<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative à un procédé de construction d'un poutre,dénommée poutre finale, en un matériau précontraint, dans lequel on met successivement en place deux parties de la poutre finale, dénommées respectivement "poutre primaire" et "poutre secondaire", on précontraint excentriquement la poutre primaire avant la mise en place de la poutre secon daire dans le sens provoquant, dans sa fibre qui sera une fibre extérieure de la poutre finale, une tension de signe opposé à celui de la tension provoquée dans cette fibre par les charges de service et on réunit ensuite la poutre secondaire à la poutre primaire pendant que celle-ci est maintenue précontrainteo
Dans un procédé connu de réalisation en deux phases d'une poutre isostatique sur deux appuis,
la poutre primaire constitue la partie inférieure d'une poutre finale en béton. Elle est préfabriquée et mise en précontrainte dans le sens provoquant une traction dans sa fibre supérieure et une compression dans sa fibre inférieure et, après sa mise en place et son étançonnage, elle sert de support à la poutre secondaire qu'on coule directement en place. Dans une variante, la poutre primaire comprend toute la partie sous l'axe neutre de la poutre finale (et éventuellement une fraction de la partie au-dessus de cet axe) et on localise le centre de la précontrainte au bord inférieur du noyau central. Dans une autre variante, la poutre primaire préfabriquée et précontrainte ne s'étend que sur une fraction de la partie de la poutre finale en dessous de l'axe neutre et est située à la partie inférieure de cette partie.
Dans cette variante, la poutre finale est comparable à une poutre en béton armé ordinaire dans laquelle on a remplacé les armatures en acier ordinaire par un élément précontraint préfabriqué, Par conséquent, tout comme dans une poutre en béton armé ordinaire, il y a, au-dessus de la partie préfabriquée, une zone où le béton est soumis à la traction. De plus, il faut tenir compte de l'effort tranchant comme dans une poutre en béton arméordinaire. Dans ces deux variantes, la poutre primaire présente donc une section prépondérante du coté de l'axe neutre de la poutre finale où se trouve la fibre de celle-ci la plus tendue en service.
Dans un autre procédé connu de réalisation d'une poutre isostatique en deux phases, la poutre primaire constitue une sorte de poutrelle en béton armé dans une poutre finale qui comprend, en outre, à titre de poutre secondaire, une table en béton armé coulée au niveau supérieur de la poutre primaire, de chaque coté de celle-ci, Après coulée de la poutre primaire, on précontraint celle-ci dans le sens provoquant une traction dans sa fibre supérieure et une compression dans sa fibre inférieure et on l'étangonne avant de couler la poutre secondaire.
Après durcissement de celle-ci, on enlève les étançons de la poutre finale et celle-ci fléchit sous l'effet du poids de la poutre secondaire, Il en résulte une diminution de la compression de la fibre inférieure qui autorise l'exécution d'une deuxième précontrainte dans le même sens que celle qui a été appliquée uniquement à la poutre primaire. On exécute cette deuxième précontrainte de façon à ramener la tension de compression de la fibre inférieure à la valeur qu'elle avait µ la fin de la précontrainte de la poutre primaire. Dans ce procédé, la poutre primaire présente donc également une section prépondérante du côté de l'axe neutre de la poutre finale où se trouve la fibre de celle--ci la plus tendue en service.
La présente invention a comme objet un procédé de construction de poutres permettant de réaliser une économie de matériau et une réduction de l'effort maximum de précontrainte pour l'obtention d'une poutre isostatique ou hyperstatique capable de supporter les mêmes charges que les poutres réalisées par les procédés connus.
Dans le procédé suivant l'invention, on donne à la partie de la poutre primaire située du. coté de l'axe neutre de la poutre finale où se trouve la fibre les plus comprimée en service, une section plus grande qu'à
<Desc/Clms Page number 2>
la partie de la poutre primaire située de 1 autre côte de l'axe neutre de la poutre finale..
Si on réalise une poutre isostatique par le procédé suivant l'in- vention, c'est-à-dire une poutre dans laquelle les charges de service provoquent la plus grande compression dans la fibre supérieure, la section de la poutre primaire se trouve donc en prépondérance au-dessus de l'axe neutre tandis que dans les poutres isostatiques connues susdites, la section de la poutre primaire se trouve en prépondérance en dessous de l'axe neutre de la poutre finale, Il est à noter, en outre, que dans le procédé selon l'invention appliqué à la réalisation d'une poutre isostatique, la fibre extérieure de 1;
, poutre primaire qui sera une fibre extérieure de la poutre finale est sa fibre supérieure et que celle-ci est soumise à une traction par la précontrainte de la poutre primaire avant sa réunion à la poutre secondaire tandis que dans les procédés connus, la fibre extérieure de la poutre primaire qui sera en même temps une fibre extérieure de la poutre finale est sa fibre inférieure et que celle-ci est soumise à une compression par la précontrainte de la poutre primaire avant sa réunion à la poutre secondaire.
