Brevet FR2083340A1 — publié le 19711217

i 2083340 * La présente invention concerne des éléments de construction précontraints et des procédés pour édifier des structures en utilisant de tels éléments. L'invention peut être utilisée pour la construction de cadres pour des immeubles, des hangars, des ponts 5 et d'autres formes de structures en arc et également de dômes. Les structures connues d'une manière générale, sont conçues pour supporter simplement la charge et elles n'ont pas la possibilité de s'adapter elles-mêmes aux modifications de la charge. La présente invention a pour objet une structure qui présente 10 cette aptitude. Plus particulièrement, l'invention utilise des éléments de construction précontraints, appelés éléments de base, pour introduire de façon immédiate un système de forces dans la structure érigée lorsque l'on place ces éléments en position. Ces for-15 ces sont, d'une manière générale, dirigées vers le haut c'est-à-dire à lfopposé de la charge qui agira sur la structure. Lorsque la structure est chargée, des modifications légères se produisent dans sa forme qui produisent des modifications dans la forme des éléments de base. Ces dernières entraînent des modifications dans 20 les forces de précontrainte de chaque élément, ce qui permet à la structure dans son ensemble de s'adapter elle-même à la charge. Par une conception convenable des éléments de base, la structure érigée peut être conçue de manière que sa forme soit identiqi e au polygone des forces agissant sur elle et, en conséquence, elle 25 peut prendre la forme d'un arc surélevé ou aplati, d'un arc asymétrique ou d'un arbre à courbure discontinue. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un élément de construction précontraint destiné à être utilisé-dans-la construction de structures en arcs comprenant des première 30 et seconde pièces de compression solidarisées entre elles de façon pivotante A une de leurs extrémités et espacées l'une de l'autre à leurs extrémités opposées; des première et seconde pièces de tension accouplées aux deux pièces de compression de manière que lorsqur'une force est appliquée aux pièces de compression, pour les 35 faire pivoter autour de leur connexion pivotante dans une direction rapprochant leurs extrémités opposées l'une vers l'autre, les pièces de tension soient mises sous tension et les pièces de compression sous compression et un moyen de maintien maintenant les pièces de compression dans la dite condition de rapprochement pour 40 précontraindre de cette manière les pièces de compression à la 71 08770 2 2083340 compression et les pièces de tension à la tension. L'élément précontraint peut avoir plusieurs formes dont certaines seront décrites plus particulièrement ci-après. Le moyen de maintien ci-dessus mentionné pour précon-5 traindre l'élément, a de préférence la forme d'une liaison fixée entre les extrémités opposées des première et seconde pièces de compression. Après que l'élément ait été inclus dans la structure en cours de construction, les première et seconde pièces de compression sont reliées de façon pivotante aux pièces correspondan-ÎO tes des éléments adjacents et les liaisons sont retirées, ce par . quoi chaque élément est maintenu, par ces dernières connexions pivotantes avec les éléments adjacents, dans la condition de rapprochement créant une précontrainte de ses pièces,ci-dessus mentionnée. Les pièces de compression peuvent être symétriques ou asymétriques dans l'un quelconque des éléments et des éléments différents peuvent avoir des dimensions différentes et être soumis à des forces de précontrainte différentes cela, en fonction de la forme finale de la structure à ériger et du polygone des forces 20 qui agira sur elle. Lorsque la structure est chargée, il se produit des modifications de la forme des éléments de base, certains s'ouvrant et d'autres se fermant, ce qui produit des modifications dans les forces de précontrainte de chaque élément, en permettant à la structure de s'adapter efficacement à la charge. 25 L'invention a également pour objet des structures en arc utilisant ces éléments de base et des procédés pour ériger de telles structures. De plus, l'invention a pour objet un élément de base à trois dimensions destiné à être utilisé dans la construction des dômes. 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront k la lecture de la description faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : Fig. 1 illustre une première forme d'élément de base précontraint réalisé conformément à l'invention; 35 Fig. 2 est un schéma destiné à expliquer les forces de précontrainte apparaissant dans l'élément de base; Fig. 3 illustre une structure en arc érigée avec une J pluralité d'éléments de base selon la figure 1; Fig. 4 illustre un élément de base à trois dimensions pour 40 la construction de dômes; . 