Brevet FR2851601A1 — publié le 20040827

La présente invention se rapporte à un dispositif antisismique pour bâtiments et ouvrages d'art, ainsi qu'à des bâtiments et des ouvrages d'art équipés de tels dispositifs. La protection de bâtiments et d'ouvrages d'art contre les séismes est un problème bien connu, pour la résolution duquel on a proposé de nombreuses solutions, généralement assez coteuses, d'entretien et de mise en place difficiles. La présente demanderesse a proposé ainsi une solution dans son brevet antérieur France nO 2.761.099 qui utilise des tirants formés par des 10 câbles tendus dans un plan passant par la direction horizontale de déplacement que l'on veut limiter, ces câbles suivant une certaine courbe en étant guidés au passage des planchers ou des murs ou poteaux. Cette solution bien que théoriquement satisfaisante est difficile à mettre en ceuvre car il faut utiliser des câbles de très forte section pour qu'ils soient peu élastiques et de grande rigidité, et qu'il est ainsi très difficile de mettre en place de tels câbles de grande longueur dans des bâtiments de plusieurs étages qui doivent être protégés. partir de ces constatations, la demanderesse a été amenée à inventer le nouveau dispositif qui fait l'objet de la présente demande. Le dispositif antisismique pour bâtiments et ouvrages d'art du type comprenant des tirants tendus dans un plan passant par la direction horizontale de déplacement que l'on veut limiter, se caractérise selon la présente invention en ce que les tirants précités sont constitués d'une chaîne continue de parties droites formées par des barres d'acier de grande rigidité et de faible 25 élasticité et des parties courbes de lames flexibles de faible élasticité, les parties courbes étant prévues au niveau des passages de planchers du bâtiment ou de l'ouvrage et les parties droites étant prévues entre ces planchers, la chaîne continue ainsi formée de parties successives de barres et de lames suivant une courbe optimisée par le calcul en fonction des caractéristiques de construction du bâtiment ou de l'ouvrage et se terminant à une extrémité par un ancrage au sol et à l'autre extrémité par un ancrage au voisinage du sommet du bâtiment ou de l'ouvrage. La chaîne continue de barres et de lames ainsi constituée présente une grande rigidité et une faible élasticité, et pour une même rigidité moyenne une section plus petite que celle d'un câble de rigidité équivalente. 5 Elle est d'autre part beaucoup plus facile à mettre en oeuvre, car le transport et le montage sur place des différents éléments de la chaîne se fait très aisément à chaque étage, de même que la mise sous tension de précontrainte désirée, comme il apparaîtra clairement de la description qui suit. Par structure de sol, on entend toute structure du bâtiment ou de l'ouvrage rigidement liée au sol, tel par exemple qu'un plancher de rezdechaussée ou de sous-sol, voire d'étage inférieur. De préférence il est prévu au moins trois, et de préférence au moins quatre chaînes continues précontraintes de barres et de lames précitées, 15 orientées dans une direction horizontale différente de l'espace, de façon à maintenir le bâtiment ou l'ouvrage contre toute perturbation sismique, quelle que soit la direction de cette perturbation. D'autres caractéristiques, objets et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en 20 référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique illustrant le principe de fonctionnement de l'invention ayant fait l'objet du brevet précité FR-A2.761.099; la figure 2 montre de façon encore plus schématique que la figure 1 le 25 positionnement de deux des câbles illustrés à la figure 1; la figure 3 montre de façon schématique une chaîne continue de barres et de lames utilisée en remplacement d'un des câbles de l'invention précédente; la figure 4 montre de façon moins schématique que la figure 3 un 30 mode de montage possible parmi d'autres; la figure 5 montre à plus grande échelle le détail entouré V de la figure 4; la figure 6 montre à plus grande échelle le détail entouré VI de la figure 4; la figure 7 montre à plus grande échelle le détail entouré VII de la figure 4; la figure 8 montre à plus grande échelle le détail entouré VIII de la figure 4. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on a illustré de façon très schématique l'invention ayant fait l'objet du brevet précité FR-A-2.761. 099. Selon l'invention décrite dans ce brevet, un bâtiment référencé 6 est retenu 10 contre toutes perturbations exceptionnelles et en particulier sismiques agissant dans le sens de la double flèche P par quatre câbles référencés respectivement 1,2,3 et 4. Chaque câble (seuls les câbles 1 et 2 étant visibles dans leur intégralité à la figure 1) présente, au passage des planchers respectivement 7,8 et 9 des dispositifs déviateurs du câble permettant le changement de direction du câble pour qu'il suive au mieux la courbe optimisée déterminée par le calcul. Les dispositifs déviateurs en question référencés respectivement 11,12 et 13 peuvent également être des dispositifs de freinage et d'absorption d'énergie en cas de perturbation sismique. sa partie inférieure le câble 1 est fixé à la structure de sol 5 par 20 un dispositif ressort amortisseur 17 par son extrémité 24. son extrémité