Brevet FR2136936A1 — publié le 19721229

La présente invention a trait aux noeuds dXässemblage multidi rectionneis tels que ceux destinés à réunir les barres ou tubes concourants d'une ossature de soutien du genre de celles des ouvrages de charpente, échafaudages, mats, tours, terrains artificiels reposant sur un petit nombre de points de jonction, des et structures spatiales en général. Les techniques actuelles de construction font de plus en plus appel aux structures dites tubulaires, qui présentent notamment 1' avantage autre très légères. Cependant, le développement de ces techniques s'est heurté jusqu'à présent aux problèmes posés par la jonction des éléments de la structure entre eux. En effet, ctest de laçrobustesse, de la simplicité et de la fiabilité des noeuds d'assemblage utilisés à cet effet que dépendent en grande partie les performances générales de la structure d'ensemble. Parmi les noeuds d'assemblage multidirectionnels à directions concourantes utilisés jusqu'à présent, on contact des noeuds prd- sentant une masse nodale ou carcasse de forme appropriée reliée par soudage aux abouts correspondants des barres ou tubes à assembler. Ils présentent l'avantage de pouvoir titre réalisés sous une forme relativement simple et compacte. Cependant, le soudage doit tre effectué sur chantier, c'est-à-dire dans des conditions inappropriées à une exécution parfaite et surtout à un contre de la qualité mécanique des jonctions obtenues.En pratique, le résultat obtenu doit entre considéré comme aléatoire à 30kir ce qui, compte tenu des marges de sécurité requises, nécessite de prévoir des liaisons surnuméraires et de surdimensionner les éléments de la structure. De plus, le montage des structures à noeuds d'assemblage soudés nécessite des gabarits rigoureux et est relativement lent. Dans d'autres noeuds d'assemblage utilisés jusqu'à présent, le raccordement des abouts des tubes ou barres s'effectue sur la masse nodale au moyen de flasques boulonnés ou de vis coaxiales à haute résistance. Cependant, en raison des contraintes de flexion imposées aux barres du fait de la répartition des charges ou des dilatations différentielles, la zone de raccordement des abouts à la masse nodale subit en général des concentrations de contraintes qui tendent à lui faire subir par fluage de matière des déformations permanentes. Du fait de ces déformations, les noeuds dsassem- blage de ce type ne sont guère réutilisables, et ctest la raison pour laquelle ils se pretent mal à la réalisation de structures démontables telles qu'échafaudages ou Sdifices temporaires.De plus, ces déformations permanentes rendent très malaisé le remplacement individuel de barres ou tubes dans les structures à implantation définitive, du fait des défauts d'alignement qui ge manifestent lorsqu'on remplace une barre usagée par ùne barre nouvelle. La présente invention permet d'éliminer les inconvénients cidessus rappelés des noeuds d'assemblage multidirectionnels connus jusqu'à présent, et elle propose à cet effet un noeud d'assemblage multidirectionnel à directions sensiblement concourantes qui est caractérisé en ce qu'il comprend une rotule pour chacune des barres à assembler, un téton prolongeant radialement ladite rotule, un moyen de liaison dudit téton à l'extrémité de la barre qui lui est associée et une cage de confinement adaptée à recevoir lesdites rotules en ménageant un certain débattement angulaire de chacun desdits tétons par rapport à ladite cage. Grtce au degré de liberté angulaire que peuvent ainsi conserver des barres réunies par un noeud d'assemblage selon l'invention, les contraintes de flexion peuvent tre pratiquement supprimées, ce qui permet de réduire en proportion le dimensionnement des 6 ments de la structure et en particulier celùi de la zone de jonction des abouts avec le noeud d'assemblage, qui n'est plus sujet i des déformations. La structure peut ainsi autre rendue parfaitement démontable, soit en totalité, soit lorsqu'il ne s'agit que de remplacer individuellement certains de ses éléments.A cet effet, on peut utiliser en combinaison avec un noeud d'assemblage selon l'in- vention certains moyens de liaison particulièrement avantageux qui seront plus amplement décrits dans la suite. Une autre conséquence de la suppression des