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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Poutres précontraintes, procédés et appareils pour leur exécution.
La présente invention concerne les poutres composées d'une membrure résistant à la compression et d'un tirant résistant à la traction. Elle a pour but d'améliorer l'état de sollicitation des matériaux utilisés dans ces poutres et d'obtenir des poutres, dont la membrure est sollicitée principalement à la compression et dont le tirant, compris en substance entre la fibre inférieure et la fibre supérieure de la membrure, est mis en tension sans qu'on ait à exercer une traction à ses extrémités.
L'exécution de poutres dans lesquelles le tirant, formant entrait, est sollicité à la traction, est connue depuis longtemps. Il est également connu de mettre en précontrainte des poutres soit rectilignes, soit en arc,' au moyen de tirants et d'obtenir dans ces poutres toute répartition de tension désirée, en choisissant judicieusement la position du tirant et en exer- çant une traction convenable dans celui-ci. Toutefois les procédés utilisés jusqu'à présent à cet effet comportaient généralement l'application de la traction aux extrémités du tirant, ce qui nécessitai.t l'intervention d'un appareillage assez compliqué.
Pour produire la mise en tension de fils d'acier, il a aussi été proposé de dévier un point de ceux-ci pour former une ligne brisée mais, en vue de la précontrainte du beton, cette déviation était effectuée avant la coulée du béton. En outre ce procédé n'a pas jusqu'à présent permis de construire des poutres résistant à la flexion parce que les positions données aux fils ainsi déviés ne répondaient pas aux conditions voulues pour produire des sollicitations convenables dans les éléments construits.
Suivant la présente invention, le tirant rectiligne et sans tension est d'abord ancré par ses extrémités à la membrure,puis la poutre est mise en précontrainte en appliquant en un ou en plusieurs points intermédiaires du tirant un effort qui produit un déplacement transversal de ce ou de ces points vers la fibre de la membrure qui est exposée à la traction, et l'on fixe ce ou ces points du tirant par rapport à la membrure. Pour obtenir toute répartition de tension désirée, allant jusqu'à l'annulation de toute tension de traction dans la membrure, on donne au dé.place- ment transversal du ou des points intermédiaires du tirant une amplitude telle que le tirant sorte du noyau central de la membrure dans la zone des moments maxima.
La poutre suivant l'invention présente en pratique la forme générale d'une poutre armée dont l'entrait reste en substance compris entre les fibres supérieure et inférieure de la poutre
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conprimee. Les tensions ce traction créées dans le tirant par son allongement engendrent à leur tour qans la membrure conprin@e ce la poutre, @'une part une flexion composée, Vautre part des efforts tranchants.
La flexion ainsi engendrée, s'additionnant à la flexion de la poutre sous l'effet des sollicitations exte- rieures, permet d'obtenir clans la membrure comprimée telle limi- tation ces tensions de traction que l'on désire s'imposer en fonction des matoriaux utilises dans cette membrure; de même les efforts tranchants engencres sont ce sens opposé à ceux re- sultant des sollicitations extérieures et peuvent être suffisants pour réduire ces derniers à des valeurs négligeables, même lorscu'on utilise pour la membrure comprimée un matériau résistant mal a la traction.
Pour bien faire comprendre l'invention quelques formes d'execution seront écrites, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexes dans lesquels les figs. 1 à 14 représentent des vues en élévation de poutres munies d'un ou de plusieurs tirants dans différentes conditions de précontrainte. Les figs. l, 3, 5, 7, 9., Il et 13 représentent les états des poutres avant et les Figs.
2,4, 6, 8, 10, l et 14 après leur mise en précontrainte.
Les Pigs. 15 à 20 sont des vues d'une poutre dont La membrure est composée d'alements indépendants.
Les figs. 21 à 24 montrent quelques moyens de réaliser la précontrainte conformément à l'invention, et
Les Figs. 25 à 28 représentent un appareil perfectionne pour la mise sous precontrainte.
Sur ces figures, 1 désigne la membrure comprimée de la poutre cont les limites du noyau central sont indiquées par les traits pointilles le; 2 est le tirant,5 l'emplacement du dispo- sitif d'ancrage, 4 la fibre inférieure de la membrure comprimée de la poutre, 5 sa fibre superieure, 6 sa fibre neutre. En 7 (Fig.
