Brevet FR2116356A1 — publié le 19720713

La présente invention se rapporte à une poutre à âme ajourée, ainsi qu'à un procédé de fabrication de cette poutre. Dans la pratique, on connatt des poutres à âme ajourée, réalisées sous la forme de poutres du type "Falthus". Pour la fabrication de ces poutres, on découpe l'âme d'une poutre d'acier laminée ou soudée, suivant une ligne profilée parallèle à ses membrures, par exemple une ligne en festons trapézoSdaux, de façon symétrique à la ligne médiane parallèle aux membrures, et on soude l'une à l'autre les demipoutres ainsi obtenues, présentant la mtme hauteur sur toute leur longueur, après décalage l'une par rapport à l'autre, par les bases parallèles courtes des festons trapézoldaux ainsi formés. On obtient ainsi, dans l'amie de la poutre, des ouvertures hexagonales (poutre "nids d'abeille").La poutre ainsi obtenue présente une plus grande hauteur que la poutre initiale et possède également un moment d'inertie plus élevé. Du fait que de telles poutres peuvent être fabriquées, suivant un procédé se prêtant bien à la mécanisation, d'une manière économique et avec une mise en oeuvre réduite de matériau, et que ces poutres présentent également uneXgrande capacité de charge que les poutres d'acier initiales, elles sont produites et mises sur le marché à des quantités de p]us en plus importantes.Comme l'indique le brevet britannique nO 1 101 362, ces poutres peuvent également être incorporées sans difficulté au bétonnage, en tant que parties de poutres composées. Cependant, ces poutres du type Falthus présentent l'inconvénient de posséder, par suite du procédé de fabrication mis en évidence ci-dessus, dans toutes les sections, et donc également aux endroits auxquels les contraintes sont plus faibles, la mtme hauteur et donc également la meme capacité de charge que celle nécessaire aux endroits où les contraintes sont maximales, de sorte que la résistance de ces poutres n'est donc utilisée de façon optimale qu'à l'endroit des contraintes maximales et que les poutres sont, en fait, surdimensionnéeE aux autres endroits, ce qui fait que ces poutres ne peuvent pas titre adaptées à des contraintes variables d'un cas à l'autre. Cela se manifeste, du point de vue économique, par une mise en oeuvre excessive de matériau. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients des poutres connues à âme ajourée et à créer une poutre pouvant être adaptée à des contraintes variables d'un cas à l'autre. Selon l'invention, on obtient ce résultat par une poutre à âme ajourée caractérisée par le fait que la poutre présente une hauteur variant de façon uniforme et comme porte, entre ses ouvertures dans l'åme et la ou les membrures, des parties d'due dont la hauteur varie uniformément. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication de la poutre conforme à l'invention, caract6- risé par le fait qu'on découpe une poutre à Sine pleine en deux demi-poutres suivant une ligne profilée qui est symétrique à une ligne de base faisant un angle avec la ligne médiane longitudinale de la poutre et qui est composée de tronçons de droite et/ou d'arc se répétant périodiquement et choisis en fonction de la forme des ouvertures que l'on veut produire dans l'åme, qu'on retourne l'une de ces demi-poutres de 180 par rapport à l'autre demi-poutre autour de l'axe médian perpendiculaire à la ligne de base des demi-poutres, et qu'on place les deux demipoutres l'une contre l'autre de manière qu'elles s'ajustent l'une sur l'autre par les parties estérieures des tronçons d'åme profilés se répétant périodiquement, lesquelles parties extérieures sont obtenues par le découpage suivant la ligne profilée et, le cas échéant, par des opérations d'usinage supplémentaires, et qu'on soude les deux demi-poutres l'une à l'autre à ces endroits pour les réunir sous la forme d'une poutre de hauteur variable, à åme ajourée. L'avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait que ton peut fabriquer ainsi, avec une même mise en oeuvre de matériau, des poutres ayant une plus grande capacité de charge que la poutre usuelle du type Falthus. En d'autres termes, les poutres conformes à l'invention peuvent etre fabriquées, pour pouvoir supporter les mêmes conditions de contrainte,avec une mise en oeuvre eensiblement plus faible de matériaux (c(est-à-dire avec 20 à 40 % de moins de matériau), cela sans augmentation des dépenses relatives aux travaux nécessaires. Les avantages de l'invention apparaitront encore plus nettement à la comparaison ci-après de deux exemples concrets des deux types de poutres. Une poutre à âme pleine de 20 cm de hauteur peut & re transformée, suivant le procédé de Falthus, en une poutre à une travée de 30 cm de hauteur, à membrures pa rallèles et à forme ajourée, laquelle poutre est à meme de supporter un couple résultant d'une force P agissant verticalement depuis le haut au centre de la poutre. A l'aide du procédé conforme à l'invention, on peut, à partir d'une même poutre à Ame pleine, de 20 cm de hauteur, obtenir une poutre à clame ajourée dont la hauteur va en augmentant en direction du milieu de la longueur de la poutre dont la hauteur maximale à l'endroit du moment le plus élevé, c'est-à-dire dans ce cas au milieu de la poutre, s'élève à 33 cm, et qui est à même de supporter, à l'endroit de sa plus grande section, un moment qui est de 20 à 30 /' supérieur à celui susceptible d'être appliqué à la poutre du type Falthus. ES outre, la forme de la poutre conforme à l'invention correspond mieux à la répartition des contraintes dans la poutre que dans le cas de la poutre du type Falthus, dans laquelle la section est partout la même et est égale à la section nécessaire à l'endroit de la plus grande contrainte. Pour la description plus détaillée de l'invention, on va se référer au dessin annexé qui représente plusieurs exemples de réalisation de la poutre conforme à l'invention et mette en évidence le procédé de fabrication de cette dernière ; sur ce dessin la figure la est une vue en élévation latérale d'une poutre à une travée conforme à l'invention, à âme ajourée et à hauteur variable la figure lb représente la courbe des moments de la poutre selon la figure la la figure 2a représente une poutre en porte-à-faux réalisée conformément à l'invention la figure 2b représente la courbe des moments de la poutre selon la figure 2a les figures 3 et 4 représentent le schéma des phases de fabrication de la poutre conforme à l'invention. Les membrures de la poutre à une travée de la figure la portent les références 2 et v. L'amie 3 de la poutre est ajourée (ouvertures 4). La poutre est symétrique par rapport à la ligne médiane verticale 10a présente au milieu une haveur hl et aux deux extrémités une hauteur h2 choisies de manière que h1 > h2, c'est-à-dire que la hauteur de la poutre diminue depuis le milieu, auquel agit dans le cas présent la force P, vers les extrémités. La hauteur des parties d'!me entre les ouvertures 4 et les membrures 1 et 2 est également la plus grande au voisinage de la partie médiane de la poutre.Les parties d'âme situées entre les ouvertures 4 et les membrures 1 et 2 présentent ici une hauteur a, laquelle diminue en direction des extrémités jusqu'à atteindre finalement la valeur b. La figure lb représente la courbe des moments pour la charge selon la figure la. En comparant les figures la et lb, on reconnatt que la poutre présente la plus grande hauteur à l'endroit de la plus grande contrainte, de sorte que la poutre présente également à cet endroit la plus grande capacité de charge, et que la hauteur de la poutre devient également plus petite avec la diminution de la contrainte. I1 est ainsi possible de supporter les contraintes, dans toutes les sections de la poutre, moyennant un surdimensionnement plus faible que dans une poutre du type Falthus. La figure 2a représente une poutre en porte-à-faux réalisée conformément à ltinvention. La courbe des contraintes selon la figure 2b permet de connattre que la hauteur de la poutre augmente, ici également, avec ;'augmen- tation des contraintes apparaissant dans la poutre sous l'action de la force P, ce qui permet, comme dans la poutre à une travée de la figure la, d'utiliser d'une manière judicieuse la résistance mécanique de la poutre. Les figures 3 et 4 représentent les différentes phases de fabrication de la poutre conforme à l'invention' On place une poutre en I, présentant une Ame pleine et des membrures 2 et 3 parallèles, sur le c8té, c'est-à-dire de manière quelle s'appuie sur le col par les extrémités des deux ailes se trouvant du mme c8té. Sur les figures 3 et 4, la poutre est visible en plan dans cette position. La ligne de base 6 fait un angle CL avec l'axe médian longitudinal 5 de la poutre, lequel est représenté en trait mixte sur la figure 3. On découpe l'Sme de la poutre suivant une ligne profilée 7 symétrique à la ligne de base 6.Dans le cas présent, la ligne profilée 7 ést formée par les cotés obliques 8, 8' et la petite base 9 d'un trapèze, la grande base 9' du trapèze tétant représentée sur la figure 3 qu'en tirets en un endroit, car le découpage n'a pas lieu dans cette partie. Les bases 9 (et évidemment les bases 9') sont parallèles à la ligne de base 6.On obtient ainsi, par ce découpage, comme représenté sur la figure 3, deux demi-poutres A et B dans lesquelles à des distances -égales et de part et d'autre de l'axe de symétrie vtrtical 10, perpendiculaire aux membrures, deux tronçons successifs de la ligne profilée 7, taral- lèles à la ligne de base 6, formés chaque fois de deux petites bases 9 successives, l'une en haut et l'autre en bas, se trouvent à des distances (hauteurs) a et b différentes des membrures vers lesquelles ils sont tournés. La plus petite hauteur b se présente, en haut, à gauche de l'axe 10, et en bas, à droite de cet axe. A la méme distance, on obtient évidemment la plus grande hauteur a, en bas, à gauche et, en haut à droite. Ensuite, on retourne de 1806 l'une des demi-poutres autour de l'axe médian 10, donc dans le cas présent dans le plan vertical, et on l'ajuste dans cette position sur l'autre demi-poutre B restant dans sa position d'origine, de sorte que seules les bases extérieures plus courtes 9 des trapèzes s'appliquent les unes contre les autres, après quoi on soude les deux demi-pou- tres A et B l'une à l'autre à ces emplacements de contact men- tionnés. De cette manière, on obtient des ouvertures 4 dens l' & e 3. Les membrures 1 et 2 de la poutre ainsi formées ne sont plus parallèles, mais convergent dans un sens (vers la droite dans l'exemple de la figure 4). On obtient ainsi une poutre dont la hauteur diminue dans un sens de hl à h2.Une telle partie de poutre forme la outre en porte-à-faux repré- sentée sur la figure 2a. A partir de deux poutres de ce type, réunies ou soudées par leurs côtés de hauteur h2, on peut réaliser la poutre à une travée, de hauteur variable, représentée sur la figure la. Du point de vue statique, la poutre conforme à l'invention, ainsi réalisée, présente l'avantage particulier que la hauteur de la partie d'sue entre les membrures 1 et 2 et les cotés 9 des ouvertures 4 est la plus grande à l'endroit auquel la poutre présente la plus grande hauteur, c'est-à-dire à l'endroit de la contrainte maximale de la poutre ; dans la poutre selon la figure 4, cette plus grande hauteur est précisément identique avec la hauteur a déjà mentionnée. L'invention n'est évidemment pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus. On peut concevoir de nombreuses variantes1 sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. La poutre elle-même peut également être fabriquée par un procédé différent de celui décrit. En outre, la forme de la liane profilée peut outre différente de la forme trapézoidale représentée ; on peut ainsi, par exemple, utiliser une ligne ondulée formée d'arcs (ligne sinusoldale), suivant laquelle on découpe l'Ome pleine de la poutre initiale. L'usinage ultérieur des demi-poutres à souder peut se faire, par exemple, par découpage ou meulage. Les poutres à âme pleine, utilisées comme produit de départ, peuvent outre des profilés laminés ou soudés. REVENDICATIONS 1. Poutre à Sine ajourée, caractérisée par le fait qu'elle présente une hauteur variable de façon uniforme et comporte, entre les ouvertures de l'ami et la ou les membrures, des parties d'âme de hauteur variable de façon uniforme. 2. Procédé de fabrication de la poutre suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on découpe une poutre à âme pleine en deux demi-poutres, suivant une ligne profilée qui est symétrique à une ligne de base faisant un angle avec la ligne médiane longitudinale de la poutre et qui est composée de tronçons de droite et/ou d'arc se répétant périodiquement et choisis en fonction de la forme des ouvertures que l'on veut produire dans l'âme, qu'on retourne l'une de ces demi-poutres de 1800 par rapport à l'autre demi-poutre autour de l'axe médian perpendiculaire à la ligne de base des demipoutres, et qu'on place les deux demi-poutres l'une contre l'autre de manière qu'elles s'rajustent l'une sur l'autre par les parties extérieures des tronçons d'âme profilés se répétant périodiquement, lesquelles parties extérieures sont obtenues par le découpage suivant la ligne profilée et, le cas échéant, par des opérations d'usinage supplémentaires, et qu'on soude les deux demi-poutres l'une à l'autre à ces endroites pour les réunir sous la forme d'une poutre de hauteur variable, à âme ajourée. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on découpe la poutre suivant une ligne profilée à tronçons en festons trapézoldaux, symétriques par rapport à la ligne de base et composés de deux côtés obliques et d'une petite base de trapèze.