Brevet FR2434903A1 — publié le 19800328

L'invention concerne les structures spatiales formées par la répétition et l'assemblage de nombreux éléments simples et géométriquement similaires. En particulier, elle s'applique aux structures spatiales formées par des barres et des noeuds dont la disposition est telle que les barres sont soumises principalement à des sollicitations à la traction ou d la compression. L'invention a pour objet de fournir un système de connexion entre les noeuds et les barres qui, grâce a des moyens de liaison de fabrication économiques et d'utilisation simple, présente un ensemble de propriétés désirables pour l'application à laquelle elle est destinee et qui sont les suivantes.. A) Les-dimensions définitives entre les axes de noeuds de la structure sont déterminées dès la fabrication, en suivant les indications du projet, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des réglages ou des corrections sur le chantier. B) N'importe quelle barre peut 8tre assemblée ou démontée, meme après que les positions relatives entre les noeuds contigus ont été fixées. C) La propriété antérieure est obtenue quelle que soit la géométrie de la structure. Cette propriété et la précédente sont celles qui permettent le montage dans un ordre d'assemblage quelconque. D) Souplesse d'adaptation pour que puissent etre reliées au noeud des barres provenant de n'importe.quelle direction de l'espace, sans autre limitation que l'existence d'un angle minimal entre les barres voisines pour empêcher toute interférence entre elles. E) Toutes les directions présentent la même résistance, propriété intéressante quand ce système s'applique 9 des formes différentes des formes conventionnelles. F) Toutes les sections résistances peuvent être mises à profit de façon a obtenir le rendement maximal du matériel. G) L'ensemble du noeud avec les éléments de connexion reproduit, avec une approximation suffisante, un comportement semblable å celui du calcul des treillis spatiaux, c'est-a-dire qu'il peut être assimilé à une articulation pure : importante rigidité axiale eut rigidité à la flexion réduite localisée dans la proximité immédiate du centre géométrique du noeud. Dans le système décrit dans ce qui suit, les noeuds peuvent avoir une forme géométrique quelconque, à condition qu'elle soit adaptée à la réception des différentes directions de provenance des barres. Cependant, la forme sphérique originelle est celle qui présente le plus grand degré de regularité dans l'espace et qui s'adapte le mieux à des formes géométriques structurelles quelconques, en maintenant la même capacité de résistance entre elles. Dans le but d'obtenir la rigidité maximale, le noeud est constitué de préférence par une sphère, pleine ou creuse, et, pour que l'on puisse y accéder de l'extérieur, les moyens mécaniques d'adaptation aux extrémités des barres sont des orifices filetés avec pas à gauche, dont les axes convergent de préférence vers un point appelé centre géométrique du noeud.La partie extérieure qui entoure chaque orifice est dotée d'un plan perpendiculaire à l'axe du trou appelé "surface d'appui" du fait que la partie correspondante de la barre s'appuie sur elle. La barre est constituée par un profilé tubulaire de section circulaire qui est fermé à ses extrémités par des douilles ou bouchons de forme sensiblement cylindrique ou tronconique. Ces douilles comportent une perforation centrale alignée avec l'axe de la barre et sont reliées au tube par un cordon de soudure annulaire qui couvre toute l'épaisseur du tube, de façon à pouvoir transmettre les sollicitations que la section résistance de celui-ci est capable de supporter. Dans l'orifice de la douille, on introduit une vis spéciale dotée d'une tête cylindrique et sur la tige de laquelle se trouvent deux corps filetés de diamètres différents et dont les pas sont inverses. La toute a un diamètre supérieur à celui du trou de la douille pour qu'elle puisse s'appuyer sur la face interne de celui-ci.Le corps fileté le plus proche de la tête présente un filetage avec pas à droite de diamètre extérieur inférieur à celui