WO2018065524A1 - Elément de construction pour poutre mixe acier-béton armé, ensemble de construction et kits de construction - Google Patents

Elément de construction pour poutre mixe acier-béton armé, ensemble de construction et kits de construction Download PDF

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WO2018065524A1
WO2018065524A1 PCT/EP2017/075363 EP2017075363W WO2018065524A1 WO 2018065524 A1 WO2018065524 A1 WO 2018065524A1 EP 2017075363 W EP2017075363 W EP 2017075363W WO 2018065524 A1 WO2018065524 A1 WO 2018065524A1
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construction
metal
elements
construction element
building
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PCT/EP2017/075363
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Franck Palas
Clémence LEPOURRY
Hugues SOMJA
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Legendre Construction
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17—Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E04B5/29—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated the prefabricated parts of the beams consisting wholly of metal
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    • 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
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E04C5/06—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of high bending resistance, i.e. of essentially three-dimensional extent, e.g. lattice girders
    • E04C5/0604—Prismatic or cylindrical reinforcement cages composed of longitudinal bars and open or closed stirrup rods
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    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C2003/0404—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects
    • E04C2003/0443—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by substantial shape of the cross-section
    • E04C2003/0473—U- or C-shaped

Definitions

  • the field of the invention is that of the reinforced concrete construction, in particular that of mixed steel-reinforced concrete structures.
  • the invention more specifically relates to a construction element for a composite steel-reinforced concrete beam, a construction assembly and drifting construction kits.
  • the mixed steel-reinforced concrete beams comprise two components: a first component of reinforced concrete, ie made of concrete and metal reinforcements, and a second component consisting of a metal section.
  • this profile can be coated with a material such as an intumescent paint, flocking or be partially coated with the concrete of the first component.
  • the steel-reinforced concrete composite beam is prefabricated and is directly positioned on at least two support points: such prefabricated beams are very heavy which causes additional difficulties or even unnecessary risk taking when their transport or when lifting them.
  • a construction element consisting of an elongate box, bounded by a metal wall having an upwardly open face, containing a metal reinforcement cage, may be used.
  • a technique has in particular been described in the patent application published under the number FR2925088 Al.
  • the advantage of this technique is to have elements of short length constructions, notably avoiding the use of transport authorizations on the road network, and to be able to connect end to end these in order to obtain beams of Long range.
  • Such an end-to-end connection is made by welding or bolting metal plates on either side of the respective bottoms and the respective walls provided on such building elements, which increases the costs of implementation.
  • the concrete can be poured directly into the box by at least partially embedding the reinforcing cage so as to produce two coaxial beams, respectively an inner reinforced concrete beam and a metal outer beam.
  • the caisson thus has a dual role: before pouring concrete, the caisson plays the role of concrete formwork; after the setting of the concrete, the box acts as framing members of the composite steel-reinforced concrete beam thus formed.
  • the technique according to FR2925088A1 also has the disadvantage of requiring the use of stiffening gussets placed in the lower corners at the bottom of the box to ensure proper positioning of the metal reinforcement cage, in particular by allowing to maintain a distance between the lower part of the metal reinforcement cage and the bottom of the box.
  • the use of these gussets increases the time of installation labor and has an almost zero interest for the mechanical properties of the composite steel-reinforced concrete beam.
  • the construction element according to this prior art further has on at least one side, a longitudinal plate fixed along the upper edge of a side wall of the box and extending outwardly so as to constitute a support for the less a horizontal formwork plate for the realization of a slab.
  • This has the advantage of being able to cast in a single grip the useful concrete for the composite steel-reinforced concrete beam and for a slab above it.
  • a plurality of anchor pins, including Nelson-type rods must be placed on each longitudinal plate fixed along the upper edge of at least one side wall to ensure good bonding between the steel-concrete composite beam. armed and the slab intended to overhang, which further complicates the implementation of this technique.
  • the upper edges of the walls may be caused to deform under the weight of the concrete during casting thereof.
  • the invention aims to overcome at least one of the above disadvantages statements.
  • the object of the invention is, in particular, to propose an improved structural element for a composite steel-reinforced concrete beam that makes it possible to reduce the number of stages of implementation of a composite steel-reinforced concrete beam on a construction site and authorizing the implementation of easy, fast and safe work of the latter while maintaining a classic mode of pouring concrete
  • Another object of the invention is to provide an improved structural element for composite steel-reinforced concrete beam allowing the resumption of shear stresses between the concrete and the metal component of such a beam.
  • Another object of the invention is to provide an improved structural element for a solid and non-deformable steel-concrete composite beam, particularly during the transport or pouring phases of concrete.
  • Another object of the invention is to provide an improved structural element for composite steel-reinforced concrete beam in which the use of material has been optimized.
  • Another object of the invention is to provide an improved building element having increased fire resistance.
  • Another object of the invention is to provide an improved structural element for a composite steel-reinforced concrete beam that can be connected end-to-end with other elements of the same type.
