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PROCEDE S AHPLIQUANT AU TRAITEMENT A FROID D'ACIER A BETON.
On sait que la limite d'allongement des aciers à béton, peut être accrue par divers procédés à froid tels que, tréfilage, calibrage, étirage, torsion, pliage successif dans les deux sensa laminage etco Pour les grosses barres,il va de soi que le tréfilage n'entre pas en ligne de compteo D'autre part, ce procédé ne peut s'appliquer qu'à des barres à surface lisse.
Actuellement on exige toutefois que les aciers à béton de qualité supérieure présentent une surface irrégulière, c'est à dire qu'ils soient munis de côtes ou arêtes par exemple, condition qui est imposée dans les cahiers de charge dans certains pays. Le pliage et le laminage à froid ne suffisent pas à eux seuls à obtenir l'effet désiré, tandis que l'étirage seul est nuisible parce que si l'on veut obtenir un accroissement suffisant de la limite d'élasticité, l'étirage doitêtre poussé trop loin ce qui conduit toutefois à une réduction considérable de la section des barres. Il a été prouvé en outre, que des barres d'acier ordinaire soumises à pareil traitement à froid, perdent complètement, par vieillissement, leur ductilité uniforme.
Une opération de torsion augmente effectivement la limite de rupture, mais les barres ainsi traitées ont des limites de proportionnalité et d'élasticité réduites;;On obtient le meilleur résultat par une combinaison de deux ou plusieurs des méthodes mentionnées.
La combinaison d'un étirage et deune torsion subséquente est également déjà connue. L'idée qui a prévalu jadis, suivant laquelle la barre devait d'abord être étirée, puis soumise à torsion était erronées car des es- sais ultérieurs ont démontré qu'on obtenait des résultats bien supérieurs en inversant l'ordre des opérations. L'étirage effectué en dernier lieu pose toutefois un problème fort délicat, et bien des mécomptes de différents chercheurs s'expliquent par le fait que l'étirage n'avait pas été effectué de manière appropriée.
A la suite du phénomène de vieillissement mentionné ci-dessus, il s'établit une nouvelle limite d'élasticité qui peut se situer au-dessus de la limite de rupture, de sorte que la barre perd sa ductilité uniforme. Ceci entraîne à son tour certaines conséquences fort graves dans
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le béton armé, et fait en sorte que de pareilles barres ne conviennent pas comme armatures.
La torsion s'avère donc comme un procédé très avantageux, parce qu'il conduit à une augmentation fort sensible de la limite de rupture, mais il présente toutefois cet inconvénient que de l'acier ayant été soumis à torsion possède des limites de proportionnalité et d'élasticité réduites. L'étirage après torsion, accroît toutefois ces limites de même que le limite 0.2, d'où il résulte qu'il y a tout avantage à effectuer l'étirage après la tor- sion.
D'après une conception fort répandue, la limite de rupture doit dépasser la limite d'élasticité de quelques pour cent. Les recherches sur lesquelles la présente invention est basée, ont démontré qu'en étirant la barre d'une longueur totale qui reste inférieure à la limite d'écoulement, même après un vieillissement total, mais supérieur à la limite d'élasticité, peut être exclu le danger d'une réduction d'un étirage homogèneo De plus, ce faible allongement suffit amplement à accroître de façon efficace les limites de proportionnalité, d'élasticité et d'élongation qui avaient été fortement réduites par la torsion. Ainsi'par exemple, la limite de proportionnalité a pu être augmentée de 120%, la limite d'élasticité (limite 0,2 %) de 30% et la limite 0.2 - de 22 %.
Dans le dessin ci-joint, la courbe 1 de la figure 1 montre l'allure de l'allongement en fonction de la tension pour une barre qui a été tordue. La limite d'élongation 10 est trop faible par rapport à la limite de rupture 14. L'allongement uniforme 5 de la barre comporte environ 4 à 6 %. L'allongement à la rupture est représenté par la distance 7. La courbe 2 se rapporte à une barre qui a été soumise à la même tension que la première, mais a ensuite été étirée jusqu'à ce qu'elle ait subi un allongement permanent de 5 % On constate qu'après un certain temps, la limite d'élongation 20 dépasse la limite de rupture 14 par suite du phénomène de vieillissement, raison pour laquelle il ne peut pas se produire d'allongement uniforme.
