Brevet FR2451426A1 — publié le 19801010

La présente invention concerne les charpentes métalliques à treillis, susceptibles de nécessiter des renforcements au cours de l'exploitation des bâtiments, du fait de l'augmentation des charges. Les Industriels construisent d'tmportants bâtiments d'ateliers ou de stockage, dont la structure est le plus souvent métallique. Lorsque les gabarits en hauteur le permettent, et pour les structures de combles et de certains planchers, les charpentes à treillis ont généralement la préférence des concepteurs, en raison des avantages suivants : économie par la légèreté, concentration des installations de fluides et autres dans la hauteur du treillis, dégagement d'un plan d'entraits horizontaux propre à recevoir localement des installations diverses constituant les surcharges dtexploitation. Il appartient évidemment aux propriétaires et utilisateurs de prévoir, dès, origine, la valeur et la position de ces surcharges d'exploitation, mais la complexité et l'évolution des activités et des méthodes entraient vers un choix d'ordre économique : estimer largement les surcharges pour le présent et pour l'avenir, en admettant une surabondance systématique de la capacité portante la structure, ainsi que l'augmentation du poids et, par conséquent, du coût de celle-ci; ou bien limiter strictement la prise en compte de ces surcharges aux conditions connues lors de l'étude du bâtiment à construire, en admettant le principe du renforcement ultérieur de la structure pour le cas où des sollicitations plus importantes devraient lui être appliquées au titre de l'exploitation. Etant donné l'étendue des bâtiments industriels, les fonds mis en jeu par ce choix sont d'importance, et il est rare que la décision puisse être prise en faveur de la solution techniquement confortable. Les bâtiments sont donc construits, en général, sur des hypothèses minimales de surcharges d'exploitation, en correspondance des seuls besoins immédiats, et interviennent fréquemment ensuite, au cours de la vie de ltouvrage, des opérations de renforcement de différentes zones de la structure, pour rendre celles-ci capables de porter des charges supplementaires d'installations. On constate que, malgré la présomption de nécessité d'un renforcement ultérieur, les charpentes ne sont jamais conques pour recevoir facilement et systématiquement des pièces de renforcement. Les assemblages sont réalisés de maniè- re classique, sans prévision de l'encombrement et des fixations des futurs renforts. Ainsi, sur un noeud-type d'une pièce quelconque à treillis, tel que représenté PL.I/3.FIG.1, il nry a pratiquement d'autre possibilité de renforcement que l'adjonction de fers plats 1 ou de cornières exclusiveme~tsoudes. La pose de ce type de renforts est extrêmement onéreuse et gênante pour ltactivité des ateliers. La position des renforts par rapport aux barres initiales engendre des déplacements intempestifs d'axes neutres.Les risques du soudage sur les pièces quelquefois en charge, ainsi que de l'incendie en cours de travaux sont aussi à considérer. En bref, les renforcements sont habituellement traités: comme un rattrapage et, malgré l'augmentation effective de leur capacité portan- te, les charpentes soumises à ces opérations acquièrent les imperfections carat téristiques des ouvrages réparés. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Il prévoit en effet, aux différents noeuds du treillis et au long des barres initiales, la fixation des futures pièces de renforcement, lesquelles pourront être assemblées par simple boulonnage à haute résistance, à l'exclusion de toute opération de soudage. Le dispositif, objet de l'invention, s'applique aux structures à treillis constituées de barres en double-cornières. I1 peut être étendu à d'autres types de profils, tels que simple cornière, double ou simple U, poutrelles en I. Sur une pièce quelconque à treillis, telle que la poutre PL.I/3.FIG.2, le dispositif consiste en l'aménagement des noeuds, -ainsi que des entretoises de liaison situées au long des barres, de telle manière que les futures pièces de renforcement puissent être facilement posées et attachées par simple boulonnage à haute résistance.Ainsi au noeud courant PL.I/3.FIG.3, le dispositif avant renforcement comprend : le gousset classique 2, dont l'épaisseur est légèrement sur-dimensionnée par rapport à eelle déterminée hors souci de renforcement, gousset sur lequel viennent converger les barres de la structure; les barres initiales elles-mêmes 3, constituées de double-cornières;des plaquettes 4 en tôle mince, appliquées sur les cornières - Le gousset, les cornières et les plaquettes sont assemblés entre-eux par des boulons de qualité ordinaire 5. Les cornières sont soudées en 8 sur le gousset. I1 est à remarquer pL.I/3.FlG.5 entre le que les lignes d'épure concourantes des cornières sont choisies / tiers vers et la moitie l'axe neutre/de la distance entre cet axe neutre 6 et la ligne de trusquinage normal 7. Cette disposition, qui est parfaitement admissible sur le plan de la résistance des matériaux, a pour effet de rendre tout-à-fait négligeable l'ex- centrement des barres, avant ou après renforcement. Au droit d'une entretoise de liaison PL.I/3.FIG.3, le dispositif avant renforcement comprend : une entretoise 9 en fer plat assemblée aux cornières par un boulon de qualité ordinaire et aussi soudée à celles-ci. Le processus de réalisation du dispositif, à l'échelle de la poutre (ou pièce quelconque) tout entière est le suivant : après tramage, débit