Brevet FR2862077A1 — publié le 20050513

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer une poutre courbe présentant un rapport caractéristiques mécaniques en flexion / coût plus avantageux que celui des procédés existant à ce jour, grâce à un système de tirants judicieusement agencés. Le procédé prend tout son avantage dans le cadre de l'utilisation de profilés en matériau composite, car on travaille dans le domaine élastique de la poutre et ces matériaux possèdent de très bonnes propriétés élastiques. On connaît le principe du treillis, qui consiste à trianguler des éléments de faibles sections dont certains travaillent en compression simple, et d'autres en traction simple. L'inconvénient de ce procédé est qu'il reste des éléments travaillant en compression et devant donc être de section relativement importante pour éviter le flambage, ce qui entraîne un coût global relativement élevé. D'autre part, la technique du treillis permet de fabriquer des poutres anguleuses, alors que la présente invention donne un résultat courbe. La réalisation d'une poutre selon le procédé de l'invention permet de n'utiliser qu'une poutre élémentaire de faible section et des éléments travaillant uniquement en traction simple que nous appellerons tirants . Le coût global de la poutre s'en trouve ainsi nettement diminué, en particulier pour des poutres à très grande portée entre appuis. Le principe selon l'invention consiste à créer une multitude de petites cordes sur la poutre principale cintrée dans son domaine élastique, divisant ainsi la portée en sous-multiples jusqu'à obtention d'une poutre élémentaire dont la longueur sera déterminée en fonction de la charge et de la flèche admissible, voire à la rupture selon le cahier des charges. On obtient ainsi une poutre au comportement local intéressant, mais il reste le problème du comportement global: si on charge la poutre asymétriquement (par exemple au quart de la portée: 0.25 I) la partie symétriquement opposée à la charge (0.75 I) tend à s'écarter de la position d'origine vers le haut, engendrant un risque de retournement de la poutre par rapport à la corde principale, celle-ci perdant alors toute son efficacité. Pour supprimer ce problème, on ajoute deux tirants supplémentaires, l'un reliant une extrémité de la poutre au quart qui lui est opposé et l'autre symétriquement au premier. En bloquant ainsi la seule possibilité de mobilité qu'il lui restait, on impose à la poutre une géométrie stable. A titre d'exemple, on peut alors obtenir une poutre à base d'un tube carré de section 50 x 50 épaisseur 5 en matériau composite pultrudé (fibre de verre et résine polyester) supportant la charge de neige d'une charpente sur une portée de 24 m, pour peu qu'on en agence plusieurs en tant que fermes, ou le passage d'une charge mobile équivalent à 3 personnes sur toute la longueur de la poutre. Cette même poutre utilisée à plat dans des conditions normales supporterait ces mêmes charges sur une portée de 1.5 m La réalisation d'une telle poutre se caractérise essentiellement par le fait qu'on met en oeuvre les étapes suivantes a) cintrage de la poutre principale par le biais d'une mise sous contrainte en flexion ou de la mise en position dans un conformatèur; dans la pratique, la longueur de la poutre sera tellement importante par rapport à sa section que le simple fait de la soulever aux extrémités lui fera prendre le rayon de courbure final que l'on veut lui imposer b) disposition de n tirants courts, pièces travaillant en traction uniquement, comme autant de petites cordes permettant de diviser la poutre principale en n poutres élémentaires, puis de n/2 tirants moyens, assurant un bon comportement de la poutre à moyenne échelle, de 2 ou 3 tirants longs pour les demi-poutres et enfin d'un tirant très long pour la poutre entière; l'ajout éventuel de tirants supplémentaires étant fonction du rapport charge / portée c) Ajout de deux tirants traversiers bloquant la poutre au quart et aux trois quarts de la portée, pour éviter les problèmes de déformation vers le haut de la partie opposée à une charge asymétrique. La réalisation d'une poutre selon le procédé de l'invention prend tout son intérêt par le fait que l'on utilise des profilés en matériau composite, ce qui permet de travailler dans leur domaine élastique, et donc de ne pas avoir à faire de pré-formage avant application du procédé. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles possibles, mais non limitatives, de la présente invention: - on remplace les tirants les plus courts par des paires de tirants dont chacun est plus grand que la demi-longueur du plat d'origine, ces deux plats se joignant à l'extrémité d'un profilé de section égale à celle de la poutre principale et travaillant en compression, ledit profilé étant fixé radialement sur la poutre principale à son autre extrémité. Ce procédé a pour but d'éviter les problèmes de tolérances de fabrication et de jeu que l'on rencontre avec les poutres de grand rayon et qui sont dus à la faible différence entre l'entraxe des perçages sur la poutre et l'entraxe des perçages sur le tirant, annulant l'effet du tirant dès lors qu'il vient se superposer à la poutre. - on utilise les tirants de grande longueur pour faire office de demi-tirant court, économisant ainsi quelques longueurs de tirant. - on utilise ce type de poutre en tant que ferme dans la construction d'une charpente, qu'elles soient de longueurs et hauteurs différentes, dans le cas d'une couverture en forme de dôme, ou de longueurs et hauteurs identiques, dans le cas d'une couverture de forme hémicylindrique. On utilisera alors les pannes pour bloquer le déplacement latéral des fermes, celui-ci étant un problème majeur du comportement de la poutre isolée. Dans le cas de la couverture hémicylindrique, on ajoutera à cet effet des jambes de force à l'extrémité des pannes pour redescendre les efforts. dans les fondations, les pannes n'arrivent pas au même niveau que les pannes comme dans le cas de la charpente en forme de dôme. - on utilise ces charpentes en forme de dôme ou de portion de cylindre pour couvrir des ouvrages