Brevet FR3135472A1 — publié le 20231117

Dispositif d’augmentation de la reprise d’effort de poutres de structure porteuses dotées de chemins de roulement, en vue de constituer une liaison supplémentaire déportée entre le poteau et la structure de poutre en treillis, se caractérisant par : - une platine de fixation au poteau (a), - deux tubes de liaison basse (b) entre la platine (a) et un cadre de renfort (e) placé à l’intérieur de la poutre en treillis, - une platine de renfort intermédiaire (c) fixée d’une part sur les tubes de liaison basse (b), et d’autre part sur le cadre de renfort (e), - deux tubes de liaison haut(d) entre la platine (a) et le cadre de renfort (e), - un cadre de renfort évidé (e) dont la périmètre s’inscrit dans un cube rectangulaire, ce cadre de renfort étant placé à l’intérieur de la poutre treillis. Figure pour l’abrégé : [Fig.1] Dispositif d’augmentation des portées des poutres pour bâtiments industriels à vêture périmétrique mobile La présente invention concerne des bâtiments de grande dimension (hauteur et largeur) dotés de vêtures mobiles, pour permettre l’accès ou le retrait d’équipements de grandes tailles de l’enceinte de bâtiment. En effet, dans des domaines d’activités très particuliers, soit en raison de la taille des équipements industriels, soit encore en raison des fabrications (aéronautique, navale, ou astronautique par exemple), il convient que le périmètre du bâtiment soit totalement ouvert pour y faire entrer ou sortir le matériel. Dans ces conditions, soit il s’agit de démonter les vêtures, soit encore celles-ci sont mobiles. Pour répondre aux exigences de tels bâtiments, le présent demandeur a déjà déposé trois brevets d’invention sur des problèmes particuliers : - le premier FR1800670 relativement à un dispositif de poutre placé en périmètre de bâtiment, permettant une reprise d’effort et le roulement simultané d’une vêture mobile, Ce dispositif de structure de poutre présente l’intérêt d’être à la fois la structure haute de chaque face du bâtiment et à en même temps le dispositif d’escamotage des vêtures ; l’escamotage partiel ou complet de la vêture était rendu possible en déplaçant sur un même plan les différents panneaux de la vêture et en les stockant sur une zone extérieure au bâtiment, de telle sorte qu’il soit possible d’obtenir un dégagement complet de toutes les vêtures sur le pourtour du bâti. Plus particulièrement à la poutre de chainage de ce brevet, celle-ci reçoit en son sein un principe de double rail : le premier rail étant placé sur la partie supérieure de la poutre et est appelé à supporter l’intégralité de la charge des vêtures, le second rail étant placé sur la partie inférieure de la poutre pour reprendre les efforts transversaux et les couples longitudinaux transmis par la vêture, les deux rails étant placés sur un même plan vertical et reliés entre eux par des tubes formant un treillis, - un second FR1913150 spécifique à la vêture mobile de bâtiments de grande dimension et de grande hauteur, dont l’intérêt est de présenter des qualités mécaniques importantes pour être parfaitement stables et étanches une fois placées sur le bâtiment. -un troisième brevet a été déposé portant sur la liaison des poutres, en ce que les poutres constituées servent à la fois de structure porteuse du toit et de dispositif de coulissement de la vêture. Elles doivent donc être reliées entre elles pour constituer un chainage et contribuer à la reprise des efforts sur la toiture. Or et selon les dimensions des bâtiments ainsi que les changements relatifs aux aléas climatiques, des contraintes mécaniques et des déformations aux liaisons des poutres entre elles sont constatées. C’est afin de solutionner ces inconvénients que l’invention avait été développée. Ce dispositif se caractérise par : - des tubes horizontaux haut et bas et un tube horizontal intermédiaire qui sont en jonction avec les tubes horizontaux des poutres dotées d’un chemin de roulement, - Des renforts placés sous un angle de 55 et 65 degrés formant une structure en treillis qui raccorde les éléments horizontaux constituant la liaison, selon le principe que le tube intermédiaire reçoit l’ensemble de ces renforts, - un dégagement à l’extrémité des tubes faisant chemin de roulement (vêture mobile) de telle façon que les galets des rails soutenant la vêture puisse passer hors du périmètre du bâtiment, dégageant ainsi la vêture. Un autre problème lattant de bâtiments