haute 22, le câble 1 est fixé au plancher supérieur référencé 10 de l'ouvrage (ce plancher n'étant pas forcément le dernier étage de l'ouvrage mais seulement un étage supérieur). Entre chaque étage le tronçon de câble correspondant est formé d'un segment sensiblement rectiligne 25 respectivement 1 a, 1 b, 1 c et 1 d. On retrouve la même disposition sur le câble référencé 2 fixé du même côté de l'ouvrage 6 mais agissant dans l'autre sens. Ainsi le câble 2 est formé des tronçons successifs 2a, 2b, 2c et 2d entre lesquels on retrouve les dispositifs déviateurs au passage des planchers, respectivement 14,15 et 30 16. son extrémité inférieure le câble 2 est ancré au sol par le ressort amortisseur 19 ancré en 25 et il est fixé en partie haute au point 21 du plancher 1 0. De l'autre côté de l'ouvrage sont disposés de façon similaire deux câbles agissant en opposition; seule l'extrémité haute 20 d'ancrage du câble 4 est visible, et seule l'extrémité basse comportant le ressort amortisseur 18 et son point d'ancrage 23 sont visibles pour le câble 3. Comme mentionné ci-dessus, la mise en place de tels câbles très rigides et très lourds est difficile et coteuse, d'autant plus que de façon générale au moins huit tels câbles seront nécessaires, à savoir quatre sur les deux faces de l'ouvrage parallèles à une direction comme montré à la figure 1 et quatre autres sur les deux autres faces de l'ouvrage 10 perpendiculaires à la première direction. On se reportera maintenant aux figures 2 et 3 pour expliquer la substitution du dispositif de l'invention au câbles précontraints de la technique antérieure du brevet susmentionné FR-A-2.761.099. Dans la réalisation de l'invention, les tronçons de câble qui étaient référencés 1 a, 1 b, 15 1 c et 1 d sont remplacés ici par quatre barres d'acier droites, par exemple de section circulaire et sensiblement de même longueur respectivement 31 a, 31 b, 31 c et 31 d. Les barres en question sont réunies entre elles par des lames métalliques, par exemple en acier, de section rectangulaire et flexibles qui sont guidées au niveau du passage des planchers contre un organe de 20 guidage respectivement 35,36 et 37. Les organes de guidage en question sont solidarisés du plancher correspondant; ils peuvent être fixes, constitués par exemple par un simple axe, une barre d'acier ou analogue, ou éventuellement mobiles par exemple un rouleau tournant autour d'un axe. Ces organes de guidage peuvent également assurer une fonction de freinage et d'absorption d'énergie, par exemple s'ils sont constitués en un matériau approprié tel qu'un tétrafluoréthylène (plus généralement connu sous le nom de Téflon [marque déposée]) convenablement chargé. Dans l'exemple schématisé à la figure 3, on a supposé que les organes de guidage 35,36 et 37 étaient constitués par des rouleaux tournant 30 librement autour d'un axe matérialisé par une croix au dessin et solidarisé du plancher. chacune de ses extrémités, respectivement basse et haute la chaîne continue des barres et des lames est ancrée en 24 à la structure de sol et en 22 à la structure de plancher supérieur 10. la figure 4 on a illustré un mode de réalisation possible d'un tel montage. On retrouve dans cette figure les barres respectivement 31 a, 31 b, 31 c et 31 d de la figure 3. Ces quatre barres de la chaîne sont solidarisées par trois lames respectivement 32,33 et 34. Au passage des planchers (non représentés pour ne pas surcharger la figure) sont prévus des organes de guidage 38,39 et 40. En partie haute de la chaîne est prévu un dispositif de 10 mise sous tension référencé dans son ensemble 41. Et en partie basse de la chaîne est référencée en 42 la structure d'ancrage au sol. En faisant référence aux figures 5 à 8, on décrira plus précisément la réalisation de ces divers éléments: jonction des barres et des lames, dispositifs de guidage des lames, mise sous tension de la chaîne et ancrage au sol. En se reportant à la figure 5, on aperçoit que le dispositif de guidage 39 est constitué par une sorte de came dont la face au contact de la lame 33 présente une courbure légèrement plus faible que celle de la courbe de la lame 33 tendue entre les deux barres 31 b et 31 c. La came en question 39 est montée mobile en rotation autour d'un pivot 43, mais cette rotation peut 20 être empêchée ou limitée par un ergot de blocage 44, l'axe 43 et l'ergot 44 (s'il est utilisé) étant convenablement fixés sur le plancher 45 (correspondant ici au niveau de plancher du deuxième étage 8 des figures précédentes). Comme mentionné précédemment, la surface de portée de la came 39 avec la lame 33 peut être constituée de manière à assurer un libre glissement, en 25 étant par exemple lubrifiée, ou au contraire de façon à assurer un certain frottement dissipateur d'énergie en comportant à cet effet un revêtement de friction approprié. Si la came a un certain degré de liberté, par exemple en rotation par rapport au pivot 43, la came peut suivre le mouvement de la lame sans glissement relatif ni par conséquent d'usure par frottement. En référence maintenant à la figure 6, on a illustré un mode de liaison parmi de nombreux modes possibles entre une lame, ici la lame 32 et une barre, ici la barre 31 a. La barre 31 a présente à son extrémité une partie filetée 46 sur laquelle vient se