Brevet FR2544432A1 — publié le 19841019

La présente invention concerne un vérin hydraulique qui permet de reporter sur des appuis rigides les efforts instantanés appliqués à une structure élastiquement supportée, tout en la laissant libre de se dilater. Cette invention est tout particulièrement destinée aux ouvrages d'art, tels que les viaducs, dont les tabliers sont soumis à des efforts horizontaux qui peuvent être lents ou brutaux et instantanés selon qu'ils sont dus à la dilatation; à des efforts sismiques, des efforts de freinage, des chocs, ou autres. En effet, lorsqu'un viaduc par exemple repose sur des piles élancées, il est important de limiter la valeur des efforts horizontaux transmis à ces piles et, par suite, on cherche à reporter sur des culees massives extrêmes les forces instantanées qui peuvent résulter du freinage des convois, d'une excitation sismique éventuelle, ou de tout autre effort horisontal brutal ou instantané, tout en permettant un libre déplacement du tablier par rapport aux culées sous l'effet des phénomènes lents tels que la dilatation. La solution généralement adoptée actuellement consiste à monter, entre chacune des extrémités du tablier d'un viaduc et la culée massive correspondante, au moins un vérin dit "parasismique" bien que son rôle ne soit nullement limité à la protection contre les effets sismiques mais qu'il soit destiné à absorber les efforts horizontaux transmis, d'origines diverses. Dans ce vérin classique, le cylindre et le piston sont portés respectivement par le viaduc et par la culée et délimitent entre eux une chambre de fluide à volume variable. La chambre à volume variable est reliée à un réservoir de fluide par l'intermédiaire d'un orifice calibré, de sorte que le fluide passe du réservoir au vérin et inversement, sous l'effet des déplacements du tablier et les variations de volume de la chambre engendrées par le déplacement du piston et limitées par la présence de l'orifice calibré. Un tel dispositif suppose toutefois que le réservoir est maintenu légèrement sous pression de façon à éviter tout risque de désamorçage provoquant une entrée d'air dans le vérin. En conséquence on place le réservoir en surélévation par rapport au vérin et on applique une pression à la surface supérieure du liquide, généralement de l'huile. Malheureusement ceci nécessite la mise en place d'un réseau de tuyauterie occupant avec le réservoir un espace relativement important et des logements spéciaux, et entraînant des risques de fuite en cas de détérioration de ces tuyauteries. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant un vérin hydraulique parasis- mique, dans lequel les risques de fuite et de désamorçage soient inexistants et l'installation simple. Cette invention a en effet pour objet un vérin parasismique pour structure elastiquement appuyée, dont le piston divise le cylindre en deux chambres contenant ensemble un volume constant de fluide et communiquant entre elles, d'une part par un très faible jeu périphérique entre le piston et le cylindre et, d'autre part, par un perçage traversant le piston et fermé par un clapet antiretour qui s'ouvre dans le sens de l'extension du vérin. Dans un tel vérin, la totalité du fluide hydraulique est constamment contenue dans le cylindre, de sorte qu'aucune tuyauterie n'est nécessaire et qu'aucune fuite du liquide n'est à craindre. Un faible débit de fluide peut cependant s'écouler entre le piston et le cylindre. I1 permet le déplacement du piston sous l'effet des efforts dus à des phénomènes lents mais est insuffisant dans le cas d'efforts brutaux, de sorte que ceux-ci sont transmis à la culée. De préférence, la tige du piston traverse le cylindre de part en part et est creuse. En outre la tige de piston est reliée par des surfaces de portée sphériques à la structure, tandis que le cylindre est fixé sur une base d'appui munie d'une plaque de néoprène fretté intercalée entre elle et le support, ce qui permet d'absorber les déplacements transversaux La description ci-dessous d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, fera d'ailleurs ressortir les avantages et caractéristiques de l'invention. Sur ces dessins - la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un vérin parasismique selon l'invention; - la fig. 2 est une vue en bout d'un tablier de viaduc muni de plusieurs vérins parasismiques; - la fig. 3 est une vue partielle, en coupe longitudinale, de l'extrémité du tablier en appui sur la culée. Comme le montre la figure I, le vérin comporte un cylindre creux 1, comportant un fond 2 et fermé à son extrémité opposee par une paroi 3 fixée de manière étanche par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 