  • Another object of the invention is to provide a construction kit and construction kits comprising at least one element and or assembly for a composite steel-reinforced concrete beam according to the invention.
  • the invention relates to a structural element for a composite steel-reinforced concrete beam comprising a U-shaped cross-section metal beam formed of a bottom, two side walls and two upper flanges extending longitudinally towards the top. and an armature cage having longitudinal reinforcing members, said armature cage being disposed within said metal beam, characterized in that said building element further comprises transverse metal elements attached to said armature members; upper flanges, at least some of said transverse metal elements being attached to said reinforcing cage.
  • longitudinal refers to the direction in which the beam is elongated.
  • transversal refers to a direction substantially orthogonal to the two side walls.
  • inside refers to the space substantially delimited by the bottom and the two side walls of the beam in the case where the latter was fictitiously closed at its ends and on its upper part.
  • outside refers to the complementary space of the interior space.
  • composite beam designates a “composite steel-reinforced concrete beam”.
  • the bottom and the two side walls of the metal beam are not only intended to form concrete form walls of a composite beam but also intended to form frame elements of the composite beam.
  • This metal beam of U-shaped cross section may be obtained by welding side and bottom walls or by folding.
  • the two upper flanges extending longitudinally outward allow in particular to rest thereon elements for the formwork of a slab, including reinforced concrete slabs or cooperating bins.
  • the concrete can then be poured in a single take, which has the dual interest of ensuring a saving of time for the implementation and ensuring the continuity of the mechanical properties of the concrete between the composite beam and the overhanging slab by the resumption of the longitudinal shear between the beam and the slab.
  • the reinforcing cage is intended to form all of the metal reinforcements of the reinforced concrete of the composite beam.
  • the reinforcement cage comprises longitudinal reinforcement elements, the role of which is to take up the tensile forces on the composite beam.
  • the transverse metallic elements have a multiple role. Being fixed to said two upper flanges of the metal beam, they prevent deformation of the metal beam, especially during the transport and pouring phases of the concrete. After pouring the concrete, and thus once the mixed beam implemented, they allow to take the shear stress between the concrete component and the metal component of the beam.
  • transverse metal elements will be provided spaced apart by a variable spacing distance according to the constraints that the composite beam, which will be made by association of several building elements according to the invention, will be subjected to. On the same beam, this distance may vary from one building element to another. It may also be envisaged to provide variable spacings between the transverse elements on the same building element.
  • said transverse metal elements have at least one horizontal surface fixed to said two upper flanges and at least one vertical surface.
  • said transverse metal elements fixed to said reinforcement cage make it possible to ensure a good positioning of the metal cage and to overcome the additional use of gussets.
  • said transverse metal elements are chosen from the group consisting of: solid metal bars of rectangular cross-section, solid metal bars of square or circular cross section, U-shaped metal profiles, "L" shaped profiles ".
  • the elements of this group have the advantage of having a simple geometric shape, to have a low cost, and to be easily machinable / commercially accessible.
  • transverse metal members are "L" shaped profiles. They then constitute ductile connectors, in contrast to solid metal bars of square, rectangular or circular cross section.
  • Such profiles each have a horizontal surface connected at a 90 ° angle to a vertical surface.
  • Such surfaces form wings which may be of equal or non-equal size.
  • the horizontal surfaces are welded to the upper edges of the metal beam and allow shear forces to be resumed between the concrete and the metal.
  • the vertical surfaces extend transversely to the longitudinal axis of the metal beam and ensure anchoring thereof in the concrete and thus avoid lifting the concrete element relative to the metal beam . This also eliminates the use of other anchoring elements of the beam, such as gougeons.
  • said construction element further comprises a flame retardant material disposed at least a portion of the bottom and / or at least a portion of the side walls inside said metal beam.
  • the flame retardant material makes it possible to protect at least some critical elements of the reinforcement cage against the high temperatures during a fire and thus to preserve the mechanical properties of the reinforced concrete of the composite beam.
  • said construction element comprises at least one of its ends connecting means fixed on the bottom and / or on the side walls inside the metal beam, said linking means being able to make contact with the bottom and / or the side walls of any other element of construction according to the invention.
  • the connecting means allow easy interlocking by guiding the construction element on which they are attached to another construction element according to the invention. No fixation of the connecting elements is necessary on the other construction element: indeed, once the mixed beam implemented, the concrete ensures adhesion between the fixing means and the bottom and / or the side walls of the other building element.
  • said connecting means are chosen from the group consisting of: metal bars, in particular high-adhesion metal bars, "U” -shaped profiles, "L” shaped profiles.
  • the elements of this group have the advantage of having a simple geometric shape, to have a low cost, and to be easily machinable / commercially accessible.
  • the invention also relates to a building assembly comprising a construction element as described above, and a metal formwork for a possibly reinforced concrete post, said metal formwork being fixed to said bottom of said building element and communicating with said building element. thanks to an opening disposed on said bottom.
