Procédé de fabrication d'une poutre métallique à âme pleine et son utilisation La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une poutre métallique destinée à Être utilisée en génie civil, comportant au moins une âme pleine/ et au moins deux semelles, dans lequel on assemble
l'âme aux semelles susdites par exemple par soudure, ainsi que son utilisation.
On connaît des poutres métalliques à section
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rayon de courbure qui sont produites en grande série dans les aciéries sous forme de profilés de section constante.
i La nécessité de réaliser des poutres de dimensions plus grandes que les dimensions commerciales est assez fréquente. On assemble alors, par exemple par soudure, rivetage ou boulonnage, des profilés laminés ou coulés plats, en atelier ou à l'endroit d'utilisation.
Ces poutres sont principalement utilisées en génie civil, pour constituer, par exemple, une partie du tablier d'un pont ou un plancher d'atelier ou d'entrepôt.
Lors de la mise en charge de ces poutres, certaines zones de l'âme peuvent être mises en compression.
Dans le cas de poutres à âme de faible épaisseur, les zones de l'âme soumises à des efforts normaux de compression, sont, de manière connue, souvent renforcées par des profils de raidissement verticaux et horizon- taux, qui doivent être fixés sur l'âme de la poutre par soudure, boulonnage ou rivetage, afin d'éviter le voilement de l'âme.
Ces opérations compliquent la fabrication de
la poutre. Elles nécessitent une main d'oeuvre qualifiée et importante et contribuent à augmenter le délai et le prix de la construction. La combinaison de raidisseurs horizontaux et verticaux est particulièrement onéreuse,, parce que les raidisseurs horizontaux doivent être
fixés à la fois sur les âmes et sur les raidisseurs verticaux.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à supprimer les raidisseurs longitudinaux. Elle a pour objet un procédé de fabrication d'une poutre métallique comportant une
âme pleine et deux semelles, dans lequel on assemble l'âme aux semelles susdites, ce procédé étant caractérisé essentiellement en ce qu'avant d'assembler l'âme aux
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trainte de traction telle que l'âme ne subira jamais de compression dans les phases ultérieures de sollicitation, de sorte que la mise en place d'éléments de raidissement longitudinaux sur la dite âme est superflue. La précontrainte de traction peut se réaliser en prenant
appui soit sur un massif extérieur, soit sur les semelles de la poutre. Si on prend appui, sur un massif extérieur pour mettre l'âme en traction, les semelles ne sont pas sollicitées au moment de la mise en traction de l'âme. Lorsqu'on relâche la précontrainte, après avoir assemblé l'âme en précontrainte de traction aux semelles, on
exerce sur la section finale de la poutre, un effort de compression, venant pour les âmes en déduction de la traction initiale mais comprimant les semelles de la poutre:
Si, par contre, on prend appui sur les semelles, celles-ci sont comprimées et sont soumises à une contraction , dès le moment de la mise en précontrainte de traction de l'âme. La précontrainte de traction réalisée dans l'âme est conservée telle quelle, après fixation de l'âme aux semelles, par exemple par soudure, boulonnage ou rivetage.
Lors de la mise en précontrainte de traction de l'âme, en prenant appui sur les semelles,
ces dernières peuvent avoir tendance à flamber
sous l'effort de compression.
Les semelles peuvent ainsi soit flamber vers l'extérieur dans le plan de l'âme en s'éloignant brusquement de celle-ci, soit flamber perpendiculairement à l'âme en glissant latéralement le long du bord supérieur
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naturellement un flambage des semelles dans le plan de l'âme vers'celle-ci.
On peut éviter le flambage latéral des semelles, lors de la mise en traction de l'âme en prenant appui sur ces semelles, en empêchant tout glissement latéral de la
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formée dans les semelles ou formée par ou dans des pièces fixées à ces semelles.
Les efforts de traction peuvent être appliqués
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vérins, fixés à une ou éventuellement à chaque extrémité de l'Ame susdite. Ces vérins peuvent prendre appui sur un massif extérieur ou sur les semelles de la poutre.
Dans chaque zone d'about de l'âme, c'est-à-dire à chaque extrémité libre de celle-ci, les tensions provoquées par la précontrainte de traction restent concentrées le long des arêtes de fixation de l'âme aux semelles. Pour reprendre la précontrainte de traction dans les zones d'about et la répartir sur toute la hauteur de l'âme, il est souvent nécessaire de fixer un ou plusieurs raidisseurs verticaux au voisinage des extrémités de l'âme. Fixer des raidisseurs verticaux
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est une opération très simple, si la poutre ne comporte pas de raidisseurs horizontaux.
