FR 2899611 A1 20071012 FR 0602977 A 20060405 -1- Construction de structures métalliques porteuses grandes portées La présente invention concerne la construction de structures métalliques. Cette innovation est basée sur une tension uniforme exercée sur une structure métallique en forme arrondie, faite par un ruban d'acier qui ceinture sur le champ extérieur cette 5 structure. La pression exercée va créer une homogénéité, lui faire perdre sa flexibilité et augmenter sa résistance d'une façon considérable. Cette disposition va permettre de réaliser des structures d'une portée jamais réalisée à ce jour et ce sans nécessité de soutien au dessus et en dessous. Cette structure pourra avoir la forme d'un plein cintre, d'un ovale ou d'une forme elliptique. 10 Une structure ovale FIG 1 pourra être utilisée pour la construction de bâtiments de grandes capacités, hangars pour avions, halles de gares, couvertures de stades etc... Elles apporteront également une solution pour les centrales nucléaires pour la protection de l'environnement. Il est possible de monter des structures de 4 à 500 mètres de longueur et de 180 à 200 mètres de hauteur, la longueur du bâtiment étant infinie. Toutes les structures 15 seront montées sur rail dans l'alignement de la centrale. Une charpente sera posée sur les structures, intérieurement les plaques d'acier revêtues de leur isolant seront mise en place. En cas d'incident grave, tout cet ensemble roulera sur les rails couvrant toute la centrale. En bout des éléments adaptés à cette structure obstrueront les extrémités . La forme elliptique pourra être utilisée pour la construction de ponts. Cette forme permet de 20 baisser la hauteur de la structure. Elle peut enjamber un fleuve de 4 à 500 mètres de largeur sans travaux dans le fleuve. Sa largeur est infinie. 2 Composition de la structure Cette structure métallique (1) sera constituée de 2 arcs qui vont former un ovale FIG 1. Les extrémités de ces arcs seront concaves pour qu'au sol ils puissent s'encastrer sur un demi cylindre (2) de chaque côté. Celui-ci sera soudé sur une plaque d'acier très épaisse (3), ce sera la base de la structure. En haut à la jonction des deux arcs, ils s'encastreront sur un cylindre qui fera fonction de clé de voûte (4). Afin de rendre homogène cette structure, un ruban d'acier (5) très résistant sera placé sur le champ extérieur de la structure (1) couvrant la clé de voûte (4). Il ceinturera comme un cerclage tout l'ensemble. Les extrémités du ruban seront reliées à des vérins hydrauliques (6) réglés électroniquement à une pression donnée, ces derniers vont tendrent le ruban. Un autre ruban (10) placé à l'intérieur à la base de la structure sera à son tour tendu renforçant cette homogénéité. Les structures seront placées de distance en distance et une charpente pourra être installée. FIG 1 ù Structure Ovale vue de côté (1) 2 arcs formant la structure (7) Plaques d'acier formant les arcs (2) Demi cylindre (3) Plaque de base (4) Clé de voûte (5) Ruban extérieur (10) Ruban intérieur (6) Vérins hydrauliques (20) Barres de tension 3 Conception de la structure Métallique Cette structure sera constituée de 2 arcs (1) qui seront composés : lè'e version de 2 rangées de plaques d'acier plate (7) misent bout à bout avec un emboîtement mâle et femelle (24) la coupe en bout sera toujours dans l'axe du rayon (19) de 5 façon à ce que la périphérie du haut de la plaque soit supérieure à celle du bas. Ces plaques (7) seront reliées entre elles par 2 rangées (voir 3) de poutrelles de liaisons (8) section en U. Elles seront placées entre les plaques, Une rangée en haut et une rangée en bas à la périphérie des plaques (7), elles devront avoir le même profil que le chant des plaques qu'elles couvrent. Elles auront la même longueur que les plaques, 10 elles seront placées moitié sur une plaque et l'autre moitié sur la plaque suivante. Entre les poutrelles de liaison (8) des montants (9) seront placés obliquement entre les poutrelles (8) de liaisons, ils renforceront la rigidité des plaques et couvriront les joints des plaques (7). Ils seront constitués de 2 lames d'acier réunis par des petites traverses soudées. Tout cet ensemble sera monté et boulonné. 