EP0554161A1 - Dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs fibreux - Google Patents

Dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs fibreux Download PDF

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EP0554161A1
EP0554161A1 EP93400184A EP93400184A EP0554161A1 EP 0554161 A1 EP0554161 A1 EP 0554161A1 EP 93400184 A EP93400184 A EP 93400184A EP 93400184 A EP93400184 A EP 93400184A EP 0554161 A1 EP0554161 A1 EP 0554161A1
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EP
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rods
bundle
resin
socket
reinforcing elements
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EP93400184A
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German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Renoud-Lias
Roland Stenne
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Sondages Injections Forages SIF Enterprise Bachy
Original Assignee
Sondages Injections Forages SIF Enterprise Bachy
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
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    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/122—Anchoring devices the tensile members are anchored by wedge-action

Definitions

  • the invention relates to a device for anchoring a bundle of rods formed of substantially parallel fibers, linked by a synthetic resin.
  • Rods formed of substantially parallel glass fibers are well known, bonded by a synthetic resin such as an epoxy resin. It is often necessary, for applications involving significant efforts, to have recourse to a bundle of several rods. To this end, it is necessary to anchor the ends of the rods to terminal elements which serve to fix the ends of the bundle of rods in the intended application. However, due to their highly anisotropic nature, these rods pose a problem of attachment at their ends.
  • the known anchoring system consisting of inserting the ends of the rods into a hollow cylindrical metal sleeve, then pouring a mass of resin, possibly loaded or reinforced, into the sleeve so that it coats the ends of the rods, does not give complete satisfaction because, in such a system, the anchoring of each rod in the resin mass is ensured by pure adhesion. This limits the usefulness of this anchoring system to rods of small diameter and relatively low mechanical strength.
  • a known improvement of this system consists in using a metal socket whose inner part is no longer cylindrical but has the shape of a truncated cone or of a plurality of successive truncated cones, in order to create a "wedge” effect. "generating compression forces normal to the rods when the rod bundle is energized, these normal compression forces being all the more intense as the tension applied to the rods is greater.
  • said compression forces cause an axial elongation of the cast resin which, in turn, cause overvoltages in the rods. This phenomenon limits the performance of the anchor.
  • EP-A-0 025 856 and US-A-4 448 002 have proposed to limit the clamping force on the rods by providing a compressible element between the mass of resin coating the rods and a closure plate integral with the sleeve, this compressible element limiting the axial elongation of the mass of resin, as shown, for example, in Figure 9 of these earlier patents.
  • the rods instead of being directly coated with the mass of resin, are housed in metal sheaths with longitudinal slots.
  • FIG. 11 and 12 the rods, instead of being directly coated with the mass of resin, are housed in metal sheaths with longitudinal slots.
  • the mass of resin coating the rods is divided into a cylindrical central part in abutment against the closure plate, and a peripheral part forming a corner and in abutment against the compressible element, a cylindrical element made of thin metal, for example steel, provided with longitudinal slots, being interposed between these two parts to facilitate the sliding of the peripheral part relative to the central part.
  • the rods located in the peripheral part do not lengthen in the same way as the rods in the central part.
  • EP-A-0 025 865 and US-A-4 448 002 are interesting on paper, its practical implementation poses a problem as regards the choice of the compressible element. If too compressible, the tightening force on the rods will be excessive and, if not sufficiently compressible, the tightening force will be too limited with the consequence of a low efficiency of the anchoring.
  • EP-A-0 025 856 and US-A-4 448 002 moreover give practically no information on how to calculate the compressible element.
  • the device anterior anchoring is a rather complex achievement, hence a rather high foreseeable cost.
  • the invention aims precisely to form such an improved anchoring device.
  • the anchoring device of the invention unlike the device described by EP-A-0 025 856 and US-A-4 448 002, is not based on a limitation of the clamping force by using a compressible stop, but on a limitation of the axial elongation of the resin mass under the compressive forces, thanks to the incorporation of one or more reinforcing elements linked to the resin mass.
