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Procédé pour augmenter la force portante d'une poutre et structura obtenue par sa mise en oeuvre".
La présente invention a pour objet un prooédé perfectionne. pour augmenter la force portante d'éléments structuraux, tels que des pourtes et des longrines, et des structures obtenues par mise en oeuvre; de ce procédé; de façon plus particulière, l'invention a poux objet la modification de la force portante d'éléments structuraux préexistants, y compris de poutres et de longrines er place à l'intérieur de structures existantes et d'éléments structuraux similaires, étudies sur la base de certaines caractéristiques portantes, mais qui nécessitent des modifications du fait de modifications de dessin, du désir d'éliminer des flexions et des contraintes résultant des charges encaissées et analogue.
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Dans des structures telles que des bâtiments, des ponts, des routes en surélévation et analogue, on prévoit fréquemment des poutres et des longrines pour supporter une charge entre deux endroits espacés relias par ces éléments structuraux, les poutres et longrines étant dessinées pour supporter les c..arees initialement attendues ou prévues. Des exemples de telles structures sont les agencements de poutres et de longrines portant un plancher en béton ou tout autre matériau de struc ture .
Il arrive fréquemment que les poutres ou longrines doivent être modifiées pour leur permettre de supporter des charges plus grandes que celles pour lesquelles elles avaient été ini- tialement étudiées ou pour répartir les charges de façon différente de celle prévue dans le système d'origine. Le pro- cédé classique pour augmenter la charge portante consiste à augmenter le module de section de la longrine ou de la poutre en rivant, boulonnant ou soudant des plaques, des cornières ou tout autre élément métallique sur les semelles supérieure et inférieure des éléments structuraux.
Dans les cas dans lesquels la charge est supportée directement par la semelle supérieure, ces procédés impliquent la démolition; l'enlèvement ou le sou- lèvement de la charge, tandis que, dans certains cas, l'exis tence d'une hauteur libre suffisante permet la fixation, bien qu'avec des difficultés considérables, d'un élément approprié de structure sur la semelle inférieure. Il est ainsi fréquem ment nécessaire de démolir une portion d'un plancher existant pour placer le ou les éléments de structure nécessaires sur la semelle supérieure.
En outre, du fait que la poutre ou la longrine a supporté la charge, elle a été déformée et contrainte par elle, et il est souvent nécessaire de soulever par vérins les poutres à un ou plusieurs endroits pour les libérer des contraintes de poids mort avant de fixer le nouvel élément
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métallique sur la semelle supérieure ou inférieure. Toutes les portions de la structure retirées pour permettre l'accès à la poutre ou à la longrine doivent ensuite être réparées, ce qui entraîne des dépenses substantielles.
Le but principal de la présente invention est en consêquen- oe de fournir un procède et les moyens pour le mettre en oeuvre, pour augmenter la force portante d'une poutre, d'une longrine ou de tout autre élément porteur de structure sans avoir à aug- menter son module de section et sans avoir en conséquence besoin de fixer des éléments de structure sur les semelles de l'élément à renforcer.
Un autre but de cette invention est de procurer un procédé pour redistribuer la charge d'une longrine ou d'une poutre qui évite la nécessité de démolir ou d'enlever temporairement les structures se trouvant au-dessus, et également d'avoir à soulever par vérins la poutre ou la longrine pour la libérer des contraintes de poids mort.
Un autre but de cette invention est de procurer un procédé pour éliminer dans une poutre existante des flexions et les contraintes sans avoir besoin de la soulever verticalement par vérins.
Selon la présente invention, les buts précédents peuvent être atteints en mettant soux tension un élément allongé souple travaillant en traction (tendon), de forme polygonale, et en l'ancrant sur un élément travaillant en compression, spéciale- ment prévu dans ce but, qui est libre et indépendant de la poutre au moment de la mise sous tension. La forme polygonale est obtenue grâceà des broches, des équerres, des plaques de renforcement et d'autres dispositifs analogues fixés sur la pourtre à des endroits situés entre les points d'ancrage et capa- bles d'encaisser les composantes verticales de la tension.
Ainsi, c'est une caractéristique importante de cette invention
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que, dans le cas d'une poutre sensiblement horizontale conçue pour supporter les forces s'exerçant vers le bas, y compris le poids mort de la poutre, le tendon'ou élément travaillant en traction y est fixé à un sommet de son polygone de façon à produire une force dirigée vers le haut résultant de la ten- sion appliquée à cet élément. De cette façon, les poids morts, qui créent dans la longrine des contraintes de flexion, peu- vent être équilibrés en partie ou en totalité par des forces antagonistes introduites dans l'élément de structure par l'élé. ment souple allongé ou s'étendant longitudinalement travaillant en traction.
