<Desc/Clms Page number 1>
PROFILE SERVANT DE MEMBRURE POUR DES POUTRES EN TOLES SOUDEES.
La présente invention concerne un profilé servant de membrure pour des poutres soudées en tôles d'acier ou de métaux légers.
Une telle poutre est constituée essentiellement par une âme et par deux membrures reliées à l'âme par des soudures. La hauteur et l'épaisseur de l'âme et des membrures peuvent varier sur la longueur de la poutre, pour adapter la résistance de celle-ci aux efforts à envisager,' C'est pour cette raison et aussi lorsque de grandes longueurs de poutres sont nécessaires, que l'on utilise souvent des âmes et des membrures en plusieurs pièces assemblées par des soudures faites bout à bout.
Le mode de' fabrication le plus ordinaire d'une poutre en tôle de ce genre consiste'à ùtiliser des fers plats du commerce pour les mem- brures. Ces fers plats ont toutefois différents inconvénients relativement à la soudure. pour¯remédier à ces inconvénients on utilise, pour les membru- res, différents types'connus de profilés et d'assemblage dont les princi- paux sont représentés dans le dessin ci-joint et vont être -décrits ci-des- sous,
Le profilé de membrure qui fait l'objet de l'invention et utilisé pour faire une poutre en tôle soudée présente, sur:
'l'une des faces planes., une nervure longitudinale saillante destinée à être utilisée pour l'assem- blage avec uneâme et, sur l'autre face plane, une rainure plane correspondant à la nervure,
Toutefois, pour- des applications particulières, le profilé de mem- brure qui fait l'objet de l'invention peut aussi ne présenter qu'une rainure plane sans nervure longitudinale.
Dans le dessin ci-joint, qui est donné à titre d'exemple, Fig. 1 à 6 sont des vues représentant quelques-uns des types de membrures et d'assemblages proposés jusqu'ici.
<Desc/Clms Page number 2>
Figs. 7 à 11 représentent le profilé de membrure qui fait l'ob- jet de l'invention, ainsi que deux modes d'utilisation de ce-profilé.
Le type le plus ordinaire d'une poutre en tôle soudée est re- présenté dans la fig. 1 où une telle poutre est constituée par des fers plàts du commerce 1 servant de membrures et sur lesquels une âme 2 est soudée perpendiculairement.
Les poutres ainsi obtenues ont les inconvénients suivants :
A) Les membrures se déforment lors du refroidissement des points de soudure 3 par suite des grands efforts de retrait qui se produisent, lors de la soudure, dans le sens des flèches a, de sorte qu'il est nécessaire pour obtenir des membrures planes, de cintrer ces membrures au préalable dans des sens opposés avant la soudure. Il est naturellement très diffici- le de déterminer exactement le degré de déformation avant la soudure, de sorte que ce n'est que dans le plus petit nombre des cas que les membrures sont parfaitement planes après la soudure.
B) Lors de la soudure de ces membrures,'l'évacuation de la cha- leur est très rapide (effet de refroidissement brusque), de sorte qu'il se produit à proximité des soudures, dans certaines sortes d'acier, des zones plus ou moins cassantes qui peuvent donner naissance à des fissures sous l'action des tensions de retrait ou de charge.
G) Si l'arête de l'âme n'est pas taillée en biseau, il n'est pas possible, lorsqu'il s'agit d'âmes relativement épaisses, d'obtenir une sou- dure parfaitement continue de l'âme dans le sens de l'épaisseur.
@ D) Le.point de soudure n'est pas facilement accessible, ce qui peut donner lieu à des défauts de soudure.
E) Le passage aux rayons de Röntgen est difficile à effectuer et le résultat est difficile à évaluer à cause de la forme angulaire des lignes de soudure. pour supprimer ces défauts on a proposé les profilés dits à bourrelet la (fig. 2, qui présentent,sur L'une des faces planes, une ner- vure ou un bourrelet 4 venus de laminage et ayant une hauteur de quelques centimètres, cette nervure ou ce bourrelet servant à rapporter l'âme 2a par soudure, comme le montre le dessin. Toutefois, comme la nervure 4 est directement en saillie sur l'épaisseur totale du fer de la membrure la, l'ef- fet de refroidissement brusque de la masse de la membrure n'est que peu ou pas diminué, et par conséquent aussi'le risque de rupture dû à l'état cassant.