contraintes de flexion dans une structure à noeuds d'assemblage selon l'invention est de simplifier considérablement les calculs de flambage, qui jouent d'ordinaire un r81e notable dans les frais d'élaboration de projet des structures tubulaires. Comme on pourra le voir dans la suite, un noeud d'assemblage selon l'invention se prEte dtune façon particulièrement naturelle à des modes de réalisation présentant dans ltespace une symétrie d'ordre élevé, et aptes à relier de nombreux éléments de structure concourant sensiblement en un meme point nodal. Dans une structure comportant des noeuds d'assemblage selon l'invention, ceux-ci peuvent astre partiellement préfabriqués et contrtlds en usine, ce qui permet de leur conférer des tolérances d'usinage rigoureuses et une sécurité d'utilisation totale. De préférence, le débattement angulaire de chaque liaison rotulée d'un noeud selon l'invention par rapport à sa otage de confinement est relativement élevé, ce qui dune part autorise les déplacements angulaires susceptibles de se produire dans une structure donnée sous l'influence de ses conditions d'environnement physique,. et permet d'autre part d'utiliser un meAme type de noeud pour assembler des barres se présentant en nombre ou en directions différentes, c'est-à-dire de disposer de noeuds d'assemblage universels ou semi-universels, conformément aux conceptions modulaires qui tendent à s'imposer de plus en plus en matière de constructions mécaniques. Les rotules d'un noeud selon l'invention sont de préférence disposées selon les sommets d'un polygone ou dtun polyèdre régulier, de manière à prendre chacune appui sur au moins trois points ; ces points peuvent entre des points de contact entre rotules adjacentes, avec la cage de confinement, avec une pièce nodale centrée sur le point de concours des barres, ou meme avec des billes disposées dans les interstices entre rotules adjacentes. Eventuellement, la surface généralement sphérique des rotules peut comporter des évidements ménagés dans les zones restant extérieures aux surfaces de contact, ce qui permet, par réduction de l'encombrement de chaque rotule, d'augmenter leur nombre total sans réduction du rayon de courbure des surfaces de contact. Les noeuds d'assemblage selon l'invention se prêtent d'une fa çon particulièrement avantageuse à la réalisation de structures galbées telles que ponts, passerelles ou structures d'étayage, dont ils permettent de régler le galbe par un simple ajustement des dimensions axiales de certains éléments de la structure.. On peut encore ajouter que, en raison de la forme géométriquement très régulière sous laquelle les noeuds d'assemblage selon 1' invention peuvent être réalisés, ils permettent de bAabir des structures architecturales présentant à la fois un agencement mécanique rationnel et un aspect esthétiquement remarquable, qualités qui peuvent également être mises à profit dans la réalisation de meubles tels que bibliothèques, présentoirs ou éléments de rangements divers. Enfin, du fait des multiples possibilités combinatoires offertes tant par le grand nombre de directions concourantes qu'ils permettent d'associer que par la liberté de choix des angles de ces directions entre elles, les noeuds d'assemblage selon l'invention sont encore applicables avec avantage aux jeux de construction pour enfants, à la réalisation de modèles moléculaires tridimensionnels et autres applications similaires. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, qui illustrent divers modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels la figure 1 est une vue partielle en coupe méridienne d'une forme de réalisation simplifiée d'un noeud d'assemblage selon l'in- vention, comportant six rotules disposées dans le meme plan ; la figure 2 est une vue selon la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue partielle en coupe méridienne d'une autre forme de réalisation d'un noeud d'assemblage selon l'invention dans lequel douze rotules sont régulièrement réparties dans 1t espace ;; la figure 4 est une vue schématique en plan montrant la disposition relative des rotules du noeud d'assemblage de la figure 3; Les figures 5, 6 et 7 sont des vues partielles en perspective montrant différents détails du noeud d'assemblage de -la figure 4 ; la