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PERFECTIONNEMENTS AUX: POUTRELIES DU, TYPE ZORES.
Le brevet Belgique n 489.713 (P.V. 3810190) du 18 juin 1949 a pour objet des profilés en forme de gouttière profonde, dont les moments résistants, suivant les deux axes principaux, sont sensiblement égaux, les extrémités voisines de deux profilés adjacents étant emboîtées l'une dans l' autre et étant reliées de manière qu'un coulissement axial d'un profilé par rapport à l'autre soit possibleo Ces profilés sont utilisés, de préférence, pour constituer des cadres ou châssis de soutènement curvilignes ou cintrés pour des galeries de mines.
L'objet de ce brevet est caractérisé par le fait que les profilés ont des sections transversales égales ou congruentes, les membrures latérales des profilés, qui divergent vers leurs rebords latéraux (ailes) formant entre elles un angle compris entre environ 15 et environ 45 , l'âme ou le fond du profilé (soutien par le fond) ayant une largeur ré- duite par rapport à la hauteur du profilé. Les parties des profilés qui se recouvrent prennent appui l'une sur l'autre par leurs rebords ou ailes, (sou- tien par les ailes). De préférence, on donne aux ailes une forme telle et leur hauteur,par rapport à l'épaisseur du fond du profilé, @ que les faces des ailes, qui se trouvent en regard, soient nettement en contact sur toute l'étendue du recouvrement.
Suivant une autre particularité de ce brevet on donne au fond et aux ailes une épaisseur relativement grande par rapport à l'épaisseur, aussi réduite que possible, des membrures latérales.
En outre, dans la zone de recouvrement on peut serrer l'un contre l'autre les profilés, à l'aide d'éclisses ou de bagues de serrage radiales, de manière qu' ils soient en contact non seulement par leurs ailes mais également par leurs membrures. Suivant un mode de réalisation préféré du brevet précité, on don- ne aux membrures, qui sont serrées élastiquement l'une contre l'autre, une épaisseur qui va en diminuant, en forme de coin, depuis l'aile vers le fond du profilé. D'autres modes de réalisation préférés dudit brevet comportent des ailes dont la largeur est notablement moindre que la hauteur.
Quand on se sert des profilés, selon ce brevet, on obtient un ca-
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dre de soutènement qui présente non seulement des moments résistants impor- tants suivant les deux axes principaux mais qui résiste également très for- tement au baillement ou à toute autre déformation de sa section. Plus spé- cialement sa résistance à la torsion est très grande. Un cadre, formé par des segments curvilignes de ce genre, convient particulièrement bien pour ré- sister aux sollicitations dangereuses par flexion qui ont pour effet de mo- difier le rayon de courbure des segments quand, par suite de la poussée des roches, il se produit un coulissement axial entre les profilés accouplés dans le sens de leur rapprochement.
L'invention qui fait l'objet du brevet précité, résulte en grande partie de la constatation que dans le cas indiqué ci-dessus il se produit, en plus des tensions tangentielles qui agissent dans le sens axial, plus particulièrement des tensions radiales qui sont la cause principale de la déformation (baillement) de la section des profilés.
Alors que pour des sollicitations de ce genre une grande largeur du profilé est nuisible, l'angle d'ouverture plus important du profilé selon ce.brevet est favorable pour la raison que les membrures latérales, à cause de la forme cin- trée du cadre ou châssis, forment des membrures coniques, c'est-à-dire des ensembles rigides par eux-mêmes et qui s'opposent fortement à la déformation, cette résistance augmentant avec l'angle d'ouverture quand la largeur totale du profilé reste la même.
Des essais ont montré, en outre, que la déforma- tion plastique de la section du profilé protégé par l'objet du brevet préci- té, cette déformation se produisant par l'effet des sollicitations susdites par flexion, est également plus favorable par les autres sollicitations, qui font partie du domaine plastique, que dans le cas des profilés utilisés au- paravant et dont les sections n'étaient pas égales ou congruentes. Ceci résul- te du fait que, pour le nouveau profilé, un état de fluage critique du fond du profilé, qui donne lieu au baillement par l'effet des sollicitations sus- dites par flexion, ne peut se présenter qu'à un moment notablement plus recu- lé que pour les profilés connus antérieurement.
