Brevet FR2600358A2 — publié le 19871224

FR 2600358 A2 19871224 FR 8609041 A 19860623 La présente invention concerne des structures mixtes ayant pour caractéristiques d'employer le béton arme dans toutes les parties comprimées et l'acier sous sa forme de profilés dans toutes les parties tendues. On a exposé dans le brevet principal qu'une structure conforme à l'invention est une structure rigide essentiellement constituée de béton armé et d'acier destinée à supporter respectivement en service des efforts de compression et des efforts de tension les partez destinées à supporter les efforts de compression étant esscrtiellemc-nL- constituées par une masse de béton et les parties destinées à résister aux efforts de tension étant assentie1lemert constituées par un assemblage de profilés en acier sensiblement dépourvus de rigidité intrinsèque, cet assemblage était en majeure partie extérieur au béton et étant ancré dans le béton qui lui assure sa rigidité latérale et sa résistance d flambage. Dans une realisation avantageuse, selon le brevet principal, la structure est une poutre constituée d'une membrure er. béton et d'une membrure en acier, la membrure en acier étant constituée d'une carène en-ronds à béton relié de place en place à ia membrure en béton par des ronds à béton disposés par couples dans des plans transversaux, perpendiculaires ou obliques par rapport à la membrure en béton, les extrémités de ces couples étant noyées dans la membrure en béton. Lorsque l'on veut réaliser des poutres de grande portée, on se heurte à deux problèmes - il n'existe pas, dans le commerce, de ronds à béton de très gros diamètre, - les ronds à béton disponibles et transportables sont d'une longueur limitée. Dans ces conditions, si on veut réaliser des poutres de grande portée, on est conduit à assembler plusieurs profilés bout à bout. Cet assemblage est onéreux et présente des difficultés. La présente addition a pour but de permettre la réalisation de poutres de grande portée, notamment pour réaliser des charpentes de couvertures industrielles ou sportives. On y parvient, selon la présente invention, en constituant la carène par un tube creux en acier apte à recevoir un câble de précontrainte qui sera ultérieurement mis en tension. Le tube est constitué d'un tronçon de tube unique ou de plusieurs tronçons de tube fixés bout à bout par des soudures ou par des pièces de fixation, par exemple par des platines boulonnées. On décrira ci-après des réalisations de structures conformes à la présente invention, en référence aux figures du dessin joint, sur lequel - la figure 1 est un schéma en long d'une poutre selon une première réalisation de l'invention - la figure 2 est une coupe schématique par le plan transversal aa de la figure 1 - la figure 3 est un schéma en long d'une poutre plus complexe portée par deux poteaux - la figure 4 est une coupe schématique de la poutre de la figure 3 par le plan transversal aa de la figure 3 - la figure 5 est une coupe schématique de la poutre de la figure 3 par le plan transversal bb de la figure 3 - la figure 6 est une coupe schématique agrandie des extrémités voisines de deux membrures en béton contigües - la figure 7 est une perspective schématique de l'extrémité de l'une des membrures en béton de la figure 6 - la figure 8 est une coupe transversale d'un tube de carène, et - la figure 9 est un schéma en long d'une structure constituée de plusieurs travées avec continuité au droit des appuis. La structure représentée sur la figure 1 comprend une poutre S constituée d'une membrure rectiligne en béton B et une membrure en acier A constituée d'une part par un tube T de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le haut lorsque la poutre est en position de service et, d'autre part, par des diagonales, par exemple des ronds à béton, disposées par couples C dont une extrémité est soudée sur le tube et dont l'autre extrémité est noyée dans le béton de la membrure en béton B. On peut fabriquer ces poutres suivant la technique décrite dans le brevet principal, où les poutres sont fabriquées avec la membrure en acier disposée audessus de la membrure en béton. Un câble de précontrainte multitorons F est enfilé dans le tube et mis en tension suivant l'effort calculé, par des moyens quelconques connus en soi et de manière à apporter dans