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Profila creux.en acier et son procédé de fabrication.
La présente invention concerne un profilé creux en. acier ainsi qu'un procédé pour fabriquer ce profilé.
On connatt des profilés creux en acier de différentes sections. Il s'agit cependant, dans la plupart des cas, de pro- filés spéciaux dor' les domaines d'utilisation sont strictement limités. On connaiégalement des tubes à section polygonale qui sont étirés à frolc à partir de tubes ronds et ensuite soumis à un traitement de normalisation, compte tenu du risque de forma- tion de criques lors du soudage. On fabrique des tubes de diffé- rentes dimensions. Touts ces profilés ont une .caractéristique en
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commun, à savoir leur épaisseur de paroi est uniforme.
Dans tous les domaines d'utilisation des profilés, il est indispensable, pour des raisons de rentabilité, de tirer l'avantage maximum des éléments de construction intéressés, en ce qui concerne leurs caractéristiques de résistance. Ceci est encore plus impératif dans le domaine des constructions dites "légères". Or, suivant les lois élémentaires de la résistance des matériaux, les éléments à épaisseur de paroi constante ne peuvent atteindre des valeurs de résistance optima que lorsqu'ils sont soumis à des types déterminés de sollicitation , par exem- ple, dans des conditions de sollicitation à la compression, à la traction, etc...
Ces profilés ne sont pas avantageux en ce qui concerne leur résistance aux sollicitations les plus cou- rantes dans les constructions de bâtiments, à savoir :la sol. licitation à la flexion dans une direction prépondérante. Par ailleurs, ces profilés sont onéreux étant donné qu'on les fa- brique à partir de tubas,
Par conséquent, on utilise dans ce dernier domaine d'application surtout des profits ouverts, tels que des pro- filés en T, U et I.
Ces profilés présentent plusieurs inconvé- nients par rapport aux profilés creux !leur résistance à la torsion et au pliage est moindre ; ils présentent une surface plus grande exposée à la corrosion (rouille), et leur configu- ration extérieure rend souvent nécessaire un revêtement, soit pour des raisons d'ordre technique, soit pour des raisons d'or- dre esthétique.
L'invention a pour but de créer un profilé en acier qui présente, pour un poids minimum, une rigidité maximum, une résistance maximum à la flexion dans une direction prépondéran- te ; tout en présentant également une résistance optimum à d'autres
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types de sollicitation et à la flexion dans d'autres directions, ledit profile étant facile à fabriquer et offrant un-aspect agréable.
Le profilé faisant l'objet de l'invention est carac- térisé en ce qu'il est constitue par des demi-coques laminées profilées à épaisseur de paroi non constante, qui sont assem- blées par soudage le long de leurs bords longitudinaux libres*
Par comparaison avec celui des profilés connus qui 'offre les caractéristiques les plus favorables, à savoir le profilé en I à ailes larges, le profilé suivant l'invention présente les avantages suivants';
Résistance accrue à la torsion, simplification des travaux d'établissement de projets et de construction rédue- tion des calculs préalables, usinage plus facile gn atelier et préparation simplifiée par soudure, ainsi que contr8le sim- plifé des joints soudés.
En outre, le profilé suivant l'inven- tion présente un aspect esthétiquement plus favorable.
Par ailleurs, les caractéristiques de résistance à la flexion et de rigidité transversalement à la direction de sollicitation principale se trouvent améliorées, pour un même poids du profilé, étant donné que les âmes de celui-ci sont - , situées à l'extérieur, contrairement au profilé en I ou l'âme se situe à proximité de la fibre neutre (axe neutre) et ne travaille pas, c'est-à-dire ne "porte" pas.
Par comparaison avec les profilés à section rectan- gulaire classiques , le profilé creux suivant l'invention pré- sente des avantage.- en ce qu'il peut être utilisé rationnelle- ment dans des conditions de sollicitation de flexion dans une direction prépondérante,, et en ce que sa fabrication est moins onéreuse.
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Dans un mode de réalisation avantageux, le profilé creux suivant l'invention est constitue par deux demi-profilés en U dont les ailes latérales s'étendant à partir des bords libres présentent une épaisseur de paroi différente de celle des ailes médianes, ou âmes.
On procédé pour fabriquer le profilé creux suivant l'invention consiste à laminer une bande d'acier d'épaisseur non constante dans le sens de sa largeur, à plier la bande laminée latéralement pour former une demi-coque profilée et à assembler ensuite deux demi-coques profilées par soudage le long de leurs bords longitudinaux libres respectifs. On comprendra qu'il ne s'agit pas simplement d'assembler par sou- dage deux profilés laminés classiques ; au contraire l'inven- tion vise un procédé avantageux pour la fabrication du profilé par cintrage à partir d'une bande d'acier.
En mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention, on peut'produire des profilés creux de sections différentes et présentant différentes épais- seurs de paroi non constantes.
On peut laminer la bande d'acier de manière à obtenir une variation d'épaisseur progressive ou une variation d'épais- seur par gradins.
Dans un mode de réalisation particulièrement avanta- geux les demi-coques profilées sont assemblées par soudage par un processus mécanique ou automatique.
Etant donné qu'on peut réaliser des profilés creux suivant l'invention en grandes dimensions et qu'on peut les utiliser tant dans la construction légère que dans la construc. tion lourde, ces profilés ont un vaste domaine d'application dans les industries des constructions en acier, des construc- tions en béton armé, la construction des machines et de la
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construction navale.
Compte tenu des nécessités de la construction, notam- ment en ce qui concerne les assemblages par soudure qui sont presque toujours requis, il est important qu'on puisse disposer de tubes qui!, tout en présentant des dimensions identiques, pré- sentent des caractéristiques statiques différentes ; or, l'in- vention permet de fabriquer des profilés qui remplissent ces con- ditions.
Llns des applications particulièrement intéressante de l'invention concerne le domaine de la pré-fabrication d'éléments de construction, où il s'avéra particulièrement avantageux de pouvoir conférer aux différentes demi-coques profilées la forme désirée, avant le soudage, par exemple lors de la fabrication de mâts, cadres, poutres encastrées coniques, tels qu'on les utilise dans le domaine de,la construction mécanique, etc...
Les demi-coques profilées qui peuvent présenter toutes dimensions et configurations désirées offrent en elles-mêmes de . nombreuses possibilités d'utilisation en tant que matériel de préparation (poutres de guidage, éléments de cadres, etc..).
Le procédé suivant l'invention permet de fabriquer des profilés spéciaux d'une manière simple et peu onéreuse.
L'invention sera mieux comprise la lecture de la description détailla qui va suivre, et à l'examen des des- sins annexés, lui - 'présentent, à titre d'exemples non limita- tifs , plusieurs me es de réalisation suivant l'invention.
La fig. montre, en coupe, une bande d'acier servant à fabriquer une de, -coque profilée.
La fige 2 montre, en coupe, le profilé en U obtenu à partir de la bande d'acier de la fige 1.
La fig. 3 montre, en coupe transversale, un profilé
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creux suivant l'invention, dans lequel les joints soudés se situent sur les âmes du profila ce dernier étant fabriqué à partir de deux profilas en U, tels que celui représenté sur la figure 2.
Les figs. 4 et 6 sont des coupes analogues à celles des figs. 1 - 3, montrant les différentes phases de la fabri- cation d'un profilé creux dans lequel les joints soudés se si- tuent dans les ailes, et
Les figs. 7 - 9 sont des coupes analogues à celles des figs. 1 - 3 ou 4 - 6, montrant les différentes phases de fabri- cation d'un profilé suivant un autre mode de réalisation.
Dans le procédé suivant l'invention pour fabriquer des profilés creux en acier, on commence par préparer une bande d'acier présentant une épaisseur non constante dans le sens de sa largeur. '
La fige 1 montre une bande d'acier 10 de ce genre. Elle comporte deux zones latérales 11 et 12 d'épaisseur relativement faible et une zone médiane 13 de plus grande épaisseur. Les rac- cardements entre ces zones sont profilés obliquement. Une bande . d'acier de ce genre peut être fabriquée par laminage, d'une ma- nière connue en soi.
La fige 2 montre cette même pièce, mais transformée, par plisse? en profita en 0 10' rectangulaire 11. ailes droites.
La partie médiane de la bande 10 forme la base 13' de 1'C (ou âme du profilé), cependant que les parties latérales 11 et 12 forment les ailes 11' et 12', respectivement, de '1'0. Dans le cas d'une fabrication en série, d'éléments rectilignes de ce genre, les opérations de pliage sont effectuées, à chaud ou à froid, entre des galets, d'une manière connue en soi.
La fige 3 est une coupe du profilé creux fini 10".
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Ce profilé est .constitue par deux profilés en U, ou demi-co- ques profilées, 10' selon la fige 2, qui sont assemblés par soudure 15 le long de leurs bords libres 14. Le soudage peut être effectué par tout procède'classique convenable, notamment par un procédé de soudage automatique utilisant un métal d'ap- port sous forme de poudre. Dans l'exemple présent, la soudure se situe dans les parties les moins épaisses du profilé, par- ties qu'on peut désigner par "âme", par analogie avec la no- menclature des parties des éléments d'un profilé classique.