  • the invention further relates to a construction kit comprising at least two building elements according to the invention, capable of being assembled end to end by covering at least some of said longitudinal reinforcing elements of their respective reinforcing cage or by coaxial insertion of a small additional reinforcement cage between their respective cages.
  • the invention furthermore relates to a construction kit comprising at least one construction element according to the invention and at least one building assembly according to the invention, the at least one building element being able to be assembled end-to-end by overlap at least some of the longitudinal reinforcing elements of said at least one construction element with some of said longitudinal reinforcing elements of said at least one building assembly.
  • FIG. 2A is a perspective view of the construction element of FIG. 1, according to an embodiment using transverse metal elements being solid metal bars of square section;
  • FIG. 2B shows a perspective view of the construction element of FIG. 1, according to an embodiment using transverse metal elements being "L" shaped profiles;
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a composite beam implemented using a construction element according to the invention, comprising a fireproof element, on which has been placed pre-slabs;
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a building assembly consisting of a building element according to the invention and a metal formwork for composite steel-concrete post;
  • FIG. 5 A is a perspective view of a construction element according to the invention having connecting means adapted to make contact with the bottom and / or the walls of any other building element according to the invention;
  • Figure 5B shows a construction element according to Figure 5A and a construction element according to Figure 2B.
  • the construction element 1 for a composite steel-reinforced concrete beam 5 comprises a metal beam 10 of "U" -shaped cross-section, a reinforcement cage 20 and transverse metal elements 30.
  • the metal beam 10 is formed of a bottom 11, two side walls 12 and two upper flanges 13 extending longitudinally outwardly.
  • the upper flanges 13 make it possible to base the pre-slab elements 65.
  • Concrete 60 can then be cast in a single plug filling on the one hand the construction element 1 to form a composite steel-reinforced concrete beam 5 and a slab of concrete 6 overlooking it.
  • the reinforcing cage 20 comprises metal rods 21 extending longitudinally and metal frames 22 extending transversely. It is shaped to meet the criteria according to standard NF-EN 10080.
  • the metal rods 21 allow in particular the recovery of bending moments of the composite beam 5.
  • the metal frames 22 allow in particular the recovery of shear forces of the composite beam 5.
  • the part the upper reinforcement cage 20 protrudes outside the metal beam 10, which allows part of the slab to participate in the bending of the beam.
  • FIGS. 2A and 2B Two embodiments of the transverse metal elements 30 are shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the transverse metal elements 30 are attached to the beam 10 to the reinforcement cage 20 by welding.
  • the reinforcing cage 20 is welded to certain vertical surfaces 32 of the metal elements 30 so as to leave a minimum distance between, on the one hand, the bottom 11 of the construction element 1 and the metal armature 20, and on the other hand the side walls 12 of the construction element 1 and the metal armature 20, such that the armature 20 has a good lower and lateral coating in the composite beam 5.
  • FIG. 2A shows transverse metal members 30 being solid metal bars of square section.
  • the solid metal bars of square section have a horizontal surface 31 fixed to the two upper flanges 13 to prevent deformation of the metal beam 10.
  • FIG. 2B shows transverse metal members 30 being "L" shaped profiles, also referred to as "90 ° corner angles".
  • the transverse metal elements 30 have a horizontal surface 31 welded to the two upper flanges 13 and a vertical surface 32.
  • the vertical surfaces 32 of the angles allow anchoring in the concrete of the beam and the horizontal surfaces 31 allow the shear forces between concrete and metal.
  • Angle angles 90 ° have the advantage of having a low cost for a quantity of optimized material and to form ductile connectors.
  • the construction element 1 has on its bottom 11 and partially at its walls 12 a flame retardant material 60 (plaster, plate of limestone or silico-limestone, cement ...) .
  • the fire-retardant material 60 particularly protects against fire the lower part of the reinforcing cage 20, this part playing an essential role for the resistance of the composite beam 5 at the bending moment.
  • the construction element 1 comprises at one of its ends connection means 40 fixed to the bottom 11 and to the lateral walls 12 inside the metal beam 10.
  • the means link 40 are able to make contact with the bottom 11 and the walls 12 of another construction element 1.
  • the connecting means 40 are fixed to the first construction element 1 by welding or bolting and allow easy interlocking by guiding the first construction element 1 on which they are fixed to the other construction element 1. No fixation of the connecting elements is necessary on the other construction element: indeed, once the composite beam is implemented, the concrete ensures the transfer of the forces between the fixing means 40 and the bottom 11 and the side walls 12 of the other construction element 1.
  • the mixed beam once implemented has a mechanical behavior of reinforced concrete.
  • the building assembly 2 comprises a building element 1 according to the invention, and a metal formwork 5 for a steel-concrete composite post.
  • the metal form 5 may be circular, rectangular, square or any other suitable form. It is fixed to the bottom 11 of the construction element 1 by bolting or welding and communicates with the construction element 1 through an opening 14 disposed on the bottom 11 of the construction element 1.
  • the advantage of using the building set 2 is that concrete can be poured in a single tap to form a mixed beam-mixed column assembly. In addition, it ensures a continuity of mechanical properties of concrete between the composite beam and the mixed post.

