Brevet FR2457939A1 — publié le 19801226

L'invention est relative à un dispositif d'assemblage des éléments de portiques en béton armé ou précontraint pour bâtiments industriels et à la poutre en béton précontraint pour sa mise en oeuvre. Actuellement,la plupart des portiques utilisés dans la construction de bâtiments comportent des poutres en béton armé ou en béton précontraint qui sont articulées à 11 extrémité supérieure de poteaux en béton armé dont la base est encastrée dans le sol. Bien que très utilisée,cette technique présente de nombreux inconvénients.En effet,la liaison des poutres en tête des poteaux n'assurant que la transmission des efforts horizontaux et verticaux,tous les couples doivent être repris par les poteaux dont l'encastrement en pied,constitué par des massifs en béton,doit être calculé en conséquence.De ce fait,pour de grandes portées ou pour des portiques soumis à des contraintes extérieures importantes,les massifs d'encastrement doivent être largement dimensionnés,ce qui augmente le coût de la construction dans des proportions importantes. Il en est de m8me lorsque les conditions de sol sont mauvaises et nécessitent des massifs de fondation complexes,donc onéreux. Pour remédier à cela,il est possible d'utiliser en théorie un autre mode d'assemblage consistant à encastrer les poutres sur les têtes de poteaux,alors articulés par leur pied.Cependant,dans la pratique,et en raison du coat de mise en oeuvre des moyens assurant la liaison entre poutres et têtes de poteaux,ce mode de construction est peu utilisé. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'assemblage permettant dtédifier des portiques de charpente en béton armé ou précontraint avec encastrement des poutres sur les tiges de poteaux,afin que l'ouvrage soit hyperstatique et s'adapte,sans plus-value d'encastrement,à tous les types de sols,et cela à partir de moyens simples et peu onéreux,tant par leur structure que par leur mise en oeuvre. Dans ce dispositif,le talon de poutre,muni ou non de fers passifs,d'une part,comporte des moyens lui-communiquant une précontrainte longitudinale et,d'autre part,est lié à ce poteau par des moyens assurant la reprise du moment fléchissant négatif de la poutre par un couple traction-compression,moyens comportant des tiges filetées à haute résistance à la traction dont les écrous,à serrage contrôle,prennent appui sur une plaque en métal à haute résistance,elle-m8me en appui sur l'extrados du talon,tandis que ce talon repose sur la tête du poteau avec interposition d'un mortier de résine à haute résistance. Cet assemblage permet d'obtenir un encastrement efficace de la poutre sur les poteaux et,en conséquence,de transmettre aux poteaux ,non seulement les efforts horizontaux et verticaux,mais aussi les divers couples agissant sur la poutre.Les poteaux peu vent ainsi être articulés à leur pied,ce qui permet de réduire le volume des fondations qui leur sont nécessaires Ce dispositif d'assemblage qui peut être utilisé avec des pou tres en béton armé,fournit encore de biens meilleurs résultats lorsqu'il met en oeuvre une poutre en béton précontraint,ne serai ce qu'au niveau de la réduction des masses ou de l'augmentation possible de la portée entre appuis. L'invention vise également une poutre en béton précontraint dont la structure permet d'obtenir une précontrainte s'exerçant, en partie basse,dans sa partie centrale ,et en partie haute,aux appuis. A cet effet,la position du centre de gravité des diverses sections transversales de cette poutre varie par rapport à la résultante de la précontrainte,fournie par des fils ou câbles,de manière que ce centre de gravité soit au-dessus de cette résultante dans la partie de poutre soumise à un moment fléchissant positif,au-dessous de celle-ci dans la partie de poutre soumise à un moment fléchissant négatif,et sensiblement dans le noyau central de la section dans la partie de poutre soumise à une alternance de contrainte. Lorsque cette poutre est encastrée sur les poteaux,elle leur transmet intégralement les moments fléchissants négatifs auxquels ces extrémités sont soumises. D'autres catactéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant,à titre d'exemples,quelques formes d'exécution des assemblages de portiques obtenus par mise en oeuvre des dispositifs d'assemblage et de la poutre en béton précontraint selon l'invention lorsque celle-ci comporte des fils adhérents