industriels de grande taille dotés de vêtures mobiles, à l’objet de permettre l’accès ou le retrait d’équipements de grandes tailles de l’enceinte de bâtiment, est que les poteaux intermédiaires - hors ceux des coins des façades - forment des obstacles qui limitent les accès. Cet aux fins de limiter la présence de ces poteaux intermédiaires sur la structure de façade que la présente invention est destinée, et plus particulièrement aux fins d’être compatible à une utilisation avec des poutres recevant des rails (ces derniers étant nécessaires au déplacement de la vêture) selon le brevet FR1800670. E t at des connaissances : il convient de distinguer l’état de la technique et la connaissance scientifique relativement au problème exposé. Etat de la technique : L’état des techniques actuelles peut se distinguer selon deux familles distinctes : - La première famille technologique est relative au dispositif de toitures et hangars industriels traditionnels, - La deuxième famille des dispositifs de structures de consoles périmétriques de bâtiment industriels. Concernant la première famille citée des dispositifs de toitures et hangars industriels, ces dispositifs ne conviennent pas à notre objet car ils sont contraints en ce que : - Certains dispositifs ne peuvent pas être généralisés ou transposables car ils sont basés sur des études spécifiques et non sur un principe universel. Nous pouvons citer la société ®OMNIA qui présente des charpentes de grandes dimensions de ce type. Cependant l’inconvénient est que chaque cas doit être étudié individuellement et fait l’objet d’une étude mécanique à chaque fois différente. - D’autres dispositifs sont basés sur un principe de support de toitures souples et non rigides ce qui ne peut convenir à notre principe de permettre l’utilisation d’une poutre qui soit en même temps un rail de roulage pour les vêtures du bâtiment. Nous pouvons citer comme exemple la société ®POL PLAN qui propose de de grandes structures de hangars temporaires et dont les toitures sont constituées de matériaux de bâches avec des pente de toit pour éviter l’amoncellement de neige. La société ®LOSBERGER propose également des structures de toit rigide avec des éléments de revêtement souple. Nous pouvons citer comme exemple également le brevet CN207686002 qui indique un dispositif de support de toiture souple permettant des montages aisés pour des grandes surfaces mais ne convenant pas à augmenter ces dernières relativement à l’objet de supporter des vêtures mobiles. Concernant la seconde famille technologique citée des structures de consoles périmétriques de bâtiments industriels. Pour une valeur de moment quadratique données, les dispositifs qui permettent de renforcer la tenue des toitures à une charge verticale entreprise sur les poteaux font appel à des dispositifs tels que les dispositifs de gousset ou support en potence travaillant en compression. Dans ce domaine, le brevet FR2611781 présente un système d'appui et d'accrochage de poutres pour augmenter leur portée de poutres lamellé collé ou composite, ce dispositif fait également appel à de haubans placés sur la poutre travaillant à la traction. Citons également le brevet CA2530559 qui présente un dispositif d'accrochage de poutre avec un système de tirants. L’ensemble de ces dispositifs ont pour vocation de rendre plus légère la structure du bâtiment, mais ne répond pas au besoin de limiter le nombre de poteaux sur une façade de bâtiment. Remarquons qu’aucun des dispositifs cités ne permettent de répondre aux exigences d’une vêture mobile de bâtiment. Etat de la science : Relativement à notre objet, qui est de connaitre un dispositif constituant un renforcement des liaisons : - Entre-les poutres/rails du périmètre de la structure (chainage et chemin de roulement pour les vêtures escamotables), - Entre les poutres et les poteaux reprenant les descentes de charges pour des bâtiments de grandes dimensions avec une accessibilité périmétrique totale, - Entre les poutres qui interviennent sur la surface de la toiture, Les éléments qui interviennent sur le plan scientifique sont : - Les contraintes et déformations en statique des sollicitations sur les liaisons entre poutre et sur les poteaux notamment sous l’effets des variations climatiques. - Les effets dynamiques relativement au roulement des vêtures qui sont en combinaison avec les reprises d’effort des effets climatiques. Plusieurs articles de référence scientifique