Dans le cas de la réalisation d'une poutre isostatique sur deux appuis, les moments dus au poids mort et aux charges de service donnent des compressions dans la fibre supérieure et des tractions dans la fibre inférieure. Dans le cas de la réalisation d'une poutre hyperstatique, les moments changent de signe dans certaines zones et, dans ce cas, le sens de la précontrainte doit aussi y changer de signe. En outre, dans les parties de la poutre primaire, qui correspondent aux parties de la poutre'finale dans lesquelles le moment fléchissant dû aux charges de service a changé de signe, la section, au lieu d'être plus graride au-dessus de l'axe neutre de la poutre finale qu'en dessous de cet axe, doit être plus grande en-dessous de cet axe neutre qu'au-dessus de celui-ci.
Il est à noter également que, bien que le procédé suivant l'invention soit un procédé de construction d'une poutre précontrainte, il n' est pas toujours indispensable de soumettre la poutre finale à une précontrainte après que la poutre secondaire a été réunie à la poutre primaire.
En effet, la poutre secondaire peut, par exemple, être constituée par des éléments préfabriqués et précontraints avant leur liaison à la poutre primaire ou par une table en acier et dans ce cas une précontrainte de la poutre finale n'est pas nécessaire.
L'économie en matériau résultant du procédé selon l'invention peut s'expliquer par le fait que, grâce à la précontrainte exercée sur une poutre primaire située comme indiqué ci-dessus dans la poutre finale, il est possible de réaliser, pour un effort de précontrainte donné, des tractions dans la fibre supérieure de cette poutre primaire, plus grandes que celles qu'on aurait pu provoquer avec les procédés connus.
La force de précontrainte à exercer pour créer, dans la fibre supérieure de la poutre primaire d'une poutre finale isostatique, une traction donnée est plus petite que si on avait exercé cet effort sur la poutre finale ou sur une poutre primaire située en prépondérance en dessous de l' axe neutre de la poutre finale parce que le bras de levier avec lequel cette force de précontrainte agit sur la fibre supérieure de la poutre primaire dans le procédé selon l'invention est plus grand que dans les procédés connus. En outre, par rapport au cas où on précontraint uniquement toute la section de la poutre finale, la précontrainte préalable de la poutre pri- maire dans lé procédé selon l'invention nécessite également un effort plus ' petit parce que la section est moindre.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexé:: au présent mémoire, qui re- présentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, quelques formes d'exécution de la poutre obtenue par le procédé selon l'invention.
<Desc/Clms Page number 3>
La figure 1 est une coupe transversale selon la ligne 1-1 de la figure 2 dans une poutre isostatique sur deux appuis en béton armé précon- traint, obtenue par le procédé suivant l'invention.
La figure 2 est une vue du dessous d'une partie de cette poutre.
Les figures 3 à 7 sont des coupes transversales analogues à celle de la figure 1 dans d'autres poutres isostatiques obtenues par le procédé selon l'invention.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Supposons qu'on doive réaliser un pont en béton armé de 30 mètres de portée et de 3 mètres de largeur à l'aide de poutres dont la hauteur ne peut pas dépasser 1 mètre et que la charge utilese par mètre carré s'élèvera à 1600 kilos.
On peut exécuter ce pont à l'aide d'une poutre en caisson de 1 mètre de haut constituée par une poutre primaire précontrainte telle que celle désignée par 2 à la figure 1 et par une poutre secondaire 3. La poutre primaire comprend une table supérieure 4 ainsi que des saillies 5 dirigées vers le bas et constituant les âmes de la poutre finale en forme de caisson. Les saillies 5 présentent une base élargie 6.
On commence par mettre en place la poutre primaire 2 et, après durcissement de son béton, on la précontraint excentriquement de façon à provoquer des tractions dans sa fibre supérieure et des compressions dans sa fibre inférieure. Dans ces conditions, sa face supérieure est donc convexe. Les armatures de précontrainte sont, par exemple, logées dans des gaines 7 ménagées dans les bases 6. L'effort de précontrainte doit bien entendu être limité de façon que les taux de traction et de compression ne dépassent pas les valeurs admises pour le béton.
La poutre secondaire 3 de la figure 1 est une table préfabriquée qui a été soumise à compression uniforme par des fils en acier dont quelques uns sont représentés en 15. On la suspend à la poutre primaire, par exemple, par des tiges en acier non représentées, avant d'exercer la précontrainte de la poutre primaire ou après avoir exercée cette précontrainte. Cette table ne s'étend pas nécessairement sur toute la longueur de la poutre finale. Ses faces 8 (figure 2) en regard des faces 9 des bases 6 présentent des redents 10 laissant subsister entre eux des alvéoles 11. Des redents semblables 12 sont prévus le long-dès faces 9 en regard des redents 10 et laissent subsister entre eux des alvéoles 13.
Pendant que la poutre primaire 2 est maintenue précontrainte, on remplit les alvéoles 11 et 13 de béton 14 pour la rendre solidaire de la poutre secondaire 3.
