Brevet FR2041197A1 — publié le 19710129

La présente invention concerne des poutres stratifiées précontraintes en boijs et métal ainsi qu'un procédé pour leur fabrication. Le bois est un matériau susceptible de résister à des efforts 5 de compression importants, mais seulement à de faibles efforts de traction. Lorsque des poutres de bois sont utilisées dans un bâtiment ou autre structure, par exemple des combles de toit à double pente, elles sont soumises à des efforts de traction par les charges de flexion. Compte tenu de la résistance limitée de telles 10 poutres de bois à la traction, il est donc nécessaire de leur donner de g dimensions importantes pou,r qu'il ne se produise qu'un faible effort de traction lors de leur fléchissement. Lat présente invention se propose de fournir des poutres composées principalement de bois, susceptibles de résister à des 15 chargea de flexion Relativement élevées et dont les dimensions sont avantageusement comparables avec celles des poutres entièrement en bois,quant à leur aptitude à supporter les charges,pouvant résister à des couples de flexion et à des charges importants. La feuille-métallique comporte de préférence des éléments de 20 fixation intégrés qui pénètrent dans la feuille de bois en vue de fixer ces feuilles l'une-à l'autre. Un procédé de fabrication d'une poutre stratifiée précontrain te en bois et métal selon l'invention comprend l'application de forces de flexion à la feuille de bois en vue d'engendrer des 25 couples de flexion opposés à ceux auxquels elle sera soumise une fois mise en placé dans un ensemble de charpente, de telle manière que cette feuille de bois soit énergiquement courbée de part et d'autre de son plan neutre, et la fixation d'une feuille de métal à cette feuille de bois courbée. Lorsque les forces extérieures 50 cessent d'être appliquées aux feuilles de bois et de métal, la feuille de bois est.maintenue dans ssn état fléchi précontraint par la feuille de métal. Les poutres en ensembles réalisés selon l'invention peuvent résister à des couples ou moments de flexion beaucoup plus élevés 35 que des poutres tout en bois de dimensions similaires. De préférence, la feuille de métal est fixée à la surface inférieure de la feuille de bois et ces deux feuilles oit une section transversale rectangulaire. On a décrit ci-après divers exemples de réalisation de l'in-40 vention, en se référant au dessin annexé dans lequel : 70 14881 2041197 2 Figure 1 est une vue en élévation latérale d'une poutre stratifiée selon l'invention et montrant les forces appliquées aux feuilles constituant cette poutre. Figure 2 est une vue d'en haut, en plan, d'une . forme Préférée de la fèuille de métal. Figure > est une vue latérale de la feuille de métal de la figure 2. Figure 4 est une vue en coupe transversale d'une -poutre selon l'invention. Figure 5 est une vue en coupe transversale d'une variante de poutre selon l'invention. Figure 6 est une vue en élévation latérale de la partie d'extrémité d'une poutre selon l'invention. Figure J est une vue d'une variante de la feuille de métal. "Figure 8 est une vue en coupe transversale de la feuille de figure 7. Figuré 9 est une vue eir troupe- transversale d'une poutre réalisée par assemblage de plusiè urs poutres individuelles selon l'invention. Dans toutes les réalisations, les poutres ou feuilles de bois dès poutres sont amenées dans des états de flexion opposés à leur pré-flexion sous charge, après leur incorporation comme poutre stratifiée dans un ensemble de charpente. Dans toutes ces réalisations de poutres, les feuilles de métal inférieures sont soumises à une traction à chacune de leurs extrémités pendant qu'elles sont pressées contre les feuilles de bois soumises quant à elles à leur flexion. , Toutefois, les feuilles de métal peuvent être pressées contre les feuilles de bois sans qu'une traction soit appliquée à leurs extrémités tandis que ôes feuilles*' de bois sont soumises à leur flexion. Dans ce cas, le produit stratifié résultant ne présentera pas une valeur de précontrainte aussi élevée que lorsqu'une précontrainte aura été appliquée tant aux feuilles de bois qu'aux feuilles de métal. Comme on le voit à la figure 9, le nombre des feuilles tant de bois que de métal, peut être accru-en vue d'obtenir une poutre de plus grande résistance. Des moyens de fixation obtenus directement par découpage, pliage et/ou poinçonnage des feuilles de métal sont Utilisés dé préférence pour augmente!» la vitesse et le 70 14881 3 2041197 rendement de la fabrication. En outre, l'utilisation de moyens de fixation parties(intégrantes des feuilles de métal accroît la résistance totale résultante des poutres stratifiées. Dans tous les exemples représentés pour obtenir les plus 5 grandes valeurs possibles de la précontrainte, toutes les feuilles de bois sont soumises à des forces de flexion telles que représentées en figure 1 et les bandes de métal sont soumises à des forces de tension également connues indiquées dans ladite figure 1. Lorsque chaque feuille a été précontrainte, toutes les 10 feuilles sont,presséesi'une contre l'autre par des forces de compression.' , Dans tous