EP0280621A1 - Système d'appui et d'accrochage de poutres de longue portée - Google Patents
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- EP0280621A1 EP0280621A1 EP88400397A EP88400397A EP0280621A1 EP 0280621 A1 EP0280621 A1 EP 0280621A1 EP 88400397 A EP88400397 A EP 88400397A EP 88400397 A EP88400397 A EP 88400397A EP 0280621 A1 EP0280621 A1 EP 0280621A1
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- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/36—Bearings or like supports allowing movement
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
- E04C3/38—Arched girders or portal frames
Definitions
- the present invention relates, in general, the realization of large spans such as those encountered in what is known as "large areas" and in industrial halls by the combination, on the one hand , preferably glulam beams, or composite materials, and excluding metallic or concrete materials, of long span constituting the parallel sides of the meshes with conventional crosspieces and, on the other hand, of a frame support metal.
- the present invention relates to the improved system for supporting and hanging long-span beams made of glulam or composite materials, on metal support posts, a system arranged so as to allow the vertical reaction to be transferred. of the weight of the beam in a pushing effort in the corresponding post and thus create, in the beam, a horizontal force of longitudinal stress which has the result of increasing the possible span of said beam.
- each post is provided with at least one bracing leg articulated at its lower end on a hinge pin secured to the corresponding post and the upper end of which is provided with a receiving angle iron on which comes a corner end piece integral with the end of a long-span beam, by means of contact parts with which said end piece is provided, whereby the vertical reaction of the weight of the beam is transferred in a pushing effort in the axis of the leg corresponding, which force creates a horizontal force of longitudinal stress in the corresponding long-span beam.
- each of the posts running along the length of the construction comprises two jib legs, arranged and articulated symmetrically with respect to the longitudinal axis of symmetry of the post and intended to each receive the end piece of a long beam reach, whereby the two arching forces in the two legs are balanced;
- each of the edge posts has only one bracing arch leg intended to receive the end piece of the long-span beam at the end of the construction, the second bracing arch leg being replaced by a strut bracing balancing the bracing effort applied to the post by the bracing leg.
- the invention generally relates to the production of large spans by the combination: - on the one hand, long-span beams, such as 1A, 1B, 1C ... in glulam or composite materials, and excluding metallic or concrete materials, constituting the longitudinal parallel sides of the meshes; - on the other hand, a metal support structure consisting of posts such as 2A, 2B, 2C ... with an H section.
- the invention relates more particularly to the improved support and attachment system for beams 1A, 1B, 1C ... on the corresponding posts 2A, 2B, 2C ....
- each support system has a double support hub, namely: 3A1, 3A2 for the post 2A and the beam 1A; 3B1, 3B2 for the post 2B and the beams 1B and 1A, 3C1, 3C2 for the post 2C and the beams 1C and 1B; and so on until the last edge post (not shown) which is at the other end of the aligned beams.
- each system is arranged so as to allow the vertical reaction of the weight of the beam to be transferred in a pushing effort on the corresponding post and thus to create, in said beam, a horizontal force of longitudinal stress which results in increasing the maximum possible span of a beam of this type.
- the system is formed, symmetrically relative to the longitudinal axis of symmetry XX of the post, in this case 2B, of two identical arch legs 41, 42 articulated at their lower end, on an axis 51, 52 pinned on the post 2B, without qu 'There is neither friction nor moment, and which we will come back to in detail later.
- These legs are also provided, at their upper end, with support angles 61, 62.
- end angles 71, 72 are fixed for example by gluing, bolting or riveting, on the lower corner of the corresponding beams 1B, 1A, these angles comprising contact parts 81, 82 with the corresponding angles 61 , 62.
- anti-buckling reinforcement plates such as for example the plates
- Figures 7 and 8 show on a large scale the preferred embodiment of the invention.
- the end of the beam 1B is provided with an end piece 71 in the form of an angle iron, each of the wings of which is provided with a contact cylinder or half-cylinder 81 which comes to bear on the corresponding element 61 of the support angle welded to the upper end of the arching leg 41.
- the vertical and horizontal forces R V and R H as well as their point of application are perfectly determined and controllable, as soon as the beam 1B is placed (see Figure 1) on the arch legs pushing 3B1 and 3C2 of posts 2B and 2C.
- the horizontal stress thus created in the beam 1B allows, as we saw previously to increase the maximum possible span of said beam.
