Brevet FR2598947A1 — publié le 19871127

PROCEDE DE FABRICATION DE POUTRELLES PRECONTRAINTES EN ACIER ET POUTRELLES OBTENUES L'invention concerne des poutrelles précontraintes en acier. Le but poursuivi dans la conception de poutrelles précontraintes est évident: il s'agit d'augmenter la capacité de charge lorsque la poutrelle est sollicitée à la flexion. Le brevet belge n 495 318 enseigne de fabriquer une 10 poutrelle en béton armé précontraint, en soumettant d'abord l'armature métallique non enrobée à une flexion, en enrobant ensuite de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, en maintenant fléchie l'armature enrobée de béton pendant le durcissement de 15 celui-ci et en supprimant enfin la force de flexion après durcissement du béton. L'armature est constituée par une poutrelle laminée en acier. La flexion est effectuée soit par l'application d'une force en un point de l'armature compris entre les extrémités qui sont maintenues fixes, soit par l'application de forces aux extrémités de la poutrelle dont un point intermédiaire est maintenu fixe. On obtient de cette manière des poutrelles précontraintes oO la précontrainte est réalisée à l'aide d'un enrobage partiel-en béton. De telles poutrelles- sont connues sous 25 l'appellation PREFLEX dans les milieux de la construction lourde, de ponts ou de viaducs. Un premier inconvénient inhérent à de telles réalisations est le surplus en poids attribuable au béton; un deuxième désavantage est dO au fait que le béton d'enrobage doit 30 lui-même être armé et que les armatures en acier doivent être fixées par soudage à l'armature principale, c'est-àdire à la poutrelle en acier, ce qui comporte un travail d'aménagement et de soudage fastidieux et impossible à réaliser de manière automatique. Enfin, un troisième désavantage provient du fait que l'enrobage recouvre l'acier, si bien qu'il est difficile de procéder à ces endroits de la poutrelle à des opérations de forage et impossible d'effectuer des travaux de soudage. Le but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de poutrelles précontraintes, exemptes des inconvénients décrits. _ lOOn pourrait imaginer de constituer une poutrelle précontrainte en acier à partir de deux sections distinctes et exempte'de béton, dans laquelle on induirait la précontrainte en agissant sur l'une des deux sections en vue de lui conférer une dilatation temporaire dans le sens de la longueur, en 15 réunissant les deux sections et en éliminant la cause de ladite dilatation. Ainsi, on pourrait exercer sur l'une des sections une force de traction, avant de la réunir avec l'autre section. On pourrait également chauffer l'une des sections pour 20 l'allonger temporairement. Dans les deux cas, il est imaginable de constituer une poutrelle précontrainte, mais il serait nécessaire de mettre en oeuvre des moyens énormes de traction, respectivement dechauffage, si l'on veut constituer des poutrelles précontrain25 tes d'envergure dépassant les mini-profilés. Ainsi, le but de l'invention est atteint par le procédé caractérisé par les étapes suivantes: a) On prépare deux sections distinctes qui sont susceptibles d'être assemblées pour constituer la poutrelle désirée; b) On appose ou selon le cas superpose les deux sections, de manière à ce que la poutrelle soit virtuellement constituée; c) On soumet les deux sections simultanément à une force de 35 flexion, de manière à obtenir une poutrelle fléchie, virtuellement constituée; d) On réunit les deux sections par leurs aires adjacentes. D'autres caractéristiques de l'invention sont décrites dans les sous-revendications. Les deux sections suivant l'étape a) peuvent par exemple être deux sections en forme de T qui, après assemblage, donnent une section en forme de I. Les deux sections suivant l'étape a) peuvent aussi être par exemple deux sections en forme de I. L'assemblage en question se fait suivant l'étape b), en encadrant les deux sections en T à l'aide de plusieurs cadres en 10 acier, comme on l'expliquera plus loin. La préparation des deux sections selon l'étape a) peut consister par exemple en ce que l'on découpe une poutrelle en forme de I pour obtenir deux sections en forme de T. L'étape c) prévoit que l'on applique à l'ensemble compre15 nant les deux sections apposées l'une à l'autre et encadrées, une force de flexion. Ceci peut être réalisé en appliquant deux forces égales et dans le même sens aux extrémités de l'une des sections, tandis que des appuis sont prévous aux quarts ou aux tiers de portée à l'autre section. Il est indis20 pensable que les cadres soient dimensionnés de manière à ce que k'ensemble constitué par les deux sections en forme de T, apposées pour forme un I, soit immobilisé en ce sens que lors de l'application des forces de flexion, les deux sections se comportent dans la mesure du possible comme une poutrelle entière, c'est-à-dire que seules les aires adjacentes peuvent se déplacer l'une vis-à-vis de l'autre en glissant l'une sur l'autre. L'étape d) est réalisée avantageusement en mettant en oeuvre un appareil de soudage électrique mobile et automatisé. 