Brevet FR2543995A1 — publié le 19841012

Colonne, notamment pour structure d'appui ; structure d'appui équipée de telles colonnes, notamment pour tour de réfrigération. La présente invention concerne une colonne, en particulier en béton armé, destinée notamment à constituer l'un des élements d'une structure d'appui. Une colonne conforme à l'invention sera avantageusemènt utilisable dans une structure d'appui prévue pour supporter des constructions de grande hauteur, telles les tours de réfrigération, qui sont soumises à des efforts importants et divers, du fait de leur poids et des facteurs extérieurs tels que le vent, agissant sur de très grandes surfaces latérales. Habituellement, les colonnes qui supportent ces constructions sont à section droite constante, le plus souvent à section droite ronde. Cette forme de colonnes n'est pas la mieux adaptée au genre d'efforts auxquels elles sont soumises, car ces efforts, évidemment, varient de façon importante de leur base à leur sommet En particulier, le module d'inertie maximale des colonnes n'est pas orienté suivant les moments prépondérants tout le long de la colonne. Dans le cas d'application précité, en outre, le passage des efforts de la base de la tour au sommet des colonnes s'effectue de façon relativement ponctuelle, puisque par l'intermédiaire d'une surface ronde (ou elliptique si, comme cela est courant, la colonne est inclinée et son sommet biseauté pour rester horizontal). Malgré cette zone de transition relativement ponctuelle des efforts, l'épaisseur radiale des colonnes à leur sommet est plus importante que cela n'est strictement nécessaire, ce qui, pour que la continuité de la structure -et notamment celle du ferraillage- soit assurée, entraine que l'on doit prévoir une épaisseur inutilement importante de la tour à sa base, ce qui en augmente notablement le poids et donc les contraintes auxquelles sont soumises les colonnes, sans aucun fice sur le plan de la résistance ou de la sécurité En corollaire, les fers qui sortent du sommet des colonnes pour assurer la liaison avec la base de la tour doivent être pliés, car autrement leur orientation ne correspondrait pas exactement à celle de la base de la tour, ce qui rend cette continuité imparfaite et di minue la résistance de la structure dans cette zone de transition. Il y a ainsi apparition de risques de fissurations, dus aux changements brusques d'épaisseur des sections. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients des colonnes de la technique anté rieure, surtout lorsqu'elles sont destinées à faire partie d'une structure d'appui pour des tours de réfrigération de grande hauteur, et il est également d'obtenir, dans ce type d'application, des avantages particuliers, lesquels seront mieux vus dans ce qui suit. A cet effet, une colonne conforme à la présente invention, notamment pour structure d'appui, présentera, à sa base et à son sommet, une section droite de forme allongée et sera caractérisée en ce que la direction de la plus grande dimension de la section droite de la base est orthogonale ou approximativement orthogonale à la direction de la plus grande dimension de la section droite du sommet, et en ce que ses faces latérales, d'une part vont en se rétrécissant à partir des deux côtés opposés les plus longs de la section droite de base jusqu'aux extrémités de la plus grande dimension de la section droite du sommet, et d'autre part, et réciproquement, vont en s'élargissant à partir des extrémités de la plus grande dimension de la section droite de base, jusqu'aux deux côtés opposés les plus longs de la section droite du sommet. On obtiendra ainsi une colonne à section transversale droite variant de la base au sommet, avec par conséquent des modules d'inertie maximale qui pourront être orientés dans des directions optimales, variables de la base au sommet de la colonne, en fonction du type d'application. Pour des questions, notamment, de commodité de coffrage, on pourra prévoir en outre que, dans une colonne conforme à l'invention, la largeur des faces latérales varie linéairement suivant sa longueur et que le rétrécissement ou l'élargissement desdites faces latérales s'effectuent dans des plans, lesdits côtés opposés les plus longs étant des segments de droite, On verra plus bas, à la lecture des exemples de réalisation, quels avantages particuliers ces dispositions peuvent apporter. Lorsque les colonnes devront présenter des qualités aérodynamiques particulières, comme c'est le cas lorsqu'elles sont utilisées comme éléments d'une structure d'appui pour tours de réfrigération, puisque alors elles devront présenter le minimum de résistance vis-à-vis de l'air entrant, en les traversant, à l'intérieur de la tour,ilpourra encore être avantageux, conformément à 1'inven- tion, que la section droite de forme allongée à la base et au sommet de chaque colonne soit constituée de deux arcs