WO1993019261A1 - Plancher ou toit support de charges lourdes - Google Patents

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WO1993019261A1
WO1993019261A1 PCT/FR1993/000281 FR9300281W WO9319261A1 WO 1993019261 A1 WO1993019261 A1 WO 1993019261A1 FR 9300281 W FR9300281 W FR 9300281W WO 9319261 A1 WO9319261 A1 WO 9319261A1
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WO
WIPO (PCT)
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floor
box
roof according
boxes
roof
Prior art date
Application number
PCT/FR1993/000281
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English (en)
Inventor
Jean-Jacques Massot
Renzo Filippi
Original Assignee
Coflexip
Doneco - Celtite - Profilex
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Filing date
Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/28—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of materials not covered by groups E04C3/04 - E04C3/20
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20—Floors or bottom sub-units
    • B62D25/2054—Load carrying floors for commercial vehicles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/02—Load-carrying floor structures formed substantially of prefabricated units
    • E04B5/026—Load-carrying floor structures formed substantially of prefabricated units with beams or slabs of plastic

Definitions

  • the present invention relates to a floor or roof supporting heavy loads and, more particularly, a floor obtained by pultrusion and intended to equip an oil platform.
  • An industrial floor and sometimes an industrial ceiling are designed to support heavy loads.
  • An industrial floor consists of a sheet steel plate, a concrete slab or even slats or planks juxtaposed with each other made of an appropriate material.
  • the plate, the slab or their equivalent having to support heavy loads are mounted and fixed, on load-bearing elements suitably arranged inside a peripheral structure or frame.
  • the load-bearing elements are generally formed by beams, called joists.
  • the frame In traditional constructions, on the ground, the frame is supported by solid walls or pillars which rest on a foundation.
  • the joists are, most often, of reinforced concrete, steel or wood, and re ⁇ pose by their ends on the frame.
  • the tray in any material, is placed and / or fixed on the seats.
  • the panels are relatively flexible and sensitive to concentrated loads even if they include internal and / or external stiffeners and it is necessary to provide joists which limit deformation, boards and which ensure the transfer of charges to the peripheral frame. If you want to use these panels over long lengths, but always for relatively low loads, it is essential to rest them on a large number of close joists so as to avoid bending of the panels between the joists.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks and relates to a floor or roof which withstands high loads while not comprising any intermediate support elements, of the joist type.
  • the floor or roof according to the present invention is of the type resting on distant support members on which are fixed at least two ends of the lower faces of elements whose upper faces constitute support surfaces of said loads, said elements being made of composite, of the type obtained by pultrusion, and connected to each other by connecting means, and it is characterized in that each element consists of a hollow box of large size, said boxes having a constant identical section over all the length, at least one of the upper and / or lower faces of said boxes constituting the load support.
  • the upper face, sup ⁇ carrying loads is substantially flat and continuous over the entire length.
  • each cais ⁇ sound has at least one overhang and a constriction which are formed over substantially the entire length of at least one of the upper or lower faces of said box, the connection between boxes being produced by fixing a projection of a box on the neck of the adjacent box.
  • Another advantage is to allow, despite the relative large dimensions of the boxes, to produce the latter in composite and more particularly by pultrusion which was considered until now as being unsuitable for the production of boxes of large dimensions.
  • Another advantage is to produce the floor with one and the same type of element constituted by a box, which allows, thanks to the pultrusion used, to considerably reduce the manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of a box according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a sectional view of a box according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a sectional view of another mode of connection of two consecutive boxes.
  • FIG. 4 is a perspective and schematic view of a floor according to the invention fitted to an oil platform.
  • Figure 5 is a partial perspective view of part of a floor and part of the attachment means to the frame of an oil platform.
  • Figure 6 is a sectional view of the other parts of the floor fixing means.
  • Figure 7 is a partial perspective view of the floor with the fixing of a heavy object on said floor.
  • Figure 8 is a partial perspective view of the floor supporting a load concentrated on a box, and
  • FIG. 9 is a sectional view of a box according to the invention and part of which constitutes a system for collecting and discharging effluents.
  • the first function of a load-bearing floor is to materialize a horizontal plane, which remains horizontal when it is loaded, that is to say that its deformation remains small under load.
  • this function is characterized by the maximum deflection that an industrial floor can have under a nominal load and it is assumed that this maximum deflection is less than or equal to 1/300 of its range.
  • the span is the distance between the support points of the floor.
  • FIG 1 there is shown a beam 1 having two upper 2 and lower flanges 3, side walls 4 and intermediate partitions 5.
  • the walls 4 and the partitions 5 have a thickness e and the flanges 2 and 3 have a width b.
  • the walls and / or partitions will be designated by the generic term of souls.
  • the beam 1 has an outside height H "-__ t and an inside height H _._. t / as shown in Figure 1.
  • L is the span
  • J is the bending stiffness
  • b is the width of the beam flange.
  • the sole is the horizontal part of the beam on which the load is applied.
  • Es is the Young's modulus of the beam flanges
  • the summation _ concerns the respective values of Eg-.e H 3 int for each of the lateral and 12 intermediate cores.
  • the floor formed according to the present invention by boxes, connected to each other in a simple manner, has a tray which resists mechanically under a
  • Figure 2 is shown a box 6 according to an embodiment of the present invention.
  • the box beam 6 is called "mixed" because the upper and lower flanges are made of a unidirectional material of 30,000 MPa for Young's modulus value, while the webs are made of a material called mat by specialists in composites , whose Young's modulus is 15,000 MPa.
  • -woven a material in which the fi ⁇ bres are crisscrossed and aligned in two directions preferably perpendicular; and -mat, a material in which the fibers are oriented in all directions of the plane (eg non-woven, felt).