Du fait que les poids morts sont contrebalancés par les composantes verticales dirigées vers le haut de l'élé- ment travaillant en traction, on peut appliquer sur l'élément de structure de nouveaux poids morts ou d'autres poids roulants sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le module de la section, Selon une caractéristique importarite de l'invention, la libé- ration des contraintes de l'élément de structure s'effectue sans lui appliquer de contraintes additionnelles par le montage d'un élément indépendant travaillant en compression s'étendant longitudinalement le long de la poutre ou de la longrine et supporté aux endroits précités de transfert de forces pour ancrer les fils, torons, câbles ou autres éléments oonstituant le tendon.
L'élément travaillant en compression est libre de se déplacer longitudinalement par rapport à la poutre ou à la Longrine pour empêcher tout effort axial direct (c'est-à-dire de compression) d'être transféré à la longrine.
Ainsi, si une longrine simplement supportée ayant un éém ent travaillent en traction tendu entre des points de trans fert de forces situés aux extrémités de la longrine et au moins un somment auquel d'élément travaillant en traction s'ap- puie sur la longrine entre ces points de transfert, une force dirigée vers le haut est créée à chacun de ces sommets pour
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contrebalancer le point mort dirigé vers le bas ou pour réduire d'une quantité prédéterminée (déterminée par la tension s'exer- çant sur l'élément et l'angle d'attaque au sommet) la charge nette s'exerçant vers le bas sur la longrine en ce point, Des forces dirigées vers le bas sont appliquées aux pointa d'ancrage correspondant aux emplacements de transfert de for- ces mentionnés précédemment.
Une fois le câble ou autre tendon mis sous tension contre l'élément travaillant en compression entre les sommets aux pointa d'appui sur la longrine, l'élément travaillant en compression peut être fixé solidement à la poutre du fait quil ne peut plus ensuite s'y introduire d'efforts de compression, sauf temporairement sous l'aotion de poids roulants.
Le terme poutre tel qu'il est employé ici, reoouvre tou- tes les longrines de fers laminés ou le±, éléments de constru tion du*type longrines composites, et les treillis, qu'ils soient métalliques ou qu'ils soient réalisés en autres maté- riaux élastiques, bien que l'on considère au premier chef les poutres et longrines en acier. Dans le cas d'une structure en treillis, il est évident que les éléments entretoisant les semelles supérieures et inférieures sont l'équivalent de l'âme de la poutre pour les buts de la présente invention.
Ces formes de structure peuvent être mises en place à l'intérieur d'une structure existante, comme il a été indiqué ci-dessus, et en fait la présente invention rencontre son plus grand champ d'ap- plication dans les. cas dans lesquels la poutre est sous tension, et dans lesquels on doit faire varier la force portante pour contrebalancer des efforts complémentaires ou tenir compte de charges plus élevées que celles que l'on avait envisagées à l'origine.
En outre, l'invention considère des éléments struc- turaux que l'on peut incorporer dans du béton après la mise en place de l'élément travaillant en traction et de l'élément
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travaillant en compression, et des éléments structuraux incorpo- rés auxquels on peut fixer l'élément travaillant en traction sur un ,de leurs flancs.
L'invention va maintenant être décrite plue en détail en se référant au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une poutre faisant partie d'une struoture dont on doit augmenter la force portante conformément à l'invention ; - la figure 2 est une vue ,en coupe à grande échelle d'une portion terminale de l'ensemble de renforcement de la figure 1 - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale selon les lignes III-III et IV-IV respectivement de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue en élévation latérale analogue à la figure 1, montrant une autre réalisation; - la figure 6 est une vue en coupe transversale selon la ligne VI-VI de la figure 5;
- les figures 7, 8 et 9 sont d'autres vues analogues. la figure 1, illustrant d'autres modifications; et la figure 10 est un schéma illustrant la présente invention en plus grand détail.
On se réfère tout d'abord à la figure 10, qui montre une poutre en I ayant des semelles supérieure et inférieure; on voit que cet élément structural est supporté en S et S" au voi- sinage de ses extrémités. Si une charge L est appliquée à cette poutre, le poids mort de la poutre (représenté par la flèche W et la charge L exerceront des efforts vers le bas et ceux-ci seront transmis aux supports S' et S".