Après cette solidarisation des poutres primaire et secondaire et enlèvement de l'étançonnage de la poutre primaire, le poids de la poutre secondaire provoque une certaine perte de précontrainte dans la poutre primaire. On peut ramener la précontrainte dans celle-ci à sa valeur primitive en soumettant la poutre finale à une nouvelle précontrainte excentrée dans le même sens que celle qui a été appliquée à la poutre primaire lorsque celle-ci n'était pas encore solidaire de la poutre secondaire. Les armatures par lesquelles cette deuxième précontrainte est réalisée sont, par exemple, logées en 16.
En effectuant cette deuxième précontrainte, on peut également compenser la perte de précontrainte qui a eu lieu depuis la première précontrainte des poutres primaire et secondaire et, par conséquent, la perte de précontrainte à laquelle la poutre terminée sera finalement soumise n' est plus qu'une fraction de celle qui aurait eu lieu si la précontrainte n'avait été effectuée que sur la poutre finale, comme c'est le cas dans les procédés de construction en béton armé précontraint ordinaire.
Le calcul montre qu'en donnant aux longueurs a, b, c, d, e, f,
<Desc/Clms Page number 4>
g, h, i de la figure 1 les valeurs respectives de 25, 10, 20, 20,25, 60, 3, 150 et 20 centimètres et en appliquant à la poutre primaire une première précontrainte de 1.111.800 kilos, à la poutre secondaire préfabriquée, une précontrainte de 562.500 kilos et à la poutre finale une précontrainte de 270.000 kilos on réalise, par rapport au béton précontraint ordinaire une économie de béton de 38,4%, une économie d'acier de 28,8%, une économie de gaines de 70% et une économie de plaques d'ancrage des armetures de précontrainte de 49,3%.
En outre,les tensions de compression maxima sont sensiblement les mêmes que dans le cas précédent tandis que la tension de traction maximut inférieure n'est que de 63,7% de celle réalisée dans le béton précontraint ordinaire.,
Dans le cas de la variante représentée à la figure 3, on choisit ¯pour la poutre primaire 2, la table supérieure de la poutre finale dont il a été question à la figure 1 mais dont les alvéoles 11 et 13 n'existent plus.
La poutre secondaire 3 comprend dans ce cas, en plus de la table inférieure 17, des saillies 18 dirigées vers le haut et constituant les âmes de la poutre finale en forme de caisson. Dans cette variante, la poutre primaire a donc une section entièrement au-dessus de l'axe neutre de la poutre finale.
Pour précontraindre la poutre primaire, on profite de l'existen- ce de traverses qui réunissent de place en place les saillies 17 lorsque la poutre secondaire a été mise en place. Les armatures de précontrainte de la poutre primaire sont logées vers la partie inférieure de-la poutre finale.
Leur excentricité par rapport à l'axe neutre de la poutre primaire peut atteindre facilement 82,5 centimètres. Après précontrainte de la poutre primaire et étançonnage de celle-ci, on coule la poutre secondaire en place et, de ce fait, on enrobe complètement les armatures de précontrainte de la poutre primaire. On peut donc tenir compte de l'existence de ces armatures dans le calcul du moment d'inertie de la poutre finale.
Des trous 18 sont ménagés dans la poutre primaire 2 afin de pouvoir y couler le béton des saillies 17 constituant l'âme de la poutre finale.
Ces trous sont remplis de béton après coulée de ces saillies.
La précontrainte appliquée à la poutre finale peut également compenser la perte de précontrainte qui s'est produite depuis la précontrainte de la poutre primaire.
En appliquant à la poutre primaire un effort de précontrainte excentré de 271.000 kilos et à la poutre finale, un effort de précontrainte de 1. 500.000 kilos, on réalise des tensions maxima de compression et de traction du même ordre que dans le cas de la variante représentée à la figure 1 mais sous un effort total de précontrainte qui n'est plus que de 1.771.000 kilos au lieu de 1.944.300 kilos. On obtient donc une économie d'effort dé 9%. Par rapport à l'effort nécessaire' dans le cas 'de béton armé préconest traint crdinaire, l'énonomie est de 35% car, dans ce dernier cas, il faut exercer un effort de 2.730.000 kilos.
La comparaison des efforts à mettre en oeuvre pour précontraindre la poutre dans ces deux cas fait ressortir qu'on a avantage à donner une petite valeur au rapport de la section de la poutre primaire à la section de la poutre finale. C'est le calcul qui doit déterminer dans chaque cas particulier quelle est la plus petite valeur admissible de ce rapport pour que les tensions à la fibre supérieure et à la fibre inférieure de la poutre primaire ne dépassent pas les valeurs autorisées, au moment de la pre- mière précontrainte.
A la figure 4, on a représenté la section de béton d'une poutre finale en forme de caisson,de 100 mètres deportée, de 6 mètres de largeur et de hauteur maximum de 4,5 spires. Cette pout e a été obtenue par le procédé selon l'invention et est capable de résister aux charges suivantes.
<Desc/Clms Page number 5>
Elle reçoit sur ses bords tous les 10 mètres des poutres auxili- aires dont la portée est de 19 mètres. Celles-ci supportent à leur tour des poutres tertiaires de 10 mètres de portée qui sont distantes de 2 mètres.