  • the box 6 comprises a single central core 7, the thickness e of which is equal to that of the lateral cores 8.
  • the upper sole 9 has, on each side, a lateral junction overhang 10, while the inner sole it comprises, at each lateral end, a constriction or junction housing 12, for the reception and positioning of the lateral junction overhangs 10 of the adjacent sub-units 6a which are juxtaposed with the box 6 so as to constitute a floor.
  • a gutter 13 and, preferably, two gutters or grooves 13 and 14, are formed in the upper 9 and lower 11 flanges.
  • the thicknesses of the junction overhangs 10 and of the walls 15 of the gutters 13 and 14 are equal to 7 mm and the box has a nominal range L of 7 m, for a nominal surface load of 1 000 Kg / m 2 and a width b of the flanges equal to 300 mm, this corresponding to a linear load of 3000 N / m
  • H ′ ex. preferably greater than 200 mm, and a ratio b (width of the spaces 16.17) over H _.__-_. which is less than 1.2 and preferably less than 1.
  • the width b of the box can vary depending on the application.
  • the number of partitions or intermediate cores can also vary, this making it possible, in particular, for given values of b and H ⁇ __t, to limit the ratio b_./H_,__*, as described above and optimize the structure of the box. It is thus possible to produce the box constituting the floor according to the invention with a central intermediate core 7 (fig. 2) or without an intermediate core, the box having a single internal space between the two lateral cores or even with a number of intermediate cores equal to or greater than 2, for example 4 as shown in FIG. 1,
  • the gutters or grooves 13 and 14 are arranged in line with the partition 7 which delimits, in the box, two separate spaces 16 and 17.
  • the groove 13 opens into an upper cavity 18 and the groove 14 opens into a lower cavity 19.
  • the grooves 13 and 14 can be formed in any places of the upper 9 and lower 11 flanges of the boxes 6 and 6a constituting the floor.
  • the junction between two consecutive boxes 6 and 6a can also be carried out in the manner shown in FIG. 3.
  • the lateral overhang 10 of the box 6 comprises a male element 20 which is housed in a groove 21 formed in the lateral constriction 12 of the box 6a , the connection thus made being of the interlocking type with lateral retaining effect.
  • the platform partially represented, comprises vertical beams such as the columns 22 which are connected by very large horizontal beams 23, for example of I section.
  • the boxes 6 and 6a which, in the present invention, replace both the joists and the decking, rest at their ends 6 'and 6'a on two extreme and opposite beams of the frame 25 formed by said beams 23.
  • each box 6 includes two overhangs lateral 10 on the upper sole 9 and two necks 12 formed on the bottom sole 11, while the box 6a which is juxtaposed and assembled to it, of identical structure, is turned 180 ° so as to present the necked portions in the upper part 12 so that the overhangs 10 of the box 6 are housed in the constrictions 12 of the box 6a.
  • Such a connection allows, when necessary, to clear the boxes from above, using a lifting carriage or other handling device.
  • any box 6 is easily released from the consecutive box 6a because it is simply fitted with the box 6a.
  • junction pieces 24 of suitable shape, are fixed by bolting 25, welding or any other means equivalent on the upper flanges 26 of the opposing beams 23.
  • stop pieces 27 In the cavities 19, into which the grooves 14 of the lower struts 12 of the boxes 6 and 6a open, are arranged stop pieces 27.
  • the junction pieces 24 are joined to the stop pieces 27 by bolts 28.
  • Another function of the upper grooves 13 and cavities 18 is to allow the fixing of an object or structure, at any point on the floor without deterioration of the latter. For example, it may be necessary to permanently fix an object 29, partially shown in FIG. 7.
  • the floor 8 is produced by mounting the boxes 6 and 6a so that all of the constrictions 12 and the overhangs 10 constituting the connecting means of the adjacent boxes 6 and 6a have bearing surfaces which are in contact with each other. '' one against the other almost continuously over the entire length of the boxes 6 and 6a, which has the effect that the curvature of the boxes 6 is canceled by the opposite curvature of the boxes 6a.
  • the floor 8 thus has a flat surface, each of the boxes being in a way prestressed by its neighbors.
  • a heavy load 32 is placed on a box 6a, the latter bends, and the boxes 6 follow it naturally in its downward movement by loosening this prestress, so that the surface of the floor remains continuous even in 1 ' absence of a plate 33.
  • the spaces 16 or 17 provided in the boxes 6 and 6a can be used as channels for collecting and evacuating drips, waste water and accidental spreading of corrosive or toxic liquids which may occur during floor area. In other words, these spaces can constitute a drainage system.
  • FIG 9 there is shown a box 6 comprising a grid 35 which rests on support flanges 36 provided for this purpose in said box, defining an opening whose width extends over a part of the upper sole.
  • each box 6 - comprises on each of the faces, an overhang and a constriction.
  • the upper sole has an overhang on one side and a constriction on the other side, the lower sole having an overhang and a constriction diagonally opposite the constrictions and the overhang of the upper sole.
  • Another section of the box that may be considered is for example a trapezoidal section.
  • the composite material used comprises glass fibers which are associated with a polymeric resin, preferably thermosetting, for example of the polyester, vinylester or epoxy type.
  • the resin can also be phenolic or acrylic, in particular incorporating a flame retardant such as alumina trihydrate, of the type sold under the name "MODAR" with or without flame retardant. This improves the fire resistance properties of the floor.
  • the boxes 1, 6 and 6a are of constant and identical section, and are produced continuously by pultrusion. Manufacturing by pultrusion makes it possible to combine or combine several materials to give the boxes the required properties and the shapes most suited to particular uses of the floor according to the invention. It is allowed to use as well unidirectional materials as woven materials or mats, as indicated above.
