Brevet FR2764653A1 — publié le 19981218

"Elément de liaison pour poutre en treillis polygonale, en particulier triangulaire et poutre comportant un tel élément" L'invention concerne un élément de liaison pour poutre en treillis polygonale, en particulier triangulaire. Les poutres en treillis triangulaires sont des éléments structurels fréquemment employés dans la construction légère. Leur section transversale a une forme de triangle équilatéral aux angles desquels se trouvent trois barres de membrure. En vue du raidissement sont disposées entre les barres de membrure, soit des barres diagonales seules, soit des barres diagonales et des barres transversales en combinaison. Il est possible, au moyen de poutres en treillis triangulaires, de supporter, avec un poids relativement réduit, des forces longitudinales et des forces transversales élevées, ainsi que des moments de flexion élevés. C'est pourquoi on connaît leur mise en oeuvre en tant que structures soudées en acier ou en aluminium dans de nombreux domaines d'utilisation tels que par exemple la construction de grues, de tentes, d'antennes, etc. Il est également connu dans ce cas de faire se rejoindre les trois barres de membrure aux extrémités de la poutre, en constituant un point d'appui ou de raccordement. Ceci peut être réalisé très facilement dans le cas de structures soudées. On sait également que des poutres en treillis, constituées de matériaux composites contenant des fibres, en particulier des matériaux composites contenant des fibreside carbone (CFK), présentent, pour la même rigidité et la même résistance que l'aluminium, seulement environ la moitié du poids de structures en aluminium. Dans le cas de l'emploi de poutres en treillis en CFK, les différentes barres de membrure ne peuvent pas être soudées entre elles. C'est pourquoi l'invention a pour objet de créer une possibilité de liaison pour des poutres en treillis polygonales, en particulier triangulaires, qui soit appropriée à l'utilisation de poutres en treillis en5 matériaux composites contenant des fibres, qui se rassemblent en formant un point d'appui ou de raccordement. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que des tubes sont prévus et disposés de façon telle que l'un de ceux-ci placé au milieu, et les autres répartis de façon égale autour de ce tube, logeant une barre médiane, ou en consituant une, sont maintenus ensemble par un enroulement annulaire de fibres et maintenus à distance par une plaque prévue dans le tube médian. Grâce à cela se trouve créé un élément de liaison, en particulier pour poutre en treillis triangulaire, qui transfère de façon optimale aussi bien des forces de compression que des forces de traction à partir, en particulier, de trois barres de membrure jusqu'à une barre médiane. Dans le cas de cette contrainte même les forces transversales qui se produisent sont également supportées sur les barres de membrure, grâce à la disposition selon l'invention de l'élément de liaison. Il ne se produit ni une séparation des barres de membrure extérieures d'avec la barre médiane centrale, ni un écrasement de la barre médiane interne centrale par les barres de membrure extérieures. Grâce à la disposition d'en particulier trois tubes de l'élément de liaison avec un angle de 120 les uns par rapport aux autres, et grâce au fait que l'on prévoit au milieu un autre tube, les trois tubes extérieurs étant en appui étroit sur le tube médian, il se produit une répartition optimale des forces sur la périphérie de la poutre en treillis triangulaire. L'utilisation avantageuse d'un tissu à + 45 pour les tubes garantit une grande résistance au cisaillement et une grande rigidité. Selon le principe, un élément de liaison pour poutre en treillis polygonale, en particulier triangulaire, en matériaux composites contenant des fibres se trouve créé, dans lequel des tubes sont prévus et disposés de façon telle qu'un de ces tubes, situé au milieu, et les autres, répartis de manière égale autour de ce tube, logeant une5 barre médiane ou en formant une, sont maintenus ensemble au moyen d'un enroulement formant un anneau de fibres et maintenus à