Dans'les profilés à bourrelet ordinaires l'effet de refroidissement brusque ne peut être réduit que par une haute nervure qui, toutefois, ne peut être obtenue que très difficilement par laminage lorsque l'épaisseur de la mem- brure n'est pas réduite. Comme ces profilés à bourrelet ont une grande épaisseur de matière sous le bourrelet, la qualité de l'acier est réduite à cet endroit, pour des raisons d'ordre technique touchant les laminoirs, alors que la meilleure qualité serait précisément désirable à cet endroit à cause des états de tension à plusieurs axes. C'est pour cela que les profilés à bourrelet sont encore à peine utilisés aujourd'hui.
La Fig. 3 représente encore une membrure 1b comprenant une' cor- nière 6 rapportée par soudure et sur l'arête de sommet-8 de laquelle l'âme 2b est soudée. Ce type exige trois points de soudure, donc un grand volu- me de soudure, et il est par conséquent très coûteux. Les deux soudures de membrure d'angle effectuées sur la membrure 1b provoquent aussi d'assez grandes déformations, de sorte qu'un cintrage préalable de la membrure est indispensable, un autre inconvénient très important est la grande diffi- culté d'obtenir une traversée parfaite de l'effet de combustion de ces sou- dures et l'impossibilité de contrôler cette traversée de la combustion.
La cornière donne naissance à un canal à air qui favorise= la corrosion.
On a proposé en outre de laminer dans la membrure le., comme le montrent les Figs. 4, 5 et 6, une cornière 9 de record de la tôle de l'âme, et de souder l'âme 2c sur l'arête 10 de la cornière. Ce profilé de membru-
<Desc/Clms Page number 3>
re a les inconvénients suivants :
1) Il est très difficile de souder deux profilés bout à bout, surtout lorsqu'il s'agit de souder deux épaisseurs différentes.
2) La profonde gouttière d'angle existant sur la face posté- rieure est nuisible, parce qu'il s'accumule, dans cette gouttière, de l'hu- midité et de la saleté qui contribuent à donner lieu à la corrosion. C'est pourquoi il faut non seulement recouvrir cette gouttière d'angle au moyen d'un fer plat 11, mais aussi la remplir encore de ciment.
3) Lorsque la membrure travaille transversalement dans le sens des flèches:!2, (par exemple sous l'action de poutres intermédiaires sou- dées transversalement), il se produit au sommet de l'angle, en 10, des mo- ments de flexion supplémentaires qui ne peuvent être empêchés qu'au moyen d'un fer plat 12 rapporté par soudure, comme le montre la Fig.5.
4) Les tensions de retrait provenant de la soudure en 10 ouvrent la partie d'angle dans le sens des flèches c (Fig. 4) et déforment le profi- lé, comme c'est le cas pour les fers plats ordinaires.
5) La forme rectangulaire est défavorable pour le bourrelet, car il en résulte une trop grande largeur sur la surface de la membrure par rap- port à la hauteur du bourrelet, ce qui conduit à de trop grandes sections transversales de soudure.
6) pour les soudures bout à bout il faut enlever la pointe de l'an- gle jusqu'à la surface de 'la membrure, de sorte qu'il en résulte une ouver- -bure oblongue inadmissible au milieu du profilé.
7) Si les deux cylindres se déplacent latéralement l'un par rap- port à l'autre pendant le laminage, les deux branches de la cornière ont des épaisseurs différentes.
8) Dans ces trois modes de réalisation il reste une cavité an- gulaire 13 dans laquelle il peut se former de la vapeur et de l'eau de trans- sudation qui contribuent à provoquer la corrosion à l'endroit le plus déli- cat de la poutre.
La fige 6 représente un mode de réalisation semblable à celui des Figs. 4 et 5, l'ouverture de l'angle étant plus aiguë.
La Fig. 7 représente un exemple de-réalisation du profilé de mem- brure qui fait l'objet de l'invention, Il convient que la membrure 20 pré- sente, sur son axe longitudinal, une nervure longitudinale 21 venue de la- minage et sur laquelle l'âme 22 est rapportée par soudure. La forme de cet- te nervure peut être quelconque. Correspondant à cette nervure 21 se trouve, sur l'autre face de la membrure, une rainure longitudinale plane 23 venue également de laminage, plus large que la nervure au point de transition au sortir de la face plane, et plus petite que les trois quarts de la largeur de la membrure. La surface de base de la rainure plane 23 est au moins ap- proximativement parallèle au plan de la membrure.