traitent de ces éléments, et sont issus des « techniques de l’ingénieur » : « Les techniques de l’Ingénieur, C2520 V2 Constructions métalliques - Moyens d'assemblage Cet article est issu de : Construction et travaux publics Les superstructures du bâtiment » par Jean-Pierre MUZEAU. Cet article traite des moyens d'assemblage utilisés en construction métallique. Il décrit le contexte général, la classification des moyens d’assemblage (avec ou sans déplacement), la combinaison de procédés dans une même attache et l’assemblage soumis à des chocs, vibrations ou charges alternées. Il détaille également les différentes règles d’exécution (fixations mécaniques, soudage, et les classes d’exécution) ainsi que les coefficients partiels à utiliser « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : TBA1300 Sécurité sous les efforts appliqués aux ossatures en acier Cet article est issu de : Construction et travaux publics Techniques du bâtiment : l'enveloppe du bâtiment ». Ce document indique qu’une construction métallique, pour se montrer sécuritaire, doit répondre à quelques principes techniques parmi lesquels : – satisfaire aux ELS (États limites de service) en restant élastique ; – anticiper les ELU (États limites ultimes) grâce à une marge de sécurité satisfaisante avant la ruine. Pour ce faire, il faut à la fois tenir compte de la résistance et de la déformabilité de l’acier soumis aux phénomènes de traction, cisaillement, et contraintes diverses, aussi bien directes (comme la neige ou le vent,), indirectes (type : variations de températures…), qu’exceptionnelles (à l’instar d’un séisme ou autre catastrophe naturelle). L’article donne un ensemble d’équations pour le calcul des prises en compte d’une ou plusieurs actions combinées et des efforts appliqués, y compris les actions climatiques extrêmes. « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : TBA1305 Les moments de flexion et les efforts tranchants des poutres Cet article est issu de : Construction et travaux publics Techniques du bâtiment : l'enveloppe du bâtiment » : relative aux charpentes métalliques, indique : - comment calculer les moments de flexion et les efforts tranchants sur une poutre métallique, - comment anticiper le nombre d’inconnues, souvent important, rencontré sur ce type particulier de construction métallique. Il rappelle une méthode, issue du Génie Civil, consistant à évaluer les forces négatives et les moments de flexion jouant en sens opposé sur la poutre. De nombreux exemples de calculs d’efforts tranchants, de déformées, et de réactions d’appuis, très détaillés, sont donnés pour : – des consoles ; – des poutres sur appuis simples ; – des poutres encastrées (partiellement ou totalement) ; – des poutres droites continues sur appuis simples (avec des charges uniformes, positionnées sur 4 appuis, à 2 ou 3 travées… ce jusqu’à 8 travées). Le lecteur trouve dans ce recceuil des applications concrètes aux équations universelles de la résistance des matériaux, la méthode de calcul par balancement de moments, ainsi que la mise en œuvre de l’équation de Navier-Bresse (réservées aux cas généraux des poutres droites ou à grand rayon de courbure). Enrichi de nombreux diagrammes, l’article fournit une approche complète Encore « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : TBA1310 Les liaisons mécaniques des structures Cet article est issu de : Construction et travaux publics Techniques du bâtiment : l'enveloppe du bâtiment », traite des liaisons mécaniques des structures répondent, dans le bâtiment, à un classement double où le terme « mécanique » est en fait secondaire. En effet, en constructions métalliques, les liaisons sont rarement de pure mécanique, on parle plutôt de structures isostatiques ou hyperstatiques simples. Voire encore, pour simplifier davantage, et suivant leurs caractéristiques, de : – liaisons démontables ; – liaisons non démontables. Ces liaisons, dites mécaniques (appuis simples, articulations, encastrements, parfois des rotules…), s’identifient ensuite selon certains paramètres tels que : – les mouvements relatifs d’un élément par rapport à un autre, ce qui conduit à décrire la notion de « degrés de liberté » répartie en 6 mouvements (3 translations et 3 rotations) ; – les composantes d’effort qui sont autant d’inconnues de liaison et qualifient les liaisons considérées finalement comme rigides ou élastiques. L’article, après avoir traité des cas généraux des