distance par une plaque prévue dans le tube médian. Les tubes extérieurs sont avantageusement en appui étroit sur le tube médian. De préférence trois tubes sont prévus, lesquels sont répartis de façon égale sur la périphérie, donc selon une disposition à 120 . Les barres de membrure de la poutre en treillis triangulaire sont enfilés dans les tubes. Les tubes sont de préférence constitués d'un tissu à + 45 . Celui-ci est placé autour des barres de membrure amovibles, de façon telle qu'il forme au moins deux entretoises anti-cisaillement depuis le tube médian réalisé, jusqu'à chacun des tubes extérieurs réalisés. Ceci est obtenu en entourant alternativement les barres de membrure avec le tissu à + 45 . L'épaisseur des entretoises anti-cisaillement formées peut être avantageusement adaptée aux contraintes à transférer. Elle peut être déterminée en particulier par le nombre des tissus à + 45 utilisés. Après la formation des tubes l'enroulement annulaire de fibres enveloppe par l'extérieur l'ensemble du dispositif. On obtient ainsi, vu en plan, la forme d'un triangle équilatéral. L'enroulement annulaire de fibres présente une hauteur déterminée, qui se détermine également selon les contraintes à transférer. L'enroulement annulaire de fibres sert en effet à supporter des forces de traction transversales. De préférence il présente une fibre dotée d'une résistance à la traction élevée. Des forces de traction transversales de ce genre se produisent dans le cas d'une contrainte de compression de la poutre en treillis. Elles favorisent la séparation des, de préférence trois, barres de membrure d'avec la barre médiane. Si la poutre en treillis est exposée à une contrainte de traction, à l'inverse les barres de membrure extérieures compriment la barre médiane. Pour supporter ces forces de compression une plaque est introduite dans le tube médian de l'élément de liaison. De préférence celle-ci est un disque rond en stratifié de fibres multidirectionnel. De préférence elle est disposée dans la zone des emplacements de brisure des trois barres de membrure extérieures et elle supporte les forces de compression qui partent de celles-ci. Pour expliquer l'invention plus en détail, un exemple d'exécution d'un élément de liaison selon l'invention pour poutre en treillis polygonale, en particulier triangulaire, est décrit en rapport avec les dessins, sur lesquels: la figure 1 est une coupe latérale d'un élément de liaison selon l'invention pour une poutre en treillis triangulaire, la figure 2 est une coupe transversale de l'élément de liaison selon la figure 1, et la figure 3 est une vue en perspective d'une poutre en treillis triangulaire comportant l'élément de liaison selon la figure 1. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un élément de liaison 1 selon l'invention pour une poutre en treillis triangulaire. La poutre en treillis triangulaire présente une barre médiane 2 et trois barres de membrure 3, 4, 5 qui sont disposées avec un écart de 120 les unes par rapport aux autres autour de la barre médiane 2. Les trois barres de membrure extérieures 3, 4, 5 présentent une partie perpendiculaire au plan du dessin, sur laquelle est monté l'élément de liaison 1, et des parties formant un angle par rapport au plan du dessin. Celles-ci sont représentées interrompues. L'élément de liaison 1 présente quatre tubes 6, 7, 8, 9. Les quatre tubes enveloppent les trois barres de membrure 3, 4, 5 et la barre médiane. Les tubes 6, 7, 8, 9 sont réalisés en un tissu à + 45 . Celui- ci est disposé autour de la barre médiane et des barres de membrure de façon telle que celles-ci restent amovibles et que le tissu forme au moins deux entretoises anti-cisaillement 10, 11 depuis le tube médian jusqu'à chacun des tubes extérieurs. Sur la figure 1 le tissu est d'abord disposé partiellement autour de la barre de membrure 3. A partir de là il passe entre la barre 3 et la barre 2, autour de la barre médiane 2, sur approximativement 240 . Puis le tissu10 est enroulé entre la barre 3 et la barre 5 autour de la barre de membrure 5, suffisamment pour que puisse être formée une entretoise anti-cisaillement 11 jusqu'au tube