Brevet FR2674514A1 — publié le 19921002

La présente invention concerne un pont passerelle à protection anti-sismique utilisable notamment dans des centrales nucléaires. Dans les centrales nucléaires, telles que les centrales à eau sous pression, on utilise pour la manutention du combustible, au moment des opérations de chargement et de déchargement du coeur du réacteur, un pont passerelle se déplaçant au-dessus de la piscine du combustible dans le bâtiment combustible. Un tel pont passerelle comporte un pont roulant classique dont des poutres mai tresses horizontales supportent, en partie supérieure, un chariot de manutention des assemblages combustibles se déplaçant suivant toute la longueur des poutres. Ce chariot comporte des moyens de prise et de levage des assemblages combustibles et le déplacement dupont roulant et du chariot permet d'atteindre des positions de prise des assemblages combustibles dans leur cellule de stockage, à l'intérieur de la piscine du combustible. Un tel pont passerelle comporte également une structure élancée verticale s'étendant sous le pont et constituée par des colonnes de support en treillis métallique, dont la partie supérieure est fixée rigidement sous au moins une poutre du pont roulant et dont la partie inférieure est fixée rigidement sur une passerelle paral lèle à la poutre du pont roulant et s'étendant juste audessus du niveau supérieur de la piscine du combustible. Cette passerelle permet à des opérateurs de se déplacer au-dessus de la piscine pour contrôler et commander les opérations de manutention du combustible. Les ponts passerelles connus actuellement comportent généralement trois colonnes verticales en treillis métallique, une colonne étant fixée à chaque extrémité longitudinale de la passerelle du pont roulant et une colonne, de plus grande rigidité, assurant la reprise des efforts transversaux grâce à des profilés métalliques d'entretoisement, étant disposée dans la partie centrale de celle-ci. La poutre horizontale du pont roulant, les colonnes et la passerelle, constituent une structure rigide de très grande hauteur. En effet, dans les centrales nucléaires à eau sous pression actuellement en service, la hauteur de la structure suspendue sous le pont roulant est de l'ordre de 9 m pour une longueur de passerelle de l'ordre de 13 m. L'ensemble de la structure repose donc par l'intermédiaire des extrémités du pont roulant, sur le bâtiment du combustible. En cas de séisme entraînant des déplacements de la structure du bâtiment, le pont passerelle qui repose sur ce bâtiment par l'intermédiaire de moyens de guidage de déplacement par exemple à rails et galets est également entraîné en déplacement. La structure de grande hauteur constituant le pont passerelle est très peu adaptée pour supporter les sollicitations correspondantes et il peut se produire une déformation de la structure du pont passerelle voire une rupture des liaisons rigides entre les colonnes verticales et le pont roulant de ce pont passerelle. La rupture et la chute de tout ou partie du pont passerelle peuvent entraîner des dégats très importants, et la réparation et le remplacement de ces structures peuvent être très longs et très coûteux. Ainsi, pour des raisons de sécurité, il est impératif de s'assurer de l'intégrité de l'ensemble de ce pont passerelle afin de ne pas causer de dommages par exemple aux éléments combustibles situés sous celui-ci. Par ailleurs, en cours de fonctionnement normal, c'est à dire en dehors de toute situation de séisme, il est nécessaire que ce pont passerelle présente une rigi dité suffisante pour assurer le confort des opérateurs et éviter des chocs avec des matériels disposés ~proximité de cette passerelle au cours par exemple de balancements intempestifs de celle-ci. Différentes solutions ont été proposées pour résoudre ces problèmes. Ainsi par exemple, on connait du document FR-A-2 568 535, une structure métallique élancée à protection anti-sismique suspendue en-dessous d'une poutre horizontale reposant sur un bâtiment. Cette structure suspendue sous la poutre est composée de colonnes verticales et d'une passerelle formant un ensemble rigide qui ne présente aucun degré de liberté pour se déformer. La protection anti-sismique est située entre le pont rigide et la partie supérieure de cette structure qui est également rigide. Cette protection anti-sismique comprend deux types de moyens indépendants. Les moyens du premier type autorisent un déplacement alternatif de la structure suivant un plan horizontal dans une direction longitudinale de la poutre et agissent seuls jusqu'à un seuil de fréquence prédéterminé. Les moyens du second type entrent en action en complément de ceux du premier type. Dans ce cas, la structure peut se déplacer dans une direction perpendiculaire à la première, dans