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on divise l'Orne en plusieurs parties ou bandes dans le sen longitudinal et on soumet éventuellement les parties ou bandes d'âme à des précontraintes de traction différentes. Pour réaliser ces précontraintes, on peut prendre appui
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intermédiaires que l'on soude ou que l'on boulonne longitu dinalement l'une à l'autre lors de l'assemblage de la poutre
Cette méthode a pour avantage d'éliminer les difficultés de transport pour les poutres de grande hauteur et de limiter la précontrainte de traction
aux zones de l'âme, qui sont soumises à une compression, lors de la mise en charge de la poutre.
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tion ressortiront de la description suivante des dessins annexés au présent mémoire, qui illustrent le procédé suivant l'invention.
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- la figure 1 est un diagramme de répartition des tensions rectangulaire;
- la figure 2 est un diagramme de répartition des tensions trapézoïdal;
- la figure 3 est un diagramme de répartition des tensions triangulaire;
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- la figure 4 représente un premier mode de réalisation j de l'invention, dans lequel on soumet l'âme d'une poutre <EMI ID=12.1>
semelles supérieure et inférieure de la poutre au
moyen de vérins;
- la figure 5 représente la section droite de la poutre représentée à la figure 4;
- la figure 6 représente un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel on prend appui sur des massifs <EMI ID=13.1>
d'une poutre;
- la figure 7 représente la section droite d'une poutre, dont l'âme est divisée en trois bandes et renforcée par des semelles intermédiaires ainsi qu'un diagramme de répartition des tensions dans une section quelconque de la poutre;
- la figure 8 représente le diagramme de répartition des tensions finales de la section médiane de la poutre décrite dans l'exemple 1.
Dans ces différentes figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Les figures 1 à 3 représentent chacune un diagramme de répartition des tensions, dans une section quelconque d'une poutre de hauteur h, dont l'âme d'épaisseur e est soumise à une précontrainte de traction.
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traction réalisée dans la fibre supérieure de l'âme,
(T'ai est la tension de traction réalisée dans la fibre
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exercée sur la fibre supérieure et Ri représente la
réaction d'appui exercée sur la fibre inférieure.
i Si on prend appui sur les semelles de la poutre, les tensions réalisées au moment de la précontrainte sont intégralement maintenues, lorsqu'on relâche cette précontrainte après avoir fixé l'âme à la ou aux semelles.
Si on prend appui sur un massif extérieur pour mettre l'âme en traction, les semelles ne sunt pas sollicitées au moment de la mise en précontrainte de traction. Lorsqu'on relâche la précontrainte, après avoir assemblé l'âme en précontrainte de traction aux semelles, celles-ci reprennent l'effort de traction et sont mises en compression et la traction initiale réalisée dans l'âme diminue.
Le diagramme est rectangulaire si les efforts de précontrainte de traction réalisés par exemple par les
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Le diagramme est trapézoïdal ou triangulaire si les efforts de précontrainte de traction réalisés par exemple par les vérins sur les semelles supérieure et inférieure sont différents comme représenté aux figures 2 et 3.
La figure 4 illustre un mode de réalisation du procédé suivant l'invention, par lequel on soumet l'âme <EMI ID=17.1>
de deux vérins, désignés par la notation de référence 2, en prenant appui sur les semelles supérieure 3 et inférieure 4 d'une part et sur une poutre extérieure 5 d'autre part. La poutre 5 est solidaire de l'âme 1 par la pièce de fixation 6 et des boulons 7. Un système provisoire, constitué de tiges filetées à leurs extrémités et disposées verticalement 8 et en diagonale 9, permet d'éviter le flambage des semelles supérieure 3 et inférieure 4 dans le plan de l'âme dans le sens des flèches <EMI ID=18.1> l'Orne. Les vérins 2 exercent sur l'âme un effort de traction dans le sens des flèches X et X' .
Une rainure 10, ménagée dans chaque semelle 3, 4 du côté de l'âme 1 et représentée à la figure 5,
empoche le glissement latéral de la semelle 3, 4.
Dans la figure 6, on soumet l'âme 1 à une précontrainte de traction à l'aide d'un vérin 2 en s'appuyant sur des massifs extérieurs 11.
<EMI ID=19.1> poutre dont l'âme désignée par la notation de référence
1 est composée de trois bandes 14 à 16 renforcées par des semelles intermédiaires 17, assemblées entre elles par des boulons 7.
Le diagramme de répartition des contraintes, joint
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précontraintes. On voit qu'il donne des compressions dans la partie supérieure de l'âme.
Dans ce^ cas, seule l'âme 14 doit être en précontrainte.