médian 6 entourant la barre 2. Le tube médian 6 est ensuite à son tour enveloppé par le tissu sur une zone partielle. Dans cette zone sont alors prévues deux couches superposées du tissu. Une entretoise anti-cisaillement 10 se trouve créée jusqu'à la barre de membrure 4. Puis le tissu enveloppe la barre de membrure 4, suffisamment pour qu'une entretoise anti-cisaillement 11 puisse être formée jusqu'au tube 6. Le tube 6 est à nouveau enveloppé jusqu'à ce qu'une entretoise anti- cisaillement 10 puisse être formée jusqu'à la barre de membrure 3. Egalement dans la zone du tube 6 sont à nouveau prévues deux couches du tissu. Le tissu enveloppe ensuite la barre de membrure 3 jusqu'à ce qu'une entretoise anti-cisaillement 11 puisse être formée jusqu'à la barre médiane 2 à l'emplacement encore non enveloppé. La barre médiane 2 est enveloppée jusqu'à ce qu'une entretoise anti-cisaillement 10 puisse être formée jusqu'au tube 9 entourant la barre. Le tube 9 est enveloppé par le tissu à partir de l'extérieur dans une zone partielle, il comporte donc deux couches à cet endroit. Dans cette zone le tissu est de préférence collé au tissu, disposé en-dessous, du tube 9. De ce fait, se trouve prévue une liaison par frottement des couches de tissu superposées. Au lieu des deux entretoises anti-cisaillement comportant une couche sur chacun des tubes extérieurs, il est également possible de prévoir des entretoises anti- cisaillement à plusieurs couches. Dans chaque cas l'épaisseur des entretoises anti-cisaillement 10, 11 est choisie en fonction des contraintes qui doivent être transférées. Elle est dans ce cas déterminée et produite par le nombre de couches du tissu à + 45 employées, et il est possible de la faire varier en relation avec celles- ci. Les tubes extérieurs 7, 8, 9 sont enveloppés sur leurs côtés extérieurs par un enroulement annulaire 12 de fibres. L'enroulement annulaire 12 de fibres doit supporter les forces de traction transversales produites lors de la mise sous contrainte de la poutre en treillis triangulaire de forme pyramidale par contrainte longitudinale et, de ce fait, sur les changements de direction des barres de membrure. En fonction du signe des forces longitudinales qui agissent sur l'ensemble de la poutre en treillis triangulaire de forme pyramidale, les trois autres barres de membrure 3, 4, 5 ou bien ont tendance à s'écarter les unes des autres ou bien à être comprimées ensemble. Les forces de traction transversales ont tendance, dans ce cas, à provoquer une poussée d'écartement, c'est-à-dire une séparation des trois barres de membrure extérieures d'avec la barre médiane 2. L'enroulement annulaire de fibres 12 est, de ce fait, avantageusement constitué dans ce cas d'une fibre dotée d'une forte résistance à la traction. Ses extrémités sont de préférence collées l'une sur l'autre ou fixées d'une autre manière, une fixation simple étant déjà suffisante. Les espaces creux 15 entre le côté intérieur 13 de l'enroulement annulaire de fibres 12 et les côtés extérieurs 14 des tubes 6, 7, 8, 9 peuvent être remplis de mousse. Dans ce but il faut employer un matériau de mousse peu dense. Le matériau de mousse sert seulement de matériau de remplissage de la liaison squelette. C'est pourquoi même un simple enroulement, les espaces creux subsistant, est suffisant. Dans le cas d'une contrainte de traction exercée sur la poutre en treillis triangulaire, les barres de membrure extérieures sont comprimées contre la barre médiane. Pour supporter les forces de compression la barre médiane 2 est munie d'une plaque 16. La plaque 16 est représentée sur la vue en coupe de l'élément de liaison 1 selon la figure 2. La plaque 16 est enfilée dans le tube médian 6 sur le côté inférieur 17 de la barre médiane. La plaque 16 présente la même forme extérieure que la barre médiane, elle est donc10 de forme ronde dans l'ensemble d'exécution. Elle est disposée dans la zone des emplacements de brisure 18 des trois barres de membrure 3, 4, 5. Elle est fabriquée dans un matériau tel qu'il puisse supporter les forces de compression émanant des barres de membrure. De ce fait, elle est de préférence fabriquée