- the automatic catching up of the aging of the material constituting the beam will take place over time, preferably preferably glulam or composite materials such as woven polyester, tubes, fibers, etc. excluding metal and concrete.
- the end piece 71 only has a single contact cylinder with a large radius resting on the two wings of the angle iron 61 of the arching leg, but, here again, this solution would present difficulties. for fixing the single cylinder to the end piece and for controlling the support distances of both vertical R V and horizontal R H forces .
- the post 2B is extended upwards and is provided with head (see FIGS. 2 and 3) of two anti-spill beams 15A, 15B which are riveted in their center on the wings of the post 2B with H section, come to laterally enclose the heads of the beams 1B and 1A placed in the extension l one of the other.
- these same beams can be joined by plates such as 16A, 16B and serve as support for equipment, such as for example air conditioning, heating or the like.
- the angle ⁇ which the arching leg 41 must make with respect to the vertical axis of symmetry XX of the post 2B is determined as a function of the characteristic data of the constituent elements (beams, posts, minimum height under the ceiling, etc. .) of the long-range construction to be carried out.
- the mathematical theory would like that the center of gravity of the long span beam 1B, the geometric center of the end piece 71 with which said beam is provided, as well as the geometric center of the joint 51 on the post 2B are arranged on the same arc of circle.
- the angle ⁇ should be between 30 ° and 60 ° and preferably, since it is much simpler, from a practical construction point of view, equal to 45 °.
- the edge posts such as for example the post 2A of FIGS. 1 and 9 for which the horizontal effect of stress R H which occurs in part 1A and which is transferred into an effect d arc boutement R P on the post 2A is not balanced by the symmetrically opposite action of another beam as is the case for example in the case of the column 2B, must necessarily be compensated here by a strut bracing 3A2 which is riveted at its upper end to the wings of the post 2A and is arranged in the extension of the arching leg 3A1 to come to bear by its lower end on the ground as shown clearly in Figure 1. L the whole is thus perfectly balanced.
- the invention proposes an improved system making it possible to ensure the support and the attachment of long-span beams of glulam or composite materials on metal support posts comprising, on each post, at least one leg d buttress arch articulated at its lower end to said post and by which one end of a long-span beam is supported by the post, contact pieces arranged on the beam or at the upper end of the bracing leg , and support elements arranged at the upper end of the leg bracing or on the beam on which the contact pieces come to bear, the arrangement of these contact pieces and these support elements being such that the weight of the beam produces a longitudinal compressive force along the axis of the leg, which produces a longitudinal compressive force on the beam.
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Abstract
Description
- On rappellera tout d'abord que dans le domaine des travaux publics ou de la construction, la possibilité d'utiliser des poutres de longue portée constitue un avantage essentiel en ce qu'il permet, notamment, de réaliser des planchers à grandes mailles.
- La présente invention concerne, de façon générale, la réalisation des grandes portées telles que celles que l'on rencontre dans ce qu'il est convenu d'appeler les "grandes surfaces" et dans les halles industrielles par la combinaison, d'une part, de poutres de préférence en lamellé-collé, ou matériaux composites, et à l'exclusion des matériaux métalliques ou en béton, de longue portée constituant les côtés parallèles des mailles avec des traverses classiques et, d'autre part, d'une charpente métallique de support.
- De façon plus particulière, la présente invention concerne le système perfectionné d'appui et d'accrochage des poutres de longue portée en lamellé-collé ou matériaux composites, sur des poteaux de support métalliques, système agencé de façon à permettre de transférer la réaction verticale du poids de la poutre en un effort d'arc boutement dans le poteau correspondant et créer ainsi, dans la poutre, un effort horizontal de contrainte longitudinale qui a pour résultat d'augmenter la portée possible de ladite poutre.
- Le système perfectionné conforme à l'invention se caractérise en ce que chaque poteau est muni d'au moins une jambe d'arc-boutement articulée à son extrémité inférieure sur un axe d'articulation solidaire du poteau correspondant et dont l'extrémité supérieure est munie d'une cornière de réception sur laquelle vient porter un embout de coin solidaire de l'extrémité d'une poutre de longue portée, par l'intermédiaire de pièces de contact dont est muni ledit embout, grâce à quoi la réaction verticale du poids de la poutre est transférée en un effort d'arc boutement dans l'axe de la jambe correspondante, lequel effort crée un effort horizontal de contrainte longitudinale dans la poutre correspondante de longue portée.
- Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :
- chacun des poteaux courants sur la longueur de la construction comporte deux jambes d'arc boutement, disposées et articulées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de symétrie du poteau et destinées à recevoir, chacune, l'embout d'une poutre de longue portée, grâce à quoi les deux efforts d'arc boutement dans les deux jambes s'équilibrent ;
- chacun des poteaux de rive ne comporte qu'une seule jambe d'arc boutement destinée à recevoir l'embout de la poutre de longue portée d'extrémité de la construction, la deuxième jambre d'arc boutement étant remplacée par une jambe de force de contreventement équilibrant l'effort d'arc boutement appliqué sur le poteau par la jambe d'arc boutement. - D'autres caractéristiques, avantages de la présente invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-après, en référence aux dessins annexés représentant schématiquement et à titre d'exemple préférentiel, une forme de réalisation possible de ladite invention.
- Sur ces dessins :
- La figure 1 est un schéma permettant d'exposer de façon particulièrement simple le principe de base de l'invention ;
- La figure 2 est une vue de détail à beaucoup plus grande échelle représentant, en élévation, la partie supérieure d'un poteau courant à deux jambes d'arc boutement recevant les extrémités de deux poutres de longue portée ;
- La figure 3 est une vue du dessus de l'ensemble précité ;
- La figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle représentant, en élévation, le dispositif d'accrochage et de pivotement de la base d'un des bras d'arc boutement sur un poteau courant tel que celui des figures 2 et 3 ;
- La figure 5 est une vue de détail du dispositif d'accrochage et de pivotement de la figure 4, représenté en plan avec arrachement partiel et coupe horizontale faite suivant la ligne V-V de ladite figure 4 ;
- La figure 6 est une coupe transversale du bras d'arc boutement proprement dit, faite suivant la ligne VI-VI de la figure 4;
- La figure 7 est une vue en élévation de l'extrémité supérieure du bras d'arc boutement des figures 4, 5 et 6, montrant la manière dont elle est aménagée pour recevoir l'extrémité d'une poutre de longue portée ;
- La figure 8 est une vue du dessus de l'extrémité dudit bras représenté sur la figure 7 ;
- et la figure 9 est une vue de détail représentant, en élévation, la manière dont sont aménagés chacun des poteaux de rive pour compenser la pression latérale exercée par la poutre de longue portée sur le poteau en question.
- En se référant tout d'abord au schéma de principe de l'invention de la figure 1, on rappellera que l'invention concerne de façon générale la réalisation de grandes portées par la combinaison :
- d'une part, de poutres de longue portée, telles que 1A, 1B, 1C ... en lamellé-collé ou matériaux composites, et à l'exclusion de matériaux métalliques ou en béton, constituant les côtés parallèles longitudinaux des mailles ;
- d'autre part, d'une charpente métallique de support constituée de poteaux tels que 2A, 2B, 2C ... à section en H. - On a vu, par ailleurs que l'invention concerne plus particulièrement le système perfectionné d'appui et d'accrochage des poutres 1A, 1B, 1C ... sur les poteaux correspondants 2A, 2B, 2C ... .
- Comme on le voit sur la figure 1, chaque système d'appui comporte un double moyeu d'appui, à savoir : 3A₁, 3A₂ pour le poteau 2A et la poutre 1A; 3B₁, 3B₂ pour le poteau 2B et les poutres 1B et 1A, 3C₁, 3C₂ pour le poteau 2C et les poutres 1C et 1B ; et ainsi de suite jusqu'au dernier poteau de rive (non représenté) qui se trouve à l'autre extrémité des poutres en alignement.
- On va maintenant expliciter, en se référant aux figures 2 à 9, comment chaque système est agencé de façon à permettre de transférer la réaction verticale du poids de la poutre en un effort d'arc boutement sur le poteau correspondant et de créer ainsi, dans ladite poutre, un effort horizontal de contrainte longitudinale qui a pour résultat d'augmenter la portée maximum possible d'une poutre de ce type.