  • the filling material does not does not significantly contribute to mechanical resistance, including maintaining the distance between the upper and lower flanges.
  • connection means constituted by the overhangs 10 and the constrictions 12, as well as by the support plate 30 of FIG. 7, the plate 33 of FIG. 8 and the junction piece 24 of FIG. 5 are only given 'as examples.

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Abstract

Plancher ou toit support de charges lourdes. Il est du type reposant sur des organes de soutien éloignés (23) sur lesquels sont montées au moins deux extrémités (1', 6') d'éléments (1, 6, 6a) constituant support desdites charges, lesdits éléments étant reliés les uns aux autres par des moyens de liaison, et il est caractérisé en ce que chaque élément (1, 6, 6a) est constitué par un caisson creux de grande inertie, présentant une section identique constante sur toute la longueur, intégrant les fonctions solive et platelage du plancher ou toit et obtenu par pultrusion, au moins une des faces supérieure et/ou inférieure desdits caissons constituant le support desdites charges. Application notamment à la réalisation de planchers pour plate-forme pétrolière.

Description

PLANCHER OU TOIT SUPPORT DE CHARGES LOURDES
La présente invention concerne un plancher ou toit support de charges lourdes et, plus particuliè¬ rement, un plancher obtenu par pultrusion et destiné à équiper une plate-forme pétrolière. Un plancher et parfois un plafond industriels sont destinés à supporter de lourdes charges. Dans ce qui suit, on se réfère à un plancher pour plus de commo¬ dité, étant bien entendu qu'un plafond pourrait être réalisé de la même façon qu'un plancher. Un plancher industriel est constitué par un pla¬ teau en tôle d'acier, une dalle en béton ou encore de lattes ou planches juxtaposées les unes aux autres réalisées dans un matériau approprié. Le plateau, la dalle ou leur équivalent devant supporter de lourdes charges sont montés et fixés, sur des éléments porteurs convenablement disposés à l'intérieur d'une structure périphérique ou cadre. Les éléments porteurs sont géné¬ ralement constitués par des poutres, appelées solives.
Dans les constructions traditionnelles, à terre, le cadre est supporté par des murs pleins ou des piliers qui reposent sur une fondation. Les solives sont, le plus souvent, en béton armé, en acier ou en bois, et re¬ posent par leurs extrémités sur le cadre. Le plateau, en un matériau quelconque, est posé et/ou fixé sur les so- lives.
Lorsqu'on doit réaliser un plancher du type de celui équipant par exemple une plate-forme pétrolière en mer, sur laquelle reposent des équipements très lourds et importants et soumis à des conditions ambiantes très sévères, alors les choix de la technique de réalisation et des matériaux à utiliser prennent toute leur impor¬ tance.
Actuellement, les solutions traditionnelles mentionnées ci-dessus sont retenues, l'acier étant le matériau de base le plus utilisé. Un des inconvénients de ces solutions réside dans le fait que les matériaux utilisés sont lourds, corrodables, et nécessitent un entretien. Un autre inconvénient réside dans le fait que toute modification dans la structure du plancher néces¬ site la production d'une flamme ce qui implique la mise en place de mesures de protection spécifiques pouvant aller jusqu'à l'arrêt du ou des puits de production pétrolière. Des matériaux composites légers résistant au feu et à l'explosion ont été proposés pour la réalisation de certaines structures. Dans l'article OTC 6638 de mai 1991, il est décrit un panneau sandwich, de grandes dimensions, constitué par une âme en matériau alvéolai- re, revêtue de peaux en composite constituant la surface du plancher ; le panneau peut être raidi intérieurement et à la périphérie par des profilés qui peuvent être en composite, pultrudés et préfabriqués. Les profilés participent au maintien de 1'écarte ent entre les peaux, limitent les risques d'écrasement de l'âme, la protègent contre l'environnement et constituent des moyens de liaison de panneaux entre eux.
Dans US-A-4 078 348 (Rothman), il est décrit un panneau de construction analogue à celui préconisé dans l'article rappelé ci-dessus.
Dans US-A-4 730 428, il est décrit un panneau creux, rempli de mousse, obtenu par pultrusion et comprenant des cloisons de raidissage et de bordurage. Les moyens de liaison entre deux panneaux consécutifs sont constitués par une sorte de "clé" qui est insérée dans deux rainures ménagées en regard sur les faces latérales desdits panneaux à assembler. En raison de leur usage comme planches pour constituer des passerelles ou des voies d'accès à un pont, les panneaux sont de faible largeur et/ou hauteur.
Dans toutes ces propositions, les panneaux, légers, incorrodables et qui peuvent se révéler effica¬ ces contre les incendies, relèvent d'une conception sandwich à peaux relativement minces et dans lesquels la mousse joue le rôle essentiel de maintenir l'écarte ent entre les peaux supérieure et inférieure. De ce fait, ces solutions sont adaptées à des structures sur lesquelles sont appliquées des charges faibles ou modérées, comme par exemple les passerelles, les locaux d•habitation.
Il en résulte en effet, que les panneaux sont relativement flexibles et sensibles aux charges concentrées même s'ils comprennent des raidisseurs internes et/ou externes et il est nécessaire de prévoir des solives qui limitent la déformation, des planches et qui assurent le transfert des charges vers le cadre périphérique. Si on souhaite utiliser ces panneaux sur de grandes longueurs, mais toujours pour des charges relativement faibles, il est indispensable de les faire reposer sur un grand nombre de solives rapprochées de manière à éviter un fléchissement des panneaux entre les solives.
Enfin, la conception de panneaux à "clés" de liaison est particulièrement mal adaptée à une plate¬ forme pétrolière. En effet, l'assemblage ou le démontage d'un des panneaux nécessite de prévoir un espace relativement important du côté d'au moins une des extrémités pour permettre une insertion ou une extraction correcte des "clés" dans ou des rainures correspondantes.