du trou de la douille pour qu'elle puisse le traverser et tourner librement à l'intérieur de celui-ci. L'autre corps, situé à l'extrémité opposée par rapport à la t8te, présente un filetage avec pas à gauche semblable à celui existant dans les orifices filetés du noeud. Sa longueur appelée "longueur de pénétration", du fait qu'il s'agit de la distance à laquelle la vis pénètre dans le noeud, doit entre au moins suffisante pour que, selon le type de filetage et la qualité du matériau, il soit possible de transmettre au'noeud les efforts auxquels est soumise la barre. Les deux corps sont coaxiaux et la différence entre leurs diamètres est telle que le diamètre intérieur du filetage avec pas à droite soit supérieur au diamètre du filetage avec pas à gauche, les deux étant séparés par un plan perpendiculaire à l'axe de la vis qui présente une surface annulaire appelée "surface d'appui" et de telle façon que la barre assemblée s'appuie précisèment sur la "surface d'appui" de l'orifice correspondant du noeud. L'ensemble est complété par un écrou avec pas à droite qui est vissé sur le corps fileté de plus grand diamètre de la vis. La situation des éléments de l'ensemble mentionnés plus haut est telle que la tête de la vis reste à l'intérieur de la barre avec la tige orientée vers l'extérieur à travers la douille la douille étant logée dans le corps fileté à gauche à l'exté- rieur de la douille.A la fin de la fabrication, ou au commencement du montage, l'écrou se trouve à la partie la plus externe de son corps fileté, de façon que, lorsque la tête de la vis s'appuie sur la face interne de la douille, entre l'écrou et la face extérieure de celui-ci, il reste une partie de filetage dont la longueur est appelée "longueur de rentrage". Cette partie de filetage libre constitue le jeu de l'ensemble vis-écrou sur la douille et c'est la longueur à laquelle la vis peut être rentrée à l'inte- rieur de la barre par rapport à la position finale d'assemblage.La longueur du corps fileté à droite, parfaitement définie au moment de la fabrication, devra être supérieure a la somme des épaisseurs de l'écrou et de la vis et, en tout cas, la longueur de rentrage dépendra de la longueur de pénétration, condition qui a pour but rassurer le respect de la condition B) exposée plus haut. La connexion de l'extrémité de la barre à un noeud s'effectue de la façon suivante. En prémier lieu, on présente l'extrémité de la vis devant l'orifice correspondant du noeud. Lorsque la vis est située de cette façon, on agit sur l'écrou tout en-appliquant avec une légère pression l'ensemble vis-écrou contre le noeud pour commencer le vissage, lequel peut être poursuivi ensuite sans qui soit nécessaire de maintenir la pression initiale. Grace aux deux filetages de pas inverses dont est dotée la vis, aspect principal de l'invention, le même sens de rotation de l'écrou peut produire deux effets de vissage différents, c'est-à-dire le vissage du filetage avec pas à gauche dans orifice du noeud et le vissage-de l'écrou sur la vis.La séquence de ces deux phases de vissage est indépendante de la volonté de la personne qui effectue l'assemblage. Tant qu'elles n'arrivent pas à leur-limite, les deux opérations offrent une résistance tres réduite cependant, la phase de vissage qui se produira en premier lieu sera celle présentant la résistance la plus réduite à son propre avancement. Comme développement possible du processus complet, dans le cas où le vissage de l'écrou est celui qui oppose la plus grande résistance en actionnant I'écrou, celui-ci fera tourner la vis, laquelle pénétrera dans le noeud jusqu'à ce que la surface d'appui de la vis entre en contact avec la surface d'appui du noeud, et, à ce moment, la résistance å la rotation de la vis augmente consi dérablement et l'écrou, actionné dans le meme sens, commencera alors a avancer en se vissant sur la vis et en se rapprochant de la tette de celle-ci jusqu'à ce que, en appliquant la douille de l'extrémité de la barre contre celle-ci > il rencontre la résistance correspondant au serrage qui se produira conjointement avec celui de la vis contre