Abstract

Élément de construction (1) pour poutre mixte acier-béton armé comprenant une poutrelle métallique (10) de section transversale en forme de « U », formée d'un fond (11), de deux parois latérales (12) et de deux rebords supérieurs (13) s'étendant longitudinalement vers l'extérieur et, une cage d'armature (20) ayant des éléments d'armature longitudinaux (21), ladite cage d'armature (20) étant disposée à l'intérieur de ladite poutrelle métallique (10), caractérisé en ce que ledit élément de construction (1) comprend en outre des éléments métalliques transversaux (30) fixés auxdits rebords supérieurs, au moins certains desdits éléments métalliques transversaux (30) étant fixés à ladite cage d'armature (20).

Description

Elément de construction pour poutre mixe acier-béton armé, ensemble de construction et kits de construction
Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la construction en béton armé, notamment celui des structures mixtes acier-béton armé.
L'invention concerne plus précisément un élément de construction pour poutre mixte acier-béton armé, un ensemble de construction et des kits de construction en dérivant.
Art Antérieur
Les structures de construction mixtes acier-béton exploitent les caractéristiques favorables et complémentaires de l'acier et du béton. En particulier, l'acier résiste bien aux efforts de traction et a une ductilité suffisante permettant les déformations plastiques alors que le béton résiste bien aux efforts de compression et a une bonne résistance au feu. Par ailleurs, à portance égale, une structure purement en acier est plus légère et a un coût de revient plus élevé alors qu'une structure purement en béton est plus lourde et a un coût de revient plus faible.
Les poutres mixtes acier-béton armé comportent deux composantes : une première composante en béton armé, c'est à dire faite de béton et d'armatures métalliques, et une deuxième composante constitué par un profilé métallique. Pour améliorer la résistance au feu, ce profilé peut être revêtu d'un matériau comme une peinture intumescente, d'un flocage ou être partiellement enrobée par le béton de la première composante.
La plupart des poutres mixtes acier-béton armé de l'art antérieur permettent certes de disposer de poutres cumulant avantageusement les propriétés de l'acier et du béton mais sont difficiles à mettre en œuvre. En effet, l'utilisation de telles poutres implique généralement le positionnement du profilé métallique sur au moins deux points d'appui, puis le coulage du béton et enfin le décoffrage après la prise du béton : cet enchaînement successif d'étapes a un impact négatif direct sur la durée des travaux. Selon d'autres modes de réalisation, la poutre mixte acier-béton armé est préfabriquée et est directement positionnée sur au moins deux points d'appuis : de telles poutres préfabriquées sont très lourdes ce qui entraine des difficultés supplémentaires voire une prise de risque inutile lors de leur transport ou lors de leur levage.
Pour remédier à ces problèmes, un élément de construction consistant en un caisson allongé, limité par une paroi métallique ayant une face ouverte vers le haut, contenant une cage d'armature métallique, peut être utilisé. Une telle technique a notamment été décrite dans la demande de brevet publiée sous le numéro FR2925088 Al .
L'intérêt de cette technique est de disposer d'éléments de constructions de faibles longueurs, évitant notamment le recours à des autorisations de transports sur le réseau routier, et de pouvoir raccorder bout à bout ceux-ci en vu d'obtenir des poutres de longue portée. Un tel raccordement bout à bout est effectué par soudage ou par boulonnage de plats métalliques de part et d'autre des fonds respectifs et des parois respectives prévus sur de tels éléments de construction, ce qui augmente les coûts de mise en oeuvre.
Selon cette technique, le béton peut être coulé directement dans le caisson en noyant au moins partiellement la cage d'armature de façon à réaliser deux poutres coaxiales, respectivement une poutre interne en béton armé et une poutre externe métallique. Le caisson a ainsi un double rôle : avant coulage du béton, le caisson joue le rôle coffrage du béton ; après la prise du béton, le caisson joue le rôle d'éléments d'ossature de la poutre mixte acier- béton armé ainsi formée.
La technique selon FR2925088A1 présente aussi l'inconvénient de nécessiter l'utilisation de goussets de raidissement placés dans les angles inférieurs au fond du caisson permettant d'assurer un bon positionnement de la cage d'armature métallique, en particulier en permettant de maintenir une distance minimale entre la partie inférieure de la cage d'armature métallique et le fond du caisson. L'utilisation de ces goussets augmente le temps de main d'œuvre d'installation et présente un intérêt quasi nul pour les propriétés mécaniques de la poutre mixte acier-béton armé.