Par conséquent, le profilé est utilisé, de préférence de façon telle que l'une des ailes 13' soit soumise à une sollicitation à la flexion.
La fige 4 montre une bande d'acier 20 comportant deux parties latérales 21,22 relativement épaisses et une partie médiane 23 plus mince. A partir de cette bande d'acier on forme, par pliage, un profilé en 0 20' (Fig. 5), et deux profilés en U 20' sont reliés par soudage 25 le long des bords libres 24 des ailes 21' et 22' à épaisseur relativement grande.
(Fig. 6). Dans cet exemple, les soudures se situent donc dans les ailes du profilé creux fini 20".
Les deux profilés creux 10" et 20" ci-dessus sont - fabriqués à partir de bandes d'acier dont l'épaisseur varie par gradins. La figure 7 montre une bande d'acier 30 comportant deux parties latérales 31 et 32 d'épaisseur sensiblement con- stante, et une pa die médiane 33 plus épaisse, formant bourre- le%. La figura 3 )ntre le profilé en 0 30' fabriqué à partir de cette bande 30. La partie plus épaisse formant bourrelet de la partie médiane 33' se situe à l'intérieur du profilé dont les parois extérieures sont, par conséquent, planes.
La fige 9 montre le preilé creux 30" constitué par
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deux demi-coques profilées 30' assemblées par soudure 35, Tout comme dans l'exemple de la figure 3, la soudure 35 se situe sur l'âme du profilé.
Les profilés creux 10" et 20" présentent une section extérieur(carrée, cependant que le profilé 30" présente une section rectangulaire du fait qu'il comporte des âmes relati- vement longues et des ailes relativement plus courtes. La ré- sistance à la flexion et la rigidité sont, par conséquent, ac- crues dans une direction prédéterminée, sans augmentation du poids du profilé, ..
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TABLEAU I - (Comparaison avec des profilés creux rectangulaires classiques)
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Dimensions valeurs Ka variations en surface & volume du Profilé ¯¯¯¯¯¯¯###¯¯ statiques % peinture profilé n - - --.---- - ¯ an mm ¯ cm 2 cm com $' "x ¯ - m 2m V .1 '"###############:######:### .. * é jsrr 180 1809.09.0 58.02730 303 5.22 t00:.t00 100 0.72 100 32.4 100 " ' . ."i > x ¯ +B ¯ S x 1 x 1U .â i ###################### -x"}l 160 105.5 t3.758 2570 32t s.a.9 101 106 105 0.64 89 25.6 79 160 ... 5.49 1D6 o.64 25.6 .
. S2 r: -############################### 1 x IT 180 180 6. 02 t985 22t¯¯¯5.49 100 100 100 te -t* c S2 ### ### ### ### ### ¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯ ¯¯¯ , à .' 0 ..######### t, 'm x + x 180 180 6 . U i 5,2 'I 8 4070 452 s, 2't 181 205 113 ne., 0 !.".#<###t .. ¯ ...
.xn###;###t####################### #### ####!##........t, ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯,¯¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ H = hauteur, B = largeur ; SI. et s2 = épaisseur de paroi kz= coefficient d'utilisation du profile......,-..
L'épaiseur de paroi S2 a été calculée à l'aide d'une calculatrice électronique pour le rapport Jx:F optimum (les dimensions extérieures et l'épaisseur de paroi sl étant connus).
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Le tableau 1 compare un profilé creux classique à section rectangulaire avec des profilés suivant l'invention, compte tenu des caractéristiques essentielles de ces profilés..
L'aire de section pleine F constitue une mesure dont le poids par unité de longueur, dans le cas de profilés faits du même matériau.
J et W sentîtes symboles habituels pour le couple d'inertie axiale et le couple de résistance axiale ; l'indice désigne l'axe de référence. Le coefficient W :F constitue une mesure de la résistance à laflexion de profilés de poids égal* La colonne "variation en %" indique en % des valeurs de diffé- rentes caractéristiques du profilé suivant l'invention, rappor- fées aux valeurs correspondantes d'un profilé analogue classi-: ' que. On autre facteur de grande importance pratique est la sur- ' face de peinture par unité de longueur du profilé.
Ce facteur, qui intéresse la surface à protéger contre la corrosion, etc.., n'entre pas seulement dans le calcul du coût d'une construction, mais constitue également une donnée essentielle du coût de l'en- tretien d'un battement ou d'une machine. Le volume des profilés est le volume perdu du fait des éléments porteurs constitués par ces profilés.