le noeud. Dans le cas contraire, si la rotation de la vis est celle qui offre la plus grande résistance au but, le processus suivra l'ordre contraire ét, en premier lieu, se produira le vissage de l'écrou sur la vis jusqu'a ce qu'il entre en contact avec la tête de celle-ci par l'intermédiaire de la douille et ensuite, en faisant tourner la vis a l'intérieur de la douille, il se vissera 9 fond dans celleci. Après l'assemblage et le serrage final des deux extrémités d'une barre sur ses noeuds adjacents, la position relative entre les centres de ceux-ci est parfaitement determinee, du fait que la distance entre les deux est la somme des cotes suivantes : distances du centre des sphères aux surfaces d'appui correspondantes, distances des surfaces d'appui des vis aux plans d'appui respectifs de leurs têtes et séparation entre les faces intérieures d'appui des douilles des deux extrémités de la barre. Toutes ces dimensions sont obtenues durant la fabrication des elements, en accord avec le projet, et aucun réglage ou correction n'est à effectuer sur le chantier. Le démontage d'une barre steffectue en agissant sur les écrous dans le sens inverse a celui du serrage. Le meme sens d'actionnement de l'écrou, gracie aux deux filetages de pas inverses, donne lieu aux deux phases de l'opération, dont la première consiste en ce que l'écrou, après avoir commencé sa rotation, libère la douille et se déplace le long de la douille jusqu'à entrer en contact avec le noeud, moment à partir duquel la rotation de l'écrou rencontre-une résistaqee. En surmontant le couple correspondant, égal au couple de serrage, on débloque la vis et celle-ci commence a tourner avec I'écrou, jusqu'à sortir complètement du noeud.Après avoir réalisé cette opération aux deux extrémités, on peut extraire librement la barre sans qu'il soit nécessaire de modifier la position des noeuds car le rentrage de chaque vis peut se faire sur une longueur égale ou supérieure à celle deOpénétration. I1 faut tenir compte de certains aspects de dessin et exécution pour éviter un inconvénient qui, sans cela, pourrait se produire durant le processus d'assemblage décrit plus haut. Si, en raison d'une plus grande resistance du filetage de la vis sur le noeud, c'est l'écrou qui avance sur la vis, il peut arriver qu'a partir du moment ou est établi le contact avec la douille et cette dernière touche la tête de la vis, la pression qui s'exerce entre l'écrou et la tete serre la douille et empoche la rotation de l'en semble vis-écrou.Dans ce cas, il serait impossible de visser sur le noeud la partie du filetage a droite de la vis qui reste en dehors de celle-ci, à moins que l'on ne fasse tourner ensemble toute la barre sur son axe, ce qui n'est pas realisable si l'extrémité opposée a déja été assemblée préalable ment. Ce phénomène a une certaine possibilité de se produire quand le frot tement du à la pression de l'écrou et de la tête- de vis contre les surfaces intérieure et extérieure respectives de la douille peut prendre une valeur égale à la force de rapprochement qui produit cette pression. Par conséquent, tout dépend de l'angle de l'hélice du filetage et de la rugosité des sur faces en contact. Pour les vis et les écrous normaux avec filetage a un seul filet et des matériaux avec finissage superficiel ordinaire, la difficulté mentionnée plus haut peut se produire et une façon de l'empêcher consisterait à augmenter l'angle de l'hélice (filetage à plusieurs filets et de modèle spécial) ou8 prévoir des surfaces de contact bien polies et lubrifiées.Cependant, il existe d'autres solutions qui peuvent entre employées lorsque celles qui sont mentionnées plus haut sont défavorables du point de vue économique et qui, moyennant une résistance l'avancement de l'écrou sur la vis, créée spécialement, garantissent que la phase d'avancement de la vis et de serrage contre le noeud se produira avant le serrage de l'écrou contre la tête de la vis par l'intermediaire de la douille.Sans les considérer comme les uniques solutions, on peut citer les suivantes a) epaulement circonférentiel situé sur le corps fileté avec pas