de courbe s'ouvrant i'un vers l'autre et dont les extrémités sont reliées par deux- segments de droite, lesdites faces latérales étant alors constituées de quatre triangles et de quatre surfaces cylindriques, deux triangles adjacents étant orientés en tête-bêche et séparés chaque fois par une surface cylindrique. Pour faciliter encore le coffrage d'une telle colonne, il sera avantageux de prévoir, en outre, que lesdits arcs de courbe sont des arcs de cercle et que lesdits segments de droite sont égaux, les faces latérales étant constituées de quatre triangles s'étendant dans des plans perpendiculaires deux à deux et de quatre surfaces cylindriques de révolution intercalées. Cette forme de colonne permet en outre d'obtenir à mi-hauteur une section droite pseudo-carrée, c'est-à- dire ayant la forme d'un carré à coins arrondis, d'où, par rapport aux colonnes rondes de même poids, une re sis tanche au flambage très notablement augmentée. La présente invention concerne en outre une structure d'appui, notamment poùr tour de réfrigération, constituée d'un ensemble de colonnes présentant une ou plus sieurs des caractéristiques susdéfinies. Pour l'élimination des différents inconvénients de la technique antérieure à colonnes rondes, tels qu'ils ont été énoncés au début, il sera particulièrement ap proprié de prévoir, la base de ladite tour étant de forme essentiellement circulaire, que la plus grande dimens ion de la section droite de base des colonnes est dirigée radialement ou pratiquement radialement, tandis que la plus grande dimension de la section droite de sommet des colonnes est orientée dans une direction tangentielle à ladite base de la tour. On verra mieux, arès lecture des exemples de réali- sation ci-dessous décrits, en quoi cette disposition permet d'éliminer ces inconvénients de la technique antérieure. Dans le dessin ci-annexé, qui n'a bien entendu aucun caractère limitatif - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une structure d'appui pour tour de réfrigération, cette structure comportant des colonnes conformes à la présente invention (deux colonnes seulement ont été représentées) - les figures 2 et 3 sont des vues, respectivement en élévation et en bout, de colonnes analogues à celles de la figure 1 , et - les figures 4 et 5 sont des vues, respectivement en perspective et en bout, montrant une variante possible de forme de colonne, établie selon les mêmes principes généraux. Sur la figure 1, on a référencé en 1, et représenté partiellement, la base d'une tour de réfrigération classique, constituée par exemple d'une coque de formehyperbololde, de grande hauteur, à l'intérieur de laquelle prend place, par tirage naturel ou forcé, un écoulement d'air ascendant permettant de refroidir par convection de l'eau chaude provenant d'une centrale nucléaire ou thermique. Cette tour 1 est supportée par une structure d'appui constituée d'un ensemble de colonnes en béton armé 2, disposées en treillis, et entre lesquelles l'air s'écoule pour pénétrer dans la tour 1 en passant sous son bord inférieur ou linteau 3. De façon connue, les colonnes 2 peuvent être associées deuxà deux en V, chaque paire étant ancrée au sol par l'intermédiaire -d'un socle de béton commun 4. Les colonnes d'une même paire sont ainsi inclinées dans deux sens opposés, par rapport au plan radial bissecteur du V. Elles sont en outre inclinées radialement vers l'intérieur de la tour, en allant de leur base à leur sommet, de sorte à se situer globalement dans le prolongement de la partie évasée inférieure de la tour. Pour ces raisons, les colonnes sont biseautées, notamment à leur sommet, pour-que ce sommet d'appui du linteau 3 de la tour soit horizontal. C'est pourquoi la forme de ce sommet, vu en plan, ne correspond pas à la forme de la section droite des colonnes à leur partie supérieure, et il en serait de même si celles-ci avaient une section droite constante, comme les colonnes classiques. En tout état de cause, les colonnes conformes à l'invention n'ont pas une section droite constante. A leur base et à leur sommet, les colonnes ont une section droite qui est allongée et qui évolue régulièrement de la base au sommet. Il est souligné ici que l'on parle bien de la section droite et non pas de la forme vue en bout (le contour sur lequel le linteau 3 prend appui) qui serait aussi allongée (en forme d'ellipse) Si la colonne était à section ronde ceci compte tenu de l'inclinaison de la colonne. Cette section droite allongée peut être la même -mais pas obligatoirement-à la base et au sommet de la colonne. Pour donner à l'ensemble de la colonne une forme favorable du point de vue aérodynamique, cette forme allongée sera avantageusement constituée de deux arcs en demi-cercle s'ouvrant face à face et dont les extrémités sont reliées deux à deux par des segments de droite égaux et parallèles. Sur la figure 3, que l'on peut supposer