figure 8 est une vue partiellement en coupe d'un noeudd' assemblage selon l'invention, qui illustre un mode de liaison entre une extrémité d'un tube métallique et la rotule à laquelle il est associé la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8 ; et la figure 10 est une vue partiellement en coupe illustrant un autre mode de liaison susceptible d'tre avantageusement employé pour relier la seconde extrémité dutube métallique de la figure 8 à un second noeud d'assemblage selon l'invention. Le noeud d'assemblage 10 illustré par les figures 1 et 2 comprend une pièce équatoriale 11 de forme annulaire formant cage, et comprenant à cet effet six évidements 12 régulièrement espacés à sa périphérie, dans lesquels viennent respectivement se loger six rotules 13, dont une seule est représentée. Ces rotules sont toutes identiques et leur forme générale est sphérique. Au voisinage de ltune 14 des faces de la cage 11, la paroi de chacun des évidements 12 définit une région cylindrique de rayon très légèrement supérieur à celui des rotules 13, afin de permettre l'introduction de ces dernières. Cette région cylindrique se prolonge en une calotte sphérique conùave qui définit Ie fond 15 de chaque logement. En outre, chacun des logements 12 comporte une lumière de passage 16 pour un téton 17 qui prolonge radialement chacune des rotules 13 ; la largeur des lumières 16 et le diamètre du col 18 des tétons sont choisis de manière à conférer aux tétons un débattement angulaire convenable, de préférence de l'ordre de 45 . Les rotules 13 sont maintenues confinées dans leur logement respectif par un flasque 19 maintenu serré contre la face 14 de la cage Il par un boulon à tête conique 20 sur lequel se visse un écrou 21 logé dans un évidement 22 de la cage 11. En variante, le boulon 20 pourrait se visser directement dans un taraudage approprié de l'alésage central 23 de la cage. Chacun des tétons 17 est raccordé à un tube métallique correspondant (non représenté) par l'intermédiaire d'un embout tronconique 25 soudé à l'about du tube. L'extrémité de petit diamètre de l'embout 25 comporte un prolongement 27 de forme générale hémi-cy lindrique qui coopère avec un prolongement complémentaire 28 du téton 17 pour constituer un organe de raccordement axial du téton au tube métallique associé.A cet effet, il est prévu un manchon cylindrique 29 adapté à coulisser sur l'ensemble cylindrique formé par les prolongements complémentaires 27 et 28 et à solidariser étroitement ces deux éléments lorsqu'une clavette transversale tronconique 30 est introduite à force par un trou 31 du manchon 29 entre chacune des deux gouttières transversales 32 et 33 respectiveH ment prévues dans les prolongements 27 et 28 pour recevoir cette clavette. Pour désolidariser le tube métallique précité du noeud d'assemblage 10, il suffit d'extraire la clavette 30 et de déplacer axialement le manchon 29 vers la rotule 13, ce qui libère l'extré- mité 27 de l'embout tronconique 25. Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, la forme générale des rotules 13 est sphérique. On pourrait toutefois, si l'on désire que le débattement angulaire soit restreint à un secteur angulaire du plan, employer des rotules de forme générale cylindrique reçues dans des logements de même forme. Si l'on désire que ce débattement corresponde à ad-c8ne aplati, on peut avantageusement donner aux rotules et d leubLlEgsment une forme ellipsoTdale. Pour protéger le noeud d'assXmblage ci-dessus décrit contre la corrosion, on peut avantageúsemEnt injecter dans les logements des rotules une charge protectrice à base de silicones assurant en même temps sa lubrification. En variante, l'ensemble de la cage 11 et du flasque 19 pourrait être remplacé par deux pièces similaires comportant chacune des évidements ou empreintes disposés en vis-à-vis pour définir le logement de chaque rotule. De même, deux ou plusieurs pièces telles que la cage 11 peuvent être axialement juxtaposées pour constituer un noeud d'assemblage à plusieurs couches de rotules. On peut noter qu'un noeud d'assemblage tel que décrit ci-dessus peut titre associé à un nombre de barres ou de tubes inférieur au maximum défini par le nombre de logements prévus dans la cage 11, sans créer de moments résiduels appréciables. Dans