15 2ème Version composé d'une rangée de plaques d'acier (7) en T en haut et en bas, même emboîtement et même coupe en bout que version 1 reliées entre elles par 2 rangées de 2 poutrelles d'acier (8) en U placées sur chant de chaque côté de la plaque (7) la moitié sur une plaque l'autre partie sur la plaque suivant 1 rangée en haut en dessous du T, l'autre rangée en bas au dessus du T, les joints des plaques seront couvert par 1 plaque d'acier de 20 chaque côté tout l'ensemble sera assemblé et boulonné Version 1 ou 2 Les arcs (1) seront concaves à leurs extrémités il s'encastreront de chaque côté sur 1 demi-cylindres (2) lequel est soudé sur une plaque métallique épaisse (3). Ce sera la base de la structure. Ils maintiendront l'écartement de la structure et supporteront le poids de la 25 construction. Des cloisons métalliques (16) placées verticalement à l'intérieur des demi cylindres (2) renforceront ce dernier. En haut de la structure à la jonction des arcs (1) il s'encastreront sur un cylindre d'acier (4) qui fera fonction de clé de voûte en bloquant toute la structure. Des cloisons métalliques (16) placées verticalement à l'intérieur du cylindre renforceront ce dernier. 30 A la base du cylindre (4 ) un orifice permettra aux rubans de base (10) de passer à l'intérieur de la clé de voûte (4) une plaque métallique dans le prolongement permettra aux rubans (10) de coulisser sur une partie plate. -4 Version 1 ou 2 L'ensemble monté, une bande d'acier sera placée sur le chant extérieur des arcs, cette bande aura la même longueur de l'arc (1) sa largeur sera la même que l'épaisseur de l'arc, elle aura un rebord de chaque côté permettant de l'encastrer sur une face, sur le chant extérieur de l'arc (1) l'autre face servira de guide ruban (11) pour le ruban (5) qui va ceinturer toute la structure et d'assurer une pression sur le chant des plaques (7) et l'ensemble de la structure. Version 1 ou 2 Le ruban (S) en acier très résistant sera placé sur toute la périphérie de la structure qu'il ceinturera, il traversera les plaques de base (3) de chaque coté par des orifices conçus à cet 10 effet devra exercer une pression sur la structure. Version 1 Un autre ruban (10) plus étroit sera placé à l'intérieur de la structure, à sa base à l'intérieur des poutrelles en U. Il ceinturera également toute la structure, il traversera les plaques de base (3), les demi cylindres (2), passera à l'intérieur de la clé de voûte (4) par des orifices 15 conçus à cet effet, destiné également a exercer une pression sur la structure. Version 2 2 rubans (10) plus étroits seront placés sur le champ des poutrelles de liaison (8) ils ceintureront également la structure avec le même cheminement que la version précédente, destiné a exercer une pression -5- FIG ù 2 : représente la coupe éclatée de la structure (lèse Version) (7) Les plaques (8) Poutrelles de liaison (9) Montants intérieur (5) Ruban d'acier extérieur (10) Petit ruban d'acier intérieur (11) Guide Ruban (22) Petites traverses soudées FIG 3 : La structure assemblée (1 ere Version) FIG 6 : Une partie de la structure en cours de montage sauf 2 plaques en façade de chaque Côté (1 ère Version) (7) Plaques d'acier (8) Poutrelles de liaison (5) Ruban d'acier extérieur (10) Petit ruban d'acier intérieur (9) Montants (19) Coupe en bout des plaques FIG 5 : Structure avec 1 rangée de plaque d'acier (2ème version) (7) Plaques d'acier (8) Poutrelles de liaison (5) Rubans d'acier (10) Petits rubans d'acier FIG 17 : Emboîtement mâle et femelle entre les plaques (24) FIG 8 : Représente la base de la structure posée sur le demi cylindre (1) La structure (2) Demi cylindre (5 et 10) Rubans d'acier (3) Plaque de base (6) Vérins hydrauliques 30 (20) Barre de tension (16) Cloisons pour verticalement soudées au cylindre et à la plaque de base FIG 9 : Représente la base de la structure vue en bout (5) Ruban extérieur -6- (16) Cloisons placées verticalement à l'intérieur du cylindre en renfort du cylindre soudées au demi cylindre et à la plaque de base (2) Demi cylindre (3) Plaque de base (20) Barre de tension (6) Vérins hydrauliques (23) Presseurs FIG 10 : Coupe de la clé de voûte de face (12) Cylindre (5) Ruban extérieur (10) Ruban intérieur (16) Cloisons posées verticalement à l'intérieur du cylindre en renfort du cylindre (13) Pièce métallique en renfort pour la pression du ruban 5 (15) Rampe permettant au ruban 10 de passer à l'intérieur de la clé de voûte (14) Pièce métallique permettant au ruban de glisser sur une partie plate FIG11 : Coupe de coté de la clé de voûte (5) Ruban extérieur (10) Ruban intérieur (16) Cloisons intérieures en renfort du cylindre (13) Pièce métallique en renfort pour la pression du ruban 5 (14) Pièce Métallique pour le ruban 10 7 Version 1 ou 2 Des barres de tension (20) seront fixées aux extrémités des rubans (5 et 10) (les barres de tension seront conçues en bout pour recevoir une crémaillère de blocage). Des vérins hydrauliques (6) réglés électroniquement, placés entre la plaque de base (3) et la barre de tension (20) vont tendre les rubans (5 et 10) à une pression déterminée. La pression uniforme exercée va créer une homogénéité de la structure, lui faire perdre sa flexibilité et augmenter sa résistance. En cas de dilatation du métal, la pression augmentant, un relâchement des vérins hydrauliques (6) permettra de revenir à la pression initiale. La structure (1) remontera en coulissant sur la clé de voûte (4) et les demi cylindres (2) de base. Le retrait du métal sera résolu de la même manière mais de la façon inverse. Un automatisme permettra de bloquer les barres de tensions (20). Après la mise en pression des vérins hydrauliques (6), des presseurs à crémaillères (17) placés en bout de barres de tension (20) les bloqueront, laissant les vérins hydrauliques (6) hors service. Lorsque que la pression changera, les vérins hydrauliques (6) se remettront en action et détendront les presseurs à crémaillères (17) libérant la barre de tension (20) FIG 12 : Détails de la pression des rubans d'acier (5) Ruban d'acier (3) Plaque de base (6) Vérins hydrauliques (20) Barre de tension (17) Crémaillère (23) Presseurs -8 Construction de ponts La forme elliptique ou anse de panier permet de baisser la hauteur de la structure pour la construction de pont. Ces structures permettront d'enjamber une fleuve de 4 à 500 mètres La largeur du pont est illimitée. Il sera possible de faire un pont suspendu ou construire une charpente pour passer dessus. Ce sera en relation avec la topographie des lieux. Pour la construction de pont on pourra assembler et boulonner 3 structures entre elles. La structure centrale sera décalée afin de couvrir les joints des plaques de côté. Cette disposition permet de supporter des poids plus importants et d'espacer un peu plus les 10 structures. Dès l'instant que 3 structures entrent dans la conception d'une structure, il est souhaitable de faire une isolation thermique sur les faces extérieures afin d'harmoniser la dilatation du métal. Sur toutes les constructions, des cadres métalliques (18) seront placés et fixés entre les 15 structures pour assurer une stabilité. FIG 15 . Structure de pont vue de côté FIG 16 : Ossature métallique du pont vue de dessus (1) Structure ceinturée par le ruban d'acier (2) Demi cylindre 20 (4) Clé de voûte (5) Ruban d'acier FIG 16 : Pont suspendu ou avec une charpente métallique FIG 4 : 3 structures assemblées entre elles Détails de construction Le ruban d'acier pourra être renforcé par des petits câbles d'acier soudés sur sa face extérieure, cette disposition évitera une rupture du ruban et il conservera sa souplesse FIG 5 : Coupe du ruban (5) Ruban (21) Petits câbles Pour des petites structures les vérins hydrauliques pourront être remplacés par des ressorts puissants. Cette étude est basée sur la tension du ruban par des vérins hydrauliques de chaque côté. Il est évident, qu'après avec bloqué le ruban d'un côté, la tension pourra se faire uniquement de l'autre côté, par contre il faudra inverser de côté la tension à chaque structure. Afin que les plaques qui constituent la structure ne puissent glissées à leur jonction un décrochement doit être fait. FIG 17 : Détail de jonction entre les plaques formant la structure D'autres matériaux pourront être utilisés pour ce genre de construction : des plastiques armés pour des toitures ainsi que le bois. Une bande d'acier sera soudée sur les parties concave des arcs (1) pour une meilleure réception sur les demi cylindres (2) et la clé de voûte - Des câbles d'acier pourront être employés pour tendre la structure dans des parties étroites 20 - Des coupoles pourront être faite également, la clé de voûte (4) sera remplacée par une sphère munie de facettes pour réceptionner les arcs (1). -10- Etude avant Conception Chaque ouvrage devra faire l'objet d'une étude préliminaire, afin de déterminer sa forme, les hauteurs, les épaisseurs et les longueurs des plaques d'acier formant l'ossature de la structure ceci en fonction de sa destination. Déterminer la section des poutrelles de liaisons, des