à droite et sur lequel s'appuie une rondelle incomplète ou coupée diamé tralement,de façon qu'après avoir emp8ché l'écrou de s'approcherdela tête de la vis durant la première phase de vissage jusqu'au serrage de la vis contre le noeud on puisse la retirer à volonté pour permettre le serrage de 1 'écrou contre la tête de-la vis b) trou formé dans le sens du diamètre dans le corps de la vis avec pas à droite et trou à créneaux, ce qui permet de faire tourner la vis au moyen d'une tige que l'on introduit dans le trou à travers l'écrou pour empêcher toute rotation de la vis par rapport à l'écrou ; après le ser rage de la vis contre le noeud, on retire la tige pour pouvoir serrer l'écrou; c) placer deux écrous au lieu d'un sur lue corps fileté avec pas à gauche pour qu'en agissant sur l'écrou extérieur durant la première phase, par effet de contre-écrou sur l'écrou intérieur, on puisse faire tourner la vis jusqu'à la serrer contre le noeud; ensuite, en agissant sur l'écrou intérieur, toujours dans le m8me sens, on le serre contre la tête de la vis et, finalement, on serre l'écrou extérieur contre l'écrou intérieur d) doter le corps fileté avec pas à gauche de deux ou plusieurs chanfreins parallèles, pour que, au moyen de ces chanfreins, la vis puisse être actionnée directement en utilisant une clé pour serrer la vis contre la sphère, après quoi on agit sur l'écrou pour le serrer contre la tête de la vis. Le système qui fait l'objet de l'invention présente toutes les caractéristiques citées plus haut. La position relative entre les centres des noeuds est parfaitement déterminée par les dimensions de fabrication des noeuds et des barres. La distance de rentrage présentera, par rapport à la pénétration, une relation telle qu'il soit possible d'assembler et de démonter n'importe quelle barre même après avoir fixé les positions des noeuds contigus. L'accès au noeud par l'extérieur de celui-ci permet d'obtenir la caractéristique précédente pour n'importe quelle géométrie de structure. En utilisant pour le noeud une forme sphérique obtenue par forgeage ou usinage, l'adaptation d'une barre dans une direction exige seulement l'usinage de l'orifice taraudé correspondant. Ceci peut se faire dans n'importe quelle direction de l'espace et, en outre, on obtient dans toutes les directions les mêmes caractéristiques de résistance. A condition que la soudure du profilé tubulaire sur la douille soit faite dans des conditions correctes, on peut mettre totalement à profit la capacité de résistance de celui-ci, car sa section reste constante sur toute la longueur de la barre. Les pièces les plus flexibles, parmi celles qui constituent le système de liaison, sont soumises seulement à des forces axiales, ce qui permet d'obtenir une rigidité localisée notable et un degré d'emboîtement réduit, et, par conséquent, le comportement réel ne diffère pas des hypothèses de calcul d'un treillis spatial. Naturellement, l'invention ne se limite pas aux détails concrets mentionnés dans ce mémoire, mais elle comprend aussi les variations de l'idée originelle qui, grace au principe de base de deux vis à pas in verses, permettent de réaliser deux serrages en agissant dans le meme sens. Parmi les nombreuses autres réalisations possibles, on peut mentionner, par exemple a) des noeuds non pas sphériques, mais polyédriques, creux ou pleins, constitués par une ou plusieurs pièces et fabriqués par estampage et soudure ou par.usinage total ; b) des barres profilées, creuses ou pleines, et de section circulaire ou polygonale, en particulier carrée ou rectangulaire c) des vis avec le filetaga de diamètre inférieur qui pénètre dans le noeud et est doté de pas à droite, tandis que le filetage du corps central proche de l'écrou est doté de pas à gauche d) des surfaces d-'appui qui, au lieu autre planes, ont une forme différente, en particulier une forme tronconique, qui présente certains avantages mécaniques ;; e) des plateaux avec surface externe tronconique pdur barres de profil circulaire ou troncopyramidale pour barres a profil polygonal et avec surface interne plane, tronconique ou