L'axe longitudinal de la rainure plane et l'axe longitudinal de la nervure se trouvent avantageuse- ment dans un plan perpendiculaire à la surface de la membrure. La profon- deur de cette rainure peut varier, elle est adaptée, dans chaque cas, à l'épaisseur de la membrure et, de préférence, de telle manière que l'épais- seur restante d soit la même pour les différentes épaisseurs de membrures.
La forme des deux transitions latérales de l'arête plane est quelconque et peut correspondre à la forme de laminage la plus favorable. Le profilé de membrure qui fait l'objet de l'invention a les avantages suivants sur les profilés de membrures connus, ordinaires ou spéciaux, suivant leur type :
1) Les dimensions et la forme de'la nervure longitudinale 21 sont indépendantes de celles de la rainure plane opposée, de sorte que l'on peut choisir pour la nervure la forme et la hauteur les plus avantageu- ses pour la soudure et le contrôle par les rayons de Röntgen.
2) Le laminage de la nervure 21 est facilité par la pression de laminage rentrant de la rainure plane opposée 23, de sorte qu'il est plus facilement possible de donner à cette nervure une plus grande hauteur
<Desc/Clms Page number 4>
et une forme mieux appropriée que pour les profilés des Figs, 1 à 6, un dé- placement latéral des deux cylindres n'ayant aucune influence sur l'épais- seur comme dans le cas des profilés 4 à 6.
3) Au cours de la soudure il ne se produit aucune déformation angulaire des deux moitiés de la membrure.
4) Il ne se produit aucune tension de retrait transversale nui- sible dans le plan de la membrure.
5) Il n'y a pas d'ouvertures aiguës, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de recouvrir la rainure au moyen d'une plaque rapportée et sou- dée pour éviter tout risque de rouille¯et d'encrassement.
6) Les efforts latéraux dirigés dans le sens des flèches f (Fig. 7) ne produisent aucun moment de flexion supplémentaire dans la mem- brure.
7) Dans les assemblages bout à bout la nervure longitudinale peut être entièrement supprimée, sans qu'il en résulte une ouverture lon- gitudinale, comme c'est le cas pour les membrures des Figs. 4 à 6.
8) L'épaisseur d des profilés (Fig. 7) peut, à volonté'être suffisamment petite pour que la partie centrale du profilé, qui travaille fortement dans plusieurs directions subisse un écrouissage à basse tempé- rature au cours d'un énergique laminage à fond.
9) L'amincissement de l'épaisseur du profilé par le laminage pénétrant de la rainure plane entraîne, pendant la soudure, une accumulation de chaleur qui réduit fortement l'effet de refroidissement brusque.
10) Lorsque la nervure doit être préalablement chauffée pour ré- duire l'effet de refroidissement brusque, pendant la soudure d'aciers de construction de haute résistance,la température désirée pour le chauffage préalable est atteinte plus rapidement et maintenue plus facilement.
Il) Un fer plat 24, d'épaisseur et de résistance quelconques, ou un profilé quelconque, peuvent être introduits et soudés dans la rainure 23 suivant la Fig. 8 par exemple, pour assurer un renforcement local ou total de la poutre.
12) La Fig. 9 représente un profilé de membrure sans nervure, conforme à l'invention et dont l'avantage ne consiste toutefois qu'en ce que l'effet de refroidissement brusque est moindre.
13) Lorsque les membrures qui font l'objet de l'invention -sont soudées bout à bout, on peut introduire et souder dans la rainure une courte plaque de recouvrement 25 qui s'engage par dessus le joint, qu'elle renfor- ce, comme le montre la fig. 10, Il est toutefois possible aussi, comme le montre la Fig. 11, de remplir la rainure plane 23 par de la soudure et d'ob- tenir ainsi un renforcement et en même temps une tension de pression préala- ble.
14) Lorsque les'membrures qui font l'objet de l'invention sont utilisées dans des poutres complexes en béton,la rainure plane assure de nouvelles possibilités d'assemblage entre la plaque de béton et la poutre.
15) Des fils métalliques de tension préalable peuvent être in- troduits dans la rainure plane 23.
<Desc / Clms Page number 1>
PROFILE SERVING AS A MEMBER FOR WELDED SHEET BEAMS.
The present invention relates to a section serving as a member for welded beams made of steel sheets or light metals.