71 08770 3 2083340 Figs 5 et 6 illustrent l'utilisation d'une pluralité d' éléments de base selon la figure 4 pour la construction de dômes et Fig. 7 illustre une variante de réalisation de l'élément 5 de base. L'élément de base illustré dans la figure 1 comprend deux pièces de compression ou barres 2, 4 reliées de façon pivotante ' l'une à l'autre par un joint articulé, à l'une de leurs extrémités (point B) tandis que leurs extrémités opposées (points A et C) ÎO sont espacées l'une de l'autre. Une troisième pièce de compression 6 est également montée pivotante sur les deux autres au point B. Une paite de pièces de tension 8, ÎO sont connectées entre les. extrémités opposées des pièces 2 et 4 et une pièce 12 fixée sur l'extrémité opposée de la "pièce 6, La pièce 12 a pour seule fonc-15 tion de servir de moyen de fixation pour les pièces de tension 8■ et 10 et, en pratique, les deux points de fixation peuvent être considérés comme un seul point D. Une force externe Q est alors appliquée aux points A et B des pièces 2 et 4 dans la direction qui tend à les rapprocher l'un 20 de l'autre, ce par quoi les pièces 2, 4 et 6 sont mises en compression et les pièces 8 et ÎO sont mises sous tension. Les points A, B, C, D seront ainsi amenés aux points A», B', C' et D' (figure 2) et la distance 1^ entre les extrémités des pièces 2 et 4 sera réduite à (1- Al ). Après que la force Q ait été appliquée pour 25 rapprocher les extrémités, une barre de liaison 14 est fixée temporairement entre les extrémités des pièces 2 et 4 pour maintenir les pièces dans la condition déviée. L'élément est ainsi précontraint, avec les pièces 2, 4, 6 précontraintes en compression et les pièces 8, ÎO précontraintes en tension. 30 L'élément précontraint de la figure 1 peut être utilisé comme élément de base pour la construction de structures en arc telles que celle représentée dans la figure 3. Lors de la construction de la structure, les connexions pivotantes (points B) d'une -pluralité d'éléments (—m,n,o—) sont reliées ensemble par 35 un groupe de tirants 16 (par exemple une tige ou un câble), un tel tirant étant monté entre chaque paire de points B adjacents. Les tirants définissent un arc, ceux d'extrémité étant fixés sur le sol ou autre support. La pièce de compression 4 d'un élément est alors reliée de façon pivotante à la pièce de compression 2 40 de l'élément adjacent .et les pièces de compression d'extrémité. 71 08770 4 2083340 des éléments terminaux sont fixées sur le support. Les liaisons temporaires 14 sont alors retirées de tous les éléments. Par le retrait des liaisons temporaires 14, la force de précompression Q de chaque élément est appliquée aux éléments 5 adjacents sous un angle a produisant des forces F agissant vers le haut pour s'opposer à la charge externe. L'angle a doit toujours être inférieur à 180°. Les forces F agissant vers le haut sont entièrement indépendantes de la distance L entre les supports mais sont fonction ÎO des forces de précompression Q exercées par les éléments situés de chaque côté et des angles a de ces forces. Ainsi la force Fn de l'élément "n" dépend des forces de précompression Qm, Qn , Qq et des angles ®m n » ®n La structure en résultant est ainsi comparable à un câble suspendu fixé à. un support avec des charges 15 ponctuelles agissant vers le haut. Les éléments de base peuvent être conçus, particulièrement en ce qui concerne les forces de précontraintes Q et les angles a, de manière que la forme de la structure en arc soit identique au polygone des forces agissant sur celle-ci. Le chargement de la 20 structure en arc modifiera sa forme et la forme de ces éléments de base, certains s'ouvrant et d'autres se fermant, ce qui introduit un nouveau système de forces de précontrainte pour résister à la nouvelle charge. La figure 4 illustre un élément de base tridimensionnel 25 ÎOO destiné à être utilisé pour l'érection de structures à trois dimensions telles que des dômes. Dans cet élément de base, il existe deux pièces de compression 102, 104 reliées de façon pivotante à une troisième pièce de compression 106 (comparable aux-pièces 2, 4, 6 de la figure 1) mais il comporte une quatrième 30 pièce de compression 108 reliée de façon pivotante au même point d'articulation B. Les pièces 102, 104, 108 définissent ainsi une pyramide à base triangulaire avec la pièce 106 reliée de façon pivotante au sommet. L'élément de base de la figure 