en un stratifié de fibres multidirectionnel. La structure d'une seconde moitié de la coudure, à savoir l'emplacement de brisure 18 de la barre de membrure 4, peut être observée sur la figure 2. Un élément de coude 20 est introduit dans la barre de membrure 4. L'élément de coude 20 est constitué d'un matériau composite contenant des fibres. Il est préfabriqué et est constitué de nombreux brins de roving de fibres qui forment une brisure en étant disposés de façon allongée. Dans la zone des deux branches 21, 22 de l'élément de coude 20, ils sont rassemblés par des éléments tubulaires 23, 24. L'élément de liaison 1 est, comme nettement visible sur la figure 2, disposé à l'extrémité de la barre médiane 2, dans la zone o les trois barres de membrure sont disposées à nouveau parallèlement, et constituent un point d'appui, ou de raccordement. Les forces longitudinales qui agissent dans la barre médiane sont induites dans les trois barres de membrure extérieures et, de ce fait, dans la poutre en treillis triangulaire. La face supérieure de l'élément de liaison est recouverte d'un élément de recouvrement 30 en stratifié de fibres. De même, également la face inférieure de l'élément de liaison est recouverte par un élément de recouvrement 31 en stratifié de fibres. D'une part ces éléments de recouvrement 30, 31 ont un but esthétique. D'autre part ils offrent une protection à l'encontre de l'humidité, ou d'un facteur analogue qui pourrait éventuellement pénétrer dans l'élément de liaison. En outre, grâce à l'élément de recouvrement inférieur, se trouve délimité un espace creux dans le tube médian 6, lequel espace creux peut être rempli de résine en vue de l'introduction et du collage à l'intérieur de celui-ci de la barre médiane 2. La figure 3 est une vue en perspective d'une poutre en treillis triangulaire 25 comportant un élément de liaison selon la figure 1. Les barres de membrure 3, 4, 5 qui abordent obliquement l'élément de liaison 1 comportent également, dans leur zone inférieure, un emplacement de brisure 26. Celui-ci peut être réalisé de façon correspondante à l'emplacement de brisure 18 décrit sur la figure 2. Grâce au deuxième emplacement de brisure, on obtient la disposition parallèle des trois barres de membrure extérieures 3, 4, 5. Egalement dans la zone de ces emplacements de brisure, ou changements de direction des barres de membrure, des forces transversales peuvent se produire en cas de contrainte longitudinale exercée sur la poutre en treillis triangulaire de forme pyramidale. Pour supporter ces forces transversales des barres transversales 27, 28, 29 sont disposées entre les barres de membrure individuelles 3, 4, 5. Chaque barre de membrure 3, 4, 5 est reliée à la barre de membrure voisine par une barre transversale 27, 28, 29. L'exemple d'exécution n'est décrit qu'en ce qui concerne une poutre en treillis triangulaire. Des variantes de formes d'exécution peuvent concerner d'autres poutres en treillis polygonales, par exemple des poutres en treillis carrées ou hexagonales. La disposition correspondante dans chaque cas des barres de membrure extérieures autour de la barre médiane varie alors par rapport à la disposition angulaire des barres individuelles les unes par rapport aux autres. L'ensemble des repères numériques mentionnés supra et figurant sur les dessins sont repris dans la légende suivante: Légende 1 Elément de liaison 2 Barre médiane 3 Barre de membrure 4 Barre de membrure Barre de membrure 6 Tube 7 Tube 8 Tube 9 Tube Entretoise anti-cisaillement 11 Entretoise anti-cisaillement 12 Enroulement annulaire de fibres 13 Côté intérieur 14 Côté extérieur Espaces creux 16 Plaque 17 Côté inférieur 18 Emplacements de brisure Elément de coude 21 Branche 22 Branche 23 Elément tubulaire 24 Elément tubulaire Poutre en treillis triangulaire 26 Emplacement de brisure 27 Barre transversale 28 Barre transversale 29 Barre transversale Elément de recouvrement 31 Elément de recouvrement Revendications 1. Elément de liaison pour poutre en treillis polygonale, en particulier triangulaire, en matériau composite contenant des fibres, caractérisé en ce que des tubes (6, 7, 8, 9) sont prévus et disposés de façon telle que l'un de ceux-ci placé au milieu, et les autres répartis de façon égale autour de ce tube, logeant une barre médiane, ou en constituant une, sont maintenus ensemble par un enroulement annulaire (12) de fibres et maintenus à distance par une plaque (16) prévue dans le tube médian. 2. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes extérieurs (7, 8, 9) sont en appui étroit sur le tube médian (6). 3. Elément de liaison selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que trois tubes (7, 8, 9) sont disposés en étant répartis de façon égale sur la périphérie du tube médian (6), en particulier avec un angle de 120 les uns par rapport aux autres. 4. Elément de liaison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (6, 7, 8, 9) sont constitués d'un tissu à + 45 . 5. Elément de liaison selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tissu à + 45 est disposé autour de barres de membrure (2, 3, 4, 5) amovibles d'une poutre en treillis polygonale (25), de façon telle qu'il forme au moins deux entretoises (10, 11) anti-cisaillement allant depuis le tube médian (6) formé jusqu'à chacun des tubes extérieurs (7, 8, 9) formés. 6. Elément de liaison selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur des entretoises (10, 11) anti-cisaillement est adaptée aux contraintes à transférer. 7. Elément de liaison selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'épaisseur des entretoises (10, 11) anti-cisaillement peut être prédéterminée par le nombre des tissus à + 450 employés.10 8. Elément de liaison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enroulement annulaire (12) de fibres présente une fibre dont la résistance à la traction est élevée, en vue de supporter des forces de traction transversales. 9. Elément de liaison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (16) est adaptée à la section transversale du tube médian (6) et introduite dans celui-ci, en étant disposée de façon à supporter des forces de compression transversales dans la zone des emplacements de brisure (18) des barres de membrure extérieures (3, 4, 5). 10. Elément de liaison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (16) est constituée d'un stratifié de composite de fibres multidirectionnel. 11. Poutre en treillis polygonale comportant un élément de liaison selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que des barres de membrure extérieures (3, 4, 5) se rejoignent sur une barre médiane (2), les barres de membrure (3, 4, 5) se rejoignent à partir d'une zone partielle de la poutre en treillis formant une section transversale importante, sur une zone partielle formant une section transversale de faible dimension, par l'intermédiaire d'une coudure, entre les barres de membrure (3, 4, 5) disposées parallèlement les unes aux autres, entourant la section transversale importante, des barres transversales (27, 28, 29) sont disposées de manière à supporter des forces transversales, et les barres de membrure (3, 4, 5) disposées parallèlement les unes aux autres, entourant la section transversale de faible dimension, sont reliées à l'autre barre de membrure médiane (2) au moyen de l'élément de liaison (1). 12. Poutre en treillis polygonale selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'autre barre de membrure (2), médiane, est disposée entre les barres de membrure extérieures (3, 4, 5) de façon telle que se trouve formé, avec l'élément de liaison (1), un point d'appui, ou de raccordement, à l'extrémité de la barre de membrure (2). 13. Poutre en treillis polygonale selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que la coudure est constituée de deux éléments de coude (20) comportant chacun deux branches (21, 22) et des éléments tubulaires (23, 24) enveloppant les branches. 14. Poutre en treillis polygonale selon la revendication 13, caractérisée en ce que les éléments de coude (20) sont préfabriqués et/ou sont constitués de plusieurs brins de roving de fibres qui sont coudés en étant disposés de façon allongée et qui sont rassemblés dans la zone des branches (21, 22) par les éléments tubulaires (23, 24).