Si, selon l'invention, on désire équilibrer la totalité ou une partie de la charge ap- pliquée à la poutre dans la région de la charge L, un tendon souple sera tendu entre les points de transmission d'efforts P et P", de préférence situés directement au-dessus des supports S'et S", de façon à transmettre directement à ces supports la
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composante dirigée vers le bas de l'effort encaissé par l'élément travaillant en traction T, comme il est représenté par les flè- ohes F et F Au sommet V l'élément travaillant en traction est fixé à la poutre par des moyens qui seront décrits en détail ci-après et qui sont représentés par une broche P Du fait que le tendon T est soumis à une forte tension,
une composante diri- gée vers le haut représentée par la flèche F sera appliquée à la poutre pour contrebalancer les forces s'exerçant vers le bas. Les composantes axiales de compression C' et C" du câble travaillant en traction sont encaissées par un élément M tra- vaillant en compression et spécialement prévu dans ce but, cet élément M étant libre et indépendant de la poutre ; ainsi, les composantes axiales de compression ne sont pas transmises à la poutre I. La tension appliquée au tendon T est représentée par les flèches T'et T L'élément M peut coulisser parallè- lement à lui-même et est simplement maintenu contre la poutre pour éviter le flambage.
Pour transmettre les efforts dirigés vers le bas F' et F aux supports S' et S", il est prévu des raidisseurs qui constituent des éléments de transmission d'ef- forts, comme il sera décrit en détail oi-après. Ces raidisseurs peuvent être constitués par les raidisaeurs existants des pou- tres conventionnelles, ou par des plaques ou par des cornières spécialement prévues dans ce but; ces éléments de raidissement peuvent être renforcés dans les zones que traverse l'élément T travaillant en traction.
Des figures 1 à 4 il apparaît que la poutre en acier 1 repose sur deux supports 11 et 12 longitudinalement espacés et porte un poids mort représenté par une plaque de béton 10.
Bien entendu, la structure peut également comporter des pou- tres additionnelles, non représentées, s'étendant parallèle- ment la poutre 1.
La poutre 1 s la profil en 1 habituel avec une âme 13, une
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semelle supérieure 14 et une semelle inférieure 15. Les semel- les sont entretoisées d'un seul oôté de l'âme 13 ou des deux côtés par des raidisseurs 16 à travers lesquels peut passer l'élément travaillant en compression ou sur lesquels il peut être monté de façon que'ses extrémités soient plus près des supports 11 et 12 que du milieu de l'élément 3. L'élément travaillant en compression 3 est, dans ce cas, une cornière ouverte vers le bas comme on le voit mieux sur les figures 3 et 4 et est rac- cordé aux extrémités du câble de traction ou de tout autre ten- don 2 par des écrous et des rondelles coniques IF et 4 ou par tout autre moyen conventionnellement utilisé pour l'ancrage.
Ainsi, lorsque le câble 2 est mis sous tension, des forces de compression axiales sont appliquées longitudinalement à l'élé- ment travaillant en compression 3. Cette compression n'est pas transmise à la poutre 1 du fait que l'élément travaillant en compression 3 peut se déplacer librement de façon longitudinale par rapport à la poutre et que seules des forces de frottement négligeables sont transmises entre ces deux parties dans le sens longitudinal. L'élément travaillant en traction 2 et, bien entendu, l'élément travaillant en compression qui lui est fixé Dont supportés par des potences , ou par des raidisseurs, ana- logues ou identiques aux raidisseurs 16 entretoisant les semel- les. Les potences 5 portent la barre en lui laissant toute liber- té de coulissement par rapport à elles.
D'autres potences 6 avec des évidement ouverts vers le bas coopèrent avec le ten- don 2 par en dessus et servent à transmettre les composantes verticales dirigées vers le haut des forces exercées par le câble sur la poutre 1 aux sommets d'un polygone correspondant à des points situés entre les raidisseurs supportant la barre 16 et les moyens d'ancrage référencés de façon générale en 4 Les potences 6' représentent un moyen approprie pour transmettre à l'élément de structure les efforts direigés vers le haut.
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Comme on peut le voir sur la figure -, des poutres transversales 7 coopérant avec la poutre 1 peuvent être munies de goussets 7' et présenter des orifices pour guider l'élément travaillant en compression 3 et'l'élément travaillant en tension 2.
