EP0076812A1 - Dispositif d'amelioration de la resistance a la flexion de poutres en bois - Google Patents
Dispositif d'amelioration de la resistance a la flexion de poutres en boisInfo
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Definitions
- Modern constructions like those of yesteryear, often use wooden structures using planks, beams, beams. These elements are assembled to form a frame which is subjected to a set of static forces, assumed to be invariable, the result of which is vertical and directed downwards and passes through the center of gravity of the structure. Aging, bad weather, the weight of snow in the cold season, are elements that often have an influence such that the construction becomes fragile and that it is sometimes essential to consider strengthening or even replacing it.
- These phenomena of weakening of a wooden structure are, today, much more frequent than formerly: the forest which the modern man exploits is made of less deciduous trees and the coniferous species which populate it are cut in any season , saturated with resins that accelerated drying methods do not sufficiently remove fibers.
- the young woods proposed to serve as beams are highly elastic and efforts have been made to improve their resistance to bending. It is well known to reinforce a wooden structure by propping it by resting on the nearest flat surface (generally the attic). This obviously has major disadvantages (possible sagging of the support surface). Apart from an improvement in drying techniques and shoring, no particular technique can strengthen the planks. The strongest beams are laminated and are known.
- the essential idea of the invention is the use of steel cables, the tension of which is adjusted so as to increase the static resistance characteristics of a beam.
- FIG. 1 An embodiment of the invention is visible in Figure 1 in which there is shown a beam modified according to the method mentioned above: a cable follows, along the beam, the path with groove, from the mark 1 to mark 5.
- the beam placed horizontally has its upper extreme angles cut at 45 ° and 135 °. Perpendicular to the surfaces thus made, a hole is drilled from 5 to 4 and from 1 to 2 respectively.
- the lower part 2, 3, 4 of the beam is grooved in the middle 8.
- Three plates 6 serve to fix and hold the cable in place. Each plate is screwed diagonally.
- two tensioning devices 11 are provided (blocking cone 11 and plates 10) which put the cable under tension.
- the same beam, statically modified and in the pre-tensioned state, according to the invention, has an arrow of 11 mm under 500 kgs . only and the breaking limit is raised to 1760 kgs. (without collapse).
- the same idea of reinforcement by metal cable is the basis of a second embodiment according to the invention and illustrated in FIG. 2.
- the wooden beam 9 (resting on the walls 14) has two fixing ends 1 and 6 , in general rafters of the roof.
- a metallic hand is moreover capable of sliding along the beam while conforming to its shape.
- the metal hand 8 is provided with a support 10 to which it is welded.
- the base of the support is connected on the left to a cable going from the fixing 4 towards the cable clamp 5 by encircling the beam at 6. Similarly symmetrically, the right cable follows the path 3, 2, 1. (2 designated the greenhouse -right cable).
- the references 11 and 12 designate cable tensioners (with left and right screw threads).
- the reinforcement of the wooden beam 9 using the support according to the invention is therefore easily conceivable.
- the metal hand is fixed vertically to the center of gravity of the assembly constituted by the beam to be reinforced and by its load. In practice, for reasons of symmetry, the metal hand is placed in the center of the beam. For exceptional cases where the distribution is not symmetrical, the graphostatic methods make it possible to determine the location of the metallic hand.
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Abstract
On fait usage de la mise sous tension de cable en acier pour reduire la fleche soit de poutres en resineux jeunes soit de poutres installees et rendues fragiles par une surcharge ou une attaque xylophagiques. Dans le premier cas, le cable (fils) en acier suit, le long d'une rainure (8) la longueur de la poutre, la traverse a gauche (45) et a droite (1-2) a 45% et est finalement tendue en ses extremites (1 et 5) mettant ainsi veritablement la poutre a l'etat precontraint. Dans le second cas, une main en fer (8) avec un support (10) est mise perpendiculairement a la poutre et passe par le plan du centre de gravite de la poutre et de sa charge. De part et d'autre de la main metallique (8) et de son support (10) deux cables (2-1, 5-6) sont mis sous tension le long d'un trajet enlacant la poutre en ses deux extremites. La mise sous tension se fait a l'aide des tirants a vis (11 et 12) de maniere a ramener la fleche mecanique de l'ensemble a un niveau souhaite et compatible avec le diametre des cables d'acier.