le tube des contraintes de compression toujours inférieures à la limite d'élasticité. Ces moyens sont schématisés sur la figure 1 par des cônes ;. Ultérieurement, le tube est injecté de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de pré contrainte et le protéger de la rouille On calcule la pré contrainte en sorte que sous charge d'utilisation normale de la poutre, le tube reste légèrement comprimé. Si on augmente la charge, le câble de précontrainte s'allonge d'abord de quelques centimètres puis le tube se met à travailler à la traction : à la rupture, tout l'acier est tendu. Ce procédé présente de grands avantages car il autorise la préfabrication décrite dans le brevet principal dans des conditions normales. La membrure tubulaire est éventuellement constituée de plusieurs tronçons, reliés par des platines boulonnées, ou soudés bout à bout. La soudure des tubes de gros diamètre est une opération connue et simple. Après montage, on bénéficie de l'efficacité du câble de précontrainte. L'invention utilise ainsi les câbles de pré contrainte qui sont livrés en grande longueur alors que les profilés tubulaires sont limités du fait de la difficulté de transport. il est à noter que cette technique ne pénalise pas la quantité de métal utilisée pour la raison suivante si on charge une telle structure jusqu'à la rupture, les aciers du tube et de pré contrainte travaillent au maximum de leur capacité compte tenu de leurs possibilités d'allongement relatif. Or, dans le calcul à la rupture, la charge autorisée représente un pourcentage de la charge de rupture. Le rapport entre ces deux charges - charge d'utilisation et charge de rupture - représente ce que l'on a coutume d'appeler le "coefficient de sécurité" de l'ossature concernée. En outre, sous charge normale d'utilisation, le tube reste comprimé et ainsi la poutre se trouve dégagée du risque constitué par une mauvaise soudure dans l'assemblage des tubes bout à bout ; en notant toutefois que la capacité de résistance du tube a été testée par l'effort de traction engendré par le poids propre avant mise en tension du câble. Dans cette réalisation, la précontrainte est réalisée après que la poutre ait été placée dans sa position de service. il est possible d'utiliser les supports de la poutre pour réaliser la mise en tension du câble de précontrainte. Dans une variante, le câble est mis en tension avant que la poutre soit mise en position de service. Une poutre telle que décrite ci-dessus convient pour des portées de 20 à 50 mètres, par exemple. Pour des portées plus grandes, par exemple de 50 à 100 mètres, on préfère utiliser une poutre plus complexe constituée en fait de plusieurs poutres disposées bout à bout et traversées par un câble de pré contrainte commun. Les figures 3 à 7 montrent schématiquement une réalisation d'une telle poutre. La structure représentée sur la figure 3 comprend une poutre centrale S1 et deux poutres d'extrémité S2,S3. La poutre centrale S1 est constituée d'une membrure en béton B1, de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le bas lorsque la poutre est en position de service, et une membrure en acier A, constituée d'une part par un tube T1, de forme arquée, dont la concavité est tournée vers le haut lorsque la poutre est en position de service et, d'autre part, par des diagonales, disposées par couples C1, dont une extrémité est soudée sur le tube et dont l'autre extrémité est noyée dans le béton de la membrure en béton B. Les poutres d'extrémité S2 et S3 ont une structure analogue mais les courbures des membrures sont moins accentuées et les positions relatives des membrures sont inversées. Pour mettre en place lapoutre sur deux appuis ou poteaux A, on pose d'abord les deux poutres d'extrémité que que l'on fixe chacune à l'un des poteaux A, en sorte que la membrure en acier soit au-dessus de la membrure en béton, puis on place entre ces deux poutres la poutre centrale S1 après l'avoir retournée (par rapport à sa position de fabrication) en sorte que la membrure en acier soit au-dessous de la membrure en béton et en sorte que le tube longitudinal T1 de la poutre centrale et les tubes longitudinaux.T21T3 des poutres d'extrémité se trouvent en continuité. Ces tubes sont soudés bout à bout, ou reliés par des platines métalliques boulonnées entre elles, tandis que les