Dans la rubrique 1.I on compare un profilé creux con- nu a avec un profilé creux .2 suivant l'invention présentant sen- siblement la même aire de section F, c'est-à-dire sensiblement le même poids.
Même pour des dimensions inférieures le coefficient
W/F du profilé suivant l'invention est supérieur à celui du profilé rectangulaire classique, cependant que la surface de peinture et le volume du profilé sont plus petits.
La rubrique 1.Il compare le profilé a avec un profilé
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creux c suivant l'invention de mêmes dimensions extérieures, ' On constate que la rigidité et la résistance à la flexion du , profilé suivant l'Invention sont sensiblement supérieures..
Il ressort de ce qui précède qu'outre tous les avàn- tages pratiqués qu'offre le profilé suivant l'invention, celui- ci peut être fabriqué plus facilement, d'une manière moins oné- reuse et à des dimensions plus faibles le profilé suivant l'in- vention se révèle d'autant plus avantageux sur le plan économi- que qu'on doit tenir compte du fait que le coût de la fabrica- ' tion d'un tube à section rectangulaire est sensiblement plus élevé, rapporté à l'unité de poids.
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TABLEAU II - (Comparaison avec dès profilés légers à ailes larges)
EMI12.1
Profiié #.. valeurs g variations er g6 . surface bzz jazz Dimensions statiques xz variations en % peinture rFxotilé Profilé B /T../T? ' ' mm ïri mm mrn cm2 cmt em3 c4 3 cm Ca m m 2.1 S2g - 240 240 7.5 Il .0 75.8 760 675 2770 231 8.79 3.OU 100 100 100 100 100 1.37 t0057.6 10( x ¯ 240 240 7.5 1.0 231 s.79 3.oui 100 1.37 0 S24 ly q. gvo 200 5.0 15.1 77.3 5573 557 624 362 7.21 4.68 100 82 157 82 155 0.79 5840.0 6E m g S 't jsi##" 200 200 6.5 10.053.83690389 1340 134 7.23 2.49 100 100 100 100 100 1.14 100 ' $ -s 1 20o z60 369 3su 340 2.49 00 cru 3 . z00 - g ) '.Y¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯###I#################-----################# .t m 2-2-.sT-- 200 200 5.0 1 77.3 5573 557.3624 362 7.21 4.68 bzz 143 270 100 188 0.79 70 ...:' ' 4 tC bzz 0 -ri 0 X===S:
¯¯¯¯- P-1 i!i F'i < ) y - X ". ¯ H = Hauteur, B = largeur, sl et s2 épaisseur de paroi KZ = coefficient constituant une mesure de l'utilisation du profil. L'épaisseur de .paroi s2: . : a été calculée par une calculatrice électronique pour le rapport Jx/F optimum. (Les dimensians extérieures et 1 épaisseur de paroi sl étant connues).. '
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Le tableau 2 compare un profilé léger à ailea larges considéré jusqu'ioi comme extrêmement avantageux, avec un profi- lé creux suivant l'invention.
Dans la rubrique 2.I le profilé à ailes larges . présente, il est vrai, des caractéristiques de résistance à la
EMI13.1
.flexion, rapportéeslaxe prino1psl z légèrement plus favora- bles,cependant que le profilé suivant l'invention Montre des caractéristiques de résistance plus régulières, étant donné que ces valeurs de résistance rapportées à l'axe y. sont sensi- blement plus :,grandes* En ce qui concerne la surface de pein- ture et le volume, les avantages offerts par le profilé sui- vant l'invention sont considérables. On doit noter qu'on a étudié des profilés choisis au hasard.
Pour des données iden- tiques, c'est-à-dire pour des épaisseurs égales d'âme et d'ailes, les valeurs de résistance et de rigidité rapportées à la direction principale de sollicitation, sont de même gran- deur ainsi qu'on peut facilement le démontrer dans la théorie, cependant que le profilé suivant l'invention présente de meil- leures caractéristiques de résistance et de rigidité dans la direction secondaire de sollicitation.
Des conditions analogues de la rubrique 2.Il montrent égal osent la supériorité du profilé suivant l'invention.
Les profilés représentés et décrits ont été donnés à titre d'exemple sagement* Il est bien entendu que n'importe quel profilé creux peut présenter les particularités de la présente invention. ou peut être fabriqué par le procédé sui- vant l'invention.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est sus- ceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art,
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suivant les applications envisagées et Sans qu'on s'écarte pour - **la du cadre de l'invention.