  • the invention relates to a device for anchoring a bundle of rods formed of substantially parallel fibers, linked by a synthetic resin, which comprises a metal bush surrounding the end of the bundle and a mass of resin, possibly reinforced or loaded, poured into said socket and joining the rods to each other and to the socket, the internal surface of the socket forming at least one truncated cone whose section decreases in the direction of the tensile force to which said beam will be subjected in service , characterized in that it further comprises reinforcing elements extending inside the bush, substantially parallel to the rods, these elements being made of a material having a tensile modulus greater than that of the rods and being linked to the rods and to the sleeve by said mass of resin.
  • the reinforcing elements consist of a central cylindrical core and the rods are arranged in an annular space formed between said core and the sleeve.
  • the central core can be solid or provided with a central bore.
  • the reinforcing elements consist of a plurality of bars or rods distributed, in the socket, between the rods.
  • the reinforcing elements consist of a plurality of bars or rods arranged between the rods and the sleeve.
  • the socket used in the present device does not have either a bottom plate or a plate forming a stop intended to receive or support all or part of the tensile force applied to the rods. It is not excluded, however, that the sleeve may include an end wall of low mechanical strength whose purpose would be simply to serve as formwork when filling the sleeve with resin during the casting thereof.
  • the anchoring device of the invention can be used for rods formed of glass fibers, aramid fibers ( Kevlar (R) fibers, for example), carbon fibers, etc.
  • aramid fibers Kevlar (R) fibers, for example
  • carbon fibers etc.
  • the synthetic resin poured into the socket may for example be an epoxy resin optionally loaded or reinforced with glass fibers or the like.
  • the reinforcing elements are usually made of steel, but the use of any material having a tensile modulus greater than that of the rods is conceivable.
  • the anchoring device illustrated in FIGS. 1 and 2, consists of a central cylindrical core 1, which can be solid or hollow, acting as reinforcing elements, and a socket 2, open at both ends. ends, the profile of the inner surface 3 of which is formed by three successive cone trunks 4.
  • the internal diameter of the sleeve 2 is greater than the external diameter of the core 1 so as to provide between them an annular space 5 in which the rods 6 of the bundle of rods to be anchored are inserted.
  • the rods 6 are connected to each other, to the core and to the sleeve, by a solid mass 7 of epoxy resin for example, optionally loaded or reinforced with glass fibers, thermoset, obtained by casting in the annular space 5 between the rods 6 of an epoxy resin composition for example, optionally charged or reinforced with glass fibers, thermosetting.
  • a solid mass 7 of epoxy resin for example, optionally loaded or reinforced with glass fibers, thermoset obtained by casting in the annular space 5 between the rods 6 of an epoxy resin composition for example, optionally charged or reinforced with glass fibers, thermosetting.
  • Figures 3 and 4 show another embodiment of the anchoring device of the invention.
  • the bundle of rods 6 is inserted into the socket 2 but the core 1 is omitted and replaced by a plurality of metal rods 8, for example of steel, acting as reinforcing elements, distributed between the rods, in parallel their.
  • a solid mass 7 of epoxy resin for example, optionally loaded or reinforced with glass fibers, is used to bond the rods and the rods 8 to each other and to the socket.
  • Figures 5 and 6 illustrate yet another embodiment of the anchoring device of the invention.
  • the rods 6 of the bundle are arranged in the central space delimited by the sleeve 2 as in the previous embodiment but the metal reinforcing rods 8, instead of being distributed between the rods, are arranged between the bundle of rods and socket.
  • the anchoring device of the invention makes it possible to considerably increase the bearable load.
  • the anchoring device of the invention is useful in particular in applications where a prestressing of bundles of rods based on fibers is required, for example, in the field of civil engineering, for the production of anchoring tie rods, for making guy lines for suspension bridges, etc.

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Abstract

Le dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs (6) formés de fibres sensiblement parallèles, liées par une résine synthétique, comprend une douille métallique (2) entourant l'extrémité du faisceau et une masse (7) de résine, éventuellement chargée ou armée, coulée dans ladite douille et solidarisant les joncs à la douille, la surface intérieure (3) de la douille formant au moins un tronc de cône (4) dont la section diminue dans le sens de l'effort de traction auquel sera soumis ledit faisceau en service. Le dispositif d'ancrage comprend, en outre, des éléments de renforcement (1, 8) s'étendant à l'intérieur de la douille, sensiblement parallèlement aux joncs, constitués d'un matériau ayant un module de traction supérieur à celui des joncs. Application à la réalisation de tirants d'ancrage, comme haubans pour ponts suspendus, etc... <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs formés de fibres sensiblement parallèles, liées par une résine synthétique.