1) est indique le logement reservé dans l'épaisseur de la membrure en vue de l'introduction ultérieure de la broche de fixation du tirant.
Un effort est applique au point milieu A du tirant, dans le sens ce la flèche (Fig.1) au moyen d'un vérin par exemple, de façon que le tirant fléchisse et prenne la forme indiquée à la Fig.
2, le point ±étant amené jusqu'au delà de la limite inférieure du noyau central 1' dans la zone des moments flechissants maxima dûs aux forces extérieures. Il est maintenu dans cette position par la broche de fixation 8. Ce type de poutre convient particu- lièrement lorsque la poutre doit résister à une charge concentrée en son milieu.
Les Figs. 3 et 4 sont des vues en élévation d'une pou- tre armée sur deux appuis précontrainte par déplacement transver- sal de deux points du tirant. Deux broches de fixation 8 sont pré- vues ici. Ce type de poutre convient particulièrenent pour rF.sis- ter à une charge sensiblement uniformément repartie, la zone des moments flechissants maxima étant plus etendue que dans le cas de la poutre de la figure . La longueur sur laquelle le tirant sort au noyau central de la. poutre est rendue plus grande par l'utilisation de deux points de déviation ae celui-ci. On remarque que le sens de le- déviation du tirant rapproche celui-ci de la fi- bre de la membrure comprimée qui serait étendue sans l'action du tirant.
Dans cet exemple comme dans tous les autres, il est sup- posé que les charges appliquées à la poutre agissent du haut vers le bas.
Les F'igs. 5 et 6 représentent les vues en elevation d'une poutre sur deux appuis mise en précontrainte par deux séries de
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tirants 2 et 2$'dont l'une 2 est fixée aux extrémités en 3 et l'au- tre 2' en des points intermédiaires 3' de la poutre. Chacune des deux séries de tirets est mise en tension par déplacement trana- versal de deux points du tirant.
Les Figs. 7 et 8 représentent de même les vues en élé- vation d'une poutre armée sur deux appuis mise en précontrainte par déplacement transversal de trois points du tirant.
Les Fige: 9 et 10 concernent le cas d'une poutre armée continue sur trois appuis mise en précontrainte par déplacement transversal de six points du tirant.
Les Figs. 11 et 12 représentent les vues en élévation, dans lequelles pour la clarté du dessin l'échelle des dimensions verticales a été rendue différente de l'échelle des dimensions horizontales, d'une poutre armée continue, sur trois appuis mise en précontrainte par deux séries de tirants 2, 2'. La première se* rie de tirants 2 est ancrée aux extrémités 3 de la poutre et mise en tension par le déplacement de cinq points du tirant. La deuxième série de tirants 2' est ancrée en deux points 3' intermédiaires de la poutre et ses ancrages sont voisins de la fibre inférieure de la membrure comprimée de la poutre. La mise en tension de ces tirants est réalisée par le déplacement transversal de deux points de ceuxci.
Les broches 8 (Fig. 12) fixent les tirants 2 aux points qui ont subi les déplacements et les broches 8' fixent de même les tirants 2'.
Dans le cas des Figs. 13 et 14 qui concernent une poutre armée sur deux appuis mise en précontrainte par déplacement transversal de deux points du tirant, on a choisi ce déplacement tel que le tirant sorte légèrement du contour compris entre les fibres supérieures et inférieures de la membrure comprimée. Sur ces figures les indices 1 à 6 ont les mêmes significations que sur les figures précédentes. 9 représente des pièces de calage destinées à maintenir les tirants dans la position leur assignée par la mise en tension. ;
Les figures 1 à 14 schématisent à suffisance le procédé de construction des poutres armées précontraintes et les formes générales des produits obtenus par ce procédé.
Ces figures n'ont rien de limitatif et il est évident que l'on peut concevoir suivant les nécessités d'application une grande variété de combinaisons réalisant des poutres armées sur un nemere quelconque d'appuis, au moyen d'un nombre quelconque de tirants, déplacés transversalement en un nombre quelconque de points.
On comprendra que quelles que soient les conditions de charge à considérer, on peut, par l'utilisation de poutres armées précontraintes dans lesquelles le tirant est disposé de manière convenable, créer dans la-membrure comprimée de la poutre un état de sollicitation interné qui s'oppose aux sollicitations extérieures, de telle façon qu'en chaque point de la membrure comprimée on puisse s'imposer toute limitation des tensions de traction compatible avec la matière dont cette membrure sera constituée.
