Brevet FR2687759A1 — publié le 19930827

CHARPENTE EN BARRES RONDES A PAROI MINCE RENFORCEES PAR FIBRES. La présente invention concerne une charpente en barres rondes à paroi mince, barres composites renforcées par fi- bres, qui comportent un coeur résistant à la pression en pro- duit alvéolaire et dont la paroi présente au minimum une cou- che de fibres longues unidirectionnelles parallèles à l'axe, la charpente se composant de longerons et de barres transver- sales et/ou de barres diagonales et les-barres transversales et/ou diagonales étant raccordées aux longerons par des élé- ments de liaison. Une charpente de ce type est connue par DE 34 47 990 C 2. Pour réaliser une liaison par collage entre deux barres en matériau de section circulaire renforcé par fibres, formant un angle entre elles et dont la section transversale est ron- de, l'on utilise dans cette charpente connue des éléments de liaison, qui présentent un segment plan et s'y raccordant, correspondant à la section transversale des barres, des seg- ments cintrés avec un arc de contact entre 90 et 1800. L'on connaît en outre un assemblage angulaire pour la construction d'un cadre comportant au minimum deux barres en matériau de section transversale circulaire renforcé par fibres, formant un angle entre elles, assemblage dans lequel une barre au moins vient par son extrémité en contact latéral de blocage contre une autre barre, les deux barres étant re- liées par l'intermédiaire d'éléments de liaison d'image symé- trique opposés, qui présentent un segment plan et s'y raccor- dant des segments cintrés correspondant à la section trans- versale des barres et comportant un arc de contact d'environ 900 et dans lequel, en direction longitudinale des bords lar- ges des segments plans des éléments de liaison, est collée, entre ces bords, une barre de raccordement, qui, à ses extré- mités, vient en contact de blocage contre les deux barres reliées par ces éléments de liaison (DE 39 31 478 Cl). Des difficultés peuvent survenir pour des charpentes comportant ces éléments de liaison connus, dès lors qu'à un point de jonction d'une structure tridimensionnelle de char- pente, -il faut raccorder à un longeron continu une pluralité de barres, des barres transversales et/ou des barres diago- nales par exemple. Le problème de la présente invention revient à fournir une charpente de ce type, dans laquelle la liaison des barres transversales et/ou diagonales avec les longerons soit amé- liorée. Ce problème est résolu, conformément à la présente in- vention, en ce que les barres transversales et/ou diagonales sont raccordées aux longerons par des plaques d'assemblage en matériau composite renforcé par fibres, en ce que, dans les parois des longerons, il est prévu unilatéralement des découpures parallèles à l'axe et dont une largeur correspond à l'épaisseur des plaques d'assemblage, découpures qui s'éten- dent diagonalement à travers le coeur en produit alvéolaire jusqu'à la face interne opposée de la paroi des longerons, en ce que les plaques d'assemblage sont mises en place dans ces découpures et sont collées par leur bord interne avec la face interne opposée à la découpure de la paroi de ces longerons, ainsi qu'avec le coeur en produit alvéolaire par leur côté large venant en prise dans le longeron et en ce que les barres transversales et/ou diagonales sont pourvues à leurs extrémi- tés de fentes, dont la largeur correspond à l'épaisseur des plaques d'assemblage, ce qui fait qu'elles recouvrent bilaté- ralement les plaques d'assemblage. Les dessins annexés représentent un exemple de réalisa- tion de la présente invention à savoir une charpente tridimen- sionnelle et le détail d'un point de jonction, ces derniers sont décrits en détail dans ce qui suit à l'aide des dessins annexes. La figure 1 est une vue d'une charpente tridimensionnelle la figure 2 donne une vue latérale d'un point de jonction de la charpente en coupe le long de la ligne C-D de la figure 3, la figure 3 représente une coupe le long de la ligne A-B de la figure 2, la figure 4 montre, en vue latérale, une extrémité d'une barre diagonale ou transversale comportant une forme de réalisation d'un renforcement, il la partie gauche de la barre étant représen- tée en coupe axiale, la figure 5 est une coupe