Dans un autre domaine d'appplication, en l'occurrence les chemins de câble, il est connu d'utiliser des caissons réalisés par pultrusion et comprenant des organes de verrouillage latéraux qui sont ménagés tout le long des faces en regard de deux caissons à assembler, l'un comportant une rainure longitudinale et l'autre des clés de verrouillage qui sont logées dans ladite rainure et qui sont positionnés par glissement. Une telle structure est décrite dans le brevet MAUNSELL N° WO 91/06799. Outre le fait qu'il s'agit de chemins de câbles, une telle structure présente le même inconvénient que les panneaux a "clés" mentionnés précédemmen . Au cours des dernières années, la demande pour des planchers, notamment pour plate-formes pétrolières, qui soient à la fois légers et résistants à augmenté du fait des conditions de plus en plus sévères auxquelles sont soumis lesdits planchers. En plus de leurs propriétés de légèreté et de résistance, il était nécessaire de . concevoir des planchers qui puissent être démontables, au moins par¬ tiellement, sans recourir à des procédures contraignan¬ tes ni exiger un espace relativement important pour le retrait ou la mise en place des moyens de liaison prévus pour assembler les éléments constitutifs ou planches desdits planchers, comme c'est le cas dans l'art antérieur cité.
Il était également nécessaire de concevoir des planchers qui soient susceptibles de supporter des charges très lourdes sans augmenter le nombre et la taille, des solives, qui se révèlent particulièrement efficaces contre les incendies et explosions et qui soient incorrodables et résistant au feu. Les demanderesses, après des recherches dans le secteur technique considéré, ont trouvé de façon surpre- nante qu'une des solutions qui remédie aux inconvénients précités, est d'intégrer le solivage au platelage pour réaliser un plancher ou toit.
La présente invention a pour but de pallier aux inconvénients précités et a pour objet un plancher ou toit qui résiste aux charges élevées tout en ne compor¬ tant pas d'éléments de support intermédiaires, du type solives.
Le plancher ou toit selon la présente invention est du type reposant sur des organes de soutien éloignés sur lesquels sont fixés au moins deux extrémités des faces inférieures d'éléments dont les faces supérieures constituent des surfaces de support desdites charges, lesdits éléments étant en composite, du type obtenu par pultrusion, et reliés les uns aux autres par des moyens de liaison, et il est caractérisé en ce que chaque élé¬ ment est constitué par un caisson creux de grande iner¬ tie, lesdits caissons présentant une section identique constante sur toute la longueur, au moins une des faces supérieure et/ou inférieure desdits caissons consti¬ tuant le support des charges. Selon une première caractéristique additionnelle, la face supérieure, sup¬ port de charges, est sensiblement plane et continue sur toute la longueur. Selon une seconde caractéristique, chaque cais¬ son présente au moins un débord et un retreint qui sont ménagés sur sensiblement toute la longueur d'au moins une des faces supérieure ou inférieure dudit caisson, la liaison entre caissons étant réalisée par fixation d'un débord d'un caisson sur le retreint du caisson adjacent. Un avantage de la présente invention est d'inté¬ grer les solives et le platelage ou plateau de surface, dans sa structure tout en conservant les qualités de tenue aux charges appliquées, sans risque de déformation ou de flambage localisés, le transfert de charge s'ef- fectuant sur la périphérie du cadre.
Un autre avantage est de permettre, malgré les relatives grandes dimensions des caissons, de réaliser ces derniers en composite et plus particulièrement par pultrusion qui était considérée jusqu'à présent comme étant inappropriée à la réalisation de caissons de gran¬ des dimensions.
Un autre avantage est de réaliser le plancher avec un seul et même type d'élément constitué par un caisson, ce qui permet, grâce à la pultrusion utilisée, de réduire considérablement le coût, de fabrication.
D'autres avantages et caractéristiques ressorti- ront mieux à la lecture de la description d'un plancher selon des modes préférés de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un caisson selon un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 2 est une vue en coupe d'un caisson selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de liaison de deux caissons consécutifs.
-La figure 4 est une vue en perspective et sché- matique d'un plancher selon l'invention équipant une plate-forme pétrolière.
La figure 5 est une vue partielle en perspective d'une partie d'un plancher et une partie des moyens de fixation au cadre d'une plate-forme pétrolière. La figure 6 est une vue en coupe des autres par¬ ties des moyens de fixation du plancher.
La figure 7 est une vue partielle en perspective du plancher avec la-fixation d'un objet lourd sur ledit plancher. La figure 8 est une vue partielle en perspective du plancher supportant une charge concentrée sur un caisson, et la figure 9 est une vue en coupe d'un caisson selon 1'invention et dont une partie constitue un systè- me de collecte et d'évacuation d'effluents.
La première fonction d'un plancher porteur est de matérialiser un plan horizontal, qui reste horizontal lorsqu'il est chargé, c'est-à-dire que sa déformation reste faible sous la charge. En pratique, on caractérise cette fonction par la flèche maximale que peut présenter un plancher industriel sous une charge nominale et on admet que cette flèche maximale est inférieure ou égale à 1/300 de sa portée. La portée est la distance qui sépare les points d'appui du plancher.
Sur la figure 1, on a représenté une poutre 1 comportant deux semelles supérieure 2 et inférieure 3, des parois latérales 4 et des cloisons intermédiaires 5. Les parois 4 et les cloisons 5 présentent une épaisseur e et les semelles 2 et 3 présentent une largeur b. Dans ce qui suit, les parois et/ou les cloisons seront désignées par le terme générique d'âmes. La poutre 1 présente une hauteur extérieure H«-__t et une hauteur intérieure H_._.t/ comme cela est indiqué sur la figure 1.