Sur ces poutres tertiaires, reposent des dalles de 2 mètres de portée pesant 40 kilos par mètre carré. Ces dalles constituent une toiture et son recouvertes d'une chape d'étanchéification dont le poids est de 20 kilos/m 2 La surcharge de la toiture en cas de chute de neige est estimée à 50 kilos/m ; Les poids des poutres tertiaire et auxiliaire sont respectivement de 40 kilos/m2 et de 60 kilos/ , Le moment total dû aux surcharges de cette poutre s'élève à 6.025.000 kilogrammètres.
On constitue la poutre primaire 2 par une table supérieure 4 et une partie 19 des âmes de la poutre finale en caisson, Après précontrainte et étançonnage de cette poutre primaire, on bétonne la poutre seondaire qui
EMI5.1
comprend le raatant 20 des âmes et une table inférieure 21. Tie béton de celle-ci enrobe les armatures de précontrainte de la poutre primaire qui passent, par exemple, à 377 centimètres de l'axe neutre de la poutre primaire.
EMI5.2
Pour des dimensions ,3,, k, m, n, .12" ±1 respectivement de 75, 300, 450, 20, 20 et 600 centimètres, en appliquant à la poutre primaire une pre-
EMI5.3
mière précontrainte de 4.520.000 kilos, â la poutre finale une deuxième pré- contrainte de 4.070.000 kilos, on réalise, par rapport au béton précontraint ordinaire une économie de 32% sur la section de béton et de 35% sur la section d'acier. La diminution du poids mort qui en résulte pour une surface de toiture de 100 mètres sur 50 mètres est de 840.000 kilos ce qui permet de réaliser en outre une économie sur les fondations, Les tensions maxima de compression et de traction sont du même ordre de grandeur que pour la solution en béton précontraint ordinaire.
En outre, l'effort total de précontrainte à exercer n'est que de 65,2% de celui à exercer pour la précontrainte ordinaire,,
A la figure 5, on a représenté une autre poutre obtenue par le procédé selon l'invention et qui comprend une poutrelle métallique composée dont la table supérieure est renforcée par une dalle en béton,
Cette poutre fait partie d'un pont de 30 mètres de portée et de 3 mètres de largeur qui doit résister à une surcharge de 1850 kilos par mètre carré. La hauteur maximum tolérée est de 1,2 mètre.
La poutre primaire est constituée par une poutrelle laminée D.I.E. 100 en acier ordinaire connu techniquement sous la dénomination A 37.
Cette poutrelle est désignée par 22. Sa table supérieure 23 est renforcée par un plat 24 de 60 centimètres de largeur sur 4 centimètres d'épaisseur en acier A 37. L'ensemble constitué par les parties 23 et 24 ainsi que par la partie supérieure 25 de l'âme de la poutrelle 22 est enrobé dans une dalle en béton 26 de 3 mètres de largeur et de 25 centimètres d'épaisseur.
Après précontrainte de cette poutre primaire dans le sens provoquant une traction à la fibre supérieure et une compression à la fibre
EMI5.4
inférieure et après étançonnage gn soude à la table inférieure 27 de la poutrelle 22 un plat 28 en a V à, ààat%,ialê siwbea obr ztnim, touthi9gmemht #&cnrtbr'didi\('A"52'.'b+,Ge que le, plat 2 <tt6B oel84 QJl :peut.9 Bi ktlm'.I'I.I.tm81lteaàemh1e à.-ralet1}Xi.¯: . précontrainte.
Pour une précontrainte unique de 517.000 kilos appliquée à la poutre primaire avec une excentricité de 85 centimètres, on constate, après avoir tenu compte d'une perte de précontrainte de 5% dans la poutre primaire par suite du soudage de la poutre secondaire et d'une perte de précontrainte supplémentaire de 10% agissant sur la poutre finale, que, sous charge maxi- mum, la compression dans la fibre supérieure de la partie en acier est de 982,5 kilos/cm2 et que la traction dans la fibre inférieure en acier A37 de la poutre primaire est de 1273,8 kilos/cm2.
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
Dan, ies mêmes conditions, la tt;;r!3::"ui1 maximum de compression dans le béton de la table supérieure est de 1:.. k.o; 'cm2 en admettant que la ten- sion dans le béton est le sixième de la tension dans l'acier.
Enfin, la tension maximum de traction dans le plat 28 en acier A52 de la poutre secondaire est de 2518,8 kilos/c
Au lieu de renforcer la partie supérieure de la poutre primaire de la figure 5 par une dalle er. béton 26, on peut aussi la renforcer par un plat métallique très épais. il la figure 6,on a représenté la poutre finale que l'on obtient dans ce cas et qui supporte les mêmes charges que celle de la figure 5. Au plat 24, est soudé un plat 29 de 100 centimètres de largeur et ce 12,5 centimètres d'épaisseur. Le poids de ce dernier plat est à peu près la moitié de celui de la dalle en béton 26 de la figure 5.