Afin de tenir compte du fait que les ouvertures nécessitées par le passage des éléments 2 et 3 peuvent affaiblir les pou- tres transversales 7 ou les raidisseurs 16, la zone entourant ces ouvertures peut être renforcée par des plaques, des corniè- res ou analogues. On peut voir sur la figure 1+ que l'élément travaillant en compression peut être monté le long des cornières de liaison 8 et à l'extérieur d'elles, tandis que les potences supports 5 servent à ce but dans la disposition de la figure 3.
Les points de coopération entre le câble 2 et la poutre 1 se trouvent sur une'ligne polygonale qui peut pratiquement coin- cider avec la ligne des moments de la structure supportée sous, l'action du poids mort de sorte qu'il résulte du montage de l'élément travaillant en traction 2 que la charge peut être répartie de façon pratiquement uniforme sur la longrine, même si à l'origine la répartition des contraintes n'était pas uniforme. Naturellement, chacune des autres poutres de la struo- ture s'étendant parallèlement à la poutre 1 peut être renforcée de façon analogue avec les ensembles correspondants de renfor- cement 2 et 3, de préférence disposés symétriquement, par exemple, sur les cotée se faisant face de poutres adjacentes.
Dans les cas où il n'y a pas: de poutres transversales, les ensembles de renforcement peuvent être montés symétriquement sur les cô tés de l'âme 13 d'u.ne poutre simple.
On peut utiliser les moyens usuels, par exemple des agence- ments de vérins hydrauliques, pour mettre le câble 2 sous tension et pour ancrer ses extrémités à l'élément de compression 3 pour maintenir le câble sous une tension suffisante pour maintenir la poutre 1 sensiblement horizontale ou même légèrement cambrée
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vers le haut, sous l'action du poids mort, sans soumettre cette poutre à une compression longitudinale quelconque. L'élément travaillant en compression 3 peut rester libre par rapport à la poutre après mise sous tension, ou peut être raccordé par soudure aux points auxquels il est supporté; cette fixa- tion ne modifie pas le fait que les contraintes axiales sont encaissées par l'élément travaillant en compression.
Les figures 5 et 6 montrent une disposition sensiblement analogue dans laquelle la poutre 1 a été remplacée par une pou- tre composée la avec des plaques de recouvrement 18 et 19 dans ses semelles supérieure et inférieure. Des raidisseurs 8a portent des supports 5a et 6 à travers lesquels passent l'élément tra- vaillant en compression 3a et le câble travaillant en traction 2a L'élément travaillant en compression 3a a ioi un profil en H. Il apparaît que, dans cette disposition également, les plaques supports transmettant les efforts de l'ensemble 2a 3a et les moyens pour fixer l'élément travaillant en traotion 2a à la poutre aux sommets du polygone peuvent être formés, au moins partiellement, par des poutres transversales ou par des goussets, comme il est représenté sur les figures 1 et 4, ou que les élé- ments 2a,
3a peuvent traverser direotement les raidisseurs, sans exiger de cornières ou d'éléments analogues pour être montés sur eux, comme on le voit sur le côté gauche de la figure 6.
La figure 7 représente une poutre continue usuelle 1b reposant sur un support intermédiaire 20, outre les deux supporta terminaux 11 et 12. Le câble travaillant en traction 2b s'étend encore pratiquement selon la ligne des moments sous une forme polygonale et ne s'appuie sur l'élément travaillant en compres- sion 3b qu'à ses extrémités, bien qu'étant ancré à la poutre des emplacements intermédiaires (correspondant aux sommets du polygone). Dans le système de la figure 8, la poutre 1c dépasse les supports 11 et 12, tandis que les polygones du câble
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s'étendent au-delà 'de ces supports.
Par opposition avec les réalisations précédentes, l'élément travaillant en compression 3c s'étend sous le câble associé travaillant en traction 2c
Enfin, la figure 9 illustre la possibilité de subdiviser un ensemble de renforcement selon l'invention en une multipli- cité d'éléments travaillant en traction 2d @d 2d" associés à des éléments travaillant en compression 3d' 3d 3d tous portés sur l'âme de la poutre ld;
les plus petits câbles tra- vaillant en traction 2d et 2d" ont une forme triangulaire avec leurs sommets situes à la verticale au dessus des supports 11 et 12 et au voisinage des extrémités du câble principal 2c La possibilité de coulissement longitudinal et le montage des éléments travaillant en compression, ainsi que les moyens d'an orage des câbles à la poutre, sont essentiellement les mêmes que ceux décrits dans les réalisations antérieures. Bien que l'on ait représenté des écrous, on peut utiliser tout autre moyen de blocage usuel pour ancrer les extrémités des câbles.