un mouvement de rotation. On remarque que la structure dispose, par rapport à la poutre, d'un maximum de liberté dans deux directions principales de celle-ci, mais uniquement après avoir franchi deux limites dont la seconde est déterminée par un obstacle frangible dont la rupture est provoquée par une accumulation de forces parasites pouvant engendrer des déformations de la structure. En effet, la masse de la passerelle décrite dans ce document et de ses différentes liaisons peut être estimée à 4 tonnes, ce qui met en évidence que pour obtenir les garanties de sécurité requises, il ne suffit pas d'ajouter différents organes de sécurité à ce type de pont passerelle, mais qu'il faut au contraire, imaginer une structure plus légère, contribuant à une définition dimensionnelle générale des structures environnantes, plus petite. Le but de l'invention est donc de résoudre les problèmes évoqués précédemment en proposant un pont passerelle dont la structure soit simple, fiable et qui puisse fonctionner en toute sécurité quelles que soient les conditions environnantes. A cet effet, l'invention a pour objet un pont passerelle à protection anti-sismique du type comportant au moins une poutre de support horizontale, dont les extrémités reposent sur un bâtiment, et sous laquelle sont prévus des moyens de suspension d'une passerelle, caractérisé en ce que les moyens de suspension comprennent au moins une barre de flexion dont au moins l'une des extrémités est fixée rigidement sur la poutre ou la passerelle. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l représente une vue de face d'un pont passerelle selon l'invention; - la Fig.2 représente une vue de côté du pont passerelle représenté sur la Fig.l; - la Fig.3 représente une vue à échelle agrandie de moyens d'articulation d'une barre de flexion par exemple sur une passerelle, entrant dans la constitution d'un pont passerelle selon l'invention; et - les Fig.4 et 5 représentent des courbes illustrant la réponse d'un oscillateur simple permettant de calculer les dimensions des barres de flexion entrant dans la constitution d'un pont passerelle selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur les Fig.1 et 2, un pont passerelle selon l'invention à protection antisismique, comporte de manière connue en soi, au moins une poutre de support horizontale désignée par la référence générale 1. Les extrémités 2 et 3 de cette poutre reposent sur des parties en saillie respectivement 4 et 5, de la structure 6 d'un bâtiment par exemple confiné d'une centrale nucléaire. Le guidage en déplacement de ce pont passerelle dans le bâtiment est assuré par exemple par l'intermédiaire de galets se déplaçant sur des rails s'etendant sur les parties en saillie 4 et 5 du bâtiment 6. La partie supérieure de cette poutre 1 porte également de manière connue en soi des rails sur lesquels se déplace un chariot 7 portant un treuil de levage et de manutention 7a (Fig.2) des assemblages combustibles. Ces différents moyens étant bien connus dans l'état de la technique, on ne les décrira pas plus en détail. Des moyens 8 de suspension d'une passerelle 9 sous cette poutre, sont également prévus. Selon l'invention, ces moyens de suspension comprennent au moins une barre de flexion dont au moins l'une des extrémités est fixée rigidement sur la poutre 1 ou sur la passerelle 9. Dans le mode de réalisation représenté sur ces figures, quatre couples de barres de support sont utilisés, pour supporter la passerelle sous la poutre, ces couples étant désignés par les références générales 10, 11, 12 et 13. Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, les couples de barres 10 et 13 sont disposés à proximité de chaque extrémité de la passerelle 9, tandis que les couples 11 et 12 sont disposés dans des parties intermédiaires de celle-ci afin de réduire la longueur de passerelle entre les points de suspension et donc réduire son poids en réduisant la quantité de matière utilisée et augmenter sa fréquence propre relative aux modes de dé for- mations verticales. Comme cela est visible plus particulièrement sur la Fig.2, les barres par exemple 10a et lOb de chaque couple par exemple 10 sont disposés de part et d'autre de la passerelle 9. La partie inférieure de ces barres est reliée de manière articulée à la passerelle, comme cela sera décrit plus en détail par la suite. La partie supérieure d'au moins une partie de celles-ci et plus particulièrement des barres des couples 10 et 13, à chaque extrémité de la passerelle, dans l'exemple illustré, est reliée de manière rigide à la poutre, par exemple par une liaison à encastrement, de manière à former des barres de flexion, tandis que les extrémités superieures des barres des couples 11 et 12, sont également reliées de manière articulée à la poutre 1, de manière à former deys barres