30 Suivant l'invention, il est possible de préparer deux sections en forme de T o chacune présente une composition ou une qualité de l'acier différente l'une de l'autre, par exemiple en découpant différentes sortes de poutrelles en forme de I. Il peut tout aussi bien être prévu d'utiliser au départ deux sections en forme de poutrelles en I et de réunir ces sections qui se prêtent fort bien à la flexion, par leurs semelles, soit par soudage, soit par boulonnage, ou par un quelconque autre moyen approprié. L'invention sera illustrée à l'aide des dessins schématisés qui représentent de manière non limitative une des formes d'exécution possibles du procédé. - la figure 1 montre une vue latérale de deux sections en --5 forme de T, encadrées pour former une poutrelle virtuelle qui est sollicitée par des forces de flexion appliquées aux extrémités; - la figure lA montre une coupe à travers l'ensemble 10 comportant la poutrelle virtuellement constituée et un cadre de fixation, à l'endroit d'application de la force de flexion; - la figure lB montre une coupe à travers l'ensemble 15 comportant la poutrelle virtuellement constituée et un cadre de fixation, à l'endroit de l'appui; - la figure 2 représente une coupe des deux sections destinées à former la poutrelle, l'accent 20 étant mis sur les aires adjacentes et les figures 2A et 2B montrent l'exécution de chanfreins aux extrémités des aires adjacentes, avant le soudage; - la figure 3 représente une coupe à travers une pou25 trelle, dont les deux sections qui la constituent sont réunies par collage; - la figure 4 représente une des applications possibles des poutrelles suivant l'invention. En figure 1, on distingue les deux sections 1 et 2 en forme de T. Ces sections sont maintenues en position telle que les aires 11 respectivement 21 sont adjacentes. En pratique, ces aires pourront s'effleurer ou être situées à une distance de l'ordre de 2 à 5 mm l'une de l'autre, pour éviter des difficultés lors du soudage subséquent. Le maintien des sec35 tions est assuré par des cadres; dans le cas de quatre cadres par exemple, les deux cadres 3, 4 sont disposés aux extrémités des sections, tandis que les deux cadres 5, 6 sont disposés aux quarts de portée. si La section inférieure 2 est plus courte que la section supérieure 1, pour tenir compte des changements de longueur intervenant lors de la flexion; l'aspect de l'ensemble fléchi est indiqué par les lignes pointillées. Comme on le voit à titre d'exemple en figure 1, en figure 1A et en figure lB, les forces de flexion F sont appliquées aux cadres 3, 4; elles sont reprises aux appuis A par les cadres 5, 6. Les cadres 3, 4, 5, 6 sont identiques du point de vue de leur construction, leur disposition toutefois 10 varie en fonction de leur rôle. Ainsi, les cadres 3, 4 sont disposés de manière à ce que l'ouverture soit dirigée vers le bas, tandis que les cadres 5, 6 sont disposés à l'envers; on a représenté l'application des forces ou des réactions aux appuis par des flèches pour illustrer à quels endroits les 15 cadres sont sollicités. Grâce au concept des cadres, le soudage est facilement réalisable à l'aide d'une soudeuse automatique. Comme on le voir en figure 1A et lB, la soudeuse S se déplace sur un profilé en U 7 qui s'appuie à l'endroit correspondant à la 20 figure 1A sur la partie inférieure du cadre et à l'endroit correspondant à la figure lB sur la semelle de la section 2, par l'intermédiaire d'une barre (hachurée) qui compense la différence de niveau. Il reste à remarquer que l'on disposera avantageusement 25 des plaques 8 respectivement 9 entre les cadres et les vérins non représentés ou entre les cadres et les appuis, pour éviter des endommagements. Pour conditionner les aires destinées à être réunies par soudage (voir figure 2), il est prévu des chanfreins, de préférence à l'extrémité de la section supérieure. En figure 2A, il est représenté un chanfrein approprié dans le cas de poutrelles à âmes épaisses. Dans le cas de poutrelles à âmes minces, on préférera le chanfrein représenté en figure 2B. Au lieu de réunir les sections, constituant la pou35 trelle, par soudage, on peut également réunir les sections par collage (voir figure 3). Dans le cas représenté, on a avantageusement recours à des plats d'acier (33) collés sur les âmes des sections (31, 32) et