Par étirage de la barre après la même torsion, mais en restant en dessous de l'allongement à la striction 6 (figure 3), la limite d'élongation 30 se situe en dessous de la limite de rupture 34. Comparativement à l'acier qui n'a subi qu'une torsion, l' allongement uniforme 2 et l'allongement à la limite de rupture restent quasi inchangés, tandis que les limites de proportionnalité, d'élasticité et d'élongation sont accrues.
Pour certaines sortes d'aciers plus durs, l'allongement à la striction peut être inférieur, à 1 %. Il résulte d'une série d'essais, que ces qualités d'acier n'ont qu'une faible tendance au vieillissement aux températures normales, raison pour laquelle l'allongement peut dépasser l'allongement à la striction. Dans ce cas, l'allongement doit toutefois être inférieure à 1 %
Dans certains pays, les règlements prescrivent que la limite de rupture doit dépasser d'un certain pourcentage la limite d'élongation. Cette condition ne peut toutefois être satisfaite si l'allongement ne dépasse pas les limites mentionnées ci-dessus..
En dehors de la torsion, on peut encore soumettre les barres à d'autres procédés, tels que l'étirage, le laminage à froid, le pliage, le laminage d'arêtes, etc., et ce, dans n'importe quel ordre.
La figure 2 établit une comparaison entre les diagrammes ten- sion- allongement d'une barre A ayant été soumise à torsion, et d'une barre B ayant subi un étirage. Les deux barres ont la même limite 0,2 %. On reconnaît aisément la différence des caractéristiques des deux procédés.
Sous l'effet dune forte tension, la barre ayant été soumise à torsion, présente un allongement a supérieur à l'allongement b de la barre ayant subi un étirage, de sorte qu'il y a lieu de craindre davantage la production de fissures dans les constructions de béton armé.*
La figure 3 montre les courbes tension-allongement d'une barre,
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la figure 4 ne différant de la figure 3 que par l'échelle adoptée pour les abcisses, et par le fait que les allongements n'y sont portés que jusqu'à environ 1 % ou même encore moins.Dans l'une comme dans l'autre de ces fi- gures, 1 représente la courbe tension-allongement du matériau de base, de l'acier laminé à chaud. 2 désigne la même courbe du même matériau après torsion.
La courbe 1 se réfère à une barre étirée, de même que la courbe 3' mais avec cette différence que les tensions se rapportent à la section mo- difiée. La courbe 4 enfin, a été obtenue sur une barre traitée suivant l'ob- jet de l'invention, c'est-à-dire qui a été d'abord tordue, puis étirée. On voit immédiatement sur ce diagramme, que les propriétés de cette dernière barre sont supérieures à celles des barres auxquelles se réfèrent les autres courbes.
Il se fait toutefois, que des recherches scientifiques ont démontré que le traitement à froid ne peut étendre la limite d'élasticité qu'au cas où les barres sont soumises au même traitement que les barres d'essais, soit sous forme d'un traitement préliminaire, soit au cours de l'emploi pra- tique du matériau. Ainsi, par exemple, si la barre soumise à des efforts de traction a d'abord été refoulée de façon permanente par pression, la limite d'élasticité ne s'élève pas, mais reste au contraire plus basse, phénomène connu sous le nom de: effet Bauschingero D'autre part, il résulte d'une série dressais;, que la limite d'élasticités c'est-à-dire la limite de proportionnalité est abaissée non seulement à la suite d'un traitement opposé, mais .également par la torsion.
L'inventeur a pu constater en outre, que la limite d'élasticité pouvant être ramenée, à peu de chose prèsg à sa valeur primitive, par un étirage relativement faible, et que pour des aciers présentant un pouvoir de vieillissement prononcéecette valeur pouvait même dépasser la tension atteinte au moyen de cet étirage. Il est donc possible de changer complètement les caractéristiques d'une barre en l'étirant un peu, et d'obtenir ainsi les propriétés les plus avantageuses dans des barres traitées à froid.
Pour obtenir une haute limite d'élasticité, il n'est pas du tout nécessaire d'avoir recours à un étirage considérable et de diminuer ainsi la section de la pièces mais on choisit au contraire un traitement tel, que la section reste quasi inchangée, puis on ajuste la caractéristique par un étirage subséquent dont l'importance est déterminée uniquement par le dernier traitement auquel le matériau a été soumise
Le traitement à froid devra se faire de telle manière que la barre soit d'abord soumise à torsion, puis étirée. Cet étirage peut se faire, soit immédiatement après la torsion, soit ultérieurement, après qu'il se soit produit un certain vieillissement qui peut du reste être accéléré par échauffement.