liaisons, aborde les questions de l’isostatisme, de l’hyperstatisme et du mécanisme qui interrogent les principes fondamentaux de la statique. Toujours « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : C3306 V1 Actions du vent sur les bâtiments selon l'Eurocode 1 – Partie 1-4 ». Cet article est issu de « Construction et travaux publics Les superstructures du bâtiment » par Danielle CLAVAUD. Le résumé en est : « Un bâtiment doit résister aux actions auxquelles il risque d'être soumis pendant sa durée de vie. Cet article indique comment déterminer les actions du vent naturel à prendre en compte pour calculer les structures des bâtiments, ainsi que leurs éléments constitutifs pour chacune des zones affectées par ces actions. La vitesse locale du vent dépend du lieu, de la hauteur au-dessus du sol, du type de terrain que celui-ci rencontre sur sa trajectoire. De son côté, un bâtiment se présente comme un obstacle à la progression du vent. Ce dernier y exerce des pressions sur les parois qui engendrent des forces perpendiculaires à la surface de la construction. Les actions sur la construction dépendent de la forme, des dimensions, de la rigidité, des ouvertures (portes, fenêtres, fuites) pratiquées dans le bâtiment, ainsi que de son environnement immédiat ». « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : C2553 V2 Vérification de barres en acier - États limites et critères de dimensionnement ». Cet article est issu de : Construction et travaux publics Les superstructures du bâtiment par Alain BUREAU. Le résumé est : « Cet article traite de la vérification de résistance et de la stabilité d’une barre en acier selon les normes de calcul applicables dans le domaine de la construction (Eurocodes). La démarche de calcul y est décrite et les différents critères de vérification aux Etats limites ultimes (ELU) y sont également présentés : résistance élastique ou plastique, voilement local de plaque, flambement, déversement, etc. D'autre part, des critères de vérification aux Etats limites de service (ELS) y sont donnés pour les poutres de bâtiments ». « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : AG7020 V1 Ponts roulants et portiques Cet article est issu de : Génie industriel Logistique » par Christian PELLISSIER. Le résumé indique :« Cet article est consacré aux ponts roulants et portiques, ces appareils de manutention et de levage se déplaçant sur deux voies de roulement parallèles, et munis d’un dispositif de préhension. Ces deux équipements diffèrent simplement par leur mode d’appui, au sol pour le portique, sur le bâti ou la charpente pour le pont roulant. Ils sont constitués tous les deux d’une ossature et de mécanismes permettant leurs différents mouvements (levage et déplacements horizontaux). Les critères à retenir pour leur choix portent sur les contraintes liées à la charge, à l’environnement, à la technologie et les modalités de fonctionnement. » « Les techniques de l’Ingénieur, Réf. : C2518 V1 Les poutres de roulement de ponts roulants Cet article est issu de : Construction et travaux publics Les superstructures du bâtiment » par Sébastien BRUN, Malory SIMON. L’article concerne la conception et le calcul de poutres de roulement de ponts roulants. Les différents types de ponts sont rappelés, leurs mouvements, leurs paramètres de fonctionnement et les critères de choix liés à leur environnement et leur utilisation. Un catalogue des solutions pour concevoir une poutre de roulement, ainsi que ses supports et accessoires est également proposé ; chaque solution relevant d’un domaine d’application spécifique. Enfin, un triple calcul est expliqué : - détermination des sollicitations dues aux charges roulantes ; - vérifications des sections en résistance, aux instabilités et en déformations ; - calcul à la fatigue pour un nombre de cycles de manutention En conséquence de la littérature scientifique, Il n’existe pas d’élément qui soit à même de caractériser un dispositif de renforcement pour augmenter la portée des poutres (de chainage ou de toiture) en liaison aux dispositifs de descente de charge pour des bâtiments de grandes dimensions avec une accessibilité périmétrique totale. Synthèse de l’état des connaissances : nous pouvons résumer celle-ci en ceque : Relativement à l’état de la technique , il n’existe pas de dispositif qui soit à même de répondre à l’objet d’augmenter la portée des poutres disposant de systèmes de rail pour limiter le nombre de poteaux