de suspension. Ces barres de suspension interviennent indirectement dans le comportement en séisme horizontal de l'ensemble du pont passerelle, par l'intermédiaire des deux paramètres suivants. - leur influence sur la masse ml de la passerelle, - leur masse participative m3 au premier mode de vibration horizontal. Le dimensionnement de ces barres sera décrit plus en détail par la suite. Sur la Fig.3, on a représenté un mode de réalisation particulier de moyens d'articulation d'une barre de flexion sur une passerelle. En effet, cette barre désignée par exemple par la référence 14, comporte à son extrémité un embout de raccordement 15 dans lequel est vissé un goujon 16. Ce goujon s'étend dans un trou 17 ménagé dans une passerelle 18 et porte à son extrémité libre un écrou 19 associé à une rondelle d'appui 20. Des rondelles de matériau defor- mable élastiquement, respectivement 21 et 22, constituées par exemple d'élastomère, sont interposées entre la passerelle 18 et l'embout 15 de la barre 14 et entre la passerelle 18 et la rondelle d'appui 20 associee à l'écrou de serrage 19. On conçoit ainsi que lors du déplacement de la passerelle, ces rondelles autorisent un certain déplacement angulaire relatif de la passerelle par rapport au goujon 16 tout en amortissant ces déplacements. On conçoit ainsi que lors d'un séisme par exemple, le bâtiment 6 de la centrale, est soumis à des vibrations qui se transmettent par l'intermédiaire des moyens de guidage du pont passerelle à la poutre 1 de celui-ci. Les barres de flexion ont alors tendance à limiter les déplacements de la passerelle pour éviter que celle-ci vienne détériorer les équipements voisins en amortissant la transmission de ces vibrations à la passerelle. La fréquence propre de l'ensemble ainsi constitué est donnee par la formule suivante dans laquelle F (Hz) représente la fréquence propre de l'ensemble (premier mode); n = 3,14; K (N. m'l) représente la raideur totale des barres de flexion dont l'une des extrémités est reliée rigidement à la poutre du pont; et M = ml + m2 + m3 (kg), représente la masse totale de l'ensemble, avec ml représentant la masse de la passerelle, m2 la masse participante des barres dont l'une des extrémités est reliée rigidement à la poutre et m3, la masse participante de barres de suspens ion articulées aux deux extrémités sur la poutre et la passerelle respectivement. La réponse d'un oscillateur simple de fréquence propre F et d'amortissement a, posé sur un plancher et soumis à un séisme de dimensionnement (SDD), est en général donnée par les courbes des figures 4 et 5. A partir de la courbe de réponse du spectre de plancher (Fig.4), on choisit un point de fonctionnement (F, A), correspondant à une valeur basse de pseudo-accélération A et qui détermine la valeur de la fréquence propre visée. Dans une première approche, on peut négliger les masses participantes des barres de flexion, d'où Par ailleurs, la raideur transversale d'une barre reliée rigidement dans sa partie supérieure à la poutre, peut être calculée à partir de la formule classique suivante 3EI k = ----- (3) L Soit pour n barres encastrées : K = nk (4) avec k (N.m-l) représentant la raideur transversale d'une barre, I (m4) représentant l'inertie d'une barre, L (m) représentant la longueur d'une barre, et E (N.m~2 ou Pa) représentant le module de Young. L'application successive de l'équation (1) et de l'équation (3) permet de faire un premier dimensionnement (I) et un premier choix des barres de liaison. Ceci permet de calculer les valeurs des masses participantes des barres. Après quelques itérations avec les équations (1) et (3), on obtient un dimensionnement plus précis des barres, qui permet d'approcher la fréquence propre F visée. Ce calcul est illustré dans la partie de description suivante Exemple de calcul dans le cas du pont passerelle, C-1) Choix de conception La composition de l'ensemble des barres de suspension décrit précédemment a été définie suite aux calculs préliminaires suivants - calcul de ladite passerelle sous chargements verticaux, c'est à dire nombre de travées de celle-ci, nombre de barres et masse de la passerelle, - calcul en situation de séisme horizontal selon la méthode exposée précédemment, c'est à dire nombre de barres de flexion dont la partie supérieure est fixée rigidement à la poutre et dimensionnement approximatif de celles-ci. C-2) Dimensionnement des barres de flexion Le but du calcul suivant est de dimensionner précisément les barres de la structure de suspension définie dans l'étape précédente Données - Spectre horizontal, Fig.4 - Masse de la passerelle : ml = 1600 kg - Nombre total de barres de suspension : 8 - Nombre de barres de flexion dont la partie supérieure est reliée rigidement à la poutre, n = 4 - Longueur des barres : L = 8 Les barres utilisées