L'élément de construction selon cet art antérieur présente en outre sur au moins un côté, un plat longitudinal fixé le long du bord supérieur d'une paroi latérale du caisson et s 'étendant vers l'extérieur de façon à constituer un appui pour au moins une plaque horizontale de coffrage pour la réalisation d'une dalle. Cela a pour avantage de pouvoir couler en une seule prise le béton utile pour la poutre mixte acier-béton armé et pour une dalle la surplombant. Une pluralité de goujons d'ancrage, notamment des tiges de type Nelson, doivent toutefois être placés sur chaque plat longitudinal fixé le long du bord supérieur d'au moins une paroi latérale afin d'assurer une bonne solidarisation entre la poutre mixte acier- béton armé et la dalle destinée à la surplomber, ce qui complexifïe encore la mise en œuvre de cette technique .
De plus, selon cette technique, les bords supérieurs des parois, peuvent être amenés à se déformer sous le poids du béton lors du coulage de celui-ci.
Objectifs de l'invention
L'invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients ci-dessus énoncés.
L'invention a notamment comme objectif de proposer un élément de construction amélioré pour poutre mixte acier-béton armé permettant de réduire le nombre d'étapes de mise en œuvre d'une poutre mixte acier-béton armé sur un chantier et autorisant une mise en œuvre facile, rapide et sûre de cette dernière tout en conservant une mode classique de coulage du béton
Un autre objectif de l'invention est de proposer un élément de construction amélioré pour poutre mixte acier-béton armé permettant la reprise des contraintes de cisaillement, entre le béton et la composante métallique d'une telle poutre..
Un autre objectif de l'invention est de proposer un élément de construction amélioré pour poutre mixte acier-béton robuste et indéformable, notamment lors des phases de transport ou de coulage de béton.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un élément de construction amélioré pour poutre mixte acier-béton armé dans lequel l'utilisation de matériau a été optimisée.
Un autre objectif de l'invention, au moins dans certains modes de réalisations, est de proposer un élément de construction amélioré ayant une résistance accrue au feu.
Un autre objectif de l'invention, au moins dans certains modes de réalisations, est de proposer un élément de construction amélioré pour poutre mixte acier-béton armé pouvant être connecté bout à bout avec d'autres éléments de construction du même type.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un ensemble de construction et des kits de construction comprenant au moins un élément et ou ensemble de construction pour poutre mixte acier-béton armé selon l'invention.
Exposé de l'invention
L'invention concerne un élément de construction pour poutre mixte acier-béton armé comprenant une poutrelle métallique de section transversale en forme de « U », formée d'un fond, de deux parois latérales et de deux rebords supérieurs s 'étendant longitudinalement vers l'extérieur et, une cage d'armature ayant des éléments d'armature longitudinaux, ladite cage d'armature étant disposée à l'intérieur de ladite poutrelle métallique, caractérisé en ce que ledit élément de construction comprend en outre des éléments métalliques transversaux fixés auxdits rebords supérieurs, au moins certains desdits éléments métalliques transversaux étant fixés à ladite cage d'armature.
A moins qu'il en soit précisé autrement, au sens de la présente invention, « longitudinal » ou « longitudinalement » font référence à la direction dans laquelle la poutrelle est allongée. A contrario, « transversal » ou « transversalement » font référence à une direction sensiblement orthogonale aux deux parois latérales. En outre, « intérieur » ou « intérieurement » font référence à l'espace sensiblement délimité par le fond et les deux parois latérales de la poutrelle dans le cas où cette dernière était fictivement fermée à ses extrémités et sur sa partie supérieure. A contrario, « extérieur » ou « extérieurement » fait référence à l'espace complémentaire de l'espace intérieur.
Au sens de la présente invention, l'expression « poutre mixte » désigne une « poutre mixte acier-béton armé ».
Le fond et les deux parois latérales de la poutrelle métallique sont non seulement destinés à former des parois de coffrage du béton d'une poutre mixte mais aussi destinés à former des éléments d'ossature de la poutre mixte. Cette poutrelle métallique de section transversale en forme de « U » pourra être obtenu par soudure de parois latérales et de fond ou bien par pliage.
Les deux rebords supérieurs s'étendant longitudinalement vers l'extérieur permettent notamment d'y faire reposer des éléments permettant le coffrage d'une dalle, notamment des prédalles de béton armé ou encore des bacs collaborants. Lors de la mise en œuvre de la poutre mixte et de la dalle la surplombant, le béton peut alors être coulé en une seule prise, ce qui a le double intérêt d'assurer un gain de temps pour la mise en œuvre et d'assurer la continuité des propriétés mécaniques du béton entre la poutre mixte et la dalle la surplombant par la reprise du cisaillement longitudinal entre la poutre et la dalle. La cage d'armature est destinée à former l'ensemble des armatures métalliques du béton armé de la poutre mixte. La cage d'armature comprend des éléments d'armature longitudinaux, dont le rôle est la reprise des efforts de traction sur la poutre mixte.
Les éléments métalliques transversaux ont un rôle multiple. Etant fixés auxdits deux rebords supérieurs de la poutrelle métallique, ils permettent d'éviter les déformations de la poutrelle métallique, notamment lors des phases de transport et de coulage du béton. Après coulage du béton, et donc une fois la poutre mixte mise en œuvre, ils permettent de reprendre les contraintes de cisaillement entre la composante béton et la composante métallique de la poutre .