L'exemple suivant sert à illustrer de façon concrète le procédé faisant l'objet de l'invention.
Cet exemple s'applique à un cas particulier. Il ne peut donc être pris qu'à titre illustratif et non limitatif.
EXEMPLE
Le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre pour la construction d'un pont de 82,50m de portée et de
28m de largeur. Le tablier est constitué par une dalle en béton armé de 30cm d'épaisseur et par quatre poutres en
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deux poutres médianes ont les dimensions suivantes t
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Les poutres médianes sont destinées à recevoir chacune comme charge:
1. le poids de la structure métallique : 1500 kg/m
2. le poids de la dalle de béton armé : au total 5725 kg
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1700 kg/m
4. les charges mobiles réparties sur la longueur du pont :
3135 kg/m.
le train de charges soit 56.084 kg.
Lors de l'assemblage des tronçons de poutres
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trainte de traction dont la résultante vaut 344.250 kg à l'aide de vérins en s'appuyant sur les semelles supérieure et inférieure. Lors de la mise en précontrainte, la semelle supérieure subit une compression égale à
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pression de 127.5 kg/cm<2>.
Dans la partie supérieure dé l'âme, la tension de traction, due à la précontrainte, atteint 1700 kg/cm<2>.
La poutre est transportée en trois tronçons 3 de
27,50m (1=3 x 27,50 = 82,50m).
On réalise l'assemblage des tronçons de poutres, lors de la construction du pont, par les différentes phases suivantes :
Dans la première phase on érige des palées provisoires et des appuis d'extrémités.
La deuxième phase comporte la mise en place des tronçons assemblés en atelier par le nouveau procédé suivant l'invention, sur des palées provisoires.
La distance entre deux palées provisoires
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La troisième phase consiste en l'assemblage bout â bout des tronçons pour constituer une poutre de tablier.
La quatrième phase comporte le bétonnage de la dalle de béton armé, sur les palées provisoires. Des butées d'adhérence sont prévues sur la semelle supérieure pour solidariser celle-ci avec le béton.
La cinquième phase comprend l'enlèvement des palées provisoires et l'application d'un revêtement
sur la dalle de béton.
Le diagramme de répartition des tensions sous charge finale de la section médiane d'une des deux poutres médianes utilisée pour la construction d'une partie du tablier du pont est représenté à la figure 8. Il est également donné par le tableau I, dans lequel <EMI ID=28.1> de la poutre, dues au poids propre de la construction,
au poids du revêtement, au retrait du béton et aux charges mobiles. Les tensions dues à la dilatation thermique ne sont pas mentionnées dans le tableau I.
On prévoit au moins un raidisseur vertical dans chaque zone d'about, pour répartir la précontrainte de traction sur toute la hauteur de l'âme.
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Le diagramme de répartition des tensions dans la - section médiane d'une poutre constituée d'éléments plats soumise aux charges décrites ci-dessus mais assemblée par une méthode traditionnelle, par exemple par soudure, boulonnage ou rivetage sans précontrainte de l'âme, est donné dans le tableau II.
TABLEAU II.
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On remarque que dans la partie médiane supérieure de l'âme d'une poutre connue, en l'occurrence celle dont l'âme est assemblée aux semelles sans précontrainte de
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charge totale' s'élève à 1471,44 kg/cm<2>, ce qui nécessite l'emploi de raidisseurs horizontaux, par exemple au nombre de trois, alors que, lorsque cette partie de l'âme à été soumise à une précontrainte de traction, avant d'être assemblée aux semelles supérieure et inférieure, la tension totale sous charge totale
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une traction (voir tableau 1).
On voit donc que le procédé suivant l'invention permet de soumettre l'âme à une précontrainte de traction telle que, dans toutes les phases ultérieures de sollicitation, l'âme susdite ne soit plus jamais comprimée. Ce résultat du procédé suivant l'invention permet de supprimer les raidisseurs horizontaux dans
la partie supérieure médiane de l'âme.
Ce résultat est remarquable, quand on sait que, dans le cas d'une poutre identique; assembla par les procédés connus, sans précontrainte de traction, de l'âme,
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Il est évident que l'invention n'est pas
limitée aux détails décrits plus haut, pour réaliser
la précontrainte de traction de l'âme et que de
nombreuses modifications peuvent être apportées à ces détails sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, la poutre peut, par exemple, comporter deux âmes pleines, assemblées aux semelles supérieure et infériez re et constituer une poutre à caisson.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une poutre métallique com-
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précontrainte de traction, telle que la mise en place d'éléments de raidissement longitudinaux sur la dite âme soit superflue.