4. Le fond 2 et la paroi opposée 3 sont traversés, de manière étanche grce à des joints toriques ou analogues 18, 19, par la tige creuse 6 d'un piston 8 susceptible de coulisser dans le cylindre 1.Dans le mode de réalisation représenté, le piston 8 est constitué par une couronne maintenue entre un épaulement extérieur 10 de la tige 6 et une bague de serrage 12 fixée sur cette tige Le diamètre extérieur du piston 8 est légèrement plus petit que le diamètre interne du cylindre a, de sorS qu'il subsiste toujours entre ces deux organes un jeu annulaire 14 et que le piston divise le cylindre en deux chambres 16, 17 constamment en communication par ce jeu périphérique 14. Les deux chambres 16, 17 contiennent un fluide visqueux, tel que de l'huile, qui remplit la tota lité du volume interne du cylindre et est enfermé de manière étanche dans ce dernier, mais peut passer d'une chambre à l'autre lors des déplacements de la tige 6 et du piston 8.Par suite, quelle que soit la position de la tige 6 et du piston 8 par rapport au cylindre 1, le meme volume de fluide est contenu à l'intérieur de ce cylindre 1 et aucune sortie ni entrée de fluide n'est utile en fonctionnement normal. Le piston 8 comporte en outre un perçage 20 qui le traverse et relie les chambres 16 et 17. Ce perçage 20 est fermé par un clapet à bille 22 qui joue le role de clapet anti-retour et ne laisse passer l'huile que dans une direction La paroi 3 de fermeture du cylindre 1 est prolongée par une jupe cylindrique 24 solidaire d'une base d'appui 26 recouverte extérieurement par une plaque 27 en un matériau élastique, tel qu'un néoprène fretté, permettant une rotation et un glissement relatifs de la base 26 et du support sur lequel elle est fixée. A l'extrémité opposée du vérin, la tige 6 comporte une surface convexe sensiblement sphérique 30,qui est appuyée contre u grain de forme correspondante, 32, d'une semelle d'appui 34 La tige 6 est par ailleurs solidaire d'une vis 40 qui la maintient axialement par rapport à la semelle 34, mais est logée dans un évidement 42 de cette semelle, de sorte que les surfaces 30 et 32 peuvent glisser l'une par rapport à l'autre et que des déplacements de la semelle 34, dans ie sens transversal du vérin, ne sont pas transmis à la tige 6. Seuls les efforts longitudinaux déplacent la tige 6 par rapport au cylindre 1. En utilisation la base d'appui 26, ou plus exactement la plaque de néoprène fretté 27, est montée sur un support fixe, par exemple sur la culée de pont 28 repré- sentée sur la figure 3, tandis que la semelle d'appui 34 est fixée sur la structure dont les efforts longitudinaux doivent etre absorbés. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la semelle 34 est fixée sur la face extrême d'un tablier 36 de pont ou viaduc reposant par des patins 38 sur une surface horizontale 39 de la culée 28. Lorsque des efforts longitudinaux, tels que des efforts de dilatation, des efforts de freinage, des chocs ou des sollicitations sismiques, tendent à rapprocher le tablier 36 de la culée 28, la tige 6 est poussée vers la droite en regardant la figure 1, et le piston 8 tend à se rapprocher de la paroi 3 en refoulant le fluide de la chambre 17, voisine de cette paroi, en direction de la chambre 16 ferme par le fond 2 Toutefois, seul le faible jeu 14 permet l'écoulement du fluide. Le clapet 22 interdit tout écoulement de liquide par le perçage 20. Par suite, sil s'agit d'un phénomène lent, le fluide s'écoule librement par le jeu 14 sans engendrer une difference de pression importante de part et d'autre du piston 8. I1 y aura alors libre déplacement des diffe- rents organes sans apparition d'efforts. Par contre, dans le cas d'efforts instantanés ou brutaux, le jeu 14 est trop étroit pour permettre un écoulement correspondant du liquide et celui-ci s'oppose au déplacement du piston La variation du volume d'huile qui équilibre les efforts de butée est pratiquement nulle et le vérin se comporte comme un appui fixe bloqué vis-à-vis des efforts instantanés de compression. A l'inverse, lorsque l'effort exercé sur le tablier 36 tend à l'écarter de la culée 28, le piston 8 est dé- placé en direction de la chambre 16 et le clapet 22 est repoussé par la pression du liquide. Le passage du fluide d'une chambre à l'autre s'effectue donc à la fois par le jeu périphérique 14 et par le perçage 20. L'huile s'écoule pratiquement librement et le vérin n'oppose aucune résis tance à un tel effort de traction, qu'il soit de longue ou de courte durée, lent ou brutal. De préférence, le cylindre 1 est muni d'un dispositif de sécurité constitué par un limiteur de pression 44 relié au volume interne de ce cylindre et assurant