Such a beam consists essentially of a web and of two members connected to the web by welds. The height and the thickness of the web and the members can vary over the length of the beam, to adapt the resistance of the latter to the forces to be considered, 'It is for this reason and also when long beams are necessary, that one often uses webs and chords in several pieces assembled by butt welds.
The most common method of manufacturing such a sheet metal beam is to use commercial flat bars for the members. These flat irons, however, have various drawbacks with respect to soldering. to overcome these drawbacks, different known types of profiles and assembly are used for the members, the main ones of which are shown in the attached drawing and will be -described below,
The chord profile which is the subject of the invention and used to make a welded sheet beam has, on:
'one of the flat faces, a projecting longitudinal rib intended to be used for assembly with a core and, on the other flat face, a flat groove corresponding to the rib,
However, for particular applications, the member profile which is the subject of the invention may also only have a flat groove without a longitudinal rib.
In the accompanying drawing, which is given by way of example, Fig. 1 to 6 are views showing some of the types of members and connections offered so far.
<Desc / Clms Page number 2>
Figs. 7 to 11 show the chord profile which is the subject of the invention, as well as two modes of use of this profile.
The most ordinary type of a welded sheet beam is shown in fig. 1 where such a beam is formed by flat bars 1 serving as frames and on which a web 2 is welded perpendicularly.
The beams thus obtained have the following drawbacks:
A) The chords are deformed during cooling of the weld points 3 as a result of the great withdrawal forces which occur during welding in the direction of the arrows a, so that it is necessary to obtain flat chords, to bend these members beforehand in opposite directions before welding. It is of course very difficult to determine exactly the degree of deformation before welding, so that it is only in the smallest number of cases that the members are perfectly flat after welding.
B) When these members are welded, the heat is dissipated very quickly (sudden cooling effect), so that it occurs near the welds, in certain kinds of steel, areas more or less brittle which can give rise to cracks under the action of shrinkage or load stresses.
G) If the edge of the web is not bevelled, it is not possible, in the case of relatively thick webs, to obtain a perfectly continuous weld of the web. in the direction of thickness.
@ D) The weld point is not easily accessible, which can lead to weld faults.
E) The passage to the Röntgen rays is difficult to carry out and the result is difficult to evaluate because of the angular shape of the weld lines. to eliminate these defects, we have proposed so-called bead profiles la (fig. 2, which have, on one of the flat faces, a rib or a bead 4 coming from rolling and having a height of a few centimeters, this rib or this bead serving to attach the web 2a by welding, as shown in the drawing. However, as the rib 4 projects directly over the total thickness of the iron of the frame 1a, the sudden cooling effect of the mass of the member is only slightly or not reduced, and therefore also 'the risk of rupture due to the brittle state.
In ordinary bead sections the sudden cooling effect can only be reduced by a high rib which, however, can only be achieved with great difficulty by rolling when the thickness of the member is not reduced. As these beaded sections have a great thickness of material under the bead, the quality of the steel is reduced at this location, for technical reasons affecting the rolling mills, whereas the best quality would be precisely desirable at this location at causes multi-axis voltage states. This is why beaded profiles are still hardly used today.
Fig. 3 also shows a frame 1b comprising a cornice 6 attached by welding and on the top edge-8 of which the web 2b is welded. This type requires three spot welds, therefore a large volume of solder, and is therefore very expensive. The two corner chord welds made on chord 1b also cause rather large deformations, so that a preliminary bending of the chord is essential, another very important drawback is the great difficulty of obtaining a crossing. perfect effect of the combustion of these welds and the impossibility of controlling this crossing of the combustion.
The angle iron gives rise to an air channel which favors corrosion.
It has further been proposed to laminate in the chord., As shown in Figs. 4, 5 and 6, an angle bar 9 of record of the sheet metal of the web, and to weld the web 2c on the edge 10 of the angle bar. This member profile
<Desc / Clms Page number 3>
re has the following disadvantages:
1) It is very difficult to weld two profiles end to end, especially when it comes to welding two different thicknesses.
2) The deep corner gutter existing on the posterior face is detrimental because moisture and dirt accumulate in this gutter which contributes to corrosion. This is why it is necessary not only to cover this corner gutter by means of a flat iron 11, but also to fill it further with cement.