de précontrainte. Figures 1,2 et 3 sont des vues schématiques montrant différentes formes de portiques pouvant être réalisés au moyen du dispositif d'assemblage et de la poutre selon l'invention Figure 4 est un diagramme représentant la courbe enveloppe des moments fléchissants de la poutre, Figure 5 est une vue schématique de côté montrant la structure de la poutre selon l'invention, Figures 6 et 7 sont des vues respectivement,en coupe longitudinale et en plan par-dessus montrant,à échelle agrandie,le mode de liaison de la poutre sur un poteau de rive, Figures 8 et 9 sont des vues,respectivement,de côté avec coupe partielle et en plan par-dessus montrant le mode d'assemblage de deux poutres sur un poteau intermédiaire, Figure 10 est une vue partielle de côté en élévation avec coupe partielle du noeud d'assemblage entre un poteau,une poutre et une poutre d'extension, Figure 11 est une vue de côté avec coupe partielle montrant le noeud d'assemblage entre une tête de poteau et une poutre comportant un talon débordant, Figures 12 et 13 sont des vues partielles,de côté en élévation,montrant à échelle réduite,les conditions de mise en place des éléments de façade sur un portique muni de talons débordants, Figure 14 est une vue de côté montrant un noeud d'assemblage entre une tette de poteau et le talon d'une poutre,munie dans son talon de moyens exerçant une précontrainte longitudinale. La poutre 2 représentée à la figure 5 est du type de celles dont la pré contrainte est assurée par des nappes de fils parallèles,éventuellement superposées, qui pour des raisons de fabrication,sont rectilignes comme schématisé par la résultante de précontrainte 5.De ce fait,les poutres précontraintes existant actuellement comportent des sections transversales dont le centre de gravité est touJours disposé du même côté de la résultante de contrainte 2 et qui ne peuvent résister qu'à un moment fléchissant positif.En d1autres termes,les poutres précontraintes actuelles ne peuvent être utilisées que lorsqu'elles sont articulées par leurs extrémités sur des poteaux encastrés en pied. Le diagramme des moments hyperstatiques d'une poutre 2 encastrée à chacune de ses extrémités montre que cette poutre est soumise,d'une part,à des moments fléchissants positifs dans sa partie centrale et à des moments fléchissants négatifs dans ses parties latérales à proximité des appuis.Le seul examen de ce diagramme met en évidence que les poutres précontraintes actuelles ne peuvent pas être utilisées avec en(tas- trement de leurs extrémités. Pour y parvenir,l'invention prévoit que la position du centre de gravité 4 des diverses sections transversales de la poutre varie par rapport à la résultante de précontrainte 3,de manière que ce centre de gravité soit: -au-dessus de cette résultante dans la partie de poutre soumise à un moment fléchissant positif,comme montré pour les sections S1,S2,SZ à la figure 5, -au-dessous de celle-ci dans la partie de poutre soumise à un moment fléchissant négatif,comme montré pour les sections S4 et S5, -et soit sensiblement dans le noyau central 5 de la section, c'est-à-dire autour de la fibre neutre,dans la partie de poutre soumise à une alternance de contrainte,comme montré pour les sections S6,S7. Lorsque les fils de précontrainte sont rectilignes sur toute la longueur de la poutre,la variation de position du centre de gravité est obtenue en formant au moins une pente 6 sur chaque demi-intrados de la poutre si elle est continue entre deux appuis,ou sur son intrados si,comme montré à la figure 2,elle constitue une demi-portée.Pour moduler les moments fléchissants, chaque intrados peut comporter des pentes de valeur différente, comme montré en 6a,6b et 6c sur la partie gauche de la figure 5. Grâce à cela,les fils adhérents de précontrainte sont disposés,en partie basse,dans la partie centrale de la poutre et sont donc en mesure de fournir une précontrainte s'opposant au moment fléchissant positif,mais surtout sont également disposés en partie haute au niveau des appuis de la poutre,ce qui leur permet de fournir une précontrainte s'opposant aux moments fléchissants négatifs auxquels celle-ci est soumise lorsqu'elle est encastrée. Il est à noter que la réalisation de cette poutre ne pose aucun problème,puisque la forme de l'intrados est obtenue en même temps-que la poutre est formée dans le moule,en ménageant dans le fond de ce moule une fourrure