  • On connaît bien des joncs formés de fibres de verre sensiblement parallèles, liées par une résine synthétique telle qu'une résine époxy. Il est souvent nécessaire, pour des applications mettant en jeu des efforts importants, d'avoir recours à un faisceau de plusieurs joncs. A cette fin, il est nécessaire d'ancrer les extrémités des joncs à des éléments terminaux qui servent à fixer les extrémités du faisceau de joncs dans l'application prévue. Toutefois, du fait de leur nature fortement anisotrope, ces joncs posent un problème de fixation à leurs extrémités. Le système d'ancrage connu consistant à insérer les extrémités des joncs dans une douille métallique cylindrique creuse, puis à couler une masse de résine, éventuellement chargée ou armée, dans la douille de façon qu'elle enrobe les extrémités des joncs, ne donne pas entière satisfaction car, dans un tel système, l'ancrage de chaque jonc dans la masse de résine est assuré par adhérence pure. Ceci limite l'utilité de ce système d'ancrage à des joncs de petit diamètre et de résistance mécanique relativement faible.
  • Une amélioration connue de ce système consiste à utiliser une douille métallique dont la partie intérieure n'est plus cylindrique mais a la forme d'un tronc de cône ou d'une pluralité de troncs de cône successifs, afin de créer un effet de "coin" générant des efforts de compression normaux aux joncs lorsque le faisceau de joncs est mis sous tension, ces efforts de compression normaux étant d'autant plus intenses que la tension appliquée aux joncs est plus importante. Cependant, compte tenu des caractéristiques de déformation de la résine, éventuellement chargée ou armée, comparées à celles des joncs, lesdits efforts de compression provoquent une élongation axiale de la résine coulée qui, à son tour, cause des surtensions dans les joncs. Ce phénomène limite le rendement de l'ancrage.
  • Afin d'éviter des surtensions excessives préjudiciables aux joncs, EP-A-0 025 856 et US-A-4 448 002 ont proposé de limiter l'effort de serrage sur les joncs en prévoyant un élément compressible entre la masse de résine enrobant les joncs et une plaque de fermeture solidaire de la douille, cet élément compressible limitant l'élongation axiale de la masse de résine, comme le montre, par exemple, la figure 9 de ces brevets antérieurs. Selon une variante illustrée par les figures 11 et 12, les joncs, au lieu d'être directement enrobés par la masse de résine, sont logés dans des gaines métalliques à fentes longitudinales. Selon une autre variante illustrée sur la figure 16, la masse de résine enrobant les joncs est divisée en une partie centrale cylindrique en butée contre la plaque de fermeture, et une partie périphérique formant coin et en butée contre l'élément compressible, un élément cylindrique en métal mince, par exemple en acier, pourvu de fentes longitudinales, étant intercalé entre ces deux parties pour faciliter le glissement de la partie périphérique par rapport à la partie centrale. En outre, les joncs situés dans la partie périphérique ne s'allongent pas de la même façon que les joncs de la partie centrale.
  • Bien que l'ancrage décrit dans EP-A-0 025 865 et US-A-4 448 002 soit intéressant sur le papier, sa réalisation pratique pose problème en ce qui concerne le choix de l'élément compressible. Si trop compressible, l'effort de serrage sur les joncs sera excessif et, si pas assez compressible, l'effort de serrage sera trop limité avec pour conséquence un faible rendement de l'ancrage. EP-A-0 025 856 et US-A-4 448 002 ne donnent d'ailleurs pratiquement pas d'indications sur la façon de calculer l'élément compressible.
  • Enfin, il convient de remarquer que le dispositif d'ancrage antérieur est d'une réalisation plutôt complexe, d'où un coût prévisible plutôt élevé.