les cas, les feuilles de métal et de bois précontraintes et assemblées sont maintenues en adjacence par des moyens de fixation ajoutés et/ou fournis par les feuilles de mé-15 tal dont ils forment alors parties intégrantes. Lorsque cette fixation a été effectuée, les extrémités des éléments métalliques sont formées et fixées comme représenté à la figure 6. Dans la poutre précontrainte 21 des figures 1,2,3 et 4, on voit une feuille ou poutre de bois 23 disposée (figure 1) avec 20 une flexion inverse de celle, qui lui sera imposée lorsqu'elle sera incorporée, dans un ensembley et les forces de flexion, appliquées à cette feuille, W.B.F. Au-dessous de la feuille de bois 23 et sur toute sa longueur est disposée une feuille métallique 25 a chacune des extrémités de laquelle est appliquée une force de traction dé-25 signée par M.Œ.ï1. Tandis qu'elles sont ainsi précontraintes, les feuilles de bois 23 et de métal 25 sont fixées l'une à l'autre. Des moyens de fixation 27 analogues à des clous, préalablement formés à par-. tir de la feuille métallique 25 dont ils sont parties intégrantes, 30 (figures 2 et 3) sont enfoncés dans la feuille de bois 23 (figure 4). Après suppression des forces extérieures, la poutre stratifiée en bois et métal, résultante se trouve précontrainte. En figure 5, on voit une feuille de bois.31 plus large. Cette feuille est précontrainte et ensuite fixée à deux bandes de 35 feuille métallique inférieures 25,25 qui sont maintenues en tension pour obtenir une poutre stratifiée large 33. Le procédé mis en oeuvre est pratiquement identique à celui décrit pour la fabri-. cation de la poutre, stratifiée étroite 21,. -De préférence, dans la construction d'une poutre telle 40 que 21 ou 33,les feuilles de métal ont une longueur initiale supérieure à celle de la feuille de bois.Au cours de la fixation,les 454/70 70 14881 4 2041197 parties d'extrémités des feuilles de métal sont cambrées de manière à venir se disposer en travers des faces d'extrémités des feuilles de bois 23, 31 auxquelles elles sonÇéolidement fixées. Des moyens de fixation robustes 37 analogues à des clous pour fortes charges 5 et/ou des vis peuvent être utilisés (figure 6), pour fixer ces extrémités cambrées 39# 41* La poutre précontrainte 45 des figures 7# 8 et 9 comporte plusieurs feuilles de bois horizontales 47 de mimes dimensions et une feuille de bois inférieure 49 de plus petites dimensions qui 10 sont écartées l'une de l'autre et (figure 1) avec une flexion opposée à celle à laquelle elles seront soumises lorsqu'elles seront incorporées dans une structure de charpente. Des feuilles de métal 53 sont disposées entre ces feuilles de bols 47 et 49. Les feuilles de bois larges sont disposées par paires (figure 9). Toutes les 15 feuilles de métal 53 compprtent des moyens de fixation analogues à des clous qui en sont parties intégrantes et qui font saillie alternativement dans des sens opposés (figures J et 8). Lorsqu'elles sont en position entre les feuilles de bols 47 et 49; les feuilles de métal 53 peuvent être soumises, à des forces de traction. 20 Pëndant que les feuilles de bois 47 et 49 et, éventuelle ment, les feuilles de métal 53# sont ainsi précontraintes, elles sont pressées l'une contre l'autre. Du fait de cette compression, des moyens de fixation 55 analogues à des clous formant parties intégrantes des feuilles de métal 53# sont enfoncés dans les 25 feuilles de bois 47 ou 49 (figure 9). Après suppression des forces extérieures, la poutre stratifiée en bois et métal résultante demeure précontrainte. Les parties d'extrémités de chacune des feuilles de métal 53 peuvent être adaptées aux faces d'extrémités des feuilles de bois 47 et 49 et être fixées à celles-*ci par des 30 moyens de fixation robustes'37# comme-représenté en figure 6. Afin de tirer le maximum de bénéfice de la précontrainte des feuilles, toutes les feuilles de bois sont, de préférence soumises à des couples ou de flexion opposés à ceux auxquels elles seront soumises lorsque la poutre sera incorporé^Ôans une structu-35 re La poutre sera donc soumise à une force appliquée en son centre le long de sa partie inférieure et à deux forces appliquées res-. pBctivement, en sens opposé à- la partie supérieure de chacune de ses extrémités. Cê couple de flexion sera maintenu jusqu'à fixation complète de la feuille métallique sous l'action des forces 40 de compression. 