intermédiaires. Les dispositifs existants sont contraints en ce que : Concernant la première famille citée des dispositifs de bâtiment industriels, les techniques connues ne sont pas aptes à permettre une dimension augmentée de la portée et ces dispositifs sont définis de manière individuelle, ils ne peuvent pas être généralisés ou transposables car ils sont basés sur des études spécifiques et non sur un principe universel. D’autres dispositifs sont basés sur un principe de support de toitures souples et non rigides ce qui ne peut convenir à notre principe de permettre l’utilisation d’une poutre qui soit en même temps un rail de roulage pour les vêtures du bâtiment car ces dispositifs sont dotés de structures légères. Concernant la seconde famille technologique citée des structures de consoles périmétrique de bâtiment industriels. Pour une valeur de moment quadratique données, les dispositifs qui permettent de renforcer la tenue des toitures à une charge verticale sur les poteaux font appel à des dispositifs tels que des goussets ou supports en potence travaillant en compression ou bien des dispositifs de haubans travaillant à la traction, cependant les structures ne sont pas conçues pour des poutres rails. De plus ces structures ne sont pas universelles en ce qu’elles ne peuvent pas être agrandies sur la base d’une dimension de poutre donnée. De plus, aucune structure de bâtiment industriel connue, et tout particulièrement dans le domaine des charpentes métalliques, ne convient pour constituer un le chemin de roulement des vêtures pour permettre l’accès périmétrique au bâtiment et en même temps de permettre d’augmenter la surface du local. Le problème qui se pose est relatif aux reprises des efforts sur les poutres qui doivent conserver leur usage de rails. Relativement à l’état de la science , il n’est pas possible de déterminer directement un procédé et un dispositif tel que souhaité à l’objet. En effet les connaissances scientifiques sont contraintes en ce que : - Sur le plan statique, les dispositifs de reprise d’effort qui permettent d’obtenir une dimension augmentée de la longueur des poutres (qu’il s’agisse des poutres de toitures ou bien de celles supportant la vêture) ne sont pas conçus pour laisser libre accès à l’intégralité des espaces entre poteaux permettant le déplacement des vêtures de la façade du bâtiment avec un dégagement complet. - L’état de la science ne donne pas les principes adaptés à répondre aux problèmes suivants : = Les renforts pour la reprise des efforts constituent un obstacle à la libération de l’accès des rails pour le déploiement de la vêture mobile, = Les orientations et les intensités des efforts qui proviennent des porte-à-faux des vêtures vents peuvent être variables. Les actions des charges (forces et couples) agissant sur les éléments de renforcement sont dépendantes du déversement qui caractérise l’effort combiné de flexion et de torsion sur les poutres, = Les charges augmentées sur les toitures ne sont pas connues pour un dispositif universel dans le cas de toiture rigides devant supporter les effets des intempéries, = Sur le plan de la cinématique, les vêtures mobiles ne doivent pas être entravées par les dispositifs servants à la rigidité de l’assemblage aux endroits de liaisons des poutres entre elles, = Les jeux de fonctionnement nécessaires sont contraints par l’augmentation des portées en ce que les effets de flexion transmis par les poutres et les effets de torsion sur les poutres (roulement des vêtures) nécessitent des renforcements et des attaches sur les liaisons des poutres aux angle du bâtiment. Les jeux de fonctionnement s’en trouvent modifiés car les renforts à la liaison entre les poutres limitent les espaces disponibles pour le chemin de roulement. L’état de la science ne peut pas définir les liaisons entre les poutres du fait de la multitude des paramètres de chargement et de dimensionnement. = Sur le plan dynamique relativement au roulement des vêtures qui se combine avec les reprises d’effort. Nous rappelons que les poutres auxquelles sont destinées la présente invention sont à la fois des éléments de structure du bâtiment et les chemins de roulements des vêtures. Les charges auxquelles est soumise la structure sont de deux natures : un premier type de charges correspond à des efforts produits par la masse pondérale de la toiture à laquelle s’ajoute les efforts de la neige et du vent, un deuxième type de charge