visser une noix 47 qui comporte un alésage 48 pour le passage d'un pivot ou axe 49 de liaison dans un trou de diamètre correspondant 50 formé à l'extrémité de la lame 32. En référence maintenant à la figure 7, on a décrit une réalisation parmi d'autres possibles de l'ancrage au sol de l'extrémité inférieure de la barre 31 a. L'extrémité inférieure de la barre peut être filetée en 51 et peut venir se visser dans le piston amortisseur 52 du corps d'un vérin ou ressort amortisseur 53 (si un tel vérin ou ressort amortisseur est utilisé) convenablement ancré à la structure de sol (non représenté). On observera 10 que l'utilisation d'un ressort amortisseur ou non, précontraint ou non, peut être intéressante pour améliorer la réponse du dispositif à un séisme. En référence à la figure 8, on a illustré un dispositif simple de mise en contrainte de la chaîne continue précédemment décrite. Sur le plancher haut 54 (correspondant au niveau de plancher 10 des figures précédentes) qui 15 peut être un plancher de hauteur intermédiaire ou le toit de l'ouvrage, l'extrémité haute de la barre 31 d comporte une extrémité filetée sur laquelle on vient visser un écrou 56 avec interposition de deux rondelles appropriées 57,58 formées en berceau pour permettre la bonne orientation automatique de l'axe de la barre 31 d en conformité avec la courbe choisie. titre d'exemple, le calcul montre qu'avec la réalisation du brevet précédent FR-A-2.761.099 là o il était nécessaire de disposer d'une section efficace de câble de 28,5 cm2, câble constitué de 19 torons de 150 mm2, on obtenait un résultat équivalent avec des barres en acier rondes de 90 mm de diamètre et des lames en acier ayant une largeur de 35 mm et une épaisseur de 12 mm. Dans ces conditions il apparaît bien clair que la mise en oeuvre de la présente invention peut être réalisée très commodément avec des lames de faible section commodément guidées au passage des planchers. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de mise en 30 oeuvre qui ont été décrits, et en particulier de nombreuses variantes de montage sont possibles et évidentes pour l'homme de l'art en ce qui concerne notamment les jonctions mécaniques entre les barres et les lames, la réalisation d'un dispositif de mise sous tension de la chaîne continue des barres et des lames, lequel pourrait être placé en un point quelconque de la chaîne, par exemple à l'extrémité basse de la chaîne plutôt qu'à l'extrémité haute, la réalisation des organes de guidage et/ou de freinage des lames au passage des planchers qui peuvent posséder un certain degré de liberté dans leur solidarisation avec les planchers, etc.. De même, d'autres matériaux à grande rigidité et d'autres types de section peuvent être retenus: les lames peuvent être remplacées par des 10 câbles, la section des barres peut être quelconque et d'autres matériaux à forte raideur autres que l'acier peuvent être utilisés. Dans certains cas on peut remplacer certaines barres et lames précitées par des tronçons de câble de rigidité moyenne équivalente. Revendications 1. Dispositif antisismique pour bâtiments et ouvrages d'art du type comprenant des tirants tendus dans un plan passant par la direction horizontale de déplacement que l'on veut limiter, caractérisé en ce que les tirants précités sont constitués d'une chaîne continue de parties droites formées par des barres d'acier (31 a, 31 b, 31 c, 31 d) de grande rigidité et de faible élasticité et des parties courbes de lames flexibles (32, 33, 34) de faible élasticité, les parties courbes étant prévues au niveau des passages 10 de planchers du bâtiment ou de l'ouvrage et les parties droites étant prévues entre ces planchers, la chaîne continue ainsi formée de parties successives de barres et de lames suivant une courbe optimisée par le calcul en fonction des caractéristiques de construction du bâtiment ou de l'ouvrage et se terminant à une extrémité par un ancrage (24, 42) au sol et à l'autre extrémité par un ancrage (22, 41) au voisinage du sommet du bâtiment ou de l'ouvrage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ancrage au sol comprend un ressort amortisseur ou non, précontraint ou non (52, 53). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un dispositif (41) de mise sous tension de la chaîne précitée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de mise sous tension est prévu à l'extrémité haute de la chaîne. 25 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de mise sous tension est prévu en un point quelconque de la chaîne. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au niveau des passages de planchers les lames flexibles viennent porter contre un organe de guidage (35-40) de ces lames. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de guidage précité assure également une fonction de freinage et d'absorption d'énergie. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'organe de guidage précité est fixe, solidarisé du plancher. 9. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'organe de guidage précité possède un certain degré de liberté dans sa solidarisation avec le plancher. 10. Bâtiments ou ouvrages protégés contre les séismes, caractérisés en ce qu'ils comportent un dispositif antisismique selon l'une quelconque des revendications précédentes