Le soutien mutuel des ailes, obtenu selon le brevet précité, aug- mente considérablement la résistance à la torsion pour la raison que le bombe- ment de la section transversale est évité ce qui empêche le déchirement au- quel le fond du profilé est exposé. En outre, pour la transmission du moment de torsion on dispose d'un bras de levier plus garni en correspondance avec l'écartement moyen des ailes de sorte que, dans le domaine des déformations plastiques, on empêche la rotation d'un profilé par rapport à 1-'autre.
Pour le mode de réalisation préféré du brevet précité, les profi- lés sont constitués de manière telle qu'un intervalle subsiste entre leurs fonds respectifs.
La présente invention concerne une évolution de l'objet du bre- vet précité. Elle se sert également de profilés dont les sections transver- sales sont égales ou congruentes, dont les membrures latérales forment un angle d'ouverture élevé entre elles et dont le fond est étroit mais épais par rapport à la hauteur du profilé. Elle est caractérisée par le fait que les hauteurs des ailes et des fonds des profilés sont calculées l'une par rapport à l'autre de manière telle que les soutiens (ailes ou fonds), qui ne reposent pas encore l'un sur l'autre quand les profilés sont emboîtés, viennent en contact,pour un étage de sollicitations plus élevé, par la dé- formation élastique ou par la déformation plastique débutante des profilés.
De cette manière on obtient un profilé pour lequel, de préférence pour un étage de sollicitations plus élevé, les différents soutiens prennent appui les uns sur les autres et interviennent donc dans la transmission des ef- forts axiaux. On avait craint jusqu'ici, ne fut-ce que pour des raisons de fabrication, de ne pouvoir faire porter tous les soutiens les uns sur les autres; par conséquent, quand les profilés sont calculés pour que tous les soutiens viennent en contact, ceux-ci ne peuvent, à cause des tolérances de fabrication, se soutenir que par leurs fonds ou par leurs ailes seulement.
La présente invention est basée sur la constatation que, entre les limites des tolérances de laminage industrielles, il est possible de constituer les profilés de manière telle que les soutiens, qui ne reposent pas encore les
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uns sur les autres quand les profilés sont emboîtés, viennent en contadt, pour un étage de sollicitations plus élevé, par la déformation élastique ou par la déformation plastique débutante des profiléso Cet effet est obtenu, par exemple, quand on veut rester entre des tolérances de laminage de # 0,5% pour un profilé pesant 21 kg par mètre avec une hauteur d'environ 100 mmo Si l'on pose les profilés de cette manière on obtient en général,
et après emboîtement des profilés qu'il subsiste entre les ailes et/ou entre les fonds un petit intervalle de 1 mm au maximum c'est-à-dire 1 % de la hauteur. Sui- vant la hauteur de cet intervalle, celui-ci disparaît déjà quand on relie les profilés par les moyens de liaison usuels (éclisses, étriers ou bagues de ser- rage, etc.) ou, de préférence, seulement pour un étage de sollicitations plus élevé par la déformation élastique ou par la déformation plastique débutante des profiléso De cette manière on obtient que pour le premier étage de solli- citations une partie seulement des soutiens (fonds et ailes) vienne en contact alors que pour un deuxième étage de sollicitations tous les soutiens viennent reposer les uns sur les autres. La surface de frottement entre les profilés augmente donc par gradins.
Ceci est avantageux car, dans plusieurs cas, il est préférable que la résistance opposée au coulissement axial des segments augmente quand la charge, agissant sur le cadre de soutènement, croît.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention on donne à la hauteur des ailes une valeur un peu plus petite qu'à l'épaisseur du fond afin que les profilés, dans la zone de recouvrement, reposent seulement l'un sur l'autre par leurs ailes pour le premier étage de sollicitations alors qu'ils se soutiennent en outre, pour le deuxième étage, par leurs fonds. Il est également possible de donner, au contraire, à l'épaisseur du fond une va- leur un peu plus grande qu'à la hauteur des ailes afin que les profilés, dans la zone de recouvrement,soient seulement en contact par leurs fonds, pour le premier étage de sollicitations, et se soutiennent en outre par leurs ailes pour le deuxième étage de sollicitations.
Dans tous les cas il est préférable que les profilés soient en outre et comme connu serrés l'un contre l'autre, dans la zone de recouvrement, par leurs membrures latérales, ce qui procure un effet de coincement élastique si ces membrures ont une épaisseur qui va en diminuant, en forme de coin, depuis l'aile vers le fond.