Lorsqu'on considère un plancher constitué de poutres distinctes et juxtaposées les unes aux autres, lesdites poutres étant posées sur des appuis extrêmes simples, la valeur de la flèche de chaque poutre, au sens de la mécanique et de la résistance des matériaux, reste inférieure à une valeur maximale fmβx donnée par la formule :
Figure imgf000009_0001
384 J dans laquelle :
Wθ est la charge linéique, avec Wθ = b.Ws (2), où WΞ est la charge surfacique nominale de calcul en considérant le plancher soumis à une charge uniformément répartie.
L est la portée, J est la rigidité de flexion, et b est la largeur de la semelle de la poutre.
La semelle est la partie horizontale de la pou¬ tre sur laquelle la charge est appliquée.
Pour une poutre du type représenté sur la figure 1, la rigidité de flexion J est donnée par la formule suivante :
J = E_.b(H3ext-H3int) + Ç"Eg.e H3int (3) 12 12 dans laquelle : Eçr est le module d'Young des âmes de la poutre.
Es est le module d'Young des semelles de la poutre, la sommation _ concerne les valeurs respectives de Eg-.e H3int pour chacune des âmes latérales et 12 intermédiaires.
Jusqu'à maintenant, l'acier, de fort module, était réservé aux poutres de grandes longueurs et devant supporter de lourdes charges, alors que les matériaux composites, du type verre-résine, de plus faible module, étaient réservés aux poutres de faibles longueurs et/ou de faibles charges.
De plus, en fonction de la charge linéique W«_ que doit supporter la poutre, on s'oriente vers une poutre en I, avec une âme centrale de forte épaisseur. En effet, il est' nécessaire de minimiser, autant que faire se peut, le risque de flambement des âmes. Dans une poutre en I avec une âme de forte épaisseur, le risque de flambement est fortement réduit. Par contre, dans une poutre, du type de celle représentée sur la figure 1, le risque de flambement des âmes 5 est loin d'être négligeable. C'est pourquoi, en plus des raisons invoquées ci-dessus, les spécialistes considèrent qu'il est impossible de réaliser des poutres de grandes longueurs et/ou supportant de lourdes charges . en matériau composite, d'autant que la fabrication de telles poutres par pultrusion, par exemple, est considé¬ rée comme difficile à réaliser de manière satisfaisante. Les travaux entrepris par les demanderesses montrent en premier lieu et en première approximation que la flèche d'une poutre en composite fibre-résine constituant un élément de plancher selon l'invention, est sensiblement indépendante de la largeur bi entre les âmes et de l'épaisseur e desdites âmes. Dès lors, il devient possible de choisir des valeurs de Hβ__-_. et H_.r-_. qui, toutes choses étant égales par ' ailleurs, permettent de conférer une rigidité J donnée soit en agissant sur Hβxt, c'est-à-dire sur la hauteur totale de la poutre, soit en agissant sur la différence entre £-_,__*. et Hiost, c'est-à-dire sur 1'épaisseur totale des deux semelles supérieure et inférieure.
Les expériences ont permis de montrer qu'il est possible de réaliser des poutres en composite présentant des hauteurs extérieure et/ou intérieure de fortes va¬ leurs, nettement supérieures à celles qui sont considé¬ rées jusqu'à présent comme possibles à fabriquer par pultrusion.
Les calculs ont permis de montrer que, d'une manière surprenante, et malgré la grande différence de module entre l'acier et les composites du type verre- résine, les fortes valeurs de Hext et Hint nécessaires pour que la rigidité J atteigne celle requise par la condition (1) restent compatibles avec celles dont ces expériences ont montré la faisabilité, même pour des charges lourdes et des portées longues.
En intégrant le solivage et le platelage, le plancher constitué selon la présente invention par des caissons, reliés les uns aux autres de façon simple, présente un plateau qui résiste mécaniquement sous une
- forte charge. La déformation est limitée à des valeurs acceptables et le poids de la charge est transféré à la structure périphérique malgré 1'éloignement des supports desdits caissons. Ceci va à 1'encontre des habitudes et des idées reçues selon lesquelles la rigidité des composites verre résine est à peine suffisante pour fabriquer le seul platelage.
Avec une structure de plancher à solivage inté¬ gré selon la présente invention, une grande liberté est laissée au concepteur qui peut utiliser les paramètres disponibles ou laissés "libres" en fonction d'autres considérations telles que l'aisance de fabrication, adaptation aux moyens de fabrication proposés par les façonniers des matériaux composites, la facilité de mon- tage, etc... .
Sur la figure 2 est représenté un caisson 6 selon un mode de réalisation de la présente invention.
La poutre-caisson 6 est appelée "mixte" car les semelles- supérieure et inférieure sont réalisées dans un matériau unidirectionnel de 30.000 MPa pour valeur de module d'Young, alors que les âmes sont réalisées dans un matériau dénommé mat par les spécialistes des composites, dont le module d'Young est de 15.000 MPa.
Dans ce qui précède et ce qui suit, on appelle matériau
-unidirectionnel, un matériau dans lequel toutes les fibres sont alignées dans la même direction;
-tissé, un matériau dans lequel les fi¬ bres sont entrecroisées et alignées dans deux directions de préférence perpendiculaires ; et -mat, un matériau dans lequel les fibres sont orientées dans toutes les directions du plan (ex : non tissé, feutre).
Le caisson 6 comprend une seule âme centrale 7 dont l'épaisseur e est égale à celle des âmes latérales 8. La semelle supérieure 9 comporte, de chaque côté, un débord latéral de jonction 10, alors que la semelle in¬ férieure il comporte, à chaque extrémité latérale, un retreint ou logement de jonction 12, pour la réception et le positionnement des débords latéraux de jonction 10 descaissons adjacents 6a qui sont juxtaposés au caisson 6 de façon à constituer un plancher.