4 comporte trois pièces de tension HO, 112, 114 reliant l'extrémité de cha-35 que pièce 102, 104, 108 et l'extrémité de la pièce 106. De plus, l'élément est maintenu précontraint par trois tiges de liaison temporaire, à savoir les liaisons 116, 118, 120, reliant les extrémités des pièces 102, 104; 104, 108 et 108,102. L'élément à trois dimensions de la figure 4 est utilisé 40 pour l'érection d'un dôme (122, Figure 6) d'une manière similaire 71 08770 5 2083340 à celle décrite ci-dessus en ce qui concerne la structure en arc de la figure 3, à. l'exception du fait que la connexion pivotante (point B) de chaque élément de base est connectée à celles adjacentes par trois tirants à savoir les tirants 130, 132, 134. Le 5 groupe de tirants 130 connectant les points B des éléments adjacents définit un arc, le groupe des tirants 132 définit un second arc et le groupe des tirants 134 définit un troisième arc. Les tirants d'extrémité sont fixés sur le sol ou un autre support, comme le sont les éléments d'extrémité. Les éléments adjacents 10 sont alors reliés ensemble par des connexions pivotantes supplémentaires entre les pièces de compression 102, 104, 108 des éléments adjacents et les liaisons temporaires 116, 118 et 120 sont alors retirées. Certaines variantes peuvent être apportées à l'élément 15 précontraint de base. La figure 7 illustre une telle variante dans laquelle deux pièces de compression 150, 152 sont connectées ensemble de façon pivotante au point B, chaque élément comportant une pièce 154, 156 qui en-est solidaire* La pièce de tension 160 est alors connectée entre le point A de la pièce 150 et l'extrémi-20 té de la pièce 154 qui en est solidaire et une pièce de tension 162 est de même connectée entre le point C de la pièce 152 et la pièce 156 qui en est solidaire. Une pièce de tension supplémentaire 170 (qui peut être constituée par un ressort de tension) est alors connectée entre les extrémités des pièces 154, 156 fixées 25 sur les pièces de compression. On verra que le point pivot B est placé.entre les extrémités des pièces 150, 152 et les extrémités des pièces 154, 156 qui en sont respectivement solidaires. La force de précontrainte Q est alors appliquée entre les points A et C pour rapprocher ces points l'un de l'autre et une barre de 30 liàison temporaire 172 est connectée entre ces points pour maintenir les pièces dans cet état de rapprochement. L'ensemble précontraint illustré dans la figure 7 peut être utilisé de la même manière que celui de la figure 1. ' De nombreuses autres variantes, modifications et applica-35 tions des modes de réalisation illustrés seront évidentes. 71 0877Q 6 2083340 REVENDICATIONS 1»~ Un élément de construction précontraint destiné à être utilisé pour la construction de «structures en arc caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde pièces de compression connectées ensemble de façon pivotante à une de leurs 5 extrémités et espacées à leurs autres extrémités, une première et une seconde pièces de tension accouplées sur les deux pièces de compression de manière que, lorsqu'une force est appliquée aux pièces de compression pour les faire pivoter autour de leur connexion pivotante dans une direction rapprochant leurs extrémités 10 opposées l'une de l'autre, les éléments de tension salent tendus et les éléments de compression soient comprimés, et des moyens de maintien maintenant les éléments de compression dans le dit état de rapprochement pour précontraindre de cette manière les pièces de compression à la compression et les pièces de tension à la tension» 15 2e>— Un élément selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces de tension sont accouplées aux pièces de compression par une troisième pièce de compression montée pivotante à une de ses extrémités sur la première et la seconde pièces de compression son extrémité opposée étant espacée des extrémités des dites 20 pièces, une pièce de tension* étant connectée aux extrémités opposées de la première et de la trcdsième pièces de compression et 1* autre pièce de tension étant connectée aux extrémités opposées de la seconde et de la troisième pièces de compression, 3.- Un élément selon la revendication 1 caractérisé en ce 25 que chacune des deux pièces de compression comporte une pièce qui en est solidaire, chaque pièce de tension étant reliée à l'extrémité opposée de l'une des pièces de compression et à l'extrémité de la pièce qui en est solidaire respectivement, une troisième pièce de tension étant reliée entre les deux extrémités des pièces 30 solidaires des pièces de compression, la connexion pivotante étant placée entre les extrémités des pièces solidaires des pièces de compression et les dites extrémités opposées des pièces de compres-sion. ' i 4.