Une autre solution du même problème est représentée à la figure 7, où on voit qu'on a choisi pour la poutre primaire la table supérieure 30
EMI6.2
et une partie de le â.ai-nt1 caisie Etmbbié-m on "'aÍ'nj± )21;q#Î"-mire15e- ia '-SsbIiR- 30" et, -une partie, de' 'fâmeo cette ooutôcàeesvét une poutrelle D.I.F- 100 constituée par de licier A52.
La table en béton armé 32 est armée en compression par 250 cm2 de fils en acier 33 disposée
EMI6.3
à sa partie supérieure et dont quelques uni asulemeat sont "Pré'gMt6%
Après durcissement de ce béton, on exerce un effort de précontrainte de 231.000 kilos avec une excentricité de 96,65 centimètres à l'aide de fils logés en 16. Ensuite, on soude en 34 le reste de la poutrelle 31 et on exerce une deuxième précontrainte de 412.000 kilos avec une exentricité de 87,7 centimètres.
EMI6.4
Si les longxeumr, s, t, u, v, w sont respectivement de 300, 25,72, 28, 20 et 5 centimètres, le calcule montre que cette solution nécessite une augmentation d'acier A52 de 48,5% par rapport à la première solution de ce problème mais permet une diminution d'acier A37 de 58%. Les armatures de précontrainte subissent une augmentation de section de 24,5%.
Dans l'ensemble, la diminution de la section d'acier est de 24,5%.
Il est à noter toutefois que les tensions réalisées avec la dernière solution sont beaucoup plus petites.
Pour obtenir à peu près les mêmes tensions, on peut se contenter d'un effort de 300.000 kilos pour la deuxième précontrainte. Dans ces conditions, l'effort total de précontrainte est à peu près le même dans la première et dans la dernière solution mais la table supérieure est alors im-
EMI6.5
"ti1port8.1!I;#.t+cn:.,pettt'Sttpprii Tcw 6' grande. partie d,.,..l t:!: 'ku;-.. ont J'armature supérieure de cette tbl9 -¯t..¯4eEloW-@?è' :eiuoq9JL,Srespkat :Qé1r.éaa..t que l'autre,
L'invention a également comme objet les poutres obtenues par le procédé selon l'invention.
Si la poutre à réaliser est une poutre hyperstatique dont les moments changent de signe dans certaines zones, les efforts de précontrainte à appliquer doivent également changer de signe dans ces zones. Dans celles-ci,c'est la partie inférieure de la poutre finale qui doit d'abord être exécutée au lieu de la partie supérieure et cette partie inférieure doit y présenter une plus grande section sous l'axe neutre de la poutre finale tandis que dans les poutres isostatiques c'est la partie de la poutre primaire au-dessus de cet axe qui a une section plus grande que l'autre partie de la même poutre primaire.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a method for constructing a beam, called final beam, in a prestressed material, in which two parts of the final beam, called respectively "primary beam" and "secondary beam", are successively placed, the primary beam is eccentrically pre-stressed before the installation of the secondary beam in the direction causing, in its fiber which will be an external fiber of the final beam, a tension of opposite sign to that of the tension caused in this fiber by the service loads and the secondary beam is then joined to the primary beam while the latter is maintained prestressed.
In a known method of producing in two phases an isostatic beam on two supports,
the primary beam constitutes the lower part of a final concrete beam. It is prefabricated and pre-stressed in the direction causing traction in its upper fiber and compression in its lower fiber and, after its installation and shoring, it serves as a support for the secondary beam which is cast directly in place. . In a variant, the primary beam comprises the whole part under the neutral axis of the final beam (and possibly a fraction of the part above this axis) and the center of the prestressing is located at the lower edge of the central core. In another variant, the prefabricated and prestressed primary beam extends only over a fraction of the part of the final beam below the neutral axis and is located at the lower part of this part.
In this variant, the final beam is comparable to an ordinary reinforced concrete beam in which the ordinary steel reinforcement has been replaced by a precast prestressed element, Therefore, just like in an ordinary reinforced concrete beam, there is, at -above the prefabricated part, an area where the concrete is subjected to traction. In addition, it is necessary to take into account the shearing force as in an ordinary reinforced concrete beam. In these two variants, the primary beam therefore has a predominant section on the side of the neutral axis of the final beam where the fiber of the latter is most tensed in service.
In another known process for producing an isostatic beam in two phases, the primary beam constitutes a kind of reinforced concrete beam in a final beam which further comprises, as a secondary beam, a reinforced concrete table cast in upper level of the primary beam, on each side thereof, After casting the primary beam, it is prestressed in the direction causing a traction in its upper fiber and a compression in its lower fiber and it is strangled before to cast the secondary beam.
After hardening of this one, one removes the props of the final beam and this one bends under the effect of the weight of the secondary beam, This results in a decrease in the compression of the lower fiber which allows the execution of a second prestress in the same direction as that which was applied only to the primary beam. This second prestress is carried out so as to bring the compressive tension of the fiber lower than the value that it had µ at the end of the prestress of the primary beam. In this process, the primary beam therefore also has a predominant cross section on the side of the neutral axis of the final beam where the fiber of the latter is the most tensed in service.