et point tonnage des goussets, cornières, plaquettes et entretoises, la poutre est assemblée en atelier par boulonnage en qualité ordinaire des cornières et plaquettes sur les goussets correspondants et des entretoises de liaison sur les cornières. Cet assemblage de l'ensemble par simple boulonnage a l'avantage d'assurer la géométrie de la pièce, en vue de l'opération qui suit. En effet, et toujours en atelier, les cornières sont ensuite soudées sur les goussets pour la valeur des efforts correspondant aux hypothèses initiales de construction , et les entretoises de liaison sont soudées sur les cornières.La poutre est alors prête à être mise en peinture, en atelier ou au chantier, et la fonction des plaquettes est de protéger de cette misa en peinture les surfaces afférentes aux assemblages boulonnés. il s'entend que sur cette poutre terminée et montée telle quelle dans la structure, aucun organe n'est sur-dimensionné par rapport aux hypothèses correspondant aux besoins immédiats, hormis l'épaisseur des goussets qui tient compte des sollicitations supplémentaires futures, ainsi que les attaches extrêmes constituant les appuis proprement dits de la poutre sur les poteaux ou autres éléments porteurs. Si, au cours de la vie de l'ouvrage, il devient nécessaire d'augmenter la valeur des surcharges d'exploitation, le processus de renforcement appliqué au même exemple de la poutre PL.I73.FIG.2, est le suivant : à toutes les barres apparaissant au calcul comme devant être renforcée, ou bien à toutes les barres de la poutre si l'on veut bénéficier d'emblée du renforcement maximal, les boulons 5 sur plaquettes et les plaquettes elles-mêmes sont déposés, opération sans risque puisque c'est la soudure qui attache les efforts susceptibles de règner dans ces barres. Après brossage des surfaces primitivement couvertes par les plaquettes, et conformément au principe de la PL.II/3.FIG.6, de nouvelles double-cornières 10, débitées et poinçonnées aux cotes adéquates, sont appliquées de part et d'autre des cornières initiales.Ces nouvelles cornières où égal ou approchant sont au profil immédiatement inferieur/à celui des cornières initiales et elles peuvent être placées, suivant les épures prévues à l'origine, de manière que leur aile soit tête-bêche par rapport à l'aile correspondante de la cornière initiale, soit dans le même sens, comme représenté coupes FF et F'F' respectivement. Aux noeuds proprement dits, c'est-à-dire aux goussets, les nouvelles cornières sont assemblées par mise en place de boulons à haute résistance il dans les trous libérés des boulons ordinaires primitifs 5. Ces nouveaux boulons à haute résistance travaillent par frottement et doivent être serrés au couple adéquat, à l'aide d'une clé dynamométrique.I1 s'entend que le diamètre et le nombre de boulons à prévoir initialement aux attaches des barres sur les goussets correspondent sensiblement à la section des futures pièces de renforcement, soit, s'il s.'agit de cornières, au profil immédiatement inférieur à celui 1'ori- gine correspondant. Il srentend aussi que ces nouveaux assemblages de renforcement, réalisés par boulons à haute résistance, sont réputés sans jeu et parfaitement rigides, et que leur résistance se cumule ainsi à celle de la soudure initiale pour attacher l'effort de la section totale de la barre considérée. il est très important de noter que, lors des opérations de renforcement, seuls les boulons initialement sur plaquettes peuvent être démontés pour attacher les pièces de renforcement. Au droit des entretoises de liaison, les nouvelles cornières sont assemblées par un boulon ordinaire 5 suivant PL.II/3. FIG. 6, car il s'agit d'une simple liaison l'anti-flambement ou de couture, et ctest la raison pour laquelle la surface afférente n'est pas à protéger initialement par une plaquette. La présente invention inclut dans ses principes certains cas particuliers, à savoir : Le joint de pièces de renforcement, au long des membrures par exemple, représenté PL.II/3.FIG.7, comportant, outre le dispositif déjà décrit, un couvre-joint 12 des cornières-renforts, exécuté en fer plat et boulonné à haute résistance. Le gousset extrême d'appui sur le support extérieur, représenté PL.II/3.FIG.8, gousset susceptible de devoir être démonté lors du montage de la structure pour faciliter celui-ci, et sur lequel les soudures des barres initiales sont remplacées par des boulons à haute résistance 13, les autres boulons destinés aux futures pièces de renforcement demeurant identifiables par la présence des plaquettes qu'ils attachent.Comme indiqué précédemment, l'attache 14 d'appui proprement dit sur-le support extérieur, est sur-dimensionnée d'origine pour résister aux efforts initiaux augmentés des efforts supplémentairas futurs. Le joint de pièces de renforcement, superposé au joint des barres initiales réalisé sur un gousset, tel que représenté PL.III/3.FIG.9 et comportant, outre le dispositif déjà décrit, un tronçon de cornière initial 155 destiné à constituer couvre-joint des futures cornières de renforcement. L'attache extrême d'encastrement ou de continuité, telle que représentée PL.III/3. FIG.lOet comportant, outre le dispositif déjà décrit, des fers plats 17 soudés initialement de part et d'autre du gousset, et destinés à assurer la continuité des cornières de renforcement. Dans la présente description, les différents types de boulons représentés sont sur les figures/repérés :5 pour les boulons ordinaires provisoires sur plaquettes qui sont les seuls boulons susceptibles d'être démontés après que la structure soit édifiée; 13 pour les boulons à haute résistance prévus d'origine pour attacher les barres initiales et ne pouvant aucunement être démontés sur la structure en place; il pour les boulons à haute résistance remplaçant les boulons ordinaires5 lors de la pose des renforcements; 16 pour les boulons ordinaires non susceptibles d'être démontés. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'attache des barres d'une structure métallique à treillis, permettant le renforcement facile et sans soudure de ces barres en cas d'augmentation des charges à porter, dispositif caractérisé par le fait que deux systèmes de fixation sont superposés d'origine aux extrémités et aux liaisons entre-elles des-dites barres, sans altération de ltaspect coutumier de la structure, et tels que le premier réalisé soit boulonné et destiné aux futures pièces de renforcement et que le second soit soudé (ou localement boulonné à haute résistance) et destiné aux barres initiales proprement dites. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au stade d'origine de la construction de la structure et au cours de la vie de l'ouvrage avant tout renforcement, les attaches extrêmes des barres initiales comportent, au titre du premier système boulonné destiné aux futures pièces de renforcement, des boulons de qualité ordinaire 5 et des plaquettes 4 en acier ou autre matériau, les-dits boulons ne fonctionnant pas sous les actions de ces barres initiales, du fait de leur jeu dans les trous. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au stade d'origine de la construction de la structure et au cours de la vie de l'ouvrage avant tout renforcement, les liaisons intermédiaires des barres initiales entre-elles comportent, au titre du premier système boulonné destiné aux futures pièces de renforcement, un (ou plusieurs) boulon ordinaire 5, le dit-boulon ne fonctionnant pas sous les actions de ces barres initiales. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au stade d'origine de la construction de la structure et au cours de là vie de l'ouvrage avant tout renforcement, les attaches extrêmes des barres initiales et les liaisons intermédiaires de ces barres entreelles, comportent, au titre du second système soudé destiné aux barres initiales, des soudures 8 de fixation, résistant aux actions de ces barres initiales. 5. Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'au cours de la vie de l'ouvrage et avant tout renforcement, les boulons 5 et les plaquettes 4 sont démontables à tout moment, du fait que les soudures 8 attachent les efforts des barres initiales. 6. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les plaquettes 4, en acier ou en quelque matériau que ce soit, protègent de la mise en peinture et de toute dégradation superficielle, les surfaces de frottement des futurs assemblages de renforcement, et indiquent sur la structure terminée, et au cours de la vie de l'ouvrage, les boulons susceptibles d'être démontés, à l'exclusion de tous autres. 7. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'au stade d'origine de la construction de la structure et au cours de la vie de ltouvrage avant tout renforcement, les soudures 8 sont remplacées, dans certains cas particuliers, par des boulons 13 à haute résistance, non susceptibles d'être démontés après l'édification de la structure. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qutaprès renforcement, les boulons 5 et les plaquettes 4 sont remplacés par de nouvelles cornières 10 (ou autre profils), attachés par des boulons à haute résistance 11 à leurs extrémités et par un (ou plusieurs) boulon ordinaire 5 à leurs liaisons intermédiaires entre-elles. 9. procédé de réalisation, au stade de la construction d'origine, du dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier système boulonné, constitué par les boulons ordinaires 5 et les plaquettes 4, sert d'abord, lors de la fabrication, à assembler la pièce tout entière et à assurer sa géométrie, en vue de la réalisation en atelier du second système soudé de fixation, sans utilisation de mannequin ou gabarit d'assemblage. 10. procédé de réalisation, au stade des opérations de renforcement, du dispositif selon revendication 1, caractérisé par le fait que le premier système boulonné sert ensuite, et après dépose des boulons ordinaires 5 et des plaquettes 4, à attacher les nouvelles pièces de renforcement par boulons à haute résistance 11 aux attaches extrêmes de celles-ci, et par boulons ordinaires 5 aux liaisons intermédiaires. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que certains cas particuliers de joints de barres et d'attaches d'encastrement ou de continuité, font appel à des couvre-joints complémentaires en fersplatsou cornières, tels que 12, 15 et 17. 12. Dispositif en variante des revendications 1, 2, 3, caractérisé par le fait que les boulons 5 peuvent être remplacés par des chevilles ou tous organes équivalents aux-dits boulons, au stade de l'assemblage de la pièce en vue du soudage, et ultérieurement au titre du maintien des plaquettes, y compris le collage quant à cette dernière fonction. 13. Dispositif en variante de la revendication 6, caractérisé par le fait que les plaquettes 4 en acier peuvent être remplacées par un organe assurant la meme fonction protectrice des surfaces, y compris un simple film protecteur, et que, si cette protection n'a pas besoin d'être maintenue, les trous des boulons peuvent rester libres jusqu'à la pose des pièces de renforcement.