vient des efforts de torsion sur les poutres qui sont générés par la vêture qui est sur le côté extérieur des poutres périmétriques. = Il n’est pas possible de connaitre les effets issus des inerties des masses en mouvement qui interviennent lors du déplacement des vêtures. Particulièrement pour l’endroit des liaisons entre les poutres qui se rejoignent à l’aplomb des poteaux car ces liaisons doivent permettre une résistance mécanique suffisante. C’est aux fins de trouver une solution technologique satisfaisante apte à limiter la présence de poteaux intermédiaires en présence d’une structure de bâtiment dotée de poutres rails et d’une vêture mobile, que la présente invention est destinée. Présentation de l’invention : L’invention est relative à dispositif d’augmentation de la reprise d’effort de poutres de structure porteuses dotées de chemins de roulement, à l’exemple du brevet FR1800670, en vue de constituer une liaison supplémentaire déportée entre le poteau et la structure de poutre en treillis. L’invention se caractérise par : - une platine de fixation au poteau (a), - deux tubes de liaison basse (b) entre la platine (a) et un cadre de renfort (e) placé à l’intérieur de la poutre en treillis, - une platine de renfort intermédiaire (c) fixée d’une part sur les tubes de liaison basse (b), et d’autre part sur le cadre de renfort (e), - deux tubes de liaison haut(d) entre la platine (a) et le cadre de renfort (e), - un cadre de renfort évidé (e) dont la périmètre s’inscrit dans un cube rectangulaire, ce cadre de renfort étant placé à l’intérieur de la poutre treillis. Plus particulièrement à la forme du cadre de renfort évidé (e), celle-ci est étudiée pour être laisser passer les éléments de treillis qui forment la poutre treillis. Par ailleurs ce cadre de renfort est placé à l’intérieur de la poutre de telle façon à ne pas encombrer les chemins de roulement de la poutre treillis selon le brevet FR1800670. Ainsi par ce dispositif, la structure de poutre treillis effectuant la reprise d’effort et le roulement simultané d’une vêture mobile est tenu à la fois à l’aplomb du poteau, mais aussi grâce ce dispositif de reprise de charge en périphérie du poteau. Dans ces conditions, le poteau peut recevoir plusieurs de ces dispositifs : - à la fois de chaque côté du poteau, - mais également du même côté du poteau. Pour se faire, seuls les angles de placement et la longueur des tubes de liaison (b, d) seront modifiés, de telle façon que les platines(a) puissent être placées en différentes hauteur du poteau, - enfin, la platine (a) peut être elle-même recevoir deux jeux de deux tubes de liaison bas (b) et haut (d). Par ces combinaisons multiples, il est facile d’étendre la portée des poutres treillis à chemin de roulement, sans avoir à constituer des faiblesses sur cette structure (contraintes mécaniques en raison des influences météorologiques, mais également en raison de la position de la vêture sur la structure selon qu’elle soit dépliée ou repliée). Vue générale du dispositif Vue du dispositif placée dans une poutre treillis, et selon la configuration de deux dispositifs placés dans le même axe. Vue détaillée d’une platine (a) recevant deux jeux de deux tubes de liaison bas (b) et haut (d), le tout positionné sur une structure dotée de deux cadres de renfort (e). Glossaire : a) platine b) tubes de liaison bas c) platine de renfort intermédiaire d) tubes de liaison haut e) cadre de renfort Dispositif d’augmentation de la reprise d’effort de poutres de structure porteuses dotées de chemins de roulement, en vue de constituer une liaison supplémentaire déportée entre le poteau et la structure de poutre en treillis, se caractérisant par : - une platine de fixation au poteau (a), - deux tubes de liaison basse (b) entre la platine (a) et un cadre de renfort (e) placé à l’intérieur de la poutre en treillis, - une platine de renfort intermédiaire (c) fixée d’une part sur les tubes de liaison basse (b), et d’autre part sur le cadre de renfort (e), - deux tubes de liaison haut(d) entre la platine (a) et le cadre de renfort (e), - un cadre de renfort évidé (e) dont la périmètre s’inscrit dans un cube rectangulaire, ce cadre de renfort étant placé à l’intérieur de la poutre treillis. Dispositif d’augmentation de la reprise d’effort de poutres selon la revendication 1, caractérisé en ce que la platine (a) peut être elle-même recevoir deux jeux de deux tubes de liaison bas (b) et haut (d).