cylindriques ou rectangulaires de type fosse à lisier notamment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés, à titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins: la figure 1 montre une poutre finie, montée selon le procédé de l'invention - la figure 2 montre une poutre finie, montée selon le procédé de l'invention et à laquelle on a appliqué le principe des deux demi-tirants et pièce en compression qui remplacent les tirants de faibles longueurs la figure 3 montre la structure d'une couverture hémicylindrique réalisée à base de fermes selon le procédé de l'invention et de pannes, le tout étant appelé à être recouvert de tôles nervurées composites formant abri pour un génie civil rectangulaire la figure 4 montre la structure d'une couverture en forme de dôme réalisée à base de fermes selon le procédé de l'invention et de pannes, le tout étant appelé à être recouvert de tôles nervurées composites formant abri pour un génie civil circulaire En référence à ces dessins et à titre d'exemple non limitatif, la poutre peut comporter un élément principal (1), qui travaille en compression et peut être un tube carré composite pultrudé de section 50 x 50 et d'épaisseur 5 mm, huit tirants courts (2), assurant un bon comportement de la poutre localement, quatre tirants moyens (3), trois tirants mi-longs (un par demi-poutre et un horizontal), deux tirants longs (5), dont la fonction est de bloquer le cas de charge asymétrique, et un tirant très long (8) pour terminer la poutre. Ces tirants pourront être du plat pultrudé de section 50 x 4. Sur une poutre d'une telle portée, sachant qu'on garde habituellement un rapport portée / hauteur de 10, le rayon de courbure de la poutre principale est très important: 27 m. On rencontre alors un problème de tolérances de fabrication, dû au fait qu'on utilise de la boulonnerie pour fixer les tirants sur la poutre principale. poutre principale. On évite ce problème en ajoutant des petits éléments travaillant en compression (6 & 7) et en divisant les plats les plus courts (2 & 3) en demi-plats légèrement plus longs que la moitié du plat d'origine (2', 2" & 3', 3"), dont l'une des extrémités est fixée au même endroit que les extrémités du plat d'origine et l'autre à l'extrémité des éléments travaillant en compression (6 & 7). Lesdits éléments sont, quant à eux, fixés à leur autre extrémité sur la poutre principale, radialement. Le rapport section l longueur de la poutre étant extrême, son comportement latéral est très mauvais. Une telle poutre ne peut donc pas être utilisée seule. L'une des utilisations possibles est de lui faire tenir lieu de ferme dans la construction d'une charpente. On agencera alors plusieurs poutres finies (A) parallèlement les unes aux autres et on viendra leur ajouter des pannes (B), fixées perpendiculairement sur lesdites fermes. On obtiendra alors une structure stable, le problème de comportement latéral de chaque ferme étant alors pallié par la reprise transversale par les pannes à intervalles réguliers. 25 f 2862077. -5-REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer une poutre courbe présentant un rapport caractéristiques mécaniques en flexion / coût plus avantageux que celui des procédés existant à ce jour, caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre en oeuvre les étapes suivantes a) cintrage de la poutre principale (1) par le biais d'une mise sous contrainte en flexion ou de la mise en position dans un conformateur b) disposition de huit tirants courts (2), pièces travaillant en traction uniquement, comme autant de petites cordes permettant de diviser la poutre principale en petites poutres élémentaires, puis de quatre tirants moyens (3), assurant un bon comportement de la poutre à moyenne échelle, de deux ou trois tirants longs (4) pour les demi-poutres et enfin d'un tirant très long (8) pour la poutre entière l'ajout éventuel de tirants supplémentaires étant fonction du rapport charge / portée c) Ajout de deux tirants traversiers (5) bloquant la poutre au quart et aux trois 15 quarts de la portée, pour éviter les problèmes de déformation vers le haut de la partie opposée à une charge asymétrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise des profilés en matériau composite. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on remplace les tirants les plus courts ( 2 & 3) par des paires de tirants (2' ; 2" & 3' ; 3") dont chacun est plus grand que la demi-longueur de celui d'origine, ces deux tirants se joignant à l'extrémité d'un profilé de section égale à celle de la poutre principale et travaillant en compression, ledit profilé étant fixé radialement sur la poutre principale à son autre extrémité ; ce procédé ayant pour but d'éviter les problèmes de tolérances de fabrication et de jeu que l'on rencontre avec les poutres de grand rayon et qui sont dus à la faible différence entre l'entraxe des perçages sur la poutre et l'entraxe des perçages sur le tirant, annulant l'effet du tirant dès lors qu'il vient se superposer à la poutre. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise les tirants longs (4), par exemple, pour faire office de demi- tirant court (2' et 3") 5. Procédé selon. la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise ce type de poutre en tant que ferme dans la construction d'une charpente 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on utilise plusieurs fermes de longueurs et hauteurs différentes pour obtenir, après ajout de pannes, une structure en forme de dôme 6- . 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on utilise plusieurs fermes de longueurs et hauteurs identiques pour obtenir, après ajout de pannes, une structure de forme hémicylindrique 8. Procédé selon les revendications 6 et 7 selon lequel on utilise les pannes pour limiter le débattement latéral de la poutre 9. Procédé selon la revendication 7, selon lequel on ajoute des jambes de force aux pannes pour leur permettre d'assurer le blocage latéral des fermes 10. Procédé selon la revendication 5, selon lequel on utilise de la tôle composite nervurée pour couvrir un ouvrage cylindrique ou rectangulaire 15 20 25