sont des barres tubulaires cylindriques minces. L'application de la méthode de calcul décrite précédemment donne les valeurs suivantes Spectre horizontal : soit F = 0,5 Hz, la fréquence propre visée. L'équation (2) donne K = 15775 Nom"1 Les équations (3) et (4) donnent I = 320 108 m4. Pour un tube cylindrique mince I = 0,4 d3e (5) avec d (m) représentant le diamètre du tube et e (m) son épaisseur. Ceci permet de sélectionner une barre tubulaire dans les dimensions courantes du commerce, soit d = 133mm; e = 5 mm et I = 470.10-8 m4. Si les huit barres sont identiques, leur masse est de 1020 kg, soit une masse participante totale évaluée à : m2 + m3 = 500 Kg. Les équations (3) et (4) permettent d'obtenir: - K = 22031 N.m~1, - l'équation (1) : F = 0,53 Hz pour une valeur visée de 0,50 Hz - spectre horizontal A = 0,15G z 1,5 m S-2. La contrainte de flexion maximale dans une barre tubulaire de suspension en séisme est de 125 MPa, c'est a dire inférieure à la limite élastique de l'acier qui est la valeur maximale admissible en séisme. L'accélération (O à 6 m. mn-l en 4 secondes) lors de démarrages et d'arrêts normaux d'exploitation de l'ensemble, donne un balancement de la passerelle de quelques millimètres alors que la valeur maximale spécifiée est de 2 cm. On conçoit ainsi que la structure du pont passerelle selon l'invention apporte une solution technique aux problèmes de comportement de celui-ci en cas de séisme, avec un certain nombre d'avantages par rapport aux dispositifs connus dans l'état de la technique. En effet, les forces et moments amenés par la passerelle sur la structure du pont, les organes de roulement et de guidage, les rails et le bâtiment, sont très faibles. Par ailleurs, la raideur de l'ensemble des barres de suspens ion est suffisante pour assurer des conditions normales d'exploitation avec un balancement de la passerelle inférieur à 2 cm. La structure de la passerelle et de ses moyens de suspension est très simple et ne comporte pas de mécanisme complexe de sécurité. Les liaisons dites articulées peuvent être réalisées par des moyens très simples et la structure de la passerelle et de ses différentes barres de suspens ion est plus légère que celle des structures réalisées dans l'état de la technique. La masse de la passerelle et de ses moyens de suspension selon l'invention peut être estimée à environ 2,5 tonnes, ce qui est à comparer aux 4 tonnes deys passerelles de l'état de la technique. On conçoit que ceci représente un gain economique significatif sur l'ensemble de la construction de ce pont. Bien entendu, d'autres modes de réalisation en particulier des moyens d'articulation des extrémités des barres de flexion sur la poutre et sur la passerelle peuvent être envisagés, de même que d'autres répartitions des barres de flexion. REVENDICATIONS 1. Pont passerelle à protection anti-sismique du type comportant au moins une poutre de support horizontale (1) dont les extrémités (2,3) reposent sur un bâtiment (6) et sous laquelle sont prévus des moyens (8) de suspension d'une passerelle (9), caractérisé en ce que les moyens de suspension comprennent au moins une barre de flexion (10,11, 12,13) dont au moins l'une des extrémités est fixée rigidement sur la poutre (1) ou la passerelle (9). 2. Pont passerelle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens -de suspens ion comprennent au moins quatre barres de support (10,11,12,13) disposées deux par deux, de part et d'autre de la passerelle, le long de celle-ci, dont deux d'entre elles au moins situées à proximité de chaque extrémité de celle-ci sont des barres de flexion fixées rigidement à l'une au moins de leurs extrémités sur la poutre ou la passerelle. 3. Pont passerelle selon la revendication 2, caractérisé en ce que les autres extrémités des barres de flexion sont articulées sur la poutre ou la passerelle. 4. Pont passerelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de suspens ion comprennent en outre des barres de suspension régulièrement réparties entre ' les deux extrémités de la passerelle de part et d'autre de celle-ci et dont les extrémités sont articulées sur la poutre et la passerelle. 5. Pont passerelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque extrémité de la ou chaque barre fixée rigidement sur la poutre ou la passerelle est encastrée dans celleci. 6. Pont passerelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des barres articulées sur la passerelle ou la poutre, comportent chacune un goujon (16) s'engageant dans un trou (17) de la passerelle ou de la poutre et à l'ex- trémité de laquelle est prévu un écrou (19) de fixation, des rondelles en matériau déformable élastiquement (21, 22) étant disposées entre l'embout de la barre et la passerelle ou la poutre et cette passerelle ou cette poutre et l'écrou, respectivement.