- En se référant tout d'abord et plus particulièrement au cas du système d'appui double 3B₁, 3B₂ pour le poteau 2B et les poutres 1A et 1B qui sont représentés sur les figures 2 à 8, on voit que le système est constitué, symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de symétrie XX du poteau, en l'occurrence 2B, de deux jambes d'arc boutement identiques 4₁, 4₂ articulées à leur extrémité inférieure, sur un axe 5₁, 5₂ goupillé sur le poteau 2B, sans qu'il y ait ni frottement, ni moment, et sur lequel on reviendra en détail plus loin. Ces jambes sont par ailleurs munies, à leur extrémité supérieure, de cornières de support 6₁, 6₂.
- D'autre part, des cornières d'embout 7₁, 7₂ sont fixées par exemple par collage, boulonnage ou rivetage, sur le coin inférieur des poutres correspondantes 1B, 1A, ces cornières comportant des pièces de contact 8₁, 8₂ avec les cornières correspondantes 6₁, 6₂.
- Avant d'aller plus avant dans la description détaillée des jambes d'arc boutement, on voit immédiatement que, pour chacune de ces jambes, la réaction verticale RV du poids de la poutre 1B ou 1A est transférée en un effet d'arc boutement RP dans la jambe correspondante, ce qui crée, dans la poutre 1B ou 1A, un effort horizontal de contrainte longitudinale RH qui a pour résultat d'augmenter la portée possible de ladite poutre.
- Il est important de noter que, grâce à la conception du système d'appui, les efforts exercés ont des points de passage obligé, à savoir l'axe d'articulation 5₁, 5₂ pour la poussée RP sur la jambe d'appui 4₁, 4₂, et les pièces de contact 8₁ et 8₂ pour la réaction verticale RV, pratiquement de 30 T pour des portées de 24 m, et la butée horizontale assurant la contrainte longitudinale M = RH.e dans la poutre, e étant la distance PCT entre le point de passage obligé de la contrainte horizontale RH et la fibre neutre de la poutre 1B.
- On va maintenant décrire en détail comment peut être avantageusement aménagée chacune des jambes d'arc boutement 4₁, 4₂ de la figure 2, en se référant spécialement aux figures 4 à 8.
- Ces jambes devant impérativement être conçues pour résister au flambage, on réalisera chacune d'elle (voir figure 6) par soudage longitudinal 9 de deux profilés asymétriques à section en U 10A, 10B. Ces profilés comportent à leur extrémité inférieure, taillé en pointe asymétrique (voir figure 4) un orifice 11A, 11B permettant le pivotement de l'ensemble de la jambe sur l'axe de support 5₁, goupillé dans des orifices 12A, 12B pratiqués dans les ailes du poteau 2B à section en H.
- Afin d'épanouir les contraintes localisées sont fixées, tant sur les faces de la jambe que sur les faces des ailes du poteau concernées, des plaques de renforcement anti-flambage, comme par exemple les plaques latérales 13A et 13B sur la jambe proprement dite et les plaques 14A et 14B sur les ailes du poteau.
- On a vu précédemment, en décrivant la figure 2, que la poutre 1B vient porter par son extrémité sur l'extrémité supérieure de la jambe 4₁ correspondante et que le système d'appui est conçu, conformément à l'invention, de façon que les efforts appliqués RV, RH et RP aient des points de passage obligé pour que le calcul et le contrôle des efforts soient aussi faciles et exacts que possible.
- Sur les figures 7 et 8, est représentée à grande échelle la forme de réalisation préférentielle de l'invention.
- Dans ce cas, l'extrémité de la poutre 1B est munie d'un embout 7₁ en forme de cornière dont chacune des ailes est munie d'un cylindre ou demi-cylindre 8₁ de contact qui vient porter sur l'élément correspondant 6₁ de la cornière de support soudée à l'extrémité supérieure de la jambe d'arc boutement 4₁. On voit immédiatement que, dans ce cas, les efforts verticaux et horizontaux RV et RH ainsi que leur point d'application sont parfaitement déterminés et contrôlables, dès que la poutre 1B est déposée (voir figure 1) sur les jambes d'arc boutement 3B₁ et 3C₂ des poteaux 2B et 2C.
- La contrainte horizontale ainsi créée dans la poutre 1B permet, comme on l'a vu précédemment d'augmenter la portée maximum possible de ladite poutre.
- Par ailleurs, on voit que s'opérera dans le temps le rattrapage automatique du vieillissement du matériau constituant la poutre, à savoir de préférence le lamellé-collé ou les matériaux composites tels que polyester tissé, tubes, fibres, etc..., à l'exclusion du métal et du béton.