l'évacuation de l'huile par un conduit 45 jusqu'à l'extérieur lorsque, pour une raison quelconque, la pression dans le cylindre s'élève au-dessus d'une valeur critique. Le cylindre 1 peut également comporter un orifice de remplissage 46, normalement fermé. L'ensemble est en outre protégé par un soufflet 48 fixé, s'une part sur la semelle 34 et, d'autre part, sur la base d'appui 26 et enfermant ainsi la totalité du vérin. De préférence, lors de la réalisation d'un pont, d'un viaduc, ou d'un ouvrage d'art de ce type, un ou plusieurs vérins parasismiques sont montés à chacune des ex- trémités du tablier, entre ces extrémités et les culées de support. Par exemple, comme le montre la figure 2, quatre vérins 52 sont montés à l'extrémité du tablier 36 d'un viaduc, quatre vérins identiques étant montés à l'autre extrémité. Chacun de ces vérins constitue un système autonome et compact dont tous les éléments sont enfermés à l'intérieur du soufflet de protection, mais tous les efforts horizontaux instantanés sont transmis par les vé rins de l'une ou de l'autre des extrémités à la culée correspondante. Quels que soient l'importance et la fréquence des efforts, les vérins fonctionnent toujours de manière sure et fiable grâce à l'action d'un fluide dont le volume total reste constant, meme si la durée d'utilisation est longue. En outre, la tige 6 étant guidée à ses deux extrémités et ne supportant aucun effort transversal lorsque la structure tourne ou se déplace verticalement, conserve un alignement parfait quelle que soit sa position longi tudinale, clest-à-dire la position du piston dans le cy gindre Par ailleurs,-le vérin est d'une construction simple, donc économique, et sa mise en place ne nécessite pas d'opération particulière sur la structure ni sur son support. Ce vérin, qui est tout particulièrement adapté à la construction des ponts et autres ouvrages d'art, peut bien entendu avantageusement être utilisé pour tout autre type de structure isostatique ou hyperstatique, en béton armé ou précontraint, en métal ou tout autre maté- riau, tels que des poutres de roulement, quais et ouvrages maritimes, des massifs d'ancrage, des structures de bâtiments industriels, ou autres, chaque fois qu'une structure élastiquement appuyée sur au moins deux appuis est soumise à des efforts longitudinaux. - REVENDICATIONS 1 - Vérin parasismique pour structure élastiquement appuyée, dont le cylindre et le piston sont portés respectivement par la structure et par un support fixe et délimitent entre eux une chambre de fluide à volume variable, munie d'un orifice calibré, caractérisé en ce que le piston (8) divise le cylindre (1) en deux chambres (16, 17) contenant ensemble un volume constant de fluide et communiquant entre elles,d'une part par un très faible jeu périphérique (14) entre le piston et le cylindre et, d'autre part, par un-perçage (20) traversant le piston (8) et fermé par un clapet (22) ne s ouvrant que dans le sens de l'extension dù vérin 2 - Vérin parasismique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tige (6) du piston traverse le cylindre (1) de part en part 3 - Vérin parasismique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'une des parois extrêmes (3) du cylindre est prolongée par une jupe (24) solidaire d'une base (26) d'appui sur le support fixe, tandis que la tige (6) du piston comporte une surface convexe coopérant avec une portée (32) de forme correspondante, solidaire de la structure. 4 - Vérin parasismique suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une plaque de néoprène fretté (27) recouvre extérieurement la base d'appui (26) de façon à être interposée entre elle et le support. 5 - Vérin parasismique suivant l'une des revendications précédentes, caracterise en ce que le piston (89 est formé par une couronne bloquée entre un épaulement (10) de la tige (6) et une bague de retenue (12). 6 - Vérin parasismique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (6) est creuse. 7 - Vérin parasismique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un limiteur de pression (44) relié au volume interne du cylindre (1). 8 - Vérin parasismique suivant l'une des revendications precédentes, caractérise en ce qu'un soufflet de protection (48) entoure le vérin et la tige (6) entre la semelle (34) et la base d'appui (26). 9 - Structure r et notamment ouvrage d'art ou via- duc monté entre deux culées massives (28), caractérisée en ce qu'elle comporte un tablier (36) muni à chacune de ses extrémités d'au moins un vérin (52) selon l'une des revendications précédentes, dont la semelle (34) est fixée à la structure (36), tandis que sa base d'appui (26) est montée sur le support fixe (28).