ceci sur toute leur longueur. î, à, -, z _ Bien qu'on a expliqué l'invention en décrivant l'emploi de sections en forme de T, il est bien entendu qu'on peut également fabriquer des poutrelles à l'aide de sections mixtes, de profilés creux ainsi que de leur combinaison et en particul5 ier de 2 sections en forme de I. Lorsque les sections en forme de I sont de dimension différente, il est particulièrement aisé de réunir les ailes adjacentes par soudage. Au terme de la fabrication, on obtient une poutrelle précontrainte en acier, dont une partie se trouve en traction," et l'autre en compression. Une telle poutrelle peut supporter une charge maximale plus importante qu'une poutrelle laminée de môme dimension, étant donné que la partie de la poutrelle en traction prend en charge les efforts de compression et la partie en compression prend en charge les efforts de traction.:.-l.5 Une des applications possibles est représentée en figure 4 o on distingue une poutrelle précontrainte et soudée (40) supportant une dalle (41) en béton armé. La liaison dallepoutrelle est réalisée à l'aide de boulons (42). Les sections en T employées pour constituer la poutrelle ont des dimensions 20 transversales différentes, la section la plus petite se trouvant au contact avec la dalle. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de poutrelles précontraintes en acier, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections (1, 2) susceptibles d'être assemblées pour constituer la poutrelle désirée, que l'on assemble ces sections en les apposant l'une à l'autre, que l'on soumet l'ensemble ainsi constitué simultanément A une flexion, de manière à obtenir une poutrelle fléchie, virtuellement constituée, que l'on réunit les deux sections par leurs aires adjacentes et que l'on supprime les 10 efforts de flexion extérieurs au terme de l'opération de réunion. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections (1, 2) identiques du point de vue de la forme géométrique. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections (1, 2) de forme géométrique différente. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections en forme de I. 5.- Procédé suivant une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections (1, 2) en forme de T en découpant une poutrelle en forme de I. 6.- Procédé suivant une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections (1, 2) identiques 25 du point de vue de la qualité de l'acier. 7.- Procédé suivant une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on prépare deux sections (1, 2) de qualité différente et que l'on appose ces sections en fonction du sens de la flexion à opérer ou en fonction des caractéristiques 30 mécaniques visées dans la poutrelle assemblée. 8.- Procédé suivant une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on fixe la position des deux sections (1, 2) opposées l'une par rapport à l'autre par l'intermédiaire de cadres (3, 4, 5, 6) qui ont sensiblement la forme d'un rectan35 gle, l'un des côtés présentant une ouverture centrale pour recevoir et guider l'âme d'une des sections (1, 2), son aile s'appuyant sur l'extérieur du cadre, alors que le côté opposé du cadre, destiné à soutenir l'aile de la deuxième section (2, 1), a une longueur intérieure sensiblement égale à la largeur de l'aile de cette section, les deux côtés restants du cadre ayant des longueurs telles qu'une fois les sections (1, 2) en place, les parties en regard de leurs âmes soient distantes de quelques millimètres. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on applique les forces de flexion (F) à au moins deux cadres (3, 4) disposés aux extrémités des sections (1, 2) et 10 que l'on reprend les réactions aux appuis (A) par l'intermédiaire d'au moins un cadre (5, 6) situé entre lesdits cadres (3, 4) disposés aux extrémités des sections. 10.- Procédé selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on réunit les deux sections par soudage, par 15 boulonnage ou par collage. 11.- Poutrelle précontrainte en acier, dont les ailes sont fléchies, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux sections en forme de T ayant leurs âmes dans le même plan et les côtés de l'âme qui ne sont pas connectés aux ailes, 20 réunis. 12.- Poutrelle précontrainte en acier, dont les ailes sont fléchies, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux sections en forme de I ayant leurs âmes dans un même plan et réunies par les ailes en contact. 13.- Poutrelle selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que l'acier des deux sections est de qualité * différente. 14.- Poutrelle selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que les deux sections ont une géométrie différente.