de profil approprié. Enfin,la modulation de l'effort de précontrainte dans les sections transversales peut aussi entre effectuée ou complétée par gainage des fils adhérents surabondants. Il est évident que les fils adhérents de précontrainte peuvent autre remplacés par des câbles gainés de précontrainte ,sans que cela modifie les résultats obtenus. Comme montré à la figure 6,chacun des talons 2a de la poutre comporte des faces supérieure et inférieure,sensiblement horizontales afin de venir reposer sur la tête d'un poteau 10.La liaison entre le talon et un poteau de rive est assurée,comme montré à cette figure,par des tiges filetées 12 en métal à haute résistance à la traction.Celles-ci sont mises en place dans le poteau 10,lors de sa fabrication, et comportent des extrémités libres qui dépassent verticalement à son extrémité supérieure.e nombre et la section de ces tiges sont calculés pour équilibrer la force de traction du couple d'encastrement.La longueur de leur pénétration dans le poteau 10,qui est fretté à cet endroit, est déterminée pour transmettre les efforts à l'armature de ce poteau.Ces tiges passent à travers des alésages JI ménagés dans le talon 2a et à travers des perçages ménagés dans une plaque de répartition 14 en appui sur la face supérieure de ce talon.Avant mise en place de la plaque 14,l'intervalle entre les tiges 12 et les alésages 19 rst bourré par un mortier de résine .Enfin,la face inférieure du talon 2a repose sur la face supérieure de la tête du poteau 10 par l'intermédiaire d'un lit 16 de mortier de résine assurant une forte résistance à la compression et palliant aux inégalités de l'état de surface.Lorsque les écrous 21 sont serrés avec un couple contrôlé par une clé dynamométrique ,la plaque 14 répartit les contraintes de compression à la surface du poteau. La liaison,ainsi obtenue,permet d'obtenir un couple tractioncompression transmettant intégralement le mouvement fléchissant négatif au poteau et réalisant ainsi l'encastrement recherché. L'assemblage entre deux poutres sur un poteau intermédiaire 20 est montré aux figures 8 et 9.Les talons 2a reposent sur le poteau avec un espacement e facilitant leur pose et avec interposition d'un lit de mortier de résine 21.Le-poteau 20 comporte, en saillie de sa face supérieure,des tiges 22 à haute adhérence qui sont disposées dans un logement formé par deux saignées verticales 12 en vis-à-vis ménagées à l'extrémité de ces talons.Ge logement est rempli par un mortier de résine à haute résistance 24. Chaque talon 2a comporte,hors de sa zone d'appui sur le poteau 20,des tiges filetées verticales 25 le traversant de part en part et coopérant avec des écrous 26 à serrage contrôlé par clé dynamométrique.Ces écrous prennent appui sur une plaque de traction 27 commune aux deux talons et disposée au-dessus de ceux-ci.La plaque 27 repose sur la face supérieure des talons avec interposition,au moins locale,d'un mortier de résine 28 à haute résistance au cisaillement. La figure 9 montre que la plaque de traction 27,qui est réalisée en acier haute résistance et a une section calculée pour équilibrer la force de traction,comporte des trous ovalisés 29 destinés à faciliter le passage de l'extrémité des tiges filetées 25.Pour offrir une meilleure adhérence avec le lit de mortier 28,la face inférieure de la plaque 27 est avantageusement striée ou meulée La plaque 27 peut être disposée dans des engravures aména- gées à la partie supérieure des talons. Dans cet assemblage,les poutres sont en continuité entre elles,mais en appui simple sur le poteau valeur du moment d6 continuité des deux poutres est choisie identique à celle du moment d'encastrement d'une poutre sur un poteau de rive. Pour faciliter les possibilités d'extension,et comme montré à la figure 10,chaque poutre comporte,à ses extrémités,un tube métallique transversal 30 apte à recevoir un axe amovible 32.Cet axe,dont les extrémités dépassent latéralement de la poutre,est destiné à coopérer avec les deux ailes latérales 33 d'un gousset 34 comportant une face verticale 35 d'appui sur la face en bout du talon 2a et une face horizontale 36 constituant face de portée pour le talon 2'a d'une poutre d'extension 2' .Cette poutre est calculée comme étant articulée à l'appui existant et encastrée sur l'appui créé. Dans les assemblages décrits précédemment,il est important que le couple traction-compression soit correctement