Ainsi qu'il a été dit, ce type de poutre convient par- ticulièrement non seulement pour assurer une parfaite résistance à la flexion mais aussi, grâce à la disposition des tirants relevés dans la zone des appuis, pour combattre les tensions introduites dans la matière par l'effort tranchant.
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On pourra utiliser pour la membrure comprimee de la poutre n'importe quel matériau pour autant que celui-ci résiste à la compression. Le beton ou tout autre agglomérés pourra être utilisé avantageusement, mais d'autres matériaux tels que les pierres ou même les métaux, l'acier inclus, peuvent également être employés.
Pour les tirants pourra être utilisé n'importe quel matériau ayant une résistance à la traction suffisante et un module d'élasticité tel que les allongements provoqués par les déplacements transversaux y développent des tensions compatibles avec les nécessités du calcul de la membrure comprimée.
Un avantage des nouvelles poutres armées précontraintes réside dans le fait que les tirants pourront toujours être ancrés d'une façon définitive avant leur mise en tension. Cet ancrage pourra être réalisé de toute manière appropriée, par exemple au moyen de plaques de répartition avec écrous ou clavettes, ou par adhérence du tirant au matériau constituant la membrure comprimée de la poutre, cette adhérence pouvant éventuellement être augmentée par des modules prévus aux extrémités des tirants.
Dans les poutres suivant l'invention la membrure comprimée ne doit pas nécessairement être faite d'une seule pièce, mais elle peut avantageusement être constituée d'éléments juxtaposés sans liaison entre eux, puisque la précontrainte réalisée par la poutre armée peut être choisie telle que n'apparaisse aucune tension de traction dans la membrure comprimée de la poptre. Un exemple de ce genre de construction sera décrite ci-dessous avec référence aux Figs. 15 à 20.
La Fig. 15 représente à titre d'exemple l'élévation partielle d'une poutre sur deux appuis exécutée en éléments confectionnés à l'avance juxtaposés sans liaison entre eux et mis en précontrainte par deux séries de tirants 2, 2', dont les uns 2 sont ancrés aux blocs d'extrémité 10 et les autres 2' à des blocs intermédiaires 11 de la poutre.
Les Figs. 16 et 17 représentent respectivement les élévations agrandies des blocs 10 et 11 de la fig. 15, et les Figs. 18 et 19 sont respectivement des coupes transversales suivant les lignes X-X et Y-Y des Figs. 16 et 17. La Fig. 20 représente une coupe transversale dans un bloc 12 fait de deux pièces.
Sur les Figs. 15 à 20 on a désigné par 10 le bloc d'extrémité contre lequel vient buter le dispositif d'ancrage du tirant 2 figuré par une traverse 13 dans laquelle est noyée l'extrémité du tirant. L'extrémité du tirant 2' est de même noyee dans une traverse 14 qui prend appui dans un bloc intermédiaire 11. Les tirants 2 et 2', représentés ici après leur mise en tension, sont constitués chacun par huit fils d'acier disposés en deux groupes de quatre de part et d'autre de 1'Åaame de la membrure comprimée et maintenus par les broches 8. Pour faciliter la pose des tirants, l'un des blocs intermédiaires, désigné par 12 est composé de deux pièces 15 et 16 qui sont mises en place avant la mise en tension des tirants et après que l'ensemble des blocs constituant la membrure comprimée de la poutre ait été placé entre les fils constituant les tirants.
Des joints au mortier de ciment 17 sont prévus entre les blocs consécutifs ainsi qu'entre les blocs 10 et 11 et les dispositifs d'ancrage qu'ils supportent.
Le déplacement transversale des points du tirant peut être produit par tous appareils convenalbes tels que védas mécaniques ou hydrauliques ou dispositifs à leviers, ces appareils pre-
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nant appui sur la membrure comprimée de la poutre pendant le déplacement transversal du tirant. La fixation des tirants après leur déplacement se fera soit au moyen de broches traversant et venant prendre appui sur l'âme de la membrure comprimée, soit au moyen de bielles s'appuyant sur des appendices dont est munie la membrure comprimée de la poutre armée.