  • Il existe donc un besoin pour un dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs fibreux qui assure une liaison améliorée entre les joncs et la douille terminale, tout en étant d'une réalisation simple et peu onéreuse.
  • L'invention vise justement à former un tel dispositif d'ancrage amélioré.
  • Le dispositif d'ancrage de l'invention, contrairement aux dispositif décrits par EP-A-0 025 856 et US-A-4 448 002, n'est pas basé sur une limitation de l'effort de serrage par emploi d'une butée compressible, mais sur une limitation de l'élongation axiale de la masse de résine sous les efforts de compression, grâce à l'incorporation d'un ou plusieurs éléments de renforcement liés à la masse de résine.
  • Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs formés de fibres sensiblement parallèles, liées par une résine synthétique, qui comprend une douille métallique entourant l'extrémité du faisceau et une masse de résine, éventuellement armée ou chargée, coulée dans ladite douille et solidarisant les joncs entre eux et à la douille, la surface intérieure de la douille formant au moins un tronc de cône dont la section diminue dans le sens de l'effort de traction auquel sera soumis ledit faisceau en service, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des éléments de renforcement s'étendant à l'intérieur de la douille, sensiblement parallèlement aux joncs, ces éléments étant constitués d'un matériau ayant un module de traction supérieur à celui des joncs et étant liés aux joncs et à la douille par ladite masse de résine.
  • Selon un mode de réalisation, les éléments de renforcement consistent en un noyau cylindrique central et les joncs sont disposés dans un espace annulaire ménagé entre ledit noyau et la douille. Le noyau central peut être plein ou pourvu d'un alésage central.
  • Selon un autre mode de réalisation, les éléments de renforcement consistent en une pluralité de barres ou tiges réparties, dans la douille, entre les joncs.
  • Selon encore un autre mode de réalisation, les éléments de renforcement consistent en une pluralité de barres ou tiges disposées entre les joncs et la douille.
  • Il peut être envisagé toute combinaison des modes de réalisation décrits précédemment.
  • Il est à noter que la douille utilisée dans le présent dispositif ne comporte ni plaque de fond, ni plaque formant butée destinée à recevoir ou supporter tout ou partie de l'effort de traction appliqué aux joncs. Il n'est pas exclu, toutefois, que la douille puisse comporter une paroi terminale de faible résistance mécanique dont le but serait simplement de servir de coffrage lors du remplissage de la douille par la résine lors de la coulée de celle-ci.
  • Le dispositif d'ancrage de l'invention peut être utilisé pour des joncs formés de fibres de verre, de fibres d'aramide (fibres Kevlar( R ), par exemple), de fibres de carbone, etc..
  • La résine synthétique coulée dans la douille peut être par exemple une résine époxy éventuellement chargée ou armée de fibres de verre ou similaires.
  • Les éléments de renforcement sont habituellement constitués d'acier, mais l'emploi de tout matériau ayant un module de traction supérieur à celui des joncs est envisageable.
  • La description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés fera bien comprendre l'invention. Sur les dessins :
    • Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale et transversale, respectivement d'un dispositif d'ancrage selon l'invention;
    • Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe longitudinale et transversale, respectivement, d'un autre dispositif d'ancrage selon l'invention; et
    • Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe longitudinale et transversale, respectivement, d'encore un autre dispositif d'ancrage selon l'invention.
  • Le dispositif d'ancrage, illustré par les figures 1 et 2, est constitué d'un noyau cylindrique central 1, qui peut être plein ou creux, faisant office d'éléments de renforcement, et d'une douille 2, ouverte à ses deux extrémités, dont le profil de la surface intérieure 3 est formé de trois troncs de cône 4 successifs. Le diamètre intérieur de la douille 2 est supérieur au diamètre extérieur du noyau 1 de façon à ménager entre eux un espace annulaire 5 dans lequel sont insérés les joncs 6 du faisceau de joncs à ancrer. Les joncs 6 sont liés entre eux, au noyau et à la douille, par une masse solide 7 de résine époxy par exemple, éventuellement chargée ou armée de fibres de verre, thermodurcie, obtenue par coulée dans l'espace annulaire 5 entre les joncs 6 d'une composition de résine époxy par exemple, éventuellement chargée ou renforcée de fibres de verre, thermodurcissable.