troncopyramidale, en tenant compte de la réduction de poids ou de longueur de la vis ; f) soudure du tube à butée sur le plateau qui est la plus favorable en ce qui concerne la résistance, ou avec un angle capable de présenter des avantages de fabrication. D'autres caractéristiques et avantage-s de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective axonométrique dans laquelle est représenté un noeud 1, originellement sphérique, coupé par un plan horizontal dans lequel se rencontrent les axes de quatre orifices taraudés 3 qui présentent un chanfrein 2 à leur périphérie et'qui constituent une surface d'appui pour le décrochement 8 de la vis. Ces orifices taraudés 3 correspondent à la connexion d'un mCme nombre de barres, et on a dessiné seulement la moitiéinférieure délimitée par la section.On a dessiné deux des extrémités de barre, qui convergent sur le noeud dans le plan de la section, en position d'assemblage, l'une des extrémités étant représentée en section dans le même plan. En outre, et dans l'axe d'une barre imaginaire arrivant sur le noeud par-dessous, on a dessiné séparément les pièces qui constituent son extrémité. Les barres 12 de section circulaire sont fermées à leurs extrémités par des douilles 11 auxquelles elles sont reliées par un cordon de soudure 13. La tête 10 de la vis 6 est logée a l'intérieur de la douille 11. Cette vis 6 présente deux types de filetages7 et 8, respectivement, qui sont séparés par le décrochement 8. L'écrou est monté au moyen de son filetage 5 sur la partie supérieure de la vis 6. En réalité, après la fabrication de la barre, les pieces ne peuvent se séparer de la façon indiquée dans la figure, car la-t & e 10 de la vis 6 reste toujours située sur la partie interne du tube dont l'extré- mité est fermée par la douille 11. Dans les figures 2, 3, 4 et 5, les différentes coupes permet tent de représenter l'ordre possible des phases successives de l'assemblage d'une extrémité de barre. La figure 2 représente un-noeud et une extrémité de barre én face de celui-ci, situés de la façon qui permet de commencer le montage. L'écrou est situé avec son filetage engagé sur la vis, de façon que celle-ci puisse entre rentrée a l'intérieur de la barre, ce qui permet que, dès sa présentation, I'extrémité de barre se trouve a une distance du noeud égale ou inférieur à la distance obtenue par l'assemblage. La figure 3 représente une première étape de l'assemblage après que la vis a été engagée dans le noeud. On agit sur l'écrou au moyen d'une clé (opération représentée dans la figure par des flèches de, tracé continu). Le dessin correspond la phase durant laquelle l'écrou qui tourne entraîne la vis qui avance en se vissant dans le noeud (avancement représenté par une flèche de tracé discontinu). La figure 4 représente-une phase plus avancée qui suit le moment auquel la vis arrive à sa position finale par rapport au noeud. L'écrou actionné par une clé s'approche de la tette de la vis. La figure 5 représente la situation finale dans laquelle l'écrou est arrivé au contact avec la douille et a appliqué celle-ci contre la tete de la vis. Après avoir établi ces contacts, gracie aux sens inverses de filetage, l'actionnement final de l'écrou produit simultanénient le serrage de l'écrou contre la tete de la vis et le serrage de celle-ci contre le noeud, si ce dernier serrage n'a pas été obtenu auparavant de façon suffisante. Les figures 6, 7, 8,et 9 représentent, en perspective, quatre autres solutions qui sont des variantes de la solution représentée dans la figure 1 en ce qui concerne les parties mobiles de l'extrémité de barre. La figure 6 représente une rondelle incomplète 15 qui se place sur un épaulement cylindrique 14 du filetage avec pas a gauche et qui empoche que l'écrou ne se rapproche de la tEte de de la vis. Ainsi, lorsqu'on actionne l'écrou, si celui-ci tend se visser sur la vis lorsqu'il entrera en contact avec la rondelle, il ne pourra continuer avancer et il fera tourner la vis qui se vissera dans le noeud et finira par produire le serrage, moment à partir duquel on retire la rondelle pour poursuivre l'opération