transmis pour obtenir les conditions d'encastrement recherchées.Or,il est connu que les fils adhérents,tels que ceux référencés 40 à la figure 11,n'exercent leur précontrainte que progressivement à partir de leur extrémité.Pour remédier à cela,dans la forme d'exécution représentée à cette figure 11,les parties extrêmes des fils adhérents 40 sont noyées dans une partie 2b du talon 2a qui déborde à l'extérieur du poteau 1O.La longueur L de débordement est déterminée afin que la longueur d'adhérence des extrémités des fils 40 dans la partie 2b du talon soit suffisante avant la zone d'action du moment fléchissant négatif.Grâce à cet agencement,dans la zone d'assemblage,les fils adhérents exercent réellement une précontrainte et ne perturbent pas cet assemblage. Les figures 12 et 13 montrent que ces débordements ne perturbent en rien la mise en place des bardages de façade 42 qui peuvent être positionnés directement contre le poteau,comme montré à la figure 12,ou à l'extrémité du talon,comme montré à la figure 13. Dans le cas où le talon ne pourra pas déborder,de même que dans les cas où la poutre ne serait pas précontrainte,c'est-A- dire serait en béton armé,la précontrainte longitudinale peut être assurée par les moyens dont une forme d'exécution est représentée à la figure 14.Ces moyens sont constitués par des tirants 50,sensiblement horizontaux, et en métal à haute résistance qui sont ancrés par leur partie postérieure dans la poutre 52. Leur partie antérieure passe librement dans des canaux 55 formés par réservation dans le talon 52a et reçoivent,à leurs extrémités,des écrous 54 à serrage -contrôlé prenant appui sur une plaque de répartition 55.Le serrage dynamométrique de ces écrous permet de mettre en précontrainte la partie extreme du talon de poutre et d'obtenir les conditions d'encastrement optimales. Il est évident que le talon de la poutre selon l'invention sera armé de cadres et d'acier passifs si cela s'avère nécessaire pour résister aux efforts tranchants. Le dispositif d'assemblage et la poutre qui ont été décrits ci-dessus peuvent être utilisés pour former des portiques de différents types,à savoir: -comme montré à la figure 1,un portique 60 articulé en pied en 62 et mettant en oeuvre des poteaux 65 et une poutre 64 en bé ton précontraint,solution convenant pour une toiture à faible pente, -comme montré à la figure 2,un portique 65 composé de poteaux 66 en béton pré contraint articulés à leur pied en 67 et encastrés à leur tête avec une demi-poutre 68,articulée avec l'autre -demi- poutre en 69,solution convenant pour les toitures à forte pente, -comme montré à la figure 3,pour constituer un portique multiple dont les poutres 20 sont encastrées en 72 sur les poteaux de rive 22 et en appui simple en 74 sur les poteaux intermédiaires 75,ces différents poteaux en béton armé ou en béton précon traint étant articulés en pied en 76. Si besoin est,les poteaux peuvent également être liés avec encastrement,en tête avec la poutre,et en pied avec un massif. Cette solution est d'ailleurs particulièrement intéressante pour les portiques nécessitant une grande hauteur sur portée. Bien que le dispositif d'assemblage selon l'invention soit plus particulièrement intéressant lorsqu'il est appliqué à la liaison de poutres en béton pré contraint avec des poteaux en béton armé ou béton précontraint,il peut également être utilisé pour assurer la liaison des mêmes poteaux avec une poutre en béton armé,notamment dans le cas de faible portée. Il ressort de ce qui précède que le portique selon l'invention permet,non seulement de réduire le coût de construction d'un bâtiment en diminuant le volume de fondation et les frais nécessaires à leur réalisation,mais aussi d'accroître les possibilités des portiques en béton armé et précontraint,tant en portée qu'en hauteur, sans augmentation excessive des coûts. Il est évident que l'invention ne se limite pas aus seules formes d'exécution qui ont été décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs,elle en embrasse au contraire toutes les variantes comportant des moyens équivalents.De même,l'invention s'applique également aux systèmes de précontrainte par câbles et gaines. -REVENDICA'PIONS- 1-Dispositif d'assemblage des éléments de portiques en béton armé ou précontraint,du type composé d'une poutre en appui sur des poteaux latéraux,caractérisé en ce que le talon de la poutre, muni ou/8i fers passifs,d'une part comporte des moyens lui communiquant une précontrainte longitudinale,d'autre part est lié à ce poteau par des moyens assurant la reprise du moment fléchissant négatif de la poutre par un couple traction-compression, moyens comportant des tiges filetées à haute résistance à la traction dont les écrous,à serrage contrôlé,prennent appui sur une plaque en métal à haute résistance,elle-même en appui sur l'extrados du talon, tandis que ce talon repose sur la tête du poteau avec interposition d'un mortier de résine à haute résistance. 