CA2011611A1 - Assemblages structuraux de membrures tubulaires dont les noeuds sont formes par double et triple deformation - Google Patents

Abstract

Précis Les structures métalliques ont ou sont composées essentiellement d'éléments en treillis: fermes, poutrelles, contreventements, structures en trois dimensions, pilons, tours de transmission, etc. La connection entre les membrures se réalise dans les noeuds par des rivets, des boulons ou des soudures. On connait aussi des noeuds formés par simple déformation puis boulonnés, des noeuds moulés pour les structures en 3D. Cette invention présente un nouveau type de connections boulonnées dans lesquelles les noeuds sont formés par double déformation de la section utilisée pour les membrures droites ou triple déformation pour les diagonales. Les deux premières déformations se font simultanément et d'une manière coordonée qui permet de donner au noeud la forme désirée. Cette methode permet l'utilisation des sections simples (rectangulaires, carrées, circulaires,éliptiques, etc.), et de sections composites.

Description

20~6 ~émoire descriptive La présente invention conceme les structures en treillis dont les membrures sont composées de sections ferrnées (tubulaires). Les sections peuvent être de forme simple (rectangulaires, carrées, circulaires, éliptiques, ,-~etc.) ou de forme composite, dont des exemples sont montrés sur les figures 5, 6 et 7. L'invention créé un nouveau type de connections entre les membrures des structures en treillis.
Les fermes, les poutrelles, les contreventements, etc. sont des structures en treillis. Ces structures sont construites dans un seul plan - vertical ou horizontal. Les structures en trois dimensions (3D) comme les pilons, les tours de transmission et les charpentes spatiales utilisées pour supporter des toitures ou des planchers sont entièrement en treillis.
Les éléments constitutifs des structures en treillis sont sollicités généralement en compréssion ou en traction. Dans des cas particuliers, des membrures peuvent être sollicitées aussi en fléxion.
Les structures bidimentionnelles sont composées de deux éléments continus, paralèlles ou inclinés. Ces éléments sont liés entre eux par des membrures diagonales et verticales. Les s~uctures en 3D sont constituées de membrures qui se croisent dans plusieures diIections.
La liaison entre les membrures se réalise dans les noeuds structuraux à
l'aide de goussets de connection et par assemblage avec boulons, rivets ou soudures, selon la conception choisie. Les assemblages dans les stIuctures tridimensionnelles se réalisent à l'aide de pièces spécialement m~ulées.
Dans le bqevet canadien No.1131872, I'auteur propose la formation des noeuds structuraux par sirnple déforrnation de la section tubulaire. La formation d'un tel noeud est réalisable avec une section circulaire mais incontrôlable avec une autre section - rectangulaire ou carr~e.
Dans la pqésçnte invention, les noeuds structuraux sont formés par double ou triple défolmation des sections. La manière dont on agit sur une ,~
section est rnontrée sur les f g res 9, 10_t 11.
La figure 8 montre la section originale du noeud (dans ce cas, rectangulaire~ et qui est la même que celle de la membn~re hors du noeud.
L'application des efforts de défoImation se fait de la manière qui suit.

Pretnièrernent, on applique les deux efforts horizontaux pour donner l`orientation au pliage des deux parois ver~cales. Les deux efforts verticaux sont appliquées quelques secondes après. La vitesse des deux mouvements -horizontal et vertical - est coordonnée pour permettre un pliage harmonieux dansles deux sens (figures 9 et 10). Dans la dernière phase, la préssion latérale est annulée mais la préssion verticale continue jusqu'à l`applatissement total de lazone centrale du noeud (figure 11, zone Ll). En phase finale, on poinçonne les trous nécéssaires pour les boulons de l`assemblage. Ce procédé de formation pourrait se faire aussi bien dans le sens vertical d'applatissement que dans le sens horizontal. n suffit de mettre la section à 90 et de proceder dans le sensopposé.
Les têtes servant d'appliquer la préssion sont construites selon la section initiale et la forme définitive à donner au noeud. Sur la figure 12, on voit un noeud de base entre deux rnembrures droites.
Pour forrner des membrures en diagonale, il sera nécéssaire d'utiliser un noeud de base et de procéder à une troisième déformation pour atteindre l`angle Y (voir figure 13). C'est un noeud de base entre deux membrures en diagonale. L'angle Y doit être au rninimum deux fois plus grand que l'angle X.
Idéalernent, l'angle Y doit être autour de 45 rnais il pouIra varier entre 20 et 70. La longueur L1 dépend du diamètre et du nombre des boulons choisis (2, 4, etc.). La longueur L2 est fonction de l'angle X et de l'hauteur de la section.
La section déformée a une largeur égale à la largeur initiale de la section.
Ce procédé de formation des noeuds structuraux permet l'assemblage direct entre les membrures par superposition avec des boulons sans utilisation de goussets de connection. Les goussets de connection pourraient être utilisés dansle cas d'assemblage d`une membn~e tubulaire avec une colonne, une poutre ou un autre élément struc~al.
Le nombre possible de détails de connection en~ les membrures tubulaires avec des noeuds formés par double et triple déformation est très grand. Dans les figures cijointes, on voit plusieurs exemples de telles connections (voir figures 13, 14, 15, 19, 21 et 23). Ce sont les détails de basepour former une ferme, une poutrelle, un contreventement, ou toute autre structure en treillis.