ces conditions, un même type standard de noeud d'assemblage selon l'inven- tion peut être prévu pour des conditions d'utilisation très diverses tout autant en ce qui concerne le nombre des barres à assembler que leurs orientations respectives. Les figures 3 à 7 montrent un noeud d'assemblage à douze rotules uniformément réparties dans l'espace et logées dans une cage formée de deux calottes sphériques 40 identiques, dont une seule a été représentée, disposées symétriquement par rapport à une pièce équatoriale 41 dans laquelle sont ménagés six logements 42 recevant chacun l'une de six rotules équatoriales 43, dont une seule est représentée. Un boulon fileté 44 à tête conique 45 solidarise les calottes 40 à la pièce équatoriale 41 en se vissant dans un écrou 46 présentant sensiblement la meme forme que la texte 45. Le boulon 44 pourrait tre remplacé par deux boulons filetés à tête conique symétriques vissés dans la pièce 41.Un centrage rigoureux des calottes 40 par rapport à la pièce 41 est assuré par deux épaulements annulaires 4T symétriques de la pièce 41 qui coopèrent avec des évidements complémentaires ménagés dans chacune des calottes 40. De part et d'autre du plan des rotules équatoriales 43 sont disposés deux groupes symétriques de trois rotules latérales 48 identiques aux rotules t3, comme schématisé sur la figure 4. Le logement des rotules 48 est délimité par la coopération de trois surfaces : l'une correspondante de trois empreintes équidistantes 49 ménagées dans la surface de chacun des deux épaulements 47, la surface latérale de la texte 45 (et de l'écrou 46), et l'une correspondante de trois empreintes 50 ménagées dans chaque calotte 40 au droit des empreintes 49. Les empreintes 49 et 50 déterminent deux i deux des cavités ou logements de rayon de courbure sensiblement égal à celui des rotules 48.Ces empreintes sont maintenues en visà-vis par des moyens de blocage angulaire (non représentés) tels que crans ou goupilles disposés de manière à assurer un positionnement angulaire rigoureux des empreintes 50 par rapport aux empreintes 49. Chaque calotte 40 comprend un alésage central conique 55 contre la paroi duquel s'exerce la force de serrage de la tête 45 et de l'écrou 46 du boulon 44.Comme visible en particulier sur les figures 3, 6 t 7, cet alésage comporte trois dégagements 56 symétriques par rapport à l'axe de la calotte, qui forment chacun avec la tette conique 45 ou avec l'écrou 46, selon le cas, une lumière de passage pour le téton 57 (dont un seul a été représenté) prolongeant radialement chacune des rotules 48 ; l'évasement vers l'exté- rieur de chacun des dégagements 56 est fonction du débattement angulaire désiré des tétons 57. L'une au moins des calottes 40 présente à sa partie externe une anse 60 (figures 6 et 7) constituée d'une seule pièce avec la calotte et destinée à permettre l'accrochage de câbles et similaires. Dans le meme but, le noeud d'assemblage ci-dessus décrit peut comporter des taraudages (non représentés) susceptibles de permettre d'y visser des crochets. D'autres taraudages pourraient titre prévus si on le désire pour immobiliser le cas échéant les tétons, par exemple au moyen de vis disposées de manière à être tangentes par leur texte à trois tétons voisins. En variante, a tate 45 et l'écrou 46, qui assurent à la fois la solidarisation de l'ensemble globalement sphérique des éléments du noeud d'assemblage ci-dessus décrit, le confinement des rotules 48 dans leurs logements respectifs, et fournissent de plus une zone de contact avec les rotules 48 pour encaisser éventuellement les efforts transmis à ces rotules par les barres ou tubes (non représentés) associés à chacune d'elles, pourraient présenter une forme concave adaptée à fournir une zone de contact 61 plus étendue avec les rotules 48.Dans le meme but, il va de soi que 1 on pourrait remplacer la tête 45 et l'écrou 46 par des éléments coniques compos tant chacun trois empreintes présentant chacune au niveau de la zone de contact 61 la même forme que les empreintes 49 et 50 pour déterminer avec elles autour de chacune des rotules 48 une concavité sphérique continue ouvrant sur les lumières 56. De même, on comprendra aisément que les dispositions ci-dessus décrites sont applicables à un noeud d'assemblage logeant un