Lorsque ces armatures doivent servir à des constructions de béton armé précontrainte l'étirage approprié peut se faire pendant le processus de pré-contrainteo
Il va de soi qu'il importe peu dans quel sens on applique la torsion,,mais il a été établi que ce n'est pas le degré de torsion qui constitue un facteur décisif, mais bien les glissements internes cumulatifs.
On peut donc effectuer la torsion de telle manière que la barre soit d'abord tordue dans un sens, puis en sens opposé. On peut aussi commencer par tordre la barre, et la rectifier ensuite.
La première étape d'un traitement à froid ne doit pas nécessairement être une torsion, mais peut consister en n'importe quelles déformations, pourvu que la section de la barre n'en soit pas diminuée ou, ce qui revient au même, que sa longueur ne soit pas modifiée de façon appréciable.
Le traitement peut donc aussi consister en un pliage alternativement dans les deux sens, en faisant passer la barre par une série de rouleaux. Dans ce casµ il importe toutefois, que le dernier traitement soit un étirage.
Comme il vient d'être mentionné, les barres peuvent aussi, lorsqu'elles sont destinées à des constructions en béton précontraint, être étirées au cours de l'opération de précontrainte, la dernière phase du traitement coïncidant en ce cas avec la précontrainte. Après étirage, la barre n'a pas besoin d'être détendue, mais peut être fixée ou ancrée à l'état de
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contrainte. Il est à remarquer toutefois, que dans, . ce procédé, la barre doit être étirée au-delà de sa limite d'élasticité pendant la pré-contraintes ce qui différencie ce procédé de la méthode habituelle dans laquelle la tension ne dépasse jamais la limite d'élasticité.
Lors de la pré-contrainte, le degré d'étirage devra être choisi de telle manière que la tension définitive voulue soit atteinte après retrait de l'acier et du béton. Si l'on désire arriver à une tension finale qui soit encore inférieure à celle que l'on peut obtenir par le relâchement dû au retraite on détend légèrement la barre après étirage et avant de la fixer ou de l'ancrero
Les règlements en vigueur en certains pays exigent que la force de pré-contrainte ne dépasse pas la limite de retrait. Il a été prouvé toutefois qu'un étirage modéré, inférieur à 1 %, mais qui dépasse cependant la limite d'élasticité, accroît nettement la limite de retrait.
Les procédés décrits ci-dessus et dans les revendications, peuvent être modifiés de diverses manières, sans que le cadre de l'invention n'en soit dépassé ni limité.
REVENDICATIONS.
1. - Une méthode pour produire des barres d'acier à béton armé traitées à froid,, dans laquelle la barre laminée à chaud de section et de configuration superficielles quelconques, est soumise à l'état froid, simultanément ou successivement à une ou plusieurs déformations dont une au moins ne modifie pas de façon perceptible., la section ni la longueur de la barre, celle-ci étant soumise en fin de compte à une opération d'étirage avec une force suffisant à dépasser la limite d'élasticité, les divers traitements dont question ci-dessus étant effectués de telle manière que la barre ait subi des déformations permanentes après chacune de ces opérations.
2. - Une modification de la méthode exposée dans la revendication 1. dans laquelle la première ou fine des premières opérations qui ne modifient pas de façon perceptible la section ni la longueur de la barre, consiste à tordre cette dernière dans un sens arbitraire ou successivement dans les deux sens.
30 - Une modification de la méthode exposée dans la revendication 1, dans laquelle la première ou une des premières opérations qui ne mo- difient.pas de façon perceptible la section ni la longueur de la barre, consistent à plier la barre une ou plusieurs fois successivement en directions @ opposeeso
40 - Une modification de la méthode exposée dans les revendications 1 et 3, dans laquelle l'opération de pliage s'effectue en faisant passer la barre entre une ou plusieurs séries de rouleaux.
5. - Une modification de la méthode exposée dans les revendications 1 et 3, dans laquelle la première opération, outre une torsion et/ou un pliage dans les deux sens, consiste en une autre opération, telle qu'un étirage ou un laminage à froid afin de munir la barre d'arêtes,de cammes, de flasques laminées, etc.
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PROCESS S AHPLICING TO COLD TREATMENT OF CONCRETE STEEL.
We know that the elongation limit of concrete steels can be increased by various cold processes such as wire drawing, calibration, stretching, torsion, successive bending in both directionsa rolling and co. For large bars, it goes without saying that wire drawing is not taken into account. On the other hand, this process can only be applied to bars with a smooth surface.