plaques, déterminer l'épaisseur et l'alliage du ruban d'acier, déterminer la puissance des vérins hydrauliques , déterminer les épaisseurs des demi cylindres et clé de voûte, déterminer le nombre et la grosseur des boulons pour assembler la structure et de tous les matériaux entrant dans la composition de cette structure. REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant l'élaboration de 2 arcs (1) qui vont constituer une structure métallique caractérisé (lèie version) par 2 rangées de plaques d'acier plates (7) mise bout à bout coupe en bout dans l'axe du rayon (19) avec un emboîtement mâle et femelle (24) reliées entre elles par 2 rangées de poutrelles (8) en U placées entre les plaques et des montants (9) à l'intérieur l'ensemble boulonné 2) Dispositif permettant l'élaboration de 2 arcs (1) qui vont constituer une structure métallique caractérisé (2zme version) par 1 rangée de plaques d'acier (7) en T en haut et en bas mise bout à bout avec un emboîtement mâle et femelle (24) coupe dans l'axe du rayon (19) reliées entre elles par 2 rangées de 2 poutrelles (8) en U d'acier l'ensemble boulonné 3) Dispositif selon revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les extrémités des arcs (1) seront concaves pour pouvoir s'encastrer à la base de la structure sur 2 demi cylindres (2) et à leur jonction en haut sur un cylindre (4) faisant fonction de clé de voûte 4) Dispositif selon revendication 3 caractérisé par 2 demi cylindres (2) soudés sur une plaque d'acier (3) fixé au sol de chaque côté de la structure sur lesquels les arcs (1) à la base 15 s'encastrent. 5) Dispositif selon revendication 3 caractérisé par 1 cylindre d'acier (4) placé en haut de la structure à la jonction des 2 arcs (1) sur lequel ils s'encastrent bloquant la structure 6) Dispositif selon quelconque revendications précédentes caractérisées par 2 bandes d'acier (11) de même longueur que les champs extérieurs des arcs (1) de même largueur que 20 l'épaisseur des arcs (1) comporte un rebord de chaque côté permettant sur une face de l'encastrer sur le chant extérieur des 2 arcs (1) l'autre face servira de logement pour ruban (5) qui ceinturera la structure 7) Dispositif selon revendication 6 caractérisé par un ruban d'acier (5) placé dans son logement (Il) ceinture tout la structure extérieure traverse à la base les plaques d'acier (3) 25 par des orifices conçus à cet effet destinés a exercer une pression. 8) Dispositif selon revendication 1 (1eCe version) caractérisé par un ruban d'acier (10) placé a l'intérieur de la structure à sa base ceinture toute la structure intérieure traversera de chaque côté les demi cylindres (2) et les plaques de base (3) ainsi que la clé de voûte (4) 9) Dispositif selon revendication 2 (2eme version) caractérisé par 2 rubans d'acier plus étroits 30 (10) placé à la base de la structure sur les champs des poutrelles (8) ceinture toute la structure traverseront les cylindres (2) et les plaques de base (3) de chaque côté par des orifices conçus à cet effet ainsi que la clé de voûte (4) - 12 - 10) Dispositif selon quelconques revendications précédentes caractérisés par des barres de tension (20) fixées aux extrémités des rubans (5) et (10) servira d'appui pour exercer une tension des rubans (5) et (10) 11) Dispositif selon revendication 10 caractérisé par des vérins hydrauliques (6) placés entre la plaque de base (3) et les barres de tension (20) vont tendre les rubans (5) et (10) a une pression déterminée réglés électroniquement en cas de dilatation du métal la pression augmentant un relâchement des vérins hydrauliques (6) permet aux arcs (1) formant la structure de remonter en coulissant sur la clé de voûte (4) et les 2 demi cylindres (2) de base le retrait du métal ce faisant de la façon inverse 12) Dispositif selon revendication 11 caractérisé par un automatisme actionné par les vérins hydrauliques (6) ceux-ci arrivant à la pression déterminé actionnent des presseurs (23) avec des crémaillères (17) bloquent les barres de tensions (20) en s'encastrant en bout des barres de tensions (20) laissant les vérins hydrauliques (6) hors service au changement de pression les vérins hydraulique (20) débloqueront les presseurs (23) 13) Dispositif selon quelconque revendication précédentes caractérisé par une rangée de petits câbles d'acier (21) placés avec une pointe de soudure sur la face extérieur des rubans (5) et (10) pour éviter toute rupture