- Il est apparent que serait possible une articulation jambe-embout dans laquelle l'embout sur lequel viendrait se poser la poutre serait articulé sur la jambe d'arc boutement, mais que cette solution présenterait a priori des difficultés de montage et de mise en oeuvre incontestables.
- Par ailleurs, on pourrait concevoir que l'embout 7₁ ne comporte qu'un seul cylindre de contact à grand rayon reposant sur les deux ailes de la cornière 6₁ de la jambe d'arc boutement, mais, là encore, cette solution présenterait des difficultés de fixation du cylindre unique sur l'embout et de contrôle des distances d'appui des efforts tant verticaux RV qu'horizontaux RH.
- Il est incontestable que la solution préférentielle décrite précédemment est nettement supérieure en ce que les points de passage obligé desdits efforts sont parfaitement définis par les cylindres de contact 8₁ de l'embout 7₁ reposant sur les cornières 6₁ du bras 4₁.
- Etant donné, comme on vient de le voir, que les poutres 1B et 1A sont simplement posées par leur embout d'extrémité 7₁, 7₂ sur les jambes d'arc boutement 4₁, 4₂ le poteau 2B est prolongé vers le haut et est muni en tête (voir figures 2 et 3) de deux poutres anti-déversement 15A, 15B qui sont rivetées en leur centre sur les ailes du poteau 2B à section en H, en viennent enserrer latéralement les têtes des poutres 1B et 1A placées dans le prolongement l'une de l'autre.
- Par ailleurs, ces mêmes poutres peuvent être réunies par des plaques telles que 16A, 16B et servir de support à des équipements, comme par exemple de climatisation, chauffage ou autres.
- L'angle ϑ que doit faire la jambe d'arc boutement 4₁ par rapport à l'axe de symétrie vertical XX du poteau 2B est déterminé en fonction des données caractéristiques des éléments constitutifs (poutres, poteaux, hauteur minimum sous plafond, etc...) de la construction longue portée à réaliser.
- La théorie mathématique voudrait que le centre de gravité de la poutre longue portée 1B, le centre géométrique de l'embout 7₁ dont est munie ladite poutre, ainsi que le centre géométrique de l'articulation 5₁ sur le poteau 2B soient disposés sur un même arc de cercle.
- Dans la pratique, l'angle ϑ doit être compris entre 30° et 60° et de préférence, car beaucoup plus simple, d'un point de vue pratique de construction, égal à 45°.
- Suivant une autre caractéristique de l'invention, les poteaux de rive, comme par exemple le poteau 2A des figures 1 et 9 pour lesquels l'effet horizontal de contrainte RH qui se produit dans la partie 1A et qui est transféré en un effet d'arc boutement RP sur le poteau 2A n'est pas équilibré par l'action symétriquement inverse d'une autre poutre comme cela est par exemple le cas dans le cas du poteau 2B, doit être impérativement compensé ici par une jambe de force de contreventement 3A₂ qui est rivetée à son extrémité supérieure sur les ailes du poteau 2A et est disposée dans le prolongement de la jambe d'arc boutement 3A₁ pour venir prendre appui par son extrémité inférieure sur le sol comme cela apparaît distinctement sur la figure 1. L'ensemble se trouve ainsi parfaitement équilibré.
- De façon générale l'invention propose un système perfectionné permettant d'assurer l'appui et l'accrochage de poutres de longue portée en lamellé-collé ou matériaux composites sur des poteaux de support métalliques comportant, sur chaque poteau, au moins une jambe d'arc boutement articulée en son extrémité inférieure audit poteau et par laquelle une extrémité d'une poutre de longue portée est soutenue par le poteau, des pièces de contact disposées sur la poutre ou à l'extrémité supérieure de la jambe d'arc-boutement, et des éléments d'appui disposés à l'extrémité supérieure de la jambe d'arc-boutement ou sur la poutre sur lesquels viennent porter les pièces de contact, la disposition de ces pièces de contact et de ces éléments d'appui étant telle que le poids de la poutre produit une force longitudinale de compression selon l'axe de la jambe, laquelle produit une force longitudinale de compression sur la poutre.
- Bien entendu, la présente invention ne se limite nullement au mode de réalisation décrit et représenté, mais englobe bien au contraire toutes variantes à la portée de l'homme de l'art.
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