Currently, however, high-quality concrete steels are required to have an irregular surface, that is to say that they are provided with ribs or edges for example, a condition which is imposed in the specifications in some countries. Cold bending and rolling alone are not sufficient to achieve the desired effect, while stretching alone is detrimental because if a sufficient increase in yield strength is to be obtained, the stretching must be pushed too far, which however leads to a considerable reduction in the cross-section of the bars. It has further been proved that ordinary steel bars subjected to such cold treatment completely lose, upon aging, their uniform ductility.
A twisting operation does increase the breaking strength, but the bars so treated have reduced limits of proportionality and elasticity ;; The best result is obtained by a combination of two or more of the methods mentioned.
The combination of stretching and subsequent twisting is also already known. The old idea that the bar had to be stretched first and then subjected to torsion was erroneous because later tests showed that much better results were obtained by reversing the order of operations. The stretching performed last, however, poses a very delicate problem, and many misconceptions of various researchers can be explained by the fact that the stretching was not carried out properly.
As a result of the aging phenomenon mentioned above, a new elastic limit is established which may be above the breaking limit, so that the bar loses its uniform ductility. This in turn leads to certain very serious consequences in
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reinforced concrete, and ensures that such bars are not suitable as reinforcement.
Torsion therefore turns out to be a very advantageous process, because it leads to a very significant increase in the breaking strength, but it nevertheless has the disadvantage that steel which has been subjected to torsion has limits of proportionality and reduced elasticity. Stretching after twisting, however, increases these limits as does the limit 0.2, whereby there is every advantage in carrying out the stretching after twisting.
According to a widely accepted concept, the tensile strength should exceed the yield strength by a few percent. The research on which the present invention is based has shown that by stretching the bar to a total length which remains less than the yield point, even after complete aging, but greater than the yield point, can be the danger of a reduction in homogeneous stretching is excluded. Furthermore, this low elongation is more than enough to effectively increase the limits of proportionality, elasticity and elongation which had been greatly reduced by the torsion. For example, the limit of proportionality could be increased by 120%, the elastic limit (limit 0.2%) by 30% and the limit 0.2 - by 22%.
In the attached drawing, curve 1 of figure 1 shows the shape of the elongation as a function of the tension for a bar which has been twisted. The elongation limit 10 is too low compared to the breaking limit 14. The uniform elongation 5 of the bar is about 4 to 6%. The elongation at break is represented by the distance 7. Curve 2 relates to a bar which has been subjected to the same tension as the first, but has then been stretched until it has undergone permanent elongation. of 5% It is found that after a certain time the limit of elongation 20 exceeds the limit of rupture 14 due to the phenomenon of aging, therefore no uniform elongation can occur.
By stretching the bar after the same twist, but remaining below the elongation at necking 6 (Figure 3), the elongation limit 30 is below the breaking limit 34. Compared to steel which has undergone only one torsion, the uniform elongation 2 and the elongation at the breaking point remain almost unchanged, while the limits of proportionality, elasticity and elongation are increased.
For some types of harder steels, the necking elongation may be less than 1%. As a result of a series of tests, these grades of steel have only a low tendency to age at normal temperatures, which is why the elongation may exceed the elongation at necking. In this case, however, the elongation must be less than 1%
In some countries, the regulations require that the tensile strength must exceed the elongation limit by a certain percentage. However, this condition cannot be satisfied if the elongation does not exceed the limits mentioned above.
Apart from torsion, the bars can still be subjected to other processes, such as drawing, cold rolling, bending, edge rolling, etc., in any order. .
Figure 2 compares the tension-elongation diagrams of a bar A which has been subjected to torsion, and of a bar B which has undergone stretching. Both bars have the same 0.2% limit. It is easy to recognize the difference in the characteristics of the two processes.
Under the effect of high tension, the bar having been subjected to torsion exhibits an elongation a greater than the elongation b of the bar having undergone a stretching, so that there is a greater fear of the production of cracks in the bar. reinforced concrete constructions. *
Figure 3 shows the tension-elongation curves of a bar,
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Figure 4 differing from Figure 3 only by the scale adopted for the abscissa, and by the fact that the elongations are only brought up to about 1% or even less. Another of these figures, 1 shows the stress-strain curve of the base material, hot rolled steel. 2 designates the same curve of the same material after twisting.