le long de la ligne E-F de la figure 4, la figure 6 présente une vue latérale d'une extrémité d'une barre diagonale ou transversale compor- tant une autre forme de réalisation du renfor- cement, la partie gauche étant représentée en coupe axiale, la figure 7 montre une coupe le long de la ligne G-H de la figure 6. La charpente tridimensionnelle représentée dans la figure 1 présente trois longerons parallèles 2 Entre deux longerons voisins, sont respectivement placées des barres diagonales 4 et transversales 6, qui sont raccordées aux longerons par l'in- termédiaire de plaques d'assemblage 10, comme cela est décrit ci-dessous en détail avec référence aux figures 2 et 3 Les longerons forment avec les plaques d'assemblage et les barres diagonales et transversales, qui s'y raccordent, respectivement un point de jonction de charpente La structure de base d'une telle charpente, comportant les barres transversales 6 placées à angle droit avec les longerons sous un angle de 90 donc - et les barres diagonales 4 formant avec les longerons un angle de 450 par exemple, est connue Dans un plan, l'on trouve res- pectivement trois barres transversales 6 Les barres diagona- les sont, dans l'exemple de réalisation représenté dans la figure 1, parallèles entre elles dans chacun des trois plans de charpente Les charpentes planes ne présentent que deux longerons parallèles 2 et les barres transversales et diagona- les situées entre eux. La figure 2 représente une jonction de charpente, o des barres diagonales 4 et des barres transversales 6 sont raccor- dées à un longeron 2 Dans la direction longitudinale et trans- versale de la charpente sont ici respectivement prévus à dis- tance des points de jonction de charpente similaires, comme on le voit dans la figure 1. Les longerons 2 et les barres diagonales 4 et transver- sales 6 sont des barres connues à paroi mince,, à section transversale ronde, barres composites renforcées par fibres et dont la paroi 3,5,7 comporte au minimum une couche de fibres longues unidirectionnelles parallèles à l'axe, sur lesquelles est placée extérieurement au moins une couche de fibres longues se croisant angulairement par rapport à l'axe de la barre Les barres présentent en outre un coeur en pro- duit alvéolaire 8 relativement résistant à la pression trans- versalement par rapport à la direction longitudinale des barres, grâce auquel la résistance au flambage des barres à paroi mince est accrue Les fibres unidirectionnelles prévues sont de préférence des fibres de carbone commerciales Les fibres longues se croisant peuvent également être un treillis tubulaire souple en fibres de verre minces. Les plaques d'assemblage prévues comme éléments de liai- son sont en matériau composite renforcé par fibres, par fi- bres de carbone de préférence Ces plaques d'assemblage 10 présentent un aggloméré laminé multidirectionnel dont les fibres sont, par rapport à l'axe 22 des longerons 2 inclinés de + 45 Complémentairement, l'on peut également prévoir des fibres, qui forment un angle de 900 par rapport à l'axe 22 du longeron. Dans la paroi 3 du longeron 2 est prévue unilatéralement une découpure 12 parallèle à l'axe, à laquelle se raccorde une fente, qui s'étend diagonalement à travers le coeur en produit alvéolaire 8 jusqu'à la face interne de la partie de la paroi 3 du longeron 2 opposée à la découpure 12 Cette dernière a une largeur, qui est légèrement supérieure à 1 ' épaisseur d de la plaque d'assemblage 10. La plaque d'assemblage 10 vient, à travers la découpure 12 parallèle à l'axe mise en place dans la paroi 3 du longeron 2, en prise dans la fente du longeron 2 et s'étend en outre jusqu'à la face interne de la paroi 3 du longeron 2 opposée à la découpure 12 Le bord 14 de la plaque d'assemblage 10 vient de manière appropriée directement contre la face inter- ne de la paroi 3, qui forme alors une butée déterminant la position de la plaque d'assemblage Mais, elle peut aussi s'en situer à faible distance et venir indirectement contre la paroi par l'intermédiaire d'une couche d'une colle-à durcissement rigide. La plaque d'assemblage 10 est, dans la zone de la décou- pure 12 et dans la zone de la paroi 3 opposée à cette dernie- re, reliée au longeron 2 par l'intermédiaire de collages 16. Complémentairement, un