The present invention relates to a method for constructing beams making it possible to save material and reduce the maximum prestressing force for obtaining an isostatic or hyperstatic beam capable of supporting the same loads as the beams produced. by known methods.
In the method according to the invention, the part of the primary beam located is given. side of the neutral axis of the final beam where the most compressed fiber is located in service, a section greater than
<Desc / Clms Page number 2>
the part of the primary beam located on 1 other side of the neutral axis of the final beam.
If an isostatic beam is produced by the method according to the invention, that is to say a beam in which the service loads cause the greatest compression in the upper fiber, the section of the primary beam is therefore in preponderance above the neutral axis while in the aforementioned known isostatic beams, the section of the primary beam is found in preponderance below the neutral axis of the final beam, It should be noted, moreover, that in the method according to the invention applied to the production of an isostatic beam, the outer fiber of 1;
, primary beam which will be an external fiber of the final beam is its upper fiber and that the latter is subjected to a tension by the prestressing of the primary beam before its meeting with the secondary beam while in the known methods, the external fiber of the primary beam which will be at the same time an external fiber of the final beam is its lower fiber and that this one is subjected to a compression by the prestressing of the primary beam before its meeting with the secondary beam.
In the case of the realization of an isostatic beam on two supports, the moments due to the dead weight and to the service loads give compressions in the upper fiber and pulls in the lower fiber. In the case of the realization of a hyperstatic beam, the moments change sign in certain zones and, in this case, the direction of the prestress must also change sign there. Furthermore, in those parts of the primary beam, which correspond to those parts of the final beam in which the bending moment due to service loads has changed sign, the section, instead of being larger above the l The neutral axis of the final beam than below this axis, must be greater below this neutral axis than above it.
It should also be noted that, although the method according to the invention is a method of constructing a prestressed beam, it is not always essential to subject the final beam to a prestress after the secondary beam has been joined together. the primary beam.
Indeed, the secondary beam can, for example, be formed by prefabricated and prestressed elements before their connection to the primary beam or by a steel table and in this case a prestressing of the final beam is not necessary.
The saving in material resulting from the method according to the invention can be explained by the fact that, thanks to the prestressing exerted on a primary beam located as indicated above in the final beam, it is possible to achieve, for a force of given prestress, tensile forces in the upper fiber of this primary beam, greater than those which could have been caused with the known methods.
The prestressing force to be exerted to create, in the upper fiber of the primary beam of an isostatic final beam, a given tension is smaller than if one had exerted this force on the final beam or on a primary beam situated in preponderance in below the neutral axis of the final beam because the lever arm with which this prestressing force acts on the upper fiber of the primary beam in the method according to the invention is greater than in the known methods. In addition, compared with the case where only the entire section of the final beam is prestressed, the pre-stressing of the primary beam in the process according to the invention also requires a smaller force because the section is smaller.
Other features and details of the invention will become apparent from the description of the drawings appended to this specification, which schematically represent, and by way of example only, some embodiments of the beam obtained by method according to the invention.
<Desc / Clms Page number 3>
FIG. 1 is a transverse section along line 1-1 of FIG. 2 in an isostatic beam on two supports in precast reinforced concrete, obtained by the process according to the invention.
Figure 2 is a bottom view of part of this beam.
FIGS. 3 to 7 are cross sections similar to that of FIG. 1 in other isostatic beams obtained by the process according to the invention.
In these different figures, the same reference notations designate identical elements.
Suppose we have to make a reinforced concrete bridge with a span of 30 meters and a width of 3 meters using beams whose height cannot exceed 1 meter and that the load used per square meter will be 1600 kilos.
This bridge can be made using a box girder 1 meter high constituted by a prestressed primary beam such as that designated by 2 in figure 1 and by a secondary beam 3. The primary beam comprises an upper table 4 as well as protrusions 5 directed downwards and constituting the webs of the final box-shaped beam. The protrusions 5 have an enlarged base 6.
We start by installing the primary beam 2 and, after hardening of its concrete, it is pre-stressed eccentrically so as to cause traction in its upper fiber and compressions in its lower fiber. Under these conditions, its upper face is therefore convex. The prestressing reinforcements are, for example, housed in sheaths 7 formed in the bases 6. The prestressing force must of course be limited so that the tensile and compression rates do not exceed the values allowed for concrete.
The secondary beam 3 of Figure 1 is a prefabricated table which has been subjected to uniform compression by steel wires, some of which are shown at 15. It is suspended from the primary beam, for example, by steel rods not shown. , before exerting the prestressing of the primary beam or after having exerted this prestressing. This table does not necessarily extend over the entire length of the final beam. Its faces 8 (Figure 2) facing the faces 9 of the bases 6 have cusps 10 leaving cells 11 between them. Similar cusps 12 are provided along the faces 9 opposite the cogs 10 and leave between them alveoli 13.
While the primary beam 2 is kept prestressed, the cells 11 and 13 are filled with concrete 14 to make it integral with the secondary beam 3.