201l.511 Les noeuds formés aux extrêmités des membrures par double ou triple déformation (voir figures 17, 18 et 23) permettent la création d'un autre type de détails de connection aussi utiles et avec de nombreuses combinaisons et applications que les noeuds de base formés entre les membrures.
n est possible de créer des structures mixtes composées en partie de treillis tubulaires et en partie de profilés laminés à chaud ou à ~oid (voir figures 16 et 20). L'utilisation d'une structure mixte dépend des exigences de la conception.
La création des structures en 3D est relativement simple (voir figure 22). La forme applatie de la séction tubulaire permet la superposition des éléments structuraux dans le noeud, où ils sont assemblés par boulons. Les membrures sont orientées dans plusieures directions. Le nombre et le diamètre des boulons est en relation avec les efforts allpliqués dans le noeud. Pour pouvoir superposer des membrures dans le noeud, il faut tenir compte de la largeur des éléments et construire la zone applatie avec la même ou une plus grande longueur. D'une autre manière, on poulTait deterrniner la longueur de la zone applatie et choisir en conséquence la longueur des autres membrures.
Dans le noeud montré sur la figure 22, on retrouve 16 membrures d'assemblées. C'est un noeud de base pour construire des structures en 3D. Le nombre des membrures pou~ait être plus grand ou plus petit selon les besoins de la conception structurale. Il peut y avoir plusieurs boulons dans ce noeud enune seule ou deux rangées. Sur la figure 22, on montre une seule rangée de boulons.

Description des dessi~

La présente description des dessins a pour but de rnieux expliquer la nature et la portée de l'innovation.
Les figures l, 2, 3 et 4 montrent les sections simples les plus souvent rencontrées dans la pratique. Ces sections peuvent être obtenues par laminage à
chaud ou par formation à froid. Les sections formées à froid devront être fermées (soudées) pour être utilisables dans les noeuds à double ou triple déformation.
Les figures 5, 6 et 7 montrent quelques exemples de sections composées. Ces sections sont formées à froid et soudées par point ou continuellement dans leur axe vertical.
Les figures 8, 9, 10 et 11 présentent les phases de la formation ainsi que les sections finales d'un noeud.
La figure 12 présente un noeud de base entre deux membrures droites.
A partir de ce noeud, on pourra former les membrures en diagonale.
Les figures 13 et 14 montrent une élévation et une vue en plan d'un assemblage en~re deux membrures horizontales et deux diagonales. Les diagonales et les membrures horizontales ont des sections de grandeurs différentes. La connection est d'une grande simpliclité. Pour éliminer ou dirniner au maximum l'éxcentricit~ dans le noeud, la longueur Ll doit ê~e la plus petite possible. L'angle Y dépend de la géometrie de l'élément en treillis. Cet assemblage est la base pour composer des structures bidirnensionnelles -fermes, poutrelles, etc.
La figure 15 présente un noeud dans lesquels se croisent quatre diagonales avec deuxs membrures horizontales.
La figure 16 montre une connection entre deux diagonales et une membrure horizontale. Cette membrure peut être un profilé en W, C ou autre.
Pour éliminer l'excentricité dans le noeud, il suffit d'allonger la zone applatie pour permettre aux axes de se croiser dans un point.
La figure 17 présente une connection entre quatre diagonales croisées, dont les noeuds sont formés à l'extrêmité des membrures.

f La figure 18 montre un noeud de membrures horizontales et diagonales.
La figure 19 présente une ferme ou poutrelle tubulaire composée de membrures dont les noeuds sont formés par double et triple déformation et illustrés sur les figures 13 et 14.
La figure 20 est un exemple d'une structure bidimensionnelle dont la membrure supérieure est un profil W, la membrure inférieure un profil C et les diagonales sont tubulaires avec des noeuds formés par triple déformation.
L'assemblage est fait selon les détails de la figure 16.
La figure 21 présente une structure tubulaire de grande dimension. Ces membmres sont assemblées selon les détails des figures 13 et 15.
La figure 22 est un noeud structural d'une structure en trois dimensions. Il y a 16 membrures croisées dans le noeud. En éliminant des membrures de ce noeud, on pourrait obtenir tous les d~ssins de noeuds qui composent une structure tridimensionnelle.
La figure 23 présente un noeud composé de trois membrures très souvent utilisées dans les poutrelles et les fermes.

Claims (7)

1. Le procédé de formation de noeuds structuraux par double déformation d'une section tubulaire. Dans ce procédé, on applique d'abord de la préssion sur deux parois opposées pour donner de l'orientation au pliage de ces parois. Quelques secondes après, on applique de la préssion sur les deux autres parois. La vitesse des deux mouvements de préssion est coordonée pour permettre un pliage harmonieux dans les deux sens. Dans la dernière phase, la première préssion appliquée est annulée mais la deuxième préssion appliquée est maintenue jusqu'à l'applatissement total de la section. Ensuite, on poinçonne les trous pour les boulons de l'assemblage.

2. Le procédé de formation de noeuds structuraux par triple déformation d'une section tubulaire pour les membrures inclinées - les diagonales. Des noeuds formés selon le procédé décrit dans la première revendication sont déformés pour une troisième fois jusqu'à l'obtension de l'angle désiré entre la partie applatie des noeuds et la partie droite des membrures.

3. La formation des noeuds structuraux selon les procédés décrits dans les points 1. ou 2., entre deux membrures et à l'extrêmité des membrures.

4. Les assemblages entre les membrures tubulaires avec des noeuds formés par double et triple déformation (dont la déscription est donnée dans lespoints 1.,ou2.) en utilisant le principe de superposition.

5. L'utilisation des assemblages décrits au point 4. dans les structures en treillis - bidimensionnelles et tridimensionnelles.

6. Les assemblages entre les profilés laminés à chaud ou formés à froid et les membrures tubulaires avec des noeuds formés par double et triple déformation (dont la déscription est donnée dans les points 1.,ou 2.).

7. L'utilisation des sections composites telles que montrées sur les figures 5, 6 et 7 dans les noeuds formés par double et triple déformation et dans les structures en treillis.