nombre de rotules plus élevé, dix-huit par exemple, ou plus. A cet effet, on peut prévoir, par exemple, une pièce centrale de forme polyédrique régulière dont chaque face peut être associée à une calotte analogue aux calottes 40 et à un boulon fileté à tête conique analogue au boulon 44, vissé par exemple dans un alésage taraudé prévu au centre de chaque face de la pièce centrale précitée. La figure 8 montre schématiquement un noeud d'assemblage 70 comportant dans un mEme plan six rotules sphérique jointives 71 adjacentes à une pièce nodale sphérique 72 constituée par exemple par une bille d'acier de même rayon que les rotules 71. Les rotules 71 et la bille 72 sont logées dans une cage 73 formée par exemple de deux éléments complémentaires convenablement solidarisés par un moyen approprié, cage qui présente des bossages 58 de confinement et dsappui pour les rotules 71. Les tétons 75, qui prolongent radialement vers l'extérieur chacune des rotules 71, soe réunis à l'extrémité d'un tube métallique 59 par un organe de raccordement axial 74 globalement analogue à celui brièvement décrit en regard des figures 1 et 2. L'organe de raccordement 74 comprend deux éléments de liaison coopérants 76 et 77 présentant des méplats complémentaires 78 axialement inclinés et des gouttières hémicylindriques transversales 79 légèrement décalées axialement l'une par rapport à l'autre. Lorsque les deux éléments 76 et 77 sont appliqués l'un contre l'autre de la manière représentée, ils déterminent un ensemble cylindrique sur lequel peut coulisser un manchon 80. L'élément 77 se prolonge axialement en un embout creux 81 rac- cordé par soudure à l'extrémité du tube 59, tandis que l'élément 76 se prolonge axialement en un embout taraudé 82, dans lequel se visse réglablement le téton 75, auquel est associé un contre-écrou de serrage 83. Comme visible plus clairement sur la figure 9, le manchon 80 comporte un trou latéral 85 permettant d'accéder à la texte d'une vis 86 de blocage coopérant avec-une goupille tronconique taraudée 87. La goupille 87 prend place dans les gouttières transversales 79, et son déplacement axial vers la droite de la figure 10, par rotation de la vis de blocage 86 dans le sens convenable, permet de solidariser étroitement les deux éléments 76 et 77. En vue d'assurer la protection de l'organe de raccordement ou moyen de liaison 74 contre les intempéries, le trouslatéral 85 du manchon 80 peut etre obturé par un bouchon amovible 88 en matière semi-élastique ; de plus, ltétanchéité du manchon 80 est complétée par un premier joint torique 89 serré axialement entre le manchon et l'about du tube 59 et par un second joint torique 90 serré contre 1 autre extrémité axiale du manchon par une bague amovible 91 vissée sur l'embout 82. Pour désolidariser le tube 59 du noeud d'assemblage 70, on dévisse la bague 91, on retire le bouchon 88, on tourne la vis 86 dans le sens approprié, et on peut alors dégager le manchon en le déplaçant axialement dans la direction de la rotule pour découvrir sur toute sa longueur axiale 1élément 77. I1 va de soi que les pièces de structure, barres, tubes, platines auxquels sont associées les autres rotules du noeud d'assemblage 70 peuvent entre reliés aux tétons correspondants par un organe de raccordement tel que icelui ci-dessus décrit ; cependant, ce n' est pas une obligation, et la seconde extrémité du tube 59 de la figure 8 peut par exemple eAtre reliée à un second noeud dtassembla- ge, semblable ou non au noeud 70, par un moyen différent. Comme illustré par la figure 10, la secondee-xtrémité 95 du tube 59 peut par exemple être reliée au téton correspondant 96 d'un autre noeud d'assemblage 97 par l'intermédiaire d'un embout taraudé 98 dans lequel est vissé le téton 96. Lorsqu'on désire démonter le tube 59, il suffit alors de désolidariser comme décrit plus haut les deux éléments 76 et 77 de 1' organe 74 (figure 8) puis de dévisser l'embout 98 (figure 10). Naturellement, les dispositions ci-dessus décrites peuvent recevoir de nombreuses variantes d'ensemble ou de détail sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. Par exemple, afin de faciliter le glissement des rotules, on pourrait disposer des billes de diamètre convenable dans les interstices séparant les rotules adjacentes. REVENDICATIONS 