poutres en béton sont solidarisées par un moyen quelconque approprié, par exemple : platines métalliques soudées ou boulonnées. Les figures 6 et 7 illustrent un exemple de réalisation de la jonction de la poutre centrale S1 et d'une poutre d'extrémité, par exemple la poutre S2. Les membrures en béton des deux poutres sont munies à leurs extrémités de platines 1,K2 qui sont ancrées dans les membrures par des tiges (par exemple des ronds à béton) r1,r2 soudées aux platines et noyées dans le béton. Pour assembler les deux membrures, on applique les platines l'une contre l'autre et on les fixe provisoirement par des boulons. Les deux platines sont ensuite soudées l'une à l'autre. La structure à ce stade est stable sous son poids propre. Sous le poids propre de la poutre, le tube se trouve tendu. Un câble de précontrainte multitorons F est alors enfilé dans les trois tubes et dans les poteaux A, de F1 à F2, et mis en tension suivant l'effort calculé, par des moyens quelconques connus en soi et de manière à apporter dans le tube des contraintes de compression toujours inférieures à la limite d'élasticité. Ultérieurement, le tube est injecté de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de pré contrainte et le protéger de la rouille. La figure 9 est relative à une structure de très grande portée réalisée en utilisant de travée en travée la technique exposée à propos de la figure 3, les câbles de précontrainte étant mis en place par travée, de F1 à F2, de F2 à F3, de F3 à F4, etc... il va de soi que dans une poutre complexe, le nombre des membrures en béton successives est généralement de 2 ou 3 mais il peut également être supérieur. On comprendra également que, selon les cas, le tube de la carène en acier a ses extrémités qui sont noyées dans la membrure en béton ou qui traversent la membrure en béton. Les poutres et les structures de l'invention sont notamment destinés à réaliser des charpentes de couverture, la couverture se situant dans le prolongement de la membrure en béton, c'est-d-dire suivant la surface courbe constituée par des lignes droites et horizontales s'appuyant sur les membrures en béton. L'invention n'est pas limitée à cette application. Une autre application importante de l'invention est la réalisation de ponts. REVENDICATIONS 1. Poutre constituée d'une membrure en béton armé (B) de section relativement faible par rapport a sa longueur et d'une membrure en acier (A) extérieure au béton et constituée d'une carène (L) reliée de place en place à la membrure en béton par des couples (C) disposés dans des plans transversaux qui sont perpendiculaires ou obliques par rapport à la membrure en béton, les extrémités de ces couples étant noyées dans la membrure en béton, caractérisée en ce que la carène en acier est constituée par un tube creux (T) qui contient un câble de précontrainte (F). 2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube (T) de la carène est injectée de mortier ou autre milieu durcissable pour bloquer le câble de précontrainte après mise en précontrainte. 3. Poutre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la membrure en béton (B) est sensiblement rectiligne. 4. Poutre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le tube (T) à ses extrémités qui passent dans la membrure en béton (B). 5. Poutre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le tube (T) est constitué de plusieurs tronçons de tube fixés bout à bout par des soudures ou des pièces de fixation. 6. Poutre caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une pluralité de poutres (S1,S2,S3) selon la revendication 1 ou 2, dont les membrures en béton sont disposées en continuité et solidarisées et dont les tubes des carènes (T1,T2,T3) sont disposés en continuité et solidarisés, ces tubes étant traversés par un câble de pré contrainte commun. 7. Poutre selon la revendication 6, caractérisée en ce que les membrures en béton (B1,B2,B3) de la poutre sont courbes et/ou droites. 8. Poutre selon la revendication 6 ou 7, caractérisée encre qu'elle comprend une poutre centrale (S1) entre deux poutres d'extrémité (S2,S3), la membrure en béton (B1) de la poutre centrale se trouvant au-dessus de la membrure en acier et la membrure en béton (B2,B3) des poutres d'extrémité (S2,S3) se trouvant au-dessous de la membrure en acier de ces poutres.