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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.
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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-
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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
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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.