3) When the chord works transversely in the direction of the arrows:! 2, (for example under the action of intermediate beams welded transversely), there occurs at the apex of the angle, at 10, moments of additional bending which can only be prevented by means of a flat iron 12 attached by welding, as shown in Fig. 5.
4) The withdrawal stresses from the 10 weld open the corner part in the direction of the arrows c (Fig. 4) and deform the profile, as is the case with ordinary flat bars.
5) The rectangular shape is unfavorable for the bead, as it results in too large a width on the surface of the member relative to the height of the bead, which leads to too large weld cross sections.
6) For butt welds the point of the angle must be removed up to the surface of the member, so that an impermissible oblong opening results in the middle of the profile.
7) If the two rolls move laterally with respect to each other during rolling, the two legs of the angle bar have different thicknesses.
8) In these three embodiments, there remains an angular cavity 13 in which vapor and water of transpiration can form, which contribute to causing corrosion at the most delicate point. beam.
Fig. 6 represents an embodiment similar to that of Figs. 4 and 5, the angle opening being more acute.
Fig. 7 shows an exemplary embodiment of the member profile which is the object of the invention. The member 20 should have, on its longitudinal axis, a longitudinal rib 21 coming from the milling and on which the core 22 is attached by welding. The shape of this rib can be any. Corresponding to this rib 21 is, on the other face of the chord, a flat longitudinal groove 23 also coming from rolling, wider than the rib at the transition point on leaving the flat face, and smaller than three-quarters the width of the chord. The base surface of the planar groove 23 is at least approximately parallel to the plane of the chord.
The longitudinal axis of the plane groove and the longitudinal axis of the rib are advantageously in a plane perpendicular to the surface of the chord. The depth of this groove may vary, it is adapted, in each case, to the thickness of the member and, preferably, in such a way that the remaining thickness d is the same for the different thicknesses of the members. .
The shape of the two lateral transitions of the plane edge is arbitrary and can correspond to the most favorable rolling shape. The chord profile which is the subject of the invention has the following advantages over known chord profiles, ordinary or special, depending on their type:
1) The dimensions and shape of the longitudinal rib 21 are independent of those of the opposite planar groove, so that the most advantageous shape and height for the rib can be chosen for welding and checking. by the rays of Röntgen.
2) The rolling of the rib 21 is facilitated by the rolling pressure coming in from the opposite planar groove 23, so that it is more easily possible to give this rib a greater height
<Desc / Clms Page number 4>
and a shape more suitable than for the profiles of Figs, 1 to 6, a lateral displacement of the two rolls having no influence on the thickness as in the case of profiles 4 to 6.
3) During welding there is no angular deformation of the two halves of the member.
4) There is no harmful transverse shrinkage tension in the plane of the chord.
5) There are no sharp openings, so it is not necessary to cover the groove with an attached and welded plate to avoid any risk of rust and dirt.
6) The lateral forces directed in the direction of the arrows f (Fig. 7) do not produce any additional bending moment in the member.
7) In end-to-end connections the longitudinal rib can be completely omitted, without resulting in a longitudinal opening, as is the case for the members of Figs. 4 to 6.
8) The thickness d of the profiles (Fig. 7) can be sufficiently small so that the central part of the profile, which works strongly in several directions, undergoes work hardening at low temperature during vigorous rolling. thoroughly.
9) The thinning of the profile thickness by the penetrating rolling of the flat groove leads to a build-up of heat during welding which greatly reduces the sudden cooling effect.
10) When the rib needs to be preheated to reduce the sudden cooling effect, during welding of high strength structural steels, the desired temperature for preheating is reached faster and maintained more easily.
II) A flat iron 24, of any thickness and strength, or any profile, can be introduced and welded in the groove 23 according to FIG. 8 for example, to ensure local or total reinforcement of the beam.
12) Fig. 9 shows a chord profile without rib, in accordance with the invention and the advantage of which however consists only in that the sudden cooling effect is less.
13) When the ribs which are the subject of the invention are butt welded, it is possible to introduce and weld in the groove a short cover plate 25 which engages over the joint, which it reinforces. , as shown in fig. 10, It is however also possible, as shown in FIG. 11, to fill the planar groove 23 with solder and thus obtain a reinforcement and at the same time a preliminary pressure tension.
14) When les'membrures which are the subject of the invention are used in complex concrete beams, the flat groove provides new possibilities of assembly between the concrete plate and the beam.
15) Pre-tensioning metal wires can be inserted in the flat groove 23.