On notera que ces éléments métalliques transversaux seront prévus espacés entre eux d'une distance d'espacement variable selon les contraintes que la poutre mixte, qui sera réalisée par association de plusieurs éléments de construction selon l'invention, sera amenée à subir. Sur une même poutre, cette distance pourra varier d'un élément de construction à l'autre. On pourra aussi envisager de prévoir des espacements variables entre les éléments transversaux sur un même élément de construction. Préférentiellement, lesdits éléments métalliques transversaux présentent au moins une surface horizontale fixée auxdits deux rebords supérieurs et au moins une surface verticale.
Ils facilitent l'ancrage de la poutre mixte dans la dalle la surplombant, particulièrement lorsqu'ils présentent une telle surface horizontale.
Lesdits certains éléments métalliques transversaux fixés à ladite cage d'armature permettent d'assurer un bon positionnement de la cage métallique et de s'affranchir de l'utilisation supplémentaire de goussets. Préférentiellement, lesdits éléments métalliques transversaux sont choisis dans le groupe constitué par : les barres métalliques pleines de section transversale rectangulaire, les barres métalliques pleines de section carrée ou circulaire, les profilés métalliques en forme de « U », les profilés en forme de « L ». Les éléments de ce groupe présentent comme intérêt d'avoir une forme géométrique simple, d'avoir un faible coût de revient, et d'être facilement usinable/accessible dans le commerce.
De façon préférée entre toutes, lesdits éléments métalliques transversaux sont des profilés en forme de « L ». Ils constituent alors des connecteurs ductiles, a contrario des barres métalliques pleines de section transversale carrée, rectangulaire ou circulaire.
De tels profilés présentent chacun une surface horizontale reliée selon un angle à 90 ° à une surface verticale. De telles surfaces forment des ailes qui peuvent être de tailles égales ou non.
Les surfaces horizontales sont soudées aux rebords supérieurs de la poutrelle métallique et permettent de reprendre les efforts de cisaillement entre le béton et le métal. Les surfaces verticales s'étendent transversalement à l'axe longitudinal de la poutrelle métallique et permettent d'assurer l'ancrage de celle-ci dans le béton et d'éviter ainsi un soulèvement de l'élément en béton par rapport à la poutrelle métallique. Ceci permet également de s'affranchir de l'utilisation d'autres éléments d'ancrage de la poutrelle, tels que des gougeons.
Selon un mode préférentiel de l'invention, ledit élément de construction comprend en outre un matériau ignifuge disposé au moins une partie du fond et/ou sur au moins une partie des parois latérales à l'intérieur de ladite poutrelle métallique. Le matériau ignifuge permet de protéger au moins certains éléments critiques de la cage d'armature contre les températures trop élevées lors d'un incendie et donc de préserver les propriétés mécaniques du béton armé de la poutre mixte.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit élément de construction comprend à au moins l'une de ses extrémités des moyens de liaison fixés sur le fond et/ou sur les parois latérales à l'intérieur de la poutrelle métallique, lesdits moyens de liaison étant aptes à faire contact avec le fond et/ou les parois latérales de tout autre élément de construction selon l'invention. Les moyens de liaison permettent un emboîtement facilité par guidage de l'élément de construction sur lequel ils sont fixés à un autre élément de construction selon l'invention. Aucune fixation des éléments de liaison n'est nécessaire sur l'autre élément de construction : en effet, une fois la poutre mixte mise en œuvre, le béton assure l'adhésion entre les moyens de fixation et le fond et/ou les parois latérales de l'autre élément de construction. Avantageusement, lesdits moyens de liaison sont choisis dans le groupe constitué par : les barres métalliques, notamment les barres métalliques à haute adhérence, les profilés en forme de « U », les profilés en forme de « L ». Les éléments de ce groupe présentent comme intérêt d'avoir une forme géométrique simple, d'avoir un faible coût de revient, et d'être facilement usinable/accessible dans le commerce.
L'invention concerne également un ensemble de construction comprenant un élément de construction tel que décrit ci-dessus, et un coffrage métallique pour poteau en béton éventuellement armé, ledit coffrage métallique étant fixé audit fond dudit élément de construction et communiquant avec ledit élément de construction grâce à une ouverture disposée sur ledit fond. L'avantage d'un tel ensemble de construction est que du béton peut être coulé en une seule prise pour former un ensemble poutre mixte - poteau mixte. De plus, cela permet d'assurer une continuité des propriétés mécaniques du béton entre la poutre mixte et le poteau mixte.
L'invention concerne en outre un kit de construction comprenant au moins deux éléments de construction selon l'invention, aptes à être assemblés bout à bout par recouvrement d'au moins certains desdits éléments d'armature longitudinaux de leur cage d'armature respective ou par insertion coaxiale d'une cage d'armature supplémentaire de petite taille entre leurs dites cages respectives.