d'assemblage. La figure 7 représente une vis avec un trou 16 dans son corps de filetage avec pas à gauche- et un écrou crénelé 17 dont la rotation par rapport à la vis est empêchez par un goujon 18 qui traverse l'écrou et est logé dans le trou de la vis. Après avoir serré cette dernière contre le noeud, on retire le goujon pour constituer l'assemblage. Cet orifice et la rainure de la figure 6 seront réalisés de préférence dans la zone qui sera finalement couverte par l'écrou. La figure 8 représente la vis avec deux écrous qui, en substitution de l'écrou 4 de la figure 1, peuvent présente chacun une épaisseur inférieure à celle de ce dernier. Au cours de la première partie de l'opération, on agit sur l'écrou externe 19 qui, étant en contact avec l'écrou interne 20, par effet de contre-écrou, fait tourner la vis en serrant celleci sur le noeud. On agit ensuite sur l'écrou intérieur pour le débloquer et l'on serre les deux écrous sur la tête de la vis par l'intermédiaire de la douille. La figure 9 représente une vis sur laquelle on a pratiqué deux chanfreins 21 qui permettent de l'actionner- directement au moyen d'une clé pour la situer en butée contre noeud, avant de serrer l'écrou contre la tête de la vis. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent autre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure spatiale préfabriquée, constituée par des barres et des noeuds caractérisée en ce que ces barres sont des tubes rectilignes, de section de préférence circulaire, fermés à leurs extrémités par des douilles ou des bouchons qui sont reliés aux tubes, de préférence au moyen d'un cordon de soudure annulaire ou tout autre système conventionnel, et qui comportent un trou concentrique à l'axe de la barre, tandis que, dans la partie inférieure de la douille, est logée la tête circulaire d'une vis spéciale dont la tige qui émerge à l'extérieur est dotée de deux corps filetés de diamètres différents et de pas contraires, le corps le plus proche de la tête présentant un diamètre inférieur au diamètre du trou de la douille, tandis que l'autre corps fileté situé à l'extrémité de la tête a un pas identique à celui des orifices réalisés dans le noeud, la différence entre les diamètres des deux corps donnant lieu à la formation d'un épaulement qui constitue une surface d'appui plane ou tronconique coaxiale à l'axe de la vis, cette vis étant dotée d'un écrou avec pas a gauche qui est vissé sur le corps fileté de plus petit diamètre, et chaque noeud, de préférence sphérique et qui peut être creux ou plein, présente une série d'orifices filetés situés géométriquement, dont les axes convergent au centre géométrique du noeud, chaque orifice étant doté d'un chanfrein qui l'entoure et qui constitue une surface d'appui pour l'épaulement de la vis. 2. Structure spatiale préfabriquée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vis spéciale dotée de deux corps de différents diamètres filetés, l'un avec pas à droite, l'autre avec pas a gauche, comporte sur le corps de plus grand diamètre un épaulement cylindrique dans lequel est logée provisoirement une rondelle incomplète. 3. Structure spatiale préfabriquée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vis spéciale dotée de deux corps de différents diamètres filetés, l'un avec pas à gauche et l'autre avec pas à droite, comporte sur le corps de plus grand diamètre un trou diamétral dans lequel est logé provisoirement un goujon qui sert de butée pour l'écrou crénelé. 4. Structure spatiale préfabriquée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vis spéciale dotée de deux corps de différents diamètres filetés, l'un avec pas à gauche et l'autre avec pas à droite, supporte sur le corps de plus grand diamètre deux écrous qui agissent comme écrou et contre-écrou, ces deux écrous pouvant entre bloqués sur n 'importe quelle partie du corps fileté. 5. Structure spatiale préfabriquée selon Ta revendication 1, caractérisée en ce que la vis spéciale dotée de deux corps de différents diamètres est pourvue, sur l'extrémité du corps de plus grand diamètre, de deux chanfreins diamétralement opposés.