Description
DISPOSITIFS D'AMELIORATION DE LA. RESISTANCE A LA FLEXION DE POUTRES EN BOIS.
Les constructions modernes, comme celles d'autrefois, font appel souvent à des structures en bois mettant en oeuvre des madriers, poutrelles, poutres. Ces élément sont assemblés pour former une charpente qui est soumise à un ensemble de forces statiques, supposées invariables dont la résultante est verticale et dirigée vers le bas et passe par le centre de gravité de la structure. Le vieillissement, les intempéries, le poids de la neige en saison froide, sont des éléments qui ont souvent une influence telle que la construction se fragilise et qu'il est parfois indispensable d'envisager son renforcement voire même son remplacement. Ces phénomènes d'affaiblissement d'une structure en bois sont, de nos jours, beaucoup plus fréquents qu' autrefois : la forêt que l'homme moderne exploite est faite de moins de feuillus et les essences résineuses qui la peuplent sont coupées en toute saison, gorgées de résines que les méthodes de séchage accéléré éliminent insuffisamment des fibres. La résistance à la traction de la future poutre est déjà compromise au départ par le choix même de l'essence du bois et par la manière dont ce dernier est traité. Il a paru indispensable, vu cet état de fait, de chercher, au départ d'une poutre usuelle en construction moderne (par exemple Sapin rouge (ou blanc) du Nord, séché aux rayons infra-rouges et stocké en hangar à l'air libre environ six mois) d'en augmenter la résistance statique.
Dans la même ligne d'idées, de telles poutres en bois résineux jeunes (ou des poutres plus anciennes sèches, mais affaiblie par une invasion de parasites xylophages que l'on aurait enrayée) peuvent même installées dans une structure de construction, être renforcée pour offrir plus de sécurité. L'objet de la présente invention est double : d'une part améliorations de la résistance mécanique d'une poutre avant sa mise en oeuvre, d'autre part renforcement d'une poutre installée qui ne présente pas Joutes les garanties de résistance.
Les bois jeunes proposés pour servir de poutres sont fortement élastiques et l'on a cherché à améliorer leur résistance à la flexion. Il est bien connu de renforcer une structure en bois en étançonnant celleci en prenant appui sur la surface plane la plus proche (en général le grenier). Ceci présente évidemment de gros désavantages (affaissement possible de la surface d'appui). A part une amélioration des techniques de séchage et l'étançonnage, aucune technique particulière ne permet de renforcer les madriers. Les poutres les plus résistantes sont lamellées et sont connues. L'idée essentielle de l'invention est l'usage de câbles d'acier dont la tension est réglée de manière à augmenter les caractéristiques de résistance statique d' une poutre. On sait, en effet, que la section transversale de toute poutre est le siège d'efforts équivalent à une force ~
et à un couple
La force
est dé composable en composante longitudinale (effort de
traction ou de compression, suivant le cas) et en composante transversale (effort tranchant ou de cisail
lement). De même le coupe C'est dé—composable en couple
de torsion et couple de flexion.
Un mode de réalisation de l'invention est visible à la figure 1 dans laquelle on a représenté une poutre modifiée selon le procédé évoqué ci-dessus : un câble suit, le long de la poutre, le trajet avec rainure, allant du repère 1 au repère 5. La poutre placée horizontalement a ses angles extrêmes supérieurs coupés à 45° et à 135°. Perpendiculairement aux surfaces ainsi pratiquées un trou est foré de 5 vers 4 et de 1 vers 2 respectivement. La partie inférieure 2, 3, 4 de la poutre est rainurée en son milieu 8. Trois plaques 6 servent de fixation et de maintien du câble en place. Chaque plaque est vissée en diagonale. Aux extrémités 1 et 5 eu câble on a prévu deux dispositifs de mise sous tension 11 (cône de blocage 11 et plaques 10) qui mettent le câble sous tension. Cette mise sous tension a pour effet de diminuer les composantes des efforts résiduels
et
ci-dessus évoqués et de mettre la structure véritablement à l'état précontraint. Pour la plaque 5 centrale, il y a lieu de clouer de part et d'autre 2 pitons de manière à maintenir le câble au milieu lors de la traction pratiquée. Comparativement : une poutre d'un même bois (sapin rouge du Nord : section 6,5 × 17,5 cm2, longueur : 5,4 m) sous une charge de 500 legs (10 sacs de 50 kgs équidistants) présente une flèche de 31 mm. ; sa limite de rupture à une forte traction sur les fibres est de 900 à 1000 kgs (avec éclatement), La même poutre statiquement modifiée et à l'état précontrait, selon l'invention, présente, sous 500 kgs, une flèche de 11 mm. seulement et la limite de rupture est remontée à 1760 kgs. (sans effondrement).