Une gouttière 13 et, de préférence, deux gouttières ou rainures 13 et 14, sont ménagées dans les semelles supérieure 9 et inférieure 11.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les épaisseurs des débords de jonction 10 et des parois 15 des gouttières 13 et 14 sont égales à 7 mm et le caisson présente une portée nominale L de 7 m, pour une charge surfacique nominale de 1 000 Kg/m2 et une largeur b des semelles égale a 300 mm, ceci correspondant à une charge linéique de 3000 N/m
Les calculs montrent qu'on obtient une flèche limitée à environ 23 mm-, soit 1/300 de la portée de 7 m, à condition que la rigidité J > 4 000. 10s N.mm2.
Avec de telles valeurs, on peut choisir une hauteur extérieure H«___*. égale à 250 mm et une hauteur intérieure H-_r.*. de 220 mm, pour une épaisseur des semelles 9 et 11 de 15 mm chacune. Bien évidemment, les semelles 9 et 11, peuvent être réalisées en mat. Dans ce cas, de nouvelles valeurs pour Hβ et Hi-nt doivent être déterminées pour compenser la baisse du module d'Young du mat. Il est possible de modifier HΘ3C_. du caisson ou augmenter l'épaisseur des semelles ou choisir toute solution intermédiaire. Par exemple, si l'épaisseur des semelles 9 et 11 est maintenue égale à 15 mm chacune, comme dans le mode de réalisation de la figure 2, alors K&x^ sera égale à 298 mm et H_n- égale à 268 mm, l'épaisseur e des âmes étant maintenue égale à 7 mm. Si la hauteur HΘ__-t-. est maintenue à 250 mm avec e = 7 mm, alors H-___-_. sera égale à 174 mm et l'épaisseur de chaque semelle sera égale à 38 mm.
Pour un caisson dimensionné comme ci-dessus (en fonction de la flèche) , on a trouvé que tout en ayant une contrainte faible par rapport à la contrainte admissible, l'utilisation du procédé par pultrusion reste compétitif par comparaison avec les solutions antérieures.
Dans les applications de la présente invention, on a trouvé qu'il est intéressant d'utiliser une H 'ex. supérieure, de préférence, à 200 mm, et un rapport b (largeur des espaces 16,17) sur H_.__-_. qui soit inférieur à 1,2 et, de préférence, inférieur à 1.
Pour d'autres spécifications de portée ou de chargement, les calculs conduiraient de même à d'autres dimensions, qui restent le plus souvent physiquement réalisables, avec des portées supérieures à 3 m et des charges supérieures à 250 kg/m2.
La largeur b du caisson peut varier en fonction de l'application. Le nombre de cloisons ou âmes intermédiaires peut également varier, ceci permettant, en particulier, pour des valeurs données de b et Hβ__t, de limiter le rapport b_./H_,__*, comme décrit ci-dessus et d'optimiser la structure du caisson. Il est ainsi possible de réaliser le caisson constituant le plancher selon 1'invention avec une âme intermédiaire centrale 7 (fig. 2) ou sans âme intermédiaire, le caisson présentant un seul espace interne entre les deux âmes latérales ou encore avec un nombre d'âmes intermédiaires égal ou supérieur à 2, par exemple 4 comme représenté sur la figure 1,
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les gouttières ou rainures 13 et 14 sont ménagées au droit de la cloison 7 qui délimite, dans le caisson, deux espaces distincts 16 et 17. La rainure 13 débouche dans une cavité supérieure 18 et la rainure 14 débouche dans une cavité inférieure 19. Bien entendu, les rainures 13 et 14 peuvent être ménagées en des endroits quelconques des semelles supé¬ rieure 9 et inférieure 11 des caissons 6 et 6a consti¬ tuant le plancher.
La jonction entre deux caissons consécutifs 6 et 6a peut aussi être réalisée de la manière représentée sur la figure 3. Le débord latéral 10 du caisson 6 comporte un élément mâle 20 qui se loge dans une gorge 21 ménagée dans le retreint latéral 12 du caisson 6a, la liaison ainsi effectuée étant du type à emboîtement avec effet de retenue latérale .
Le plancher 24, constitué par la juxtaposition et la liaison de caissons 6 et 6a, et destiné à une plate-forme pétrolière, est représenté très schématiquement sur la figure 4. La plate-forme, représentée partiellement, comprend des poutres verticales telles que les colonnes 22 qui sont reliées par des poutres horizontales de très grandes dimensions 23, par exemple de section en I. Les caissons 6 et 6a qui, dans la présente invention, remplacent à la fois les solives et le platelage, reposent par leurs extrémités 6' et 6'a sur deux poutres extrêmes et opposées du cadre 25 constitué par lesdites poutres 23. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 2 et 5, chaque caisson 6 comprend deux débords latéraux 10 sur la semelle supérieure 9 et deux retreints 12 ménagés sur la semelle inférieure 11, tan¬ dis que le caisson 6a qui lui est juxtaposé et assemblé, de structure identique, est tourné à 180° de manière à présenter en partie supérieure les retreints 12 de façon que les débords 10 du caisson 6 viennent se loger dans les retreints 12 du caisson 6a. Une telle liaison per¬ met, lorsque cela est nécessaire, de dégager les cais¬ sons par le haut, à l'aide d'un chariot de levage ou autre engin de manutention. En effet et en se reportant à la figure 5, un caisson 6 quelconque se dégage facilement du caisson 6a consécutif car il est simple¬ ment emboîté avec le caisson 6a.