After this securing of the primary and secondary beams and removal of the shoring of the primary beam, the weight of the secondary beam causes a certain loss of prestressing in the primary beam. One can bring back the prestress in this one to its primitive value by subjecting the final beam to a new offset prestressing in the same direction as that which was applied to the primary beam when this one was not yet integral with the beam secondary. The reinforcements by which this second prestress is carried out are, for example, housed at 16.
By carrying out this second prestressing, one can also compensate for the loss of prestressing which has taken place since the first prestressing of the primary and secondary beams and, consequently, the loss of prestress to which the finished beam will finally be subjected is no more than a fraction of that which would have occurred if the prestressing had only been carried out on the final beam, as is the case in construction processes with ordinary prestressed reinforced concrete.
The calculation shows that by giving the lengths a, b, c, d, e, f,
<Desc / Clms Page number 4>
g, h, i of figure 1 the respective values of 25, 10, 20, 20.25, 60, 3, 150 and 20 centimeters and by applying to the primary beam a first prestress of 1,111,800 kilos, to the beam prefabricated secondary, a prestressing of 562,500 kilos and at the final beam a prestressing of 270,000 kilos, compared to ordinary prestressed concrete, a concrete saving of 38.4%, a steel saving of 28.8%, a saving of of sheaths of 70% and a saving of anchor plates for prestressing reinforcement of 49.3%.
In addition, the maximum compressive stresses are substantially the same as in the previous case while the lower maximum tensile stress is only 63.7% of that achieved in ordinary prestressed concrete.,
In the case of the variant shown in figure 3, one chooses ¯ for the primary beam 2, the upper table of the final beam of which it was question in figure 1 but of which the cells 11 and 13 no longer exist.
The secondary beam 3 in this case comprises, in addition to the lower table 17, projections 18 directed upwards and constituting the webs of the final box-shaped beam. In this variant, the primary beam therefore has a section entirely above the neutral axis of the final beam.
In order to prestress the primary beam, advantage is taken of the existence of cross members which join the projections 17 from place to place when the secondary beam has been placed. The prestressing reinforcements of the primary beam are housed towards the lower part of the final beam.
Their eccentricity with respect to the neutral axis of the primary beam can easily reach 82.5 centimeters. After prestressing the primary beam and shoring it, the secondary beam is cast in place and, therefore, the prestressing reinforcements of the primary beam are completely coated. We can therefore take into account the existence of these reinforcements in the calculation of the moment of inertia of the final beam.
Holes 18 are made in the primary beam 2 in order to be able to pour therein the concrete of the projections 17 constituting the web of the final beam.
These holes are filled with concrete after casting these protrusions.
The prestress applied to the final beam can also compensate for the loss of prestress that has occurred since the prestressing of the primary beam.
By applying an eccentric prestressing force of 271,000 kilos to the primary beam and to the final beam a prestressing force of 1,500,000 kilos, maximum compressive and tensile stresses are achieved of the same order as in the case of the variant. shown in Figure 1 but under a total prestressing force which is only 1,771,000 kilos instead of 1,944,300 kilos. We therefore obtain a saving of effort of 9%. Compared to the effort required 'in the case' of pre-tested reinforced concrete, the economy is 35% because, in the latter case, a force of 2,730,000 kilos must be exerted.
The comparison of the forces to be implemented to prestress the beam in these two cases shows that it is advantageous to give a small value to the ratio of the section of the primary beam to the section of the final beam. It is the calculation which must determine in each particular case which is the smallest admissible value of this ratio so that the tensions at the upper fiber and at the lower fiber of the primary beam do not exceed the authorized values, at the time of the first prestressing.
In Figure 4, there is shown the concrete section of a final box-shaped beam, 100 meters offset, 6 meters wide and maximum height of 4.5 turns. This beam was obtained by the process according to the invention and is capable of withstanding the following loads.
<Desc / Clms Page number 5>
It receives on its edges every 10 meters auxiliary beams with a span of 19 meters. These in turn support tertiary beams with a span of 10 meters which are 2 meters apart.
On these tertiary beams rest slabs with a span of 2 meters weighing 40 kilos per square meter. These slabs constitute a roof and its covered with a waterproofing screed the weight of which is 20 kilos / m 2 The overload of the roof in the event of snowfall is estimated at 50 kilos / m; The weights of the tertiary and auxiliary beams are respectively 40 kg / m2 and 60 kg /. The total moment due to the overloads of this beam amounts to 6,025,000 kg.
The primary beam 2 is formed by an upper table 4 and a part 19 of the webs of the final box beam, After prestressing and shoring of this primary beam, the secondary beam is concreted which
EMI5.1
comprises the raatant 20 of the webs and a lower table 21. Tie concrete thereof coats the prestressing reinforcements of the primary beam which pass, for example, at 377 centimeters from the neutral axis of the primary beam.