1 - Noeud d'assemblage multidirectionnel pour-barres dont les directions concourent sensiblement en un même point nodal, caractérisé en ce qu'il comprend une rotule pour chacune des barres à assembler, un téton prolongeant radialement ladite rotule, un moyen de liaison dudit téton et de l'extrémité de la barre qui lui est associée, et une cage de confinement adaptée à recevoir lesdites rotules en ménageant un certain débattement angulaire de chacundesdits tétons par rapport à ladite cage. 2 - Noeud d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage précitée comporte une pièce équatoriale présentant des logements adaptés à recevoir chacun une rotule, et un flasque adapté à confiner les rotules correspondantes dans lesdits logements. 3 - Noeud d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cage comprend une pièce équatoriale et deux calottes polaires, lesdites calottes étant réunies à ladite pièce par au moins un boulon axial présentant une tête dont la surface est adaptée à coopérer avec au moins une empreinte ménagée dans l'une desdites calottes pour déterminer le logement de réception de ltune correspondante desdites rotules dans ladite cage. 4 - Noeud d'assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pièce équatoriale présente un épaulement saillant et coaxial audit boulon, ledit épaulement étant adaptéàcoopérer avec un évidement complémentaire ménagé dans l'une desdites calottes. 5 - Noeud d'assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit épaulement présente au moins une empreinte adaptée à coopérer avec la surface de la tête dudit boulon et avec une empreinte de l'une correspondante desdites calottes pour déterminer le logement de réception de ltune correspondante desdites rotules dans ladite cage. 6 - Noeud d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cage comprend au moins deux pièces en forme de disque axialement adjacentes dans chacune desquelles sont ménagés des logements de réception pour les rotules correspondantes de ladite cage. 7 - Noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conformation du loge ment des rotules est adaptée à permettre un débattement angulaire d'environ 450 des barres qui leur sont associées. 8 - Noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte dans ladite cage une pièce nodale centrée sur le point de concours desdites barres et adaptée à fournir une surface d'appui à au moins trois rotules dudit noeud. 9 - Noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage précitée comporte à sa surface externe des moyens d'accrochage tels qu'anses ou crochets adaptés à permettre l'accrochage de cibles ou pièces quelcon ques. 10 - Noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de liaison précité comprend un embout taraudé solidaire de l'extrémité de la barre associée et adapté à coopérer avec un filetage du téton correspondant. 11 - Noeud d'assemblage selon ltune quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit moyen de liaison comprend un premier élément de liaison solidaire du téton précité et un second élément de liaison solidaire de l'extrémité de la barre associée, ledit premier élément présentant une entaille adaptée à stap- pliquer contre une entaille complémentaire dudit second élément, et un manchon de recouvrement adapté à solidariser amoviblement lesdits éléments lorsque leurs entailles complémentaires sont appliquées l'une contre l'autre. 12 - Noeud d'assemblage selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen de liaison comprend en outre une clavette radiale adaptée à s'engager à force par un trou ménagé dans ledit manchon de recouvrement entre les entailles précitées pour parfaire le serrage des éléments de liaison précités. 13 - Noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit premier élément de liaison est constitué par l'extrémité libre dudit téton. 14 - Noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications Il ou 12, caractérisé en ce que ledit premier élément de liaison est formé d'une seule pièce avec un embout taraudé adapté à coopérer avec unrfiletage du téton correspondant. 15 - Ossature de soutiEn à barres multidirectionnelles, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un noeud d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes.