Brevet FR2233464A1 — publié le 19750110

La présente invention intéresse le secteur technique des constructions fixes. Actuellement, dans la presque totalité des constructions immobilières, l'ossature supportant les étages, tant des édifices civils qu'industriels ou celle des viaducs, des ponts, ets... est composée de poutres mixtes acier-béton. On se réfère ici en particulier aux poutres mixtes obtenues avec un profilé en acier et-une coulée de béton qui l'entoure. Les poutres ainsi confectionnées sont pratiquement exemptes de tensions internes lorsqu'elles sont déchargées, alors que sous la charge, il se crée des tensions négatives (compression) au-dessus de l'axe neutre de l'ensemble et des tensions positives (traction) au-dessous dudit axe neutre. Il en résulte que la charge crée dans la poutre des tensions dépendant uniquement de la valeur de cette charge, mais tandis que l'acier travaille aussi bien en traction qu'en compression le béton ne travaille quten compression, c'est pourquoi le béton coopère dans l'effort de soutien uniquement sur les couches supérieures à l'axe neutre. La présente invention a pour but de réaliser une poutre mixte acier-ciment déåà précompressée ayant des tensions de signe opposé à celui des charges. Plus précisément, la poutre en acier est noyée dans sa partie inférieure, en union avec un, deux ou plusieurs tirants de traction, dans un socle de béton. Si, après la prise de la poutre ainsi confectionnée, les tirants sont mis en tension, comme ils se trouvent dans sa partie inférieure, ils créent dans l'acier des tensions qui sont opposées à celles des charges et le béton subit aussi des tensions uniquement en compression, mais elles sont toutefois opposées à celles des charges qui,dans la partie inférieure se développent en traction. Naturellement, ces tensions négatives de précmpression du béton seront de valeur plus grande que les tensions positives prévues, dues aux charges, de façon que le béton travaille toujours en compression et Jamais en traction ou avec des tensions de traction limitées. Dans le domaine des précompressés, il n'existe rien qui soit conçu de cette manière. On trouve dans le commerce des précompressés, mais ce sont de simples poutres en béton avec des tirants englobés. Il y a aussi des poutres précompressées du type en question, c'est à dire formées d'un profilé en acier et d'un socle en béton, mais elles sont assemblées différemment, c'est à dire que la poutre est tout d'abord déformée sur des liens en sens opposé à la-déformation des charges, puis on opère la coulée. Lorsque la coulée est sèche, on libère la poutre des liens; il s'en suit que la poutre d'acier induit sur le béton une tension opposée à celles engendrées par les charges, mais par contre il reste dans l'acier des tensions résiduelles de même signe que celles engendrées par les charges. A cause de cela, dans certaines poutres précompressées connues, on améliore la résistance du béton, mais on n'améliore pas, on détériore plutôt la résistance de la poutre. Au lieu de cela, la présente invention améliore les capacités de résistance aussi bien du béton que de l'acier,étant donné que la pré compression induit, dans les deux composants, des tensions opposées aux tensions de la charge. L'invention en question est illustrée dans quelques unes de ses formes d'exécution, données à titre d'exemples, dans la planche de dessins ci-jointe, dans laquelle r - La figure 1 montre en vue latérale la poutre composée acier-béton précontraine avec poutre d'acier en double g nor-male; - La figure 2 montre une section transversale de la poutre composée présentée figure 1; - La figure 3 montre en section un autre exemple de poutre composée avec poutre d'acier en double T et à larges ailes; - La figure 4 présente en section un autre exemple de poutre composée avec poutre d'acier en simple T; - Les figures 5 et 6 montrent en section d'autres exemples de poutres composées avec des poutres d'acier en double T et à ailes dissymétriques;; - La figure 7 présente le diagramme des tensions dans l'acier et le béton, pour une poutre composée précompressée; - La figure 8 présente le diagramme des tensions seulement dans le béton, -pour une poutre composée précompressée. - La figure 9 présente le diagramme des tensions pour la poutre composée de la figure 7, mais dotée d-'une coulée complémentaire effectuée à la mise en oeuvre; - La figure 10 présente le diagramme des tensions pour la poutre de la figure 7, mais dotée d'une semelle en béton armé coopérante. Comme le montrent les figures 1 et 2, la poutre compo- sée selon l'invention est constituée d'un profilé en acier A, dans ce cas en double T et autour de la partie inférieure de la poutre, est effectuée la coulée de béton C. La poutre en acier est rendue solidaire du béton par des chevilles, brides, etc... appropriées. Dans le béton sont placés un, deux ou plusieurs tirants L en acier harmonique, qui servent à comprimer l'ensemble en une ou plusieurs phases. lies tirants T peuvent être liés à l'extrémité de la poutre en acier ou à celle du socle en béton; dans le premier cas, la pré compression agira-tant sur la poutre en acier que sur le béton; dans le second cas, on peut envisager deux solutions et prêcisémeùt a) si le béton est lié àla poutre, les tirants engendrent des tensions, aussi bien dans le béton que dans la poutre; b) si le béton n'est pas lié à la poutre, les tirants engendrent des tensions uniquement dans le béton, tandis que la poutre reste sans pré-tensions. Il est évident que dans cette solution les liens entre le béton et la poutre sont créés après la tension des tirants et pratiquement à la mise en oeuvre. Il est possible, plutôt que de lier les tirants aux extrémités de la poutre, de les lier aussi dans ses positions intermédiaires. Sur la base de ce qui a été exposé plus haut, il est évident qu'avec la précompression sont engendrées dans la poutre des tensions de traction et de compression opposées à celles induites par les charges et, sur le béton situé au-dessous,des tensions de compression opposées et supérieures aux tensions de traction provoquées par les charges. Cet effet est illustré par les figures 7 à 10 dans lesquelles a et c sont les tensions de précompression respectivement sur l'acier À et sur le béton C; a', c', g' sont les tensions induites par les charges respectivement sur l'acier, sur le béton et sur la coulée complémentaire G ou sur la semelle G'; a", c", g" désignent les tensions finales exercées respectivement sur l'acier, sur la coulée du socle et sur la coulée complémen- taire ou de la semelle. La lettre n indique-l'axe neutre de la poutre d'acier et n' celui de la poutre composée acier-béton précompressée et n" l'axe neutre de la poutre composée également avec les coulées complémentaires G et G'. tes poutres décrites ci-dessus peuvent être utilisées pour toute sorte de structure d'acier, étant donné qu'on peut prévoir le socle non étendu à-toute la longueur de la poutre, et dans ce cas les extrémités de la poutre en acier restent libres et peuvent être usinées pour des assemblages par boulons, par soudage ou par rivets. Belon ce qui a été exposé jusqu'ici, les tirants subissent l'action de traction après la prise du socle de béton. Toutefois, il faut faire remarquer que le but de la-présente invention, ainsi que le résultat préfixé, sont obtenus aussi en exerçant l'action de traction sur les tirants avant la coulée du béton. Dans ce cas, les tirants sous traction, après la prise du béton, libérés des liens, exercent une aetion de compression sur le socle de béton et/ou sur la poutre. tes possibilités particulières des poutres en question, irréalisables avec n'importe quel autre système de construction, sont constituées par le fait qu'elles peuvent dépasser des "lumièvres imposées, supporter des surcharges utiles et satisfaire à des conditions de "flèches" préétablies, avec des hauteurs d'encombrement minimal.-Réciproquement, les conditions géométriques étant égales, ces poutres sont en mesure de supporter des surcharges plus importantes. Les réductions de hauteur ou-de poids de ces poutres favorisent des économies et des améliorations. Par exemple - réduction de longueur et de pente des rampes d'accès des ponts et des viaducs. Indirectement, ceci signifie une économie dans les terre-pleins et-dans les murs qui y conduisent, ainsi que dans les dépenses d'expropriation etc.. - possibilité, dans les édifices, d'augmenter les lumières des poutres sans augmenter leur hauteur; --réduction de la hauteur totale des édifices; - réduction des charges totales sur les colonnes, sur les épaulements et surales fondations en général. De façon détaillée, les principaux avantages du systè- me de construction, par rapport aux poutres d'acier traditionnelles, sont les suivants - hauteur plus petite pour la même lumière et la même charge; - plus grande rigidité à la flexion; - contre-flèche obtenue au moyen de la précontrainte au lieu de lAetre par des opérations à chaud ou à froid exécutées en usine; - protection contre les incendies et contre les attaques d'oxydation du bord inférieur plus sollicité.On peut étendre cette action protectrice, comme mentionné plus haut, à l'amie et au plateau supérieur, au moyen du revêtement total en béton; - facilité de mise en oeuvre, d'assemblage et de connexion avec d'autres éléments de structure; - importante économie dans l'emploi des matériaux; - le domaine résultant de variabilité de l'état de tension de l'acier, sous l'effet de charges accidentelles, est considérablement réduit; il s'ensuit une réduction importante des dangers de cassure par fatigue. t utile - plus grande valeur du rapport entre la charge et le propre poids des poutres, à égalité de rapport entrevla lumière et la hauteur de la poutre; -possibilité d'utiliser des aciers à faible résilience (plus économique) puisque le socle en béton protège la poutre d'acier contre les écarts thermiques aux basses températures; - possibilité d'avoir recours aux avantages de la préfabrication rapide en effectuant la maturation à la vapeur; - possibilité d'assembler sur le chantier plusieurs éléments de la meme poutre lorsque sa longeur dépasse les limites de transportabilité par la route. Dans ce cas, le socle en béton et la précontrainte sont effectués sur le chantier; - la largeur du socle en béton permet un vaste siège d'appui poùr la mise en oèuvre des cintrages de soutien de la coulée d'une semelle supérieure éventuelle. Naturellement, l'invention décrite à titre d'exemple et non limitatif, peut être étendue dans son concept informatif à toutes les poutres possibles utilisées dans les constructions et peut prévoir des variantes et des adaptations basées sur des exigences particulières, tout en restant dans le cadre des présentes. REVENDICBTIONS 1- Poutre composée acier-béton précontrainte, caractérisée par le fait qu'une poutre en acier est munie, à sa partie inférieure sous l'axe neutre sollicité en traction par les charges, d'un socle en béton et de tirants de tension, de sorte que tant la poutre en acier que la coulée de béton ou seulement ce dernier subissent, au moyen des tirants, une pré compression opposée à celle induite par les charges. 2- Poutre selon la revendication 1, caragtérisée par le fait que les tirants sont sollicités en traction après que le socle en béton ait pris, de manière à créer les pré-tensions de compression dans la poutre composée. 3- Poutre selon la revendication 1, caractériséepar le fait que les tirants sont sollicités en traction avant la coulée du socle et qu'après la prise de celle-ci, ils sont déliés et exercent, sur la poutre composée, la pré-tension de compression. 4- Poutre selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les tirants peuvent etre un, deux ou plus de deux et qu'ils sont liés à l'extrémité de la poutre d'acier avec précompression de la poutre et du béton ou bien à l'extrémité du béton, avec précompression de la poutre et du béton ou encore, du béton seulemént. Dans ce dernier cas, pendant la précompression, il n' a pas de liens le long-de la poutre entre l'acier et le béton et ces liens sont créés au moment de la mise en oeuvre de la poutre composée. 5- Poutre selon la revendication 1, caractérisee par le fait que le profilé en acier peut avoir une forme quelconque, comme par exemple une poutre en double T à ailes normales, une poutre en double T à larges ailes, une poutresn-simple T, une poutre en double T à ailes dissymétriques, etc... 6- Poutre selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les extrémités de la poutre en acier peuvent rester libres en vue d'assemblages éventuels par rivetage, boulonnage ou soudage ou autres opérations. 7- Poutre selon la revendication 1, caractérisée par le fait que pendant la mise en oeuvre elle peut être dotée de coulées complémentaires ultérieures ou de semelles de nature quelconque.