collage des côtés larges du segment de la plaque d'assemblage 10 mise en place a également lieu avec les surfaces du coeur en produit alvéolaire 8 contiguës à la fente Les forces agissant dans le plan des plaques d'assem- blage sont transmises ici comme des forces de poussée sur le coeur en produit alvéolaire et sur la face interne de la paroi du longeron, contre laquelle la plaque d'assemblage vient en contact directement ou indirectement. Il est particulièrement judicieux, pour l'installation de la découpure 12 et de la fente dans le coeur en produit alvéolaire 8 dans la zone de la découpure 12 et dans la zone de la face interne de la paroi opposée, de prévoir une contre- dépouille 15 contiguë à la face interne de la paroi, comme cela est représenté dans la figure 3 De la sorte, la colle forme des soudures d'angle entre la plaque d'assemblage 10 et le longeron 2, qui permettent une meilleure transmission de la force de poussée, puisque grâce à ceux-ci, l'on obtient une plus grande surface de collage aussi bien contre la plaque d'assemblage 10 que contre la face interne de la paroi de la barre. Dans la forme de réalisation représentée, une barre dia- gonale 4 d'une part et une barre transversale 6 d'autre part, sont raccordées à la plaque d'assemblage 10, à savoir d'une manière usuelle telle que les axes 19, 20 de celles-ci se cou- pent sur l'axe 22 du longeron 2 Les barres diagonales et trans- versales 4, 6 sont pourvues à leurs extrémités de fentes 24, comme le montre la figure 3 pour la barre transversale 6 Les barres sont par leur segment fendu glissées sur la plaque d' assemblage 10, puis reliées à celle-ci Pour relier les barres transversales et diagonales avec la plaque d'assemblage, l'on peut prévoir une liaison par collage, mais aussi une liaison au moyen de boulons. S'agissant de charpentes tridimensionnelles, par exemple de charpentes de section transversale triangulaire, comme celle représentée dans la figure 1, il faut prévoir pour chaque plan de charpente des plaques d'assemblage 10 qui sont à mettre en place alors aux points de jonction de charpente sous un angle convenable décalées dans le longeron 2, sous un angle de 60 par exemple pour une section triangulaire de la charpente tridimensionnelle L'agencement et la réali- sation d'une telle deuxième plaque d'assemblage 28 décalée de 600 dans un point de jonction sont représentés dans les figures 2 et 3 complémentairement à la plaque d'assemblage 10 Elle est, de manière analogue à ce qui est décrit ci- dessus, mise en place à travers une découpure 12 comportant une fente s'étendant diagonalement à travers le coeur en pro- duit alvéolaire, dans le longeron et y est collée. Pour les charpentes tridimensionnelles, il est nécessai- re, pour des raisons statiques, de mettre en place respective- ment toutes les barres transversales des plans de charpente pris isolément dans un unique plan transversal Les deux pla- ques d'assemblage 10, 28 doivent de ce fait se chevaucher en direction axiale, au moins sur une longueur L, qui correspond au diamètre extérieur A des barres transversales A cet effet, les deux plaques d'assemblage 10 et 28 sont, dans leurs zones se recouvrant mutuellement, de l'axe 22 du longeron environ jusqu'à la face interne de la paroi du longeron 2 opposée à la découpure 12, pourvues d'une échancrure 30, dont la hau- teur h est supérieure au demi-diamètre interne de la paroi 3 du longeron 2, mais est plus petite que les 3/4 de ce diamètre et dont la largeur est légèrement plus grande que le demi- diamètre A/2 de la barre transversale 6 De la sorte, dans le secteur des plans transversaux de la charpente, dans lesquels les barres transversales 6 sont à raccorder, l'on dispose respectivement pour chacune des plaques d'assemblage 10, 28 d'une zone pour le raccordement des barres transversales dans ce plan transversal. Les plaques de raccordement 10 peuvent en employant des plaques-CFK être relativement minces, notamment si l'on utili- se des liaisons par collage pour le raccordement des barres diagonales et transversales 4, 6 L'affaiblissement de la sec- tion transversale du longeron, qui résulte notamment de la séparation des fibres longues unidirectionnelles dans la zone de la découpure 12, se déduit en première approximation du