Le profilé, faisant l'objet de la présente invention, permet de conserver tous les avantages de celui qui fait l'objet du brevet cité plus haut. En outre, il permet d'obtenir des améliorations importantes pour la rai- son que les profilés, tout au moins pour un étage de sollicitations supérieur, sont en contact par leurs ailes et par leurs fonds. De cette manière on ob- tient un transfert absolument central des efforts axiaux. Les inconvénients du contact connnu des profilés par le fond, surtout dans le cas de sollicita- tions par torsion, ne peuvent se produire pour le profilé faisant l'objet de l'invention puisque celui-ci est, en même temps, soutenu par les ailes.
Par rapport au profilé décrit dans le brevet cité, faisant l'objet de l'invention, présente l'avantage supplémentaire qu'on peut adopter un domaine plus étendu pour l'angle d'ouverture, notamment entre environ 20 et environ 52 . Un autre avantage du profilé selon l'invention réside dans le fait qu'il permet d'ob- tenir une répartition encore plus favorable des matières constituant le pro- filé et, par conséquent, un accroissement encore plus grand des moments ré- sistants suivant les deux axes principaux. Comme dans le cas du brevet prin- cipal on doit veiller à ce que le fond, même si l'on adopte un grand angle d' ouverture, ait une largeur qui n'est pas trop petite par rapport à son épais- seur.
Avantageusement, on délimite le fond par des faces supérieure et infé- rieure qui sont sensiblement planes et parallèles mais on peut également envi- sager l'utilisation d'un fond bombé pour la raison que les inconvénients d'un fond curviligne, en ce qui concerne les sollicitations par torsion, ne peuvent se produire quand on fait intervenir en même temps le soutien par les ailes.
Quand on adopte un angle d'ouverture entre les membrures qui s'approche de la limite inférieure il peut être avantageux de ménager dans les ailes et dans le fond des ouvertures pour éviter des accumulations excessives de matières.
Les profilés, faisant l'objet de l'invention, conviennept en premier lieu à
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la constitution de cadres ou de châssis de soutènement pour des galeries de mines et de tunnels mais ils peuvent également servir à d'autres usa- ges pour les constructions au-dessus et en dessous du sol, par exemple comme étais ou étangons. Les avantages, obtenus par l'invention, se mani- festent avant tout quand on utilise les profilés pour des éléments de cons- truction cintrés ou curvilignes.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, divers mo- des de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en élévation schématique, un cadre de soutè- nement cintré.
La fig. 2 montre, en coupe transversale et à plus grande échelle, ce même cadre à l'endroit du recouvrement Z.
La figo 3 montre, en coupe transversale, deux profilés après leur emboîtement.
La fig. 4 montre, semblablement, ces mêmes profilés pendant le premier étage de sollicitations dans le cas où les ailes viennent d'abord en contact.
La fig. 5 montre, semblablement, ces mêmes profilés pendant un étage de sollicitations supérieur.
La figo 6 montre, semblablement, un exemple pour lequel les pro- filés, pendant le premier étage de sollicitations, ont leurs fonds reposant l'un sur l'autre.
La fig. 7 montre, semblablement, ces mêmes profilés pendant un étage de sollicitations supérieur.
La fig. 8 montre, semblablement, un exemple pour lequel il sub- siste un intervalle entre les membrures latérales des profilés.
Pour tous les modes de réalisation montrés on désigne par 1 les membrures latérales, par 2 les fonds et par 3 les ailes extérieures des pro- filés. Les axes d'inertie principaux sont désignés par X-X et Y-Y alors que a désigne l'angle d'ouverture formé entre les membrures 1 de chaque profilé.
La fig. 1 montre un cadre de soutènement cintré formé par trois segments Sl, S2 et S3 qui sont constitués par des profilés en forme de gout- tière profonde avec des ailes 3. Ces segments se recouvrent à leurs extrémités dans la zone Z c'est-à-dire que ces extrémités sont emboîtées l'une dans l'au- tre (fig. 2) en étant reliées entre elles, dans cette zone, par des dispositifs de serrage ou de guidage. Dans le cas de la fig. 2 la liaison se fait, de la manière connue,, par des étriers r terminés par des boulons et par des éclis- ses ou traverses s qui serrent les ailes et les fonds les uns contre les au- treso Ces dispositifs de serrage et de guidage peuvent être constitués de tou- te autre manière.