- Un élément selon l'une quelconque des revendications 35 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de maintien sont constitués par un élément de liaison relié aux extrémités opposées des première et seconde pièces de compression. 5.- Un élément selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une quatrième pièce de compression reliée 71 08770 7 2083340 de façon pivotante aux première, seconde et troisième pièces de compression de telle manière que les première, seconde et quatrième pièces de compression définissent les arêtes d'une pyramide à base triangulaire, les première, seconde, troisième et qua-5 trième pièces de compression étant fixées de façon pivotante au sommet de cette pyramide, trois éléments de tension indépendants \ reliant les extrémités opposées des première et troisième pièces de compression, des seconde et troisième pièces de compression et des quatrième et troisième pièces de compression. 10 6«- Un élément selon la revendication 5 caractérisé en ce que le moyen de maintien est constitué par un élément de liaison indépendant relié aux extrémités opposées des première et seconde pièces de compression, des seconde et quatrième pièces de compression et des quatrième et première pièces de compression. 15 7.- Une structure en arc comprenant une série d'éléments précontraints tels que définis dans l'une quelconque-des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que ceux-ci sont supportés sous la forme d'un arc avec les connexions pivotantes des éléments adjacents interconnectées par un tirant, les dits tirants 20 définissant un arc dont les tirants d'extrémité sont fixés sur un support, les éléments adjacents étant reliés ensemble par des connexions pivotantes supplémentaires entre la seconde pièce de compression de l'un des éléments et la première pièce de compression de l'élément adjacent, chaque élément étant maintenu par ces 25 dernières connexions pivotantes à l'état de rapprochement créant une précontrainte des pièces* 8«- Une structure en dôme comprenant une série d'éléments selon la revendication 5 caractérisée en ce que ces éléments sont supportés sous la forme d'un dôme avec les connexions pivotantes 30 de tous les éléments interconnectées par trois groupes de tirants, chaque groupe de tirants définissant un arc dont les tirants d* extrémité sont fixés sur un support, les éléments adjacents étant reliés ensemble par des connexions pivotantes supplémentaires entre'les première, seconde et quatrième pièces de compression des 35 éléments adjacents, chaque élément étant maintenu par ces dernières connexions pivotantes à l'état de rapprochement créant une précontrainte des pièces. 9*- Un procédé pour ériger une structure en arc selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on interconnecte en série 40 sous la forme d'un arc une pluralité d'éléments précontraints 71 08770 8 2083340 selon la revendication 4 en reliant les connexions pivotantes des éléments adjacents par un groupe de tirants et en fixant les tirants d'extrémité et les éléments d'extrémité sur un support, on interconnecte par des connexions pivotantes supplémentaires la 5 seconde pièce de compression d'un élément et la première pièce de compression des éléments adjacents,tandis que chaque élément est maintenu à l'état de rapprochement créant une précontrainte de ses pièces par ses liaisons respectives et on retire les dites liai-sons ce par quoi chaque élément est maintenu dans l'état de rap-ÎO prochement ci-dessus mentionné par les connexions pivotantes supplémentaires avec les éléments adjacents. ÎO.- Un procédé pour ériger une structure en dôme selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'on interconnecte en série sous la forme d'un dôme une pluralité d'éléments précon-15 traints selon la revendication 7 en reliant les connexions pivotantes des éléments adjacents par trois groupes de tirants et fixe les tirants d'extrémité de chaque groupe et les éléments d* extrémité sur un support, chaque groupe de tirants définissant un arc, on interconnecte par des connexions pivotantes supplémentai-20 res les première, seconde et quatrième pièces de compression des éléments adjacents, tandis que chaque élément est maintenu à la condition de rapprochement créant une précontrainte de ses pièces par ses liaisons respectives et l'on retire les dites liaisons, ce par quoi chaque élément est maintenu à l'état de rapprochement 25 mentionné par les connexions pivotantes supplémentaires avec les éléments adjacents. I