rapport de l'épaisseur des plaques de raccordement 10, 28 au périmètre du longeron Pour un longeron de 20 mm de diamètre et une épaisseur de plaque de raccordement de 2 mm, l'affaiblissement de la section transversale de la barre dû à la plaque de raccordement s'élève pour une charpente plane à environ 3 %, à environ 6 % pour une charpente tridimensionnelle avec des plaques de raccordement décalées angulairement entre elles. Les forces de traction et de pression sont, dans les bar- res diagonales et transversales 4, 6, qui, pour un diamètre du longeron de 20 mm par exemple, présentent un diamètre A de -12 mm se manifestent dans les liaisons par collage comme des forces de poussée dans les plaques de raccordement 10. La rigidité du coeur en produit alvéolaire des barres diagona- les et transversales 4, 6 pour la transmission de ces forces de poussée est fréquemment insuffisante Les extrémités fen- dues de ces barres doivent alors être renforcées pour obtenir la nécessaire résistance à la poussée des surfaces collées. Il faut également prévoir des renforcements pour des liaisons au moyen de boulons. A cet effet, s'agissant de la réalisation des figures 2 et 3, il est respectivement prévu, dans la zone de la fente 24 aux extrémités des barres diagonales et transversales 4,6, un corps de remplissage rigide 26 en matériau léger, en maté- riau renforcé par fibres par exemple, offrant une rigidité supérieure à celle du produit alvéolaire du coeur 8 Aux ex- trémités des barres, dans la zone dans laquelle les fentes sont découpées, le coeur en produit alvéolaire 8 est évidé jusqu'en dessous de l'extrémité inférieure 25 de la fente. Le corps de remplissage 26 extérieurement cylindrique compor- te un diamètre extérieur légèrement plus petit que le diamè- tre interne de la paroi de la barre et une longueur axiale supérieure à la profondeur de la fente est collé dans les ex- trémités des barres La fente 24 est avantageusement découpée après durcissement de la colle dans l'extrémité de la barre. L'excédent des forces axiales agissant dans les barres trans- versales et/ou diagonales comme poussée sur les surfaces de collage est ici transmis par-l'intermédiaire des corps de remplissage sur la plaque de raccordement Un tel corps de remplissage peut être en matériau renforcé par fibres et être aussi un corps moulé par injection, qui peut, pour des diamètres assez grands, être pourvu déjà de la fente. Deux autres formes de réalisation d'un tel renforcement sont, à plus grande échelle que celle des figures 2 et 3, représentées dans les figures 4 et 5 ou 6 et 7. Dans la réalisation des figures 4 et 5, la barre 32 est, à son extrémité, pourvue d'une fente 38 découpant la paroi 34 de la barre et le coeur 36 en produit alvéolaire, la largeur B de cette fente est plus grande que l'épaisseur d du disque d'assemblage 10 figuré en traits discontinus Les parois 40 de la fente 38 parallèles entre elles sont ici respectivement formées par un segment 42 d'un matériau composite renforcé par fibres, la partie qui s'étend respectivement à travers la fente 38 et extérieurement autôur des deux segments de l'extré- mité de la barre, en forme de segments circulaires séparés par la fente 38, étant formée par des segments d'enveloppe tubulai- re souple en fibres 44 imprégnées de résine synthétique. Les deux enveloppes tubulaires souples 44 imprégnées de résine peuvent en outre, avant le durcissement, être façonnées dans la zone de la fente 38 au moyen d'une plaque de moulage, grâce à laquelle les segments d'enveloppe tubulaire souple 42 sont comprimés dans la fente 38 contre les surfaces planes 39 du coeur en produit alvéolaire 36. A la place d'un façonnage d'enveloppes tubulaires souples imprégnées de résine, lon peut in situ utiliser aussi comme renforcements des éléments moulés préfabriqués 46, tels qu'ils sont visibles à droite dans les figures 4 et 5 Pour fabriquer de tels éléments moulés 46, sur un coeur dont la section trans- versale correspond à celle des segments en forme de segments circulaires séparés par la fente 38 à l'extrémité de la barre, une enveloppe tubulaire souple peut être fixée, imprégnée de résine et durcie L'enveloppe tubulaire souple est alors, en direction longitudinale, pourvue, dans la partie arrondie 48 de sa section