  • Les figures 3 et 4 représentent un autre mode de réalisation du dispositif d'ancrage de l'invention. Dans ce mode, le faisceau de joncs 6 est inséré dans la douille 2 mais le noyau 1 est omis et remplacé par une pluralité de tiges métalliques 8, par exemple en acier, faisant office d'éléments de renforcement, réparties entre les joncs, parallèlement à eux. Ici encore, une masse solide 7 de résine époxy par exemple, éventuellement chargée ou armée de fibres de verre, est utilisée pour lier les joncs et les tiges 8 entre eux et à la douille.
  • Les figures 5 et 6 illustrent encore un autre mode de réalisation du dispositif d'ancrage de l'invention. Dans ce mode, les joncs 6 du faisceau sont disposés dans l'espace central délimité par la douille 2 comme dans le mode de réalisation précédent mais les tiges de renforcement métallique 8, au lieu d'être réparties entre les joncs, sont disposées entre le faisceau de joncs et la douille.
  • La présence des éléments de renforcement améliore considérablement la résistance mécanique du faisceau de joncs. On présente ci-après les résultats d'essais de traction comparatifs réalisés entre un faisceau de joncs ancrés dans un dispositif d'ancrage conforme au mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2 et un faisceau de joncs ancrés dans un dispositif d'ancrage de l'art antérieur constitué d'une simple douille tronconique. Dans les deux cas, la résine thermodurcissable coulée dans la douille pour lier les joncs était une résine époxy Araldite CW2418 à charge métallique. Chaque faisceau comprend 19 joncs en fibres de verre ayant chacun un diamètre de 10,7 mm. La charge de rupture instantanée de chaque jonc étant de 125 kN, la charge de rupture instantanée du faisceau était donc de 19 x 125 kN, soit 2375 kN. Le Tableau ci-dessous résume les conditions d'essai et les résultats obtenus.
    Figure imgb0001
  • On voit que le dispositif d'ancrage de l'invention permet d'accroître considérablement la charge supportable.
  • Il y a lieu de préciser que, en raison du comportement viscoélastique des joncs, la charge de rupture instantanée ne peut être atteinte avec le type de mise sous charge adopté pour les essais.
  • Le dispositif d'ancrage de l'invention est utile notamment dans les applications où une mise en précontrainte de faisceaux de joncs à base de fibres est requise, par exemple, dans le domaine du génie civil, pour la réalisation de tirants d'ancrage, pour la réalisation de haubans pour ponts suspendus, etc.
  • Il va de soi que les modes de réalisation décrits peuvent être modifiés, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Claims (6)

  1. Un dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs (6) formés de fibres sensiblement parallèles, liées par une résine synthétique, qui comprend une douille métallique (2) entourant l'extrémité du faisceau et une masse (7) de résine, éventuellement chargée ou armée, coulée dans ladite douille et solidarisant les joncs entre eux et à la douille, la surface intérieure (3) de la douille formant au moins un tronc de cône (4) dont la section diminue dans le sens de l'effort de traction auquel sera soumis ledit faisceau en service, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des éléments de renforcement (1, 8) s'étendant à l'intérieur de la douille, sensiblement parallèlement aux joncs, ces éléments étant constitués d'un matériau ayant un module de traction supérieur à celui des joncs et étant liés aux joncs et à la douille par ladite masse de résine.
  2. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de renforcement comportent un noyau cylindrique central et les joncs sont disposés dans un espace annulaire ménagé entre ledit noyau et la douille.
  3. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de renforcement comportent une pluralité de barres ou tiges réparties, dans la douille, entre les joncs.
  4. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de renforcement comportent une pluralité de barres ou tiges disposées entre les joncs et la douille.
  5. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments de renforcement sont en acier.
  6. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les joncs sont formés de fibres de verre liées par une résine liante polymère.
EP93400184A 1992-01-31 1993-01-26 Dispositif d'ancrage d'un faisceau de joncs fibreux Ceased EP0554161A1 (fr)

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