70 14881 5 2041197 Pour profiter au mieux de la précontrainte des feuilles, les feuilles inférieures de métal sont de préférence soumises à des forces de tension appliquées selon leur longueur. Cette tension est maintenue jusqu'à achèvement de la fixation des feuilles de 5 bois par application d'une compression.. Dans tous les cas, la fixation peut s'effectuer à la manière connue au moyen de clous, vis.et/ou boulons, mais de préférence avec des moyens de fixation semblables à des clous et fai-sant partie intégrante des feuilles de métal. "10 Comme il est indiqué dans les exemples, l'objet primor dial de^l'invention réside dans la combinaison du bois et du métal en vue d'obtenir la sommation et/ou l'intégration de leurs propriétés avantageuses. La précontrainte appliquée aux feuilles respec-• tives peut varier selon les résistances requises par rapport h *5 l'ensemble de la construction. On appliquera généralement la précontrainte maximale comportant, d'une part, l'application à chaque feuille de bois, d'efforts de flexion opposés à ceux que subira la goatre stratifiée mise en place, et, d'autre part, l'application d'efforts de traction à chaque feuille de métal de manière à le f® plaeer ea tension lors de sa fixation entre d'autres feuilles par application d'une compression. " Dans tous les cas, la fixation est facilement assurée; les moyens de fixation étant de préférence , empruntés en totalité ou en partie aux feuilles métalliques. Bien que la fixation par ^5 clous, vis, boulons et écrous convienne souvent, 1'utilisation de liants fluide permet d'obtenir une plus grande résistance. Même avec de tels liants, les retards de fabrication dûs antérieurement aux délais de prise et/ou de buisson de ces liants sont généralement supprimés. La souplesse permanente de la fabrication permet de satisfaire les différentes exigences concernant les dimensions -, la , résistance et l'aspect des poutres. L'aspect des parties extérieures de la poutre sera en général celui du graind du bois,mais un utilisateur préfère des poutres ayant l'aspect métallique, sa-tisfactlon peut lui être donnée sans difficulté. 70 14881 6 2041197 BJjVKMUICATIOHS 1- Poutre stratifiée précontrainte horizontalement constituée par des feuilles de bois et de métal, caractérisée en ce qu'elle comprend : 5 a) une feuille de bois horizontale énergiquement fléchie de part et d'autre d'un plan neutreThorizontal dans son. ensemble, de cette feuille b) une feuille de métal horizontale fixée à la dite feuille de bois horizontale énergiquement fléchie et tèndànt à maintenir 10 celle-ci dans son état de flexion. 2 -Poutre stratifiée précontrainte horizontalement selon la revendication 1, caractériséè en ce que des moyens de fixation formant parties intégrantes de la feuille de «étal sont utilisés pour fixer les feuilles de bois et de métal l'une'contre l'autre. 15 5 - Poutre strafcifiéè précontrainte horizontalement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la feuille de bois ho-rizoùtalè est "rectangulaire dans son ensemble tant-en coupe transversale qu'en élévation. 4 - Poutre stratifiée précontrainte horizontalement selon . 20 la revendication 1, caractérisée en ce que la feuille de métal horizontale est une plaque rectangulaire. 5 - Ifoutre stratifiée précontrainte horizontalement, selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 caractérisée en ce - que - la-feuille-de métal horizontale- est f ixée le long de la partie 25 inférieure de la feuille de bois. 6 - Poutre stratifiée précontrainte horizontalement, selon la revendication >, caractérisée en ce que les feuilles de métal sont constituées par des bandes de métal multiples fixées côte à côte le long de la partie inférieure de la feuille de bois. 30 7 - Poutre stratifiée précontrainte* horizontalement, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la feuille de métal horizontale comporte à chacune de ses extrémités une partie cambrée qui s'adapte et est fixée à la partie correspondante de chacune des faces d'extrémités de la feuille de bois. 35 8 - Poutre c©nstituée par l'assemblage de plusieurs poutres individuelles selon la revendication T, caractériséè en ce que chacune des dites feuilles de bois est de configuration générale rectangulaire, chacune des feuilles de métal étant fixée à la partie inférieure d'une feuille de bois et les dites poutres indivi-40 duelles étant fixées .l'une au-dessus de l'autre pour constituer 70 14881 7 2041197 ladite poutre par leur assemblage. 9 - Poutre ^elon la revendication 8 caractérisée en ce que c hacune des feuilles de métal présente des parties saillantes analogues à des clous qui oa forment parties intégrantes et pénètrent 5 dans les feuilles de bois adjacentes. 10 - Procédé de fabrication d'une poutre stratifiée précontrainte constituée par des feuilles de bois et de métal caractérisée en ce que : a) on applique à une feuille de bois des fœces de flexion 10 de manière à engendrer des moments de flexion opposés à ceux auxquels cette feuille sera soumise lorsqu'elle sera montée dans un ensemble et à courber énergiquement la dite feuille de part et d'autre d'un de ses plans neutres. b) on aménage une feuille de métal contre une feuille de 15 boisj c) on fixe ces feuilles l'une contre l'autre par des moyens de fixation de. telle sorte que la feuille de bois soit maintenue à l'état de flexion précontrainte. d) on supprime les forces extérieures appliquées aux feuil- 20 les. 11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on fixe la feuille de métal à la surface Inférieure de la feuille de bois. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce 25 que l'oii fixe les parties d'extrémités de la feuille de métal sur les faces d'extrémités de la feuille de bois. 12 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'on, applique une force longitudinale à la feuille de métal avant de l'amener contre la, feuille de bois.