transversale, au milieu de préférence, d'une fente longitudinale 50, telle qu'elle est représentée à droite dans la figure-5 Un tel élément mouléw 46 peut en ou- tre être réalisé de manière que-la paroi arrondie s'étende par un segment 52 sur le pourtour externe de la barre 32 jusqu'en dessous de l'extrémité inférieure 54 de la fente 38, comme la figure 4 le représente L'on renforce ainsi un point faible de l'extrémité inférieure 54 de la fente 38 De tels éléments moulés 46 peuvent ensuite être enfoncés sur les extrémités de la barre et être collés extérieurement avec la paroi de la barre et de préférence avec la surface 56 du coeur en produit alvéolaire 36 contiguë à la fente 38 La fente longitudinale 50 rend possible ici une force de pression défi- nie pour le collage sur la face externe de la barre. S'agissant de la réalisation des figures 6 et 7, la fen- te 58 à l'extrémité de la barre a, comme pour la réalisa- tion des figures 2 et 3, une largeur B', qui est légèrement plus grosse que l'épaisseur d de la plaque d'assemblage 10 figurée en traits discontinus Le coeur en produit alvéolai- re 60 de la barre 62 est évidé jusqu'en dessous de l'extrémi- té inférieure 63 de la fente 58 A l'extrémité de la barre, sont placés deux corps de renforcement 64, qui présentent des segments de coeur en produit alvéolaire 66 en forme de seg- ments circulaires, lesquels sont recouverts d'une enveloppe tubulaire souple en fibres 68, qui est imprégnée d'une résine. Ces corps de renforcement 64 ont une longueur L, qui est plus grande que la profondeur T de la fente 58 Ils s'étendent ainsi au-delà du fond 63 de la fente 58, de préférence jusqu' à l'extrémité contiguë du coeur en produit alvéolaire 60 de la barre. Dans cette forme de réalisation aussi, les surfaces 70 planes des corps de renforcement 64, surfaces qui limitent la fente, peuvent ici in situ être façonnées sur une plaque de moulage, légèrement surdimensionnée par rapport à l'épaisseur de la plaque de raccordement 10 Ici, les dimensions des deux corps de renforcement 64 sont à choisir judicieusement, de sorte que, sur la plaque de moulage, la surface arrondie des corps de renforcement comportant l'enveloppe tubulaire souple 68 soit comprimée contre la face interne de la paroi 72 de la barre Une compression en -dessous de-l'extrémité inférieure 63 de la fente 58 peut être obtenue par le fait que la plaque de moulage est pourvue d'une butée correspondant au diamètre interne de la paroi de la barre, avec laquelle les extrémités faisant saillie en dessous de l'extrémité inférieure 63 de la fente 58, des corps de renforcement 64 sont comprimées contre la face interne de la paroi de la barre, si bien qu'ici aussi un collage défini peut être assuré. La forme de réalisation des figures 6 et 7 offre également l'avantage que le point faible de la barre, dans la zone de l'extrémité inférieure de la fente 58, est renforcé. ll REVENDICATIONS 1 Charpente en-barres rondes à paroi mince, barres composites renforcées par fibres, qui comportent un coeur résistant à la pression en produit alvéolaire et dont la pa- roi présente au minimum une couche de fibres longues unidi- rectionnelles parallèles à l'axe, la charpente se composant de longerons et de barres transversales et/ou de barres dia- gonales et les barres transversales et/ou diagonales étant raccordées aux longerons par des éléments de liaison, carac- térisée en ce que les barres transversales ( 6) et/ou diagonales ( 4) sont raccordées aux longerons ( 2) par des plaques d'assem- blage ( 10,28) en matériau composite renforcé par des fibres, en ce que, dans les parois des longerons ( 2), il est prévu unilatéralement des découpures ( 12) parallèles à l'axe et dont une largeur (d) correspond à l'épaisseur des plaques d'assemblage ( 10,28), découpures qui s'étendent diagonalement à travers le coeur en produit alvéolaire ( 8) jusqu'à la face interne opposée de la paroi des longerons ( 2). en ce que les plaques d'assemblage ( 10,28) sont mises en place dans ces découpures ( 12) et sont collées par leur bord interne ( 14) avec la face interne opposée à la découpure ( 12) de la paroi des longerons ( 2), ainsi qu'avec le coeur en pro- duit alvéolaire ( 8) par leur côté large venant en prise dans le longeron ( 2) et en ce que les barres transversales ( 6) et/ou diagonales ( 4) sont pourvues à leurs extrémités de fentes ( 24), dont la largeur correspond à l'épaisseur (d) des plaques d'assembla- ge ( 10,28), ce qui fait qu'elles recouvrent bilatéralement les plaques d'assemblage ( 10,28). 