Une telle caractéristique d'assemblage permet de ne fabriquer qu'un seul et même type de caisson car les caissons 6 et 6a présentent les mêmes propriétés mécani¬ ques et géométriques et notamment la même résistance mécanique. En effet, la disposition à 180° de deux caissons-adjacents ne modifie nullement les propriétés du plancher ainsi obtenu et permet non seulement une mise en place et un démontage aisé puisqu'on ne déplace jamais plus de trois caissons pour remplacer l'un desdits caissons si besoin était, mais également l'utilisation des rainures 13 et 14 tant sur la face supérieure que sur la face inférieure du plancher. Même lorsque les caissons 6 et 6a ne comportent qu'une rainure, du côté des débords 10 par exemple, l'alternance et le retournement à 180° desdits caissons pour la réalisation du plancher permet d'avoir sur les faces supérieure et inférieure dudit plancher des rainures pour la mise en place d'organes d'accrochage, comme cela est décrit ci-après. II est à noter que quel que soit le caisson à enlever, on ne déplace jamais plus de trois caissons.
La liaison des caissons 6 et 6a sur les poutres 23 peut être effectuée de la manière représentée sur les figures 5 et 6. A cet effet, des pièces de jonction 24, de forme appropriée, sont fixées par boulonnage 25, soudure ou tout autre moyen équivalent sur les semelles supérieures 26 des poutres opposées 23. Dans les cavités 19, dans lesquelles débouchent les rainures 14 des se¬ melles inférieures 12 des caissons 6 et 6a, sont dispo- sées des pièces d'arrêt 27. Les pièces de jonction 24 sont réunies aux pièces d'arrêt 27 par des boulons 28.
Une autre fonction des rainures supérieures 13 et cavités 18 est de permettre la fixation d'un objet ou structure, en un endroit quelconque du plancher sans détérioration de ce dernier. Par exemple, il peut être nécessaire de fixer à demeure un objet 29, partiellement représenté sur la figure 7.
Pour cela, on commence par le fixer par tout moyen approprié tel que soudure, sur une platine support 30 qui est, elle-même, fixée sur le plancher par des boulons 31 qui se vissent dans des pièces d'arrêt logées dans les cavités 18 des rainures 13, de la manière re¬ présentée sur la figure 6. Ainsi, l'objet 29 est immobi¬ lisé sur le plancher tant que les boulons sont vissés dans les pièces d'arrêt. Lorsqu'on souhaite déplacer l'objet 29 pour l'amener à un autre endroit du plancher, il suffit de dévisser les boulons et de déplacer la platine 30. Réciproquement, une autre fonction des rainures 14 et des cavités 19 est de permettre l'accrochage sous le plancher d'un objet ou structure sans détériorer le composite. Sur la figure 8, on a représenté une lourde charge 32 posée sur un seul caisson 6 ou 6a et qui ris¬ que, par son poids, de charger excessivement ladite poutre. Dans ce cas, on peut répartir le poids de la charge sur plusieurs caissons en fixant au moins une platine 33 sur les semelles inférieures desdits caissons, de la même manière que la platine 30 de la figure 7, au moyen de boulons 34 vissés dans des pièces d'arrêt logées dans les cavités 19.
Lorsque le plancher 8 est constitué (figure 4) par la juxtaposition en alternance de caissons 6 compor¬ tant deux débords 10 sur la semelle supérieure et deux retreints 12 sur la semelle inférieure et de caissons 6a, de section semblable aux caissons 6, mais tournée à 180°, ou encore par la juxtaposition de caissons 6 com- portant simplement un débord 10 sur la semelle supérieu¬ re et un retreint 12 diagonalement opposé sur la semel¬ le inférieure, et de caissons 6a comportant un retreint 12 sur la semelle supérieure et un débord 10 sur la se¬ melle inférieure, les caissons sont réalisés, dans une variante non représentée, de façon à présenter, en 1'absence de charges extérieures et de contrainte, un léger cintrage dans leur longueur, les caissons 6 ayant une concavité tournée vers le haut et les caissons 6a ayant la concavité tournée vers le bas. Le plancher 8 est réalisé en montant les caissons 6 et 6a de telle sorte que l'ensemble des retreints 12 et des débords 10 constituant les moyens de liaison des caissons adjacents 6 et 6a présente des surfaces d'appui qui sont en con¬ tact l'une contre l'autre de façon à peu près continue sur toute la longueur des caissons 6 et 6a, ce qui a pour effet que la courbure des caissons 6 est annulée par la courbure opposée des caissons 6a.
Le plancher 8 présente ainsi une surface plane, chacun des caissons étant en quelque sorte précontraint par ses voisins. Lorsqu'une lourde charge 32 est posée sur un caisson 6a, celui-ci fléchit, et les caissons 6 le suivent naturellement dans son mouvement vers le bas par relâchement de cette précontrainte, de sorte que la surface du plancher reste continue même en 1'absence d'une platine 33. Les espaces 16 ou 17 ménagés dans les caissons 6 et 6a peuvent être utilisés en tant que canaux de collecte et d'évacuation des égouttures, eaux usées et épandages accidentels de liquides corrosifs ou toxiques pouvant se produire à la surface des planchers. En d'au- très termes, ces espaces peuvent constituer un système de drainage.
Sur la figure 9, il est représenté un caisson 6 comprenant une grille 35 qui repose sur des rebords d'appui 36 prévus à cet effet dans ledit caisson, délimitant une ouverture dont la largeur s'étend sur une partie de la semelle supérieure.