être une vue en bout, dans l'axe de la colonne, de sa base, on a référencée 5b les deux segments de droite de la base et 6s les deux segments de droite du sommet ; on a référencé par ailleurs 6b les deux arcs en demi-cercle de la base, raccordes aux segments 5b, et on a référencé 5s les deux arcs en demi-cercle du sommet, raccordés aux segments 6s. On voit clairement, sur la figure 3, que la direction de la plus grande dimension de la section droite 5 b-6b de la base est orthogonale à la direction de la plus grande- dimen- sion de la section droite 6s-5s du sommet, conformément à une diposition essentielle de l'invention. Les faces latérales de la colonne sont alors constituées par quatre quarts de cylindre intercalés avec quatre triangles. Deux triangles, situés sur des faces opposées, sont référencés en 5 et ont leur base en 5b et leur sommet au mi-lieu des arcs de demi-cercle 5s ; les faces latérales correspondantes vont donc en se rétrécissant à partir des deux côtés opposés les plus longs de la section droite de base jusqu'aux extrémités de la plus grande dimension de la section droite du sommet. Les deux autres triangles, situés sur les deux autres faces opposées, sont référencés en 6 et ont leur base en 6s et leur sommet au milieu des arcs de demicercle 6b ; les faces latérales correspondantes vont donc en s'élargissant à partir des extrémités de la plus grande dimension de la section droite de base, jusqu'aux deux côtés opposés les plus longs de la section droite du sommet. Ces variations s'effectuent de façon linéaire. Les quatre faces 5 et 6 sont bien entendu des plans. Il est à noter que deux triangles 5-6 adjacents se trouvent l'un vis-à-vis de l'autre en te te-bêche et dans deux plans perpendiculaires l'un à l'autre. Quant aux surfaces cylindriques, également au nombre de quatre et intercalées avec les-précédentes, elles sont constituées de quarts de cylindre ayant le même rayon de courbure que les arcs de demi-cercle 6b et 5s Ils ont tous été référencés en 7. on voit que chacun de ces cylindres s'étend entre une moitié d'un arc de demi-cercle 6b de la base et une moitié d'un arc de demi-cercle 5s du sommet. Cette forme de colonne est particulièrement avantageuse, car, étant uniquement constituée de surfaces planes et de quarts de cylindre, sans aucune surface gauche, elle est extrêmement facile à coffrer. Une forme de colonne conforme à l'invention est en effet essentiellement remarquable en ce qu'elle permet de passer progressivement d'une section droite de base allongée dans une direction à une section droite de sommet allongée dans une direction orthogonale à la précédente, sans aucun pivotement des sections, donc sans aucun gauchissement des surfaces latérales. Comme on elle voit bien à la figure 1, les colonnes qui viennent d'être décrites sont disposées de telle manière que la plus grande dimension de leur section droite de base soit orientée radialement ou pratiquement radialement par rapport à la baselde la tour, et que la plus grande dimension de leur section droite de sommet, par voie de cbnséquence, soit orientée tangentiellement à cette base. Grâce à cette disposition, on obtient les avantages suivants, par rapport aux colonnes classiques, à volume de béton égal - la transmission des efforts entre la base 1 de la tour et le sommet des colonnes 2 s'effectue de maniere moins ponctuelle, puisque, par rapport aux colonnes classiques, on a un allongement de la surface d'appui en direction circonférentielle - le module d'inertie maximale est orienté au sommet comme à la base, suivant les moments propondé- rants des différents efforts agissant sur la colonne - en milieu de colonne, la section droite {sché- matisée par la ligne en traits mixtes 8 sur la figure 3) est pseudo-carrée, étant constituée de quatre segments de droite égaux, réliés par des quarts de cercle de meme rayon de courbure que les arcs de demi-cercle Xb et 5s. il en résulte, à cet emplacement, un module d'inertie augmenté dans les deux directions, d'on une tenue au flambage considérablement augmentée (de l'ordre de 70 %) ; - les fers en attente sortent du sommet de la colonne en éventail dans les bonnes directions, avec une prépondérance à la direction circonférentielle, ce qui évite les concentrations d'efforts dans cette zone de transition ; ; il n'y a pas de changement de direction des fers à leur sortie du sommet de la colonne, d'où une bien meilleure continuité dans la transmission des efforts - les avantages qui précèdent permettent de diminuer sensiblement la densité des fers dans le béton des colonnes d'où un positionnement facilité des barres et une amélioration de leur enrobage - la partie renforcée ou voile de la partie inférieure 1 de la tour peut être de moindre épaisseur qu'avec des colonnes à section droite ronde, d'où une économie considérable de béton et de ferraillage, et un allègement très notable de la charge supportée par les colonnes ; on diminue en même temps les risques de fissurations que l'on observait souvent jusqu'à présent, et qui étaient dues au changement brusque d'épaisseur des sections travaillantes dans cette zone de transition - l'assise utile d'appui de la base 1 de la tour étant allongée dans la bonne direction (circonférentielle), les longueurs de portée libre du linteau 3, c'est-à-dire ses parties non soutenues, sont très sensiblement diminuées, ce qui permet d'alléger aussi le ferraillage de ce linteau (les moments auxquels sont soumises les poutres du linteau entre deux colonnes voisines sont réduits de plus de moitié) - enfin, on remarque que l'espace en V qui sépare deux colonnes voisines voit ses dimensions modifiées également dans le bon sens, puisqu'il y a une augmentation de l'intervalle entre les colonnes à la partie inférieure de cet espace, et au contraire une diminution de cet intervalle à sa partie supérieure ; il en résulte un effet de venturi, du fait de l'étranglement de l'entrée d'air en partie supérieure, avec corrélativement un meilleur effet directionnel du flux d'air en partie inférieure, consécutif à l'allongement, en direction radiale, des deux faces latérales en regard des colonnes 2 à leur partie inférieure. Tous ces éléments concourent à une amélioration très sensible du rendement aérodynamique et thermique de la tour. Aux figures 4 et 5, on a représenté, à titre de variante, une autre forme possible de colonne, mettant également en oeuvre les principes de base de l'invention. Toutefois, dans ce cas, les sections droites de base 9 et de sommet 10, que l'on peut supposer identiques, sont toutes deux rectangulaires Il en résulte que les quatre faces latérales Il d'une telle colonne seront toutes égales, en forme de trapèzes isocèles plans, orientés tête-bêche. Dans ce cas, la section droite médiane 12 a la forme d0un carré dont le côté a une longueur égale à la moyenne de la longueur des côtés des diverses sections droites rectangulaires. Une telle colonne pourrait être utilisée dans les cas où un bon écoulement de l'air autour des colonnes ne serait pas- nécessaire. Comme il va de soi, et comme il résulte dflailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Colonne, notamment pour structure d'appui, présentant, à sa base et à son sommet, une section transversale droite de forme allongée, caractérisée en ce que la direction de la plus grande dimension de la section droite de la base est orthogonale ou approximativement orthogonale à la direction de la plus grande dimension de la section droite du sommet, et en ce que ses faces latérales (5,6), d'une part vont en se rétrécissant à partir des deux côtés opposés (5b) les plus longs de la section droite de base jusqu'-aux extrémités (5s) de la plus grande dimension de la section droite du sommet, et d'autre part, et réciproquement, vonten s'élargissant à partir des extrémités (6b) de laplus grande dimension de la section droite de base, jusqu'aulx deux cotés opppsés(6s) les plus longs de la section droite du sommet. 2. Colonne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur de ses faces latérales (5,6) varie linéairement suivant sa longueur. 3. Colonne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rétrécissement ou l'élargissement desdites faces latérales (5,6)s'effectuent dans des plans, lesdits côtés opposés les plus longs (5b,6s) étant des seqments de droite. 4. Colonne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section droite de forme allongée à sa base et à son sommet est constituée Se deux arcsde courbe (5s,6b)s0ouvrant l'un vers l'autre et dont les extrémités sont reliées par deux segments de droite (5b,6s), lesdites faces latérales (5,6)étantalors constituées de quatre triangles et de quatre surfaces cylindriques (7), deux triangles adjacents étant orientés en tête-bêche et séparés chaque fois par une surface cylindrique. 5 Colonne selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits arcsde courbe (5s,6b) sontdas arcs de cercle et en ce que lesdits segments de droite (5b,6s0 sont égaux, les faces latérales (5,6) étant constituéesde quatre triangles s'étendant dans des plans perpendiculaires deux à deux et de quatre surfaces cylindriques de révolution (7) ntercalées. 6. Structure d'appui, notamment pour tour de refrigération, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un ensemble de colonnes conformes à l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Structure d'appui selon la revendication 6, ca ractérisée en ce que, la base de ladite touP(1 étane de forme essentiellement circulaire, la plus grande dimension de la section droite de base des colonnes est dirigée radialement ou pratiquement radialement, tandis que la plus grande dimension de la section droite de sommet des colonnes est orientée dans une direction tangentielle à ladite base de la tour.