2 Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que le coeur en produit alvéolaire ( 8) des longerons ( 2) est, dans la zone de la découpure ( 12) et dans la zone opposée à celle-ci, donc contiguë à la paroi interne évidée avec une contre-dépouille ( 15). 3 Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques d'assemblage ( 10,28) présentent un aggloméré laminé de fibres multidirectionnelles, dont les fibres sont, par-rapport à-l'axe-( 22) des longerons ( 2), inclinées pour l'essentiel de + 45- . 4 Charpente tridimensionnelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour obtenir un coin tridimension- nel, dans lequel des longerons sont placés dans un plan, il est prévu deux plaques d'assemblage ( 10,28) formant un angle entre elles, qui, dans le plan des barres transversales ( 6) et dans la direction longitudinale des lonqerons, se recou- vrent du diamètre des barres transversales ( 6) et qui, dans la zone de recouvrement contre les bords contigus de leurs segments situés dans le longeron, sont pourvues d'échancrures ( 30), dont la largeur (b) correspond au demi-diamètre des - barres transversales ( 6) et dont la profondeur (h), mesurée à partir du bord interne des plaques d'assemblage ( 10,28), est supérieure à la moitié, mais inférieure au trois-quart du diamètre interne du longeron ( 2). Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que les barres transversales ( 6) et/ou diagonales ( 4) sont collées avec les plaques d'assemblage ( 10,28). 6 Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que des boulons sont prévus pour assembler les barres trans- versales ( 6) et/ou diagonales ( 4) avec les plaques d'assembla- ge ( 10,28). 7 Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que les barres transversales ( 6) et/ou diagonales ( 4) sont pourvues à leurs extrémités, dans la zone de la fente ( 24),- d'un renforcement ( 26) en un matériau rigide à la poussée, qui, d'une part, constitue des parois contiguës à la fente, rigides à la poussée et, d'autre part, est collé à plat avec la paroi de la barre. 8 Charpente selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'à l'extrémité de la barre, le coeur en produit alvéolaire est évidé jusqu'en dessous de l'extrémité inférieure de la fente et qu'au moins un corps de renforcement y est enfoncé, qui, d'une part, est contigu à la fente avec une paroi rigide à la poussée et, qui, d'autre part, est situé contre la paroi interne de la barre et y est ainsi collé. 9 Charpente selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément enfoncé est un corps moulé en matériau composite renforcé par fibres. Charpente selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'à l'extrémité de la barre, sont, contigus à la barre, enfoncés deux éléments moulés en matériau composite renforcé par fibres, qui présentent un coeur en produit alvéolaire, dont la section transversale a la forme d'un segment circulai- re et une enveloppe tubulaire souple le recouvrant et qui sont collés sur la face interne de la paroi tubulaire, les éléments moulés s'étendant dans la barre jusqu'en dessous de l'extrémité inférieure de la fente. 11 Charpente selon la revendication 7, caractérisée en ce que la barre est, dans la zone fendue, recouverte d'envelop- pes tubulaires souples encastrées dans une matrice en résine, lesquelles s'étendent respectivement à travers la fente et au-dessus du périmètre extérieur de l'extrémité de la barre contigu à la fente, en formant les parois de cette dernière. l 2 Charpente selon la revendication 7, caractérisée en ce que, sur l'extrémité fendue de la barre, sont collés des corps moulés à paroi mince et en matériau composite renforcé par fi- bres, qui présentent une section transversale en forme de segment circulaire, qui limitent la barre par leur paroi plane respective, qui sont pourvus dans leur paroi cintrée d'une25 fente longitudinale axiale et dont les parois cintrées s'éten- dent au-delà de l'extrémité inférieure de la paroi plane s'éten- dant à travers la fente.