Curve 1 refers to a stretched bar, as does curve 3 'but with the difference that the tensions relate to the modified section. Finally, curve 4 was obtained on a bar treated according to the object of the invention, that is to say which was first twisted and then stretched. We see immediately on this diagram, that the properties of this last bar are superior to those of the bars to which the other curves refer.
However, scientific research has shown that the cold treatment can only extend the yield strength if the bars are subjected to the same treatment as the test bars, i.e. in the form of a treatment. preliminary, or during the practical use of the material. Thus, for example, if the bar subjected to tensile forces has first been forced back permanently by pressure, the elastic limit does not rise, but instead remains lower, a phenomenon known under the name of : Bauschingero effect On the other hand, it results from a series drawn up ;, that the elastic limit, that is to say the limit of proportionality, is lowered not only as a result of opposite treatment, but also. by twisting.
The inventor was able to observe, moreover, that the elastic limit which can be brought back to its original value, almost by a relatively low drawing, and that for steels having a pronounced aging capacity, this value could even exceed the tension reached by means of this stretching. It is therefore possible to completely change the characteristics of a bar by stretching it a little, and thus obtain the most advantageous properties in cold treated bars.
To obtain a high elastic limit, it is not at all necessary to have recourse to a considerable stretching and thus to reduce the section of the part but, on the contrary, a treatment is chosen such that the section remains almost unchanged, then the characteristic is adjusted by a subsequent stretching the importance of which is determined only by the last treatment to which the material has been subjected
The cold treatment should be done in such a way that the bar is first subjected to torsion and then stretched. This stretching can be done either immediately after the twisting, or subsequently, after a certain aging has taken place which can moreover be accelerated by heating.
When these reinforcements are to be used for prestressed reinforced concrete constructions the appropriate stretching can be done during the pre-stressing process.
It goes without saying that it does not matter in which direction one applies the torsion, but it has been established that it is not the degree of torsion which constitutes a decisive factor, but rather the cumulative internal slips.
The torsion can therefore be carried out in such a way that the bar is first twisted in one direction, then in the opposite direction. You can also start by twisting the bar, and then rectify it.
The first step of a cold treatment does not have to be a twist, but can consist of any deformation, provided that the section of the bar is not reduced or, what amounts to the same, that its length is not changed appreciably.
The treatment can therefore also consist of bending alternately in both directions, by passing the bar through a series of rollers. In this case, however, it is important that the last treatment is a stretching.
As has just been mentioned, the bars can also, when they are intended for prestressed concrete constructions, be stretched during the prestressing operation, the last phase of the treatment coinciding in this case with the prestressing. After stretching, the bar does not need to be relaxed, but can be fixed or anchored in the state of
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constraint. It should be noted, however, that in,. In this process, the bar must be stretched beyond its elastic limit during the pre-stress which differentiates this process from the usual method in which the tension never exceeds the elastic limit.
During the pre-stressing, the degree of stretching should be chosen such that the desired final tension is reached after shrinkage of the steel and concrete. If one wishes to arrive at a final tension which is still lower than that which can be obtained by the relaxation due to the retreat one relaxes slightly the bar after stretching and before fixing or anchoring it.
Regulations in some countries require that the pre-stress force not exceed the withdrawal limit. It has been proven, however, that moderate stretching, less than 1%, but which nevertheless exceeds the yield strength, significantly increases the shrinkage limit.
The methods described above and in the claims can be modified in various ways, without the scope of the invention being exceeded or limited.
CLAIMS.
1. - A method for producing cold-treated reinforced concrete steel bars, in which the hot-rolled bar of any surface section and configuration is subjected to the cold state, simultaneously or successively to one or more deformations, at least one of which does not noticeably modify the section or the length of the bar, the latter being ultimately subjected to a drawing operation with a force sufficient to exceed the elastic limit, the various treatments mentioned above being carried out in such a way that the bar has undergone permanent deformations after each of these operations.
2. - A modification of the method set out in claim 1, in which the first or fine of the first operations which do not perceptibly modify the section or the length of the bar, consists in twisting the latter in an arbitrary direction or successively in both ways.
A modification of the method set out in claim 1, wherein the first or one of the first operations which does not perceptibly change the section or length of the bar is to bend the bar one or more times. successively in directions @ oppositeso
40 - A modification of the method set out in claims 1 and 3, in which the folding operation is carried out by passing the bar between one or more series of rollers.
5. - A modification of the method set out in claims 1 and 3, wherein the first operation, besides twisting and / or bending in both directions, consists of another operation, such as stretching or rolling. cold in order to provide the bar with edges, cammes, laminated flanges, etc.
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