La grille 35 s'étend sur tout ou partie de la longueur du caisson 6. Il est ainsi possible de collecter des fluides à évacuer dans l'espace 16 par exemple, puis leur évacuation par des moyens non représentés mais qui sont usuels et qui peuvent être constitués simplement par un orifice 37 ménagé dans la partie de la semelle inférieure constituant le fond dudit espace 16. Selon une autre variante, non représentée, chaque caisson 6 - comprend sur chacune des faces, un débord et un retreint. Par exemple, la semelle supé¬ rieure comporte un débord d'un côté et un retreint de l'autre côté, la semelle inférieure comportant un débord et un retreint diagonalement opposés aux retreint et au débord de la semelle supérieure.
Une autre section du caisson susceptible d'être envisagée est par exemple une section trapézoïdale.
L'utilisation de la pultrusion permet de fabriquer en continu les caissons 6 et 6a, de section constante, avec la possibilité de ménager des ouvertures destinées aux grilles 35, aux endroits appropriés du plancher, sur les semelles de certains caissons.
Dans ce qui précède, on a fait référence à des caissons réalisés en composite et par pultrusion. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le maté¬ riau composite utilisé comprend des fibres de verre qui sont associées à une résine polymérique, de préférence thermodurcissable, par exemple du type polyester, vinylester ou époxydique. La résine peut être également phénolique ou acrylique en particulier incorporant un agent ignifugeant tel que le trihydrate d'alumine, du type de celle commercialisée sous la dénomination "MODAR" avec ou sans agent ignifugeant. Cela améliore les propriétés de résistance à l'incendie du plancher.
Les caissons 1, 6 et 6a sont de section constante et identiques, et sont fabriqués de façon continue par pultrusion. La fabrication par pultrusion permet d'associer ou de combiner plusieurs matériaux pour conférer aux caissons les propriétés requises et les formes les plus adaptées à des utilisations particulières du plancher selon l'invention. Il est permis d'employer aussi bien des matériaux unidirectionnels que des matériaux tissés ou des mats, comme cela fut indiqué précédemment.
On ne sort pas du cadre de la présente invention si tout ou partie des espaces intérieurs ménagés entre les âmes sont remplis avec un matériau alvéolaire, en particulier un matériau plastique expansé du type mousse. Dans ce cas, le matériau de remplissage ne participe pas d'une façon significative à la résistance mécanique, y compris le maintien de l'ecartement entre les semelles supérieure et inférieure.
Bien entendu, les moyens de liaison constitués par les débords 10 et les retreints 12, ainsi que par la platine support 30 de la figure 7, la platine 33 de la figure 8 et la pièce de jonction 24 de la figure 5 ne sont donnés qu'à titre d'exemples. On pourrait envisager tout autre moyen de liaison du type collage, organes mécaniques, dès lors que le débattement latéral entre les caissons est limité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Plancher ou toit support de charges lourdes, du type reposant sur des éléments de charpente éloignés (23) sur lesquels sont montés au moins deux extrémités (l',6') d'éléments (1,6,6a) constituant support desdites charges, lesdits éléments étant reliés les uns aux autres par des moyens de liaison, caractérisé en ce c .e chaque élément (l,6,6a) est constitué par un caisson creux de grande inertie, présentant une section identi¬ que constante sur •' toute la longueur, intégrant les fonctions solive et platelage du plancher ou toit porté à chacune de ses extrémités par lesdits éléments de charpente et réalisé par pultrusion, au moins une des faces supérieure et/ou inférieure desdits caissons constituant le support desdites charges.
2. Plancher ou toit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure, support de charges, est sensiblement plane et continue sur toute la longueur.
3. Plancher ou toit selon la revendication lΛ caractérisé en ce que chaque caisson (6,6a) présente au moins un débord (10) et un retreint (12) qui sont ménagés -sur sensiblement toute la longueur d'au moins une des faces supérieure ou inférieure dudit caisson, la liaison entre caissons étant réalisée par coopération d'un débord d'un caisson sur le retreint du caisson adjacent.
4. Plancher ou toit selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque caisson (6) comprend sur chacune des faces, un débord (10) et un retreint (12).
5. Plancher ou toit selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque caisson (6,6a) comprend sur une face supérieure ou inférieure deux débords (10) et deux retreints (12) sur la face opposée.
6. Plancher ou toit selon l'une des revendications 3 ou 5, caractérisé en ce que les caissons (6,6a) pré¬ sentant la même section sont disposés de manière alternée, un caisson sur deux étant tourné à 180° de manière que les débords (10) d'un caisson s'emboîtent dans les restreints (12) du caisson adjacent.
7. Plancher ou toit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une rainure (13) est ménagée sur au moins une desdites faces supérieure (9) ou inférieure (11) de chaque caisson.
8. Plancher ou toit selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque caisson comprend au moins deux rainures (13,14), l'une ménagée sur la face supérieure (9) et l'autre sur la face inférieure (11), au moins une desdites rainures étant au droit d'une cloison de renfort (7) prévue à l'intérieur dudit caisson.
9. Plancher ou toit selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque rainure débouche dans une cavité apte à recevoir une pièce d'une fixation annexe.
10. Plancher ou toit selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le débord (10) comprend une partie mâle (20) qui s'encastre dans une partie femelle (21) ménagée dans le retreint (12) coopérant avec ledit débord.
11. Plancher ou toit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des cais¬ sons (6,6a) comprend une face supérieure présentant une ouverture couverte au moins en partie par une grille (35).
12. Plancher ou toit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque caisson est réalisé en un matériau composite comprenant une résine phénolique ou acrylique.
13. Plancher ou toit selon la revendication 12, caractérisé en ce que les matériaux sont des composites unidirectionnels ou tissés ou mats ou leurs combinaisons.
14. Plancher ou toit selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque caisson (6,6a) présente une concavité sur une de ses faces supérieure ou inférieure, et en ce que pour deux caissons consécutifs (6,6a), lesdites concavités sont dirigées en sens inverse l'une de l'autre.
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