each series of teeth a flat iron. This makes it possible to reconstruct two mixed cellular beams from a single laminated beam, which represents a definite economic advantage.

5 Dans l'exemple d'exécution représenté, les poutrelles sont espacées de 2,40 mètres p.ex. et possèdent les caractéristiques suivantes: hauteur de l'âme : 300 mm épaisseur aile supérieure : 15 mm 10 largeur aile supérieure : 150 mm épaisseur aile inférieure : 13 mm largeur aile inférieure : 300 mm hauteur alvéoles : 250 mm grande base d'une alvéole : 500 mm 15 petite base d'une alvéole : 200 mm nombre de goujons par dent : 4 épaisseur de la couche de béton : 120 mm L'ensemble, poutrelle-béton, tel que représenté en Fig. 2, peut être 20 préfabriqué à l'usine et vendu en largeurs et longueurs allant jusqu'à 3 m respectivement 10 m. Les dimensions de cette préfabrication sont évidemment limitées par les moyens de transport disponibles.5 In the embodiment shown, the beams are spaced 2.40 meters apart, for example, and have the following characteristics: core height: 300 mm upper wing thickness: 15 mm 10 upper wing width: 150 mm thickness of lower wing: 13 mm width of lower wing: 300 mm height of cells: 250 mm large base of a cell: 500 mm 15 small base of a cell: 200 mm number of studs per tooth: 4 thickness of the concrete layer: 120 mm The assembly, concrete-beam, as shown in Fig. 2, can be prefabricated at the factory and sold in widths and lengths up to 3 m and 10 m respectively. The dimensions of this prefabrication are obviously limited by the means of transport available.

Claims

1. Reconstituted composite beam comprising a steel profile, the core of which has recesses, reinforcing elements and concrete, characterized in that the profile (4) has two wings, the first of which (3) is in contact at least over its entire external surface with a concrete slab (1) provided with reinforcements (9) and the second (6) of which is in the open air, in that the recesses (7) in the core are extend from said first wing (3) over at most 90% of the height of the core and in that connecting means are fixed on the external face of said first wing (3) at least at the places where the the core does not have a recess and extends into the reinforced concrete slab (1).

2. Mixed beam according to claim 1, characterized in that the recesses (7) have a trapezoidal, square, circular or oval shape.

3. Mixed beam according to claim 1, characterized in that the concrete slab has at least a thickness of 10 centimeters.

4. Mixed beam according to claim 1, characterized in that the connector means are studs (2) welded to the external face of said first wing. 25

5. Mixed beam according to claim 4, characterized in that the studs (2) are arranged in groups of four.

6. Mixed beam according to claim 1, characterized in that a recess (7) extends at most over 80% of the height of the core.

7. Mixed beam according to claim 1, characterized in that said first wing (3) of the profile has a width less than said second wing (6). 35 - 2 - * ’/

8. Mixed beam according to claim 1, characterized in that said first wing (3) of the profile has a thickness less than said second wing (6).

9. Combined beam according to claims 1, 7 or 8, characterized in that said first wing (3) of the profile has a lower quality steel than that of said second wing (6).

10. Mixed beam according to claims 1 or 9, characterized in that the steel of the second wing (6) is at least of the FeE460 type.