Les Figs. 21 et 22 représentent respectivement une vue longitudinale partielle et une coupe transversale d'une poutre armée précontrainte, dans laquelle la fixation du tirant constitué de fils 2 est réalisée au moyen d'une broche. Sur ces figures 18 désigne l'âme, 19 l'aile supérieure et 20 l'aile inférieure de la membrure comprimée, 7 la gaine de logement de la broche de fixation et 8 la broche de fixation.
Les Figs. 23 et 24 sont respectivement une vue longitudinale partielle et une coupe transversale d'une poutre armée précontrainte, dans laquelle la fixation du tirant est réalisée au moyen d'une bielle. Sur ces figures les indices 10 à 13 ont les mêmes significations que sur les figures 15 à 16; 21 représente la bielle de fixation qui prend appui sur un appendice de butée 22 ménagé sur;!'aile 19 de la membrure eomprimee.
Ainsi qu'on le remarque sur les figures 15 à 24 les tirants étant toujours extérieurs à la membrure comprimée, sont donc accessibles et visitables après leur mise en tensio. Ils peuvent être aisément protégés contre les agents atmosphériques, par exemple par un simple mortier d'enrobage qui vient enrober en même temps les dispositifs de fixation des tirants, qu'il s'agisse de broches ou de bielles.
Les Figures 25, 26, 27 et 28 représentent respectivement le schéma de principe, la coupe A B, la coupe C D et la section E F du dispositif de mise en place et en tension des tirants d'une poutre armée précontrainte telle que celle représentée sur les Figs.
15 à 20.
Sur ces figures, 1 désigne la membrure comprimée de la poutre, 23 représente un cadre portique qui reporte l'effort de mise en tension des tirants 2 sur des pièces de répartition 24 par l'intermédiaire de butées 25. Un vérin 26 de mise en tension est interposé entre le cadre portique et un cadre auxiliaire 27 qui coulisse dans le cadre portique 23 Le cadre auxiliaire 27 recevant l'effort du vértn 26 vient buter sur deux coulisseaux 28 munis chacun d'une languette 29 dont l'extrémité s'appuye sur les éléments du tirant 2 qu'il faut tendre. Comme indiqué sur les figs.
26 et 27, la languette 29 peut coulisser horizontalement entre des pièces de butée 30 solidaire des coulisseaux 28. Dans leurs déplacements verticaux, les coulisseaux 28 sont guidés par les pièces 31 entre les montants 32 qui constituent l'ossature du cadre portique 23 de même le cadre auxiliaire 27 est guidé entre les montants 32 par les pièces 33, identiques aux pièces 31 34 désigne des ressorts de rappel.
Ce système permet d'exercer sur les tirants un effort du haut vers le bas en se servant, pour réaliser la butée nécessaire, simultanément du poids propre de toute la membrure comprimée de la poutre et de la réaction verticale transmise aux pièces de répartitions 24 par la mise en tension des tirants.
Il est évident que les détails de construction représentés aux figures 26 à 28 ne sont pas limitatifs et que des modifications peuvent y être apportées. Il est également évident que la mise en place et en tension des tirants peut se faire par d'autres dispositifs que celui décrit dans le présent mémoire, par exemple en prenant appui sur des massifs suffisamment pesants placés en dehors des poutres à construire.
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Il doit être bien entendu que les exemples donnés ci-dessus n'ont rien de limitatif soit quant aux possibilités d'applications des poutres faisant l'objet de l'invention à des formes, dispositions ou combinaisons non décrites, tous les exem- ples donnés ci-dessus ayant pour but unique de faciliter la com- préhension des formes et procèdes de l'invention.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de précontrainte de poutres composées d'une membrure resistant à la compression et d'un tirant formant en- trait, mis sous tension par deviation d'un ou de plusieurs de ses points, caractérisé en ce que l'on procède d'abord à l'ancrage du tirant par ses extrémités à la membrure, alors qu'il est à l'état rectiligne et n'est pas mis en tension, puis on opère la mise en tension du tirant en appliquant en un ou plusieurs de ses points intermediaires un effort qui produit un deplacement trans- versal de ce ou ces points vers la fibre de la membrure qui est exposée à l'extension, et l'on fixe ce ou ces points du tirant par rapport à la membrure.
2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisa en ce que l'nn donne au déplacement transversal du ou des points in- termédiaires du tirant une amplitude telle que le tirant sorte du noyau central de la membrure dans la zone des moments maxima.