L'invention concerne en outre un kit de construction comprenant au moins un élément de construction selon l'invention et au moins un ensemble de construction selon l'invention, le au moins un élément de construction étant apte à être assemblé bout à bout par recouvrement d'au moins certains des éléments d'armature longitudinaux dudit au moins un élément de construction avec certains desdits éléments d'armature longitudinaux dudit au moins un ensemble de construction.
Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisations particuliers, donné à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, selon lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un élément de construction selon l'invention ;
- la figure 2 A représente une vue en perspective de l'élément de construction de la figure 1, selon un mode de réalisation utilisant des éléments métalliques transversaux étant des barres métalliques pleines de section carrée ;
- la figure 2B représente une vue en perspective de l'élément de construction de la figure 1, selon un mode de réalisation utilisant des éléments métalliques transversaux étant des profilés en forme de « L » ;
- la figure 3 représente une vue en coupe transversale d'une poutre mixte mise en œuvre à l'aide d'un élément de construction selon l'invention, comprenant un élément ignifuge, sur laquelle a été placée des prédalles ;
- la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un ensemble de construction constitué d'un élément de construction selon l'invention et d'un coffrage métallique pour poteau mixte acier-béton ;
- la figure 5 A représente une vue en perspective d'un élément de construction selon l'invention présentant des moyens de liaison apte à faire contact avec le fond et/ou les parois de tout autre élément de construction selon l'invention ;
- la figure 5B représente un élément de construction selon la figure 5A et un élément de construction selon la figure 2B.
Description de modes détaillés de réalisation de l'invention
En référence aux figures 1, 2 A, 2B et 3, l'élément de construction 1 pour poutre mixte acier-béton armé 5 comprend une poutrelle métallique 10 de section transversale en forme de « U », une cage d'armature 20 et des éléments métalliques transversaux 30.
La poutrelle métallique 10 est formée d'un fond 11, de deux parois latérales 12 et de deux rebords supérieurs 13 s 'étendant longitudinalement vers l'extérieur. Les rebords supérieurs 13 permettent de faire reposer des éléments de prédalle 65. Du béton 60 peut alors être coulé en une seule prise remplissant d'une part l'élément de construction 1 pour former une poutre mixte acier- béton armé 5 et une dalle de béton 6 la surplombant.
La cage d'armature 20 comprend des tiges métalliques 21 s'étendant longitudinalement et des cadres métalliques 22 s'étendant transversalement. Elle est façonnée pour respecter les critères selon la norme NF-EN 10080. Les tiges métalliques 21 permettent notamment la reprise des moments de flexion de la poutre mixte 5. Les cadres métalliques 22 permettent notamment la reprise des efforts tranchants de la poutre mixte 5. La partie supérieure de la cage d'armature 20 dépasse à l'extérieur de la poutrelle métallique 10, ce qui permet de faire participer une partie de la dalle à la flexion de la poutre.
Deux modes de réalisations des éléments métalliques transversaux 30 sont représentés sur les figures 2 A et 2B. Les éléments métalliques transversaux 30 sont fixés à la poutrelle 10 à la cage d'armature 20 par soudage. La cage d'armature 20 est soudée sur certaines surfaces verticales 32 des éléments métalliques 30 afin de laisser une distance minimale entre d'une part le fond 11 de l'élément de construction 1 et l'armature métallique 20 et d'autre part les parois latérales 12 de l'élément de construction 1 et l'armature métallique 20, de telle sorte que l'armature 20 ait un bon enrobage inférieur et latéral dans la poutre mixte 5.
La figure 2 A représente des éléments métalliques transversaux 30 étant des barres métalliques pleines de section carrée. Les barres métalliques pleines de section carrée ont une surface horizontale 31 fixée aux deux rebords supérieurs 13 permettant d'éviter les déformations de la poutrelle métallique 10. Une fois les éléments de construction associés entre eux pour former une poutre mixte telle que représenté à la figure 4, les barres métalliques permettront de reprendre le cisaillement longitudinal entre la composante métallique et la composante béton armé de cette poutre et ainsi d'optimiser le comportement mixte de cette poutre. Les barres étant pleines elles ont comme avantage d'avoir une excellente résistance à la flexion dans la direction de leur longueur.
La figure 2B représente des éléments métalliques transversaux 30 étant des profilés en forme de « L », encore appelés « cornières d'angle 90° ». Les éléments métalliques transversaux 30 ont une surface horizontale 31 soudée aux deux rebords supérieurs 13 et une surface verticale 32. Les surfaces verticales 32 des cornières permettent un ancrage dans le béton de la poutrelle et les surfaces horizontales 31 permettent de reprendre les efforts de cisaillement entre le béton et le métal. Les cornières d'angle 90° ont comme avantage d'avoir un faible coût de revient pour une quantité de matériau optimisée et de constituer des connecteurs ductiles.
Selon le mode de réalisation de la figure 3, l'élément de construction 1 présente sur son fond 11 et partiellement au niveau de ses parois 12 un matériau ignifuge 60 (plâtre, plaque en matériau calcaire ou silico-calcaire, ciment...). Le matériau ignifuge 60 protège en particulier contre l'incendie la partie inférieure de la cage d'armature 20, cette partie jouant un rôle essentiel pour la résistance de la poutre mixte 5 au moment de flexion.