EMI5.2
For dimensions, 3 ,, k, m, n, .12 "± 1 respectively of 75, 300, 450, 20, 20 and 600 centimeters, by applying to the primary beam a pre-
EMI5.3
first prestress of 4,520,000 kilos, at the final beam a second pre-stress of 4,070,000 kilos, compared to ordinary prestressed concrete a saving of 32% on the concrete section and 35% on the section d 'steel. The resulting reduction in dead weight for a roof area of 100 meters by 50 meters is 840,000 kilos which also allows savings to be made on the foundations, The maximum compressive and tensile stresses are of the same order of magnitude than for the ordinary prestressed concrete solution.
In addition, the total prestressing force to be exerted is only 65.2% of that to be exerted for ordinary prestressing ,,
In Figure 5, there is shown another beam obtained by the method according to the invention and which comprises a composed metal beam whose upper table is reinforced by a concrete slab,
This beam is part of a bridge with a span of 30 meters and a width of 3 which must withstand an overload of 1,850 kilos per square meter. The maximum tolerated height is 1.2 meters.
The primary beam is made up of a D.I.E. 100 in ordinary steel known technically under the name A 37.
This beam is designated by 22. Its upper table 23 is reinforced by a plate 24 60 centimeters wide by 4 centimeters thick in A 37 steel. The assembly made up of the parts 23 and 24 as well as the upper part 25 of the web of the joist 22 is encased in a concrete slab 26 3 meters wide and 25 centimeters thick.
After prestressing this primary beam in the direction causing traction at the upper fiber and compression at the fiber
EMI5.4
lower and after shoring gn welds to the lower table 27 of the joist 22 a flat 28 in a V to, ààat%, ialê siwbea obr ztnim, touthi9gmemht # & cnrtbr'didi \ ('A "52'. 'b +, Ge that the , flat 2 <tt6B oel84 QJl: can.9 Bi ktlm'.I'IItm81lteaàemh1e à.-ralet1} Xi.¯:. preload.
For a single prestressing of 517,000 kilos applied to the primary beam with an eccentricity of 85 centimeters, it is observed, after taking into account a loss of prestress of 5% in the primary beam following the welding of the secondary beam and an additional loss of prestressing of 10% acting on the final beam, that, under maximum load, the compression in the upper fiber of the steel part is 982.5 kilos / cm2 and that the tension in the lower fiber in A37 steel primary beam is 1273.8 kilos / cm2.
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
Under the same conditions, the tt ;; r! 3 :: "ui1 maximum compression in the concrete of the upper table is 1: .. ko; 'cm2 assuming that the tension in the concrete is the sixth of the tension in the steel.
Finally, the maximum tensile stress in the A52 steel plate 28 of the secondary beam is 2518.8 kilos / c
Instead of reinforcing the upper part of the primary beam of figure 5 by a slab er. concrete 26, it can also be reinforced with a very thick metal plate. Figure 6 shows the final beam that is obtained in this case and which supports the same loads as that of Figure 5. To the plate 24, is welded a plate 29 of 100 centimeters in width and 12, 5 centimeters thick. The weight of this last plate is about half that of the concrete slab 26 in Figure 5.
Another solution of the same problem is shown in figure 7, where we see that we have chosen for the primary beam the upper table 30
EMI6.2
and part of the â.ai-nt1 caisie Etmbbié-m on "'aÍ'nj ±) 21; q # Î" -mire15e- ia' -SsbIiR- 30 "and, -part, of '' fameo this ooutôcàeesvét a DIF-100 joist made up of A52.
The reinforced concrete table 32 is reinforced in compression by 250 cm2 of steel wires 33 arranged
EMI6.3
at its upper part and some uni asulemeat are "Pré'gMt6%
After hardening of this concrete, a prestressing force of 231,000 kilos is exerted with an eccentricity of 96.65 centimeters using wires housed at 16. Then, the rest of the beam 31 is welded at 34 and a second is exerted. preload of 412,000 kilos with an eccentricity of 87.7 centimeters.
EMI6.4
If the longxeumr, s, t, u, v, w are respectively 300, 25.72, 28, 20 and 5 centimeters, the calculation shows that this solution requires an increase of A52 steel of 48.5% compared to the first solution of this problem but allows a reduction of A37 steel of 58%. The prestressing reinforcements undergo a section increase of 24.5%.
Overall, the reduction in the steel section is 24.5%.
It should be noted however that the tensions carried out with the last solution are much smaller.
To obtain approximately the same tensions, one can be satisfied with a force of 300,000 kilos for the second prestressing. Under these conditions, the total prestressing force is about the same in the first and in the last solution but the upper table is then im-
EMI6.5
"ti1port8.1! I; #. t + cn:., pettt'Sttpprii Tcw 6 'large. part of,., .. lt:!:' ku; - .. have the upper reinforcement of this tbl9 -¯ t..¯4eEloW - @? è ': eiuoq9JL, Srespkat: Qé1r.éaa..t that the other,
The subject of the invention is also the beams obtained by the method according to the invention.
If the beam to be produced is a hyperstatic beam whose moments change sign in certain areas, the prestressing forces to be applied must also change sign in these areas. In these, it is the lower part of the final beam that must first be executed instead of the upper part and this lower part must present a larger section under the neutral axis of the final beam while in isostatic beams it is the part of the primary beam above this axis which has a larger section than the other part of the same primary beam.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.