2-Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que, dans le cas de son application à la liaison d'une poutre avec un poteau de rive,les tiges filetées à haute résistance,saillant de la tête du poteau à laquelle elles sont liées,passent,avec un jeu comblé par la suite par bourrage de mortier de résine,dans des alésages verticaux ménagés dans le talon, et dans des perçages ménagés dans une plaque de répartition,avant de recevoir des écrous à serrage contrôlé. 3~Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que, dans le cas de son application à la liaison de deux poutres sur un poteau intermédiaire,les talons des deux poutres,posés bout à bout avec espacement sur la tête du poteau et avec interposition d'un mortier de résine,comportent,d'une part et dans leur face en vis-à-vis,une saignée verticale délimitant un logement pour des tiges verticales en métal à haute adhérence saillant de la tette du poteau et immobilisées dans le logement par un mortier de résine,et d'autre part,hors de leur zone d'appui sur le poteau,des tiges filetées verticales coopérant avec des écrous à serrage contrôlé en appui sur une plaque de traction, cette plaque commune et en métal haute résistance reposant elle-même sur les deux talons avec interposition,au moins locale,de lits de mortier de résine à haute résistance au cisaillement. 4-Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la plaque de traction comporte des stries sur sa face inférieure et est logée dans une engravure des talons de poutre. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens communiquant une contrainte longitudinale au talon sont constitués par des tirants,sensiblement horizontaux,en métal à haute résistance,ancrés dans la poutre par leurs parties postérieures et dont les parties antérieures,passant librement dans des canaux formés par réservation dans le talon,reçoivent des écrous à serrage contrôlé en appui sur la face en bout du talon avec interposition d'une plaque de répartiti on. 6-Poutre pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisée en ce que la position du centre de gravité de ses diverses sections transversales varie par rapport à la résultante de précontrainte fournie par des fils ou câbles ,de manière que ce centre de gravité soit au-dessus de cette résultante dans la partie de poutre soumise à un moment fléchissant positif,au-dessous de celle-ci dans la partie de poutre soumise à un moment fléchissant négatif,et sensiblement dans le noyau central de la section dans la partie de poutre soumise à une alternance de contrainte. 7-Poutre selon la revendication 6,caractérisée en ce que, lorsque les fils ou câbles de précontrainte sont rectilignes sur toute la longueur de la poutre,la variation de position du centre de gravité est obtenue en formant une ou plusieurs pentes sur le demi-intrados de la poutre et symétriquement. 8-Poutre selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les parties extrêmes des fils adhérents de précontrainte sont noyés dans un talon débordant à l'extérieur d poteau d'une quantité déterminée pour que la longueur d'adhérence des fils avec le béton soit suffisante avant la zone d'action du moment fléchissant négatif. 9-Poutre selon l'une quelconque des revendications 6 à 8,caractérisée en ce que les fils surabondants sont gainés pour moduler l'effort de précontrainte en fonction des besoins dans les sections transversales. 10-Poutre selon l'une quelconque des revendications 6 à 9,caractérisée en ce qu'elle comporte,dans chacun de ses talons,un tube métallique transversal apte à recevoir un axe amovible de liaison dont les extrémités,dépassant latéralement de la poutre, coopèrent avec un gousset métallique rapporté,gousset muni d'une face verticale d'appui sur le talon de ladite poutre et d'une face de portée,sensiblement horizontale,pour le talon d'une poutre d'extension.