On peut également constituer le cadre par des profilés dont les formes sont autres que les formes cintrées et/ou annulaires, montrées sur la figo 1. Dans tous les cas il s'agit de cadres qui sont montés individuel- lement avec des écartements appropriés, ces cadres pouvant, le cas échéant et comme connu,être appuyés les uns sur les autres par des entretoises trans- versales. Quand la poussée des roches dépasse une valeur déterminée, les seg- ments Sl, S2 et S3 peuvent glisser téléscopiquement les uns dans les autres et dans ce cas on doit vaincre une résistance qui, pour l'exemple montré, est produite par le frottement existant entre les faces adjacentes des profilés.
Après que les segments ont ainsi glissé les uns dans les autres, le cadre vient occuper la position montrée en traits interrompus sur la fig. 1 pour laquelle la section du passage libre de la galerie, encadrée par le châssis, a forte- ment diminué.
Pour les différents modes de réalisation on se sert de profilés ayant des sections égales ou congruentes, qui sont symétriques par rapport à l'axe Y-Y et qui sont emboîtés dans la zone de recouvrement Z (figol)o L'angle
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d'ouverture formé entre les membrures latérales, est compris de préférence entre 30 et 40 . Pour les exemples des figso 3 à 7, l'épaisseur des mem- brures 1 diminue légèrement vers le fond 2 comme bien visible sur la fig. 3.
Il se forme alorspour la position montrée sur la fig. 3, un intervalle v, en forme de coin;, entre les membrures, cet intervalle disparaissant quand les profilés s'emboîtent davantage l'un dans l'autre, comme montré sur la figo 4 ou sur la figo 6. Pour le mode de réalisation montré sur les figso 4 et 5, les profilés prennent appui l'un sur l'autre, dans leur position ac- tive d'abord par les membrures latérales et par les ailes (figo 4) alors qu' entre les fonds subsiste un petit intervalle w. Quand la charge, agissant sur le cadre, augmente, cet intervalle disparait par une déformation élasti- que correspondante ou par une déformation plastique débutante des profilés, comme montré sur la fig. 5.
Pour le mode de réalisation montré sur la figo 6 les profilés,quand ils occupent leur position active,reposent l'un sur l'autre non seulement par leurs membrures latérales mais également par leurs fonds alors qu'entre les ailes subsiste un petit intervalle wl, qui disparait pour un étage de sollicitations supérieur, selon la figo 70
Pour le mode réalisation selon la fig. 8 les membrures latérales ont une épaisseur un peu moindre et sont délimitées par des faces parallèles de sorte qu'un intervalle w2 subsiste. D'une manière générale, on préfère les modes de réalisation selon les figso 3 à 7 pour lesquels les membrures sont en contact.
Comme dans le brevet cité dans l'introduction il est générale- ment plus avantageux que la répartition des matières se fasse de manière telle que les moments résistants suivant les deux axes d'inertie principaux soient sensiblement ou même exactement égaux entre eux. Toutefois, suivant les condi- tions qui peuvent exister dans les exploitations minières on peut également adopter pour ces moments des valeurs nettement différenteso On doit toute- fois éviter des différences trop grandes et d'aucune façon on ne peut se rap- procher des conditions obtenues avec des profilés avec âme unique (par exem- ple des profilés en I) pour lesquels, comme on le sait, le moment résistant suivant l'axe X est un multiple de celui suivant l'axe Yo Dans plusieurs cas on peut adopter, pour des profilés selon l'invention,
des différences entre les moments résistants qui atteignent 50 %.
Afin que les fonds puissent reposer l'un sur l'autre on doit donner au fond intérieur une largeur bl qui est égale ou plus grande que la largeur b2 du fond extérieur du profilé. Pour tous les modes de réalisation les ailes sont en contact sur toute l'étendue de leurs faces adjacentes sui- vant la longueur totale du recouvrement Z mais il est également possible, com- me indiqué dans le brevet n 489.713, de constituer les ailes de manière tel- le qu'elles ne soient en contact que par des parties des faces adjacentes en questiono Il en est de même en ce qui concerne les fonds.
Les profilés sont fabriqués avantageusement par laminage surtout quand ils sont en acier mais on peut appliquer d'autres procédés de fabrication, plus spécialement quand on utilise des métaux légers.
Les modes de réalisation montrés font ressortir que le profilé a une section symétrique par rapport à l'axe Y. De cette manière, on évite la production de tensions latérales internes qui pourraient provoquer un bâillement latéral des éléments cintrés par rapport au plan de cintrage, plus spécialement lorsque la limite de fluage est dépassée.
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