En référence aux figures 5A et 5B, l'élément de construction 1 comprend à l'une de ses extrémités des moyens de liaison 40 fixés sur le fond 11 et sur les parois latérales 12 à l'intérieur de la poutrelle métallique 10. Les moyens de liaison 40 sont aptes à faire contact avec le fond 11 et les parois 12 d'un autre élément de construction 1. Les moyens de liaison 40 sont fixés au premier élément de construction 1 par soudure ou par boulonnage et permettent un emboîtement facilité par guidage du premier élément de construction 1 sur lequel ils sont fixés à l'autre élément de construction 1. Aucune fixation des éléments de liaison n'est nécessaire sur l'autre élément de construction : en effet, une fois la poutre mixte mise en œuvre, le béton assure le transfert des efforts entre les moyens de fixation 40 et le fond 11 et les parois latérales 12 de l'autre élément de construction 1. Au niveau de l'interface entre le premier élément de construction 1 emboîté bout à bout avec l'autre élément de construction 1, la poutre mixte une fois mise en œuvre a un comportement mécanique de béton armé.
En référence à la figure 4, l'ensemble de construction 2 comprend un élément de construction 1 selon l'invention, et un coffrage métallique 5 pour poteau mixte acier-béton.
Le coffrage métallique 5 peut être de forme circulaire, rectangulaire, carrée ou tout autre forme adaptée. Il est fixé au fond 11 de l'élément de construction 1 par boulonnage ou par soudure et communique avec l'élément de construction 1 grâce à une ouverture 14 disposée sur fond 11 de l'élément de construction 1.
L'avantage d'utiliser l'ensemble de construction 2 est que du béton peut être coulé en une seule prise pour former un ensemble poutre mixte - poteau mixte. De plus, cela permet d'assurer une continuité des propriétés mécaniques du béton entre la poutre mixte et le poteau mixte.

Claims

REVENDICATIONS
Élément de construction (1) pour poutre mixte acier-béton armé comprenant une poutrelle métallique (10) de section transversale en forme de « U », formée d'un fond (11), de deux parois latérales (12) et de deux rebords supérieurs (13) s'étendant longitudinalement vers l'extérieur et, une cage d'armature (20) ayant des éléments d'armature longitudinaux (21), ladite cage d'armature (20) étant disposée à l'intérieur de ladite poutrelle métallique (10), caractérisé en ce que ledit élément de construction (1) comprend en outre des éléments métalliques transversaux (30) fixés auxdits rebords supérieurs, au moins certains desdits éléments métalliques transversaux (30) étant fixés à ladite cage d'armature (20).
Elément de construction (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits éléments métalliques transversaux présentent au moins une surface horizontale (31) fixée auxdits deux rebords supérieurs (13) et au moins une surface verticale (32).
Élément de construction (1), selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits éléments métalliques transversaux (30) sont des profilés en forme de « L ».
Élément de construction (1), selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un matériau ignifuge (50) disposé sur au moins une partie dudit fond (11) et/ou sur au moins une partie desdites parois latérales (12) à l'intérieur de ladite poutrelle métallique (10).
Élément de construction (1), selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant à au moins l'une de ses extrémités des moyens de liaison (40) fixés sur ledit fond (11) et/ou sur lesdites parois latérales (12) à l'intérieur de ladite poutrelle métallique (10), lesdits moyens de liaison (40) étant aptes à faire contact avec le fond et/ou les parois latérales de tout autre élément ou ensemble de construction selon l'une des revendications précédentes.
Élément de construction (1), selon la revendication 5, caractérisé ce que lesdits moyens de liaison (40) sont choisis dans le groupe constitué par : les barres métalliques, les profilés en forme de « U », les profilés en forme de « L ». Ensemble de construction (2) comprenant un élément de construction (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et un coffrage métallique (5) pour poteau en béton éventuellement armé, ledit coffrage métallique (5) étant fixé audit fond (11) dudit élément de construction (1) et communiquant avec ledit élément de construction (1) grâce à une ouverture (14) disposée sur ledit fond (11).
Kit de construction comprenant au moins deux éléments de construction (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits au moins deux éléments de construction (1) sont aptes à être assemblés bout à bout par recouvrement d'au moins certains desdits éléments d'armature longitudinaux (21) de leurs dites cages d'armature respectives (20) ou par insertion coaxiale d'une cage d'armature supplémentaire de petite taille entre leurs dites cages respectives (20). Kit de construction comprenant au moins un élément de construction (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et au moins un ensemble de construction (2) selon la revendication 7d, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de construction (1) est apte à être assemblé bout à bout par recouvrement d'au moins certains desdits éléments d'armature longitudinaux (21) dudit au moins un élément de construction (1) avec certains desdits éléments d'armature longitudinaux (21) dudit au moins un ensemble de construction (2).
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