La même idée de renforcement par câble métallique est à la base d'un second mode de réalisation selon l'invention et illustrée à la figure 2. La poutre en bois 9 (reposant sur les murs 14) comporte deux extrémités de fixation 1 et 6, en général chevrons de la toiture. Une main métallique est d'autre part susceptible de coulisser le long de la poutre tout en épousant sa forme. La main métallique 8 est munie d'un support 10 auquel elle est soudée. La base du support est reliée à gauche à un câble allant de la fixation 4 vers le serre câble 5 en encerclant la poutre en 6. De même symétriquement, le câble de droite suit le trajet 3, 2, 1. (2 désignât le serre-câble de droite). Les repères 11 et 12 (voir Fig. 2) désignent des tendeurs de câble (à g pas de vis gauche et droit). Le renforcement de la poutre en bois 9 à l'aide du support selon l'invention se conçoit dès lors aisément. La main métallique est fixée à la verticale du centre de gravitté de l'ensemble constitué par la poutre à renforcer et par sa charge. En pratique, pour des raisons de symétrie la main métallique est placée au centre de la poutre. Pour des cas d'exception ou la répartition n'est pas symétrique, les méthodes de la graphostatique permettent de déterminer l'emplacement de la main métallique. On peut également placer de part et d'autre du support droit entre les points de fixation 3 et 4 et les tendeurs 11 et 12 deux dynamomètres. La position de la main métallique est déterminée pour que, avec un réglage identique des tendeurs, la lecture dynamométrique soit lauême à gauche et à droite du support. (Annulation du moment résultant de l'ensemble des forces de l'assemblage).
Les avantages obtenus grâce à ce renforcement de poutre usagée sont évidents dans le cas de réfection de vieilles bâtisses : de vieilles poutres qui présentent une flèche importante et une dégradation avancée sont redressées jusqu'à annulation totale de la flèche. Il va de soi que le choix du diamètre du câble, celui des deux dispositifs de mise sous tension 11 et 12 font partie du savoir faire de l' homme de l'art et ne sont pas l'objet de la présente invention, qui par contre, présente dans une même idée de renforcement des performances statiques d'une poutre à l'aide de câbles, deux modes de réalisation permettant d'une part de précontraindre une poutre jeune et d'autre part de renforcer la résistance à la charge d'une poutre installée plus ancienne, douteuse au point de vue de la sécurité et dont le remplacement est financièrement peu envisageable.
Claims
1. Dispositif de renforcement statique d'une poutre en bois à l'aide de câbles ou fils d'acier caractérisé en ce que la poutre est pourvue d'une part d'une rainure longitudinale lelon de laquelle court le câble, d'autre part de deux orifices à 45 degrés par rapport à la poutre et en ce que le câble traverse les deux orifices et est coiicé dans la rainure.
2. Dispositif selon la revendication ci-dessus caractérisé en ce que les deux extrémités 1 et 5 du câble sont munis de cônes de blocage 11 permettant une mise de la poutre à l'état précontraint par tension suivant la charge à supporter.
3. Dispositif de renforcement statique à l'aide de câbles ou fils d'acier, d'une poutre en bois, mise ou non sous charge, caractérisé en ce que dans le plan du centre de gravité de la poutre on place une main métal lique munie d'un support aux extrémités duquel deux câ bles aboutissent, effectuant chacun les lacets (4,5,6) et (3,2,1) respectivement autour de la poutre et qui sont tendus à l'aide des serre-câbles 10 et 11 de manière à ramener la flèche mécanique de l'ensemble à un niveau souhaité et compatible avec le diamètre des câbles d'acier.
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| Date | Code | Title | Description |
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| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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Inventor name: ZAK, TELESPHORE |