FR2643714A1

FR2643714A1 - Apparatus for measuring the variation in curvature of a beam under the action of a variation in the bending moment and method for systematic auscultation of a concrete bridge using the said measurement apparatus

Info

Publication number: FR2643714A1
Application number: FR8902436A
Authority: FR
Inventors: Jean-Louis P Duchene
Original assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees
Current assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees
Priority date: 1989-02-24
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1990-08-31
Anticipated expiration: 2009-02-24
Also published as: FR2643714B1

Abstract

The invention relates to an apparatus 1 for measuring the variation in curvature of a beam 3 as a function of a variation in the bending moment M, comprising a rigid reference plate 2 resting on the beam 3 via a tripod 4a, 4b, 4c, a tilting plate 5 articulated to one end of the reference plate 2 using a horizontal pivoting pin 7, and a device 11 for measuring the differential rotation of the tilting plate 5 with respect to the reference plate 2 under the action of a variation in the bending moment M. The auscultation method consists in connecting the measurement apparatus 1 to a cable (trailer) 20, in holding the cable (trailer) stationary during a measurement, and in moving a load F on the cable (trailer) over a distance d, in order to create a variation in the bending moment.

Description

Apoareil de mesure de la variation de courbure d'une poutre sous I'action d'une vartiation du moment fléchissant et procédé d'auscultation systématique d'un pont en béton par ledit appareil de mesure.Apparatus for measuring the variation in curvature of a beam under the action of a bending moment bending and method for systematic auscultation of a concrete bridge by said measuring apparatus.

La présente invention concerne le domaine du contrôle du comportement d'un ouvrage d'art sous l'action d'un moment fléchissant. The present invention relates to the field of controlling the behavior of a structure under the action of a bending moment.

La détermination des courbures de flexion est employée en analyse des déformations et des contraintes d'une poutre soumise à un moment fléchissant M, d'une part pour vérifier que l'ouvrage satisfait aux caractéristiques du cahier des charges lors de sa reception, et, d'autre part, pour s'assurer que l'ouvrage conserve ses caractéristiques de départ ou du moins ne s'en écarte pas trop dans le temps. C'est pourquoi il est nécessaire de contrôler de temps en temps les données techniques de l'ouvrage et de s'assurer que celles-ci ne sont pas anormalement diminuées par des fissures ou par la vieillesse. The determination of the flexural curvatures is used in the analysis of the deformations and stresses of a beam subjected to a bending moment M, on the one hand to verify that the structure meets the characteristics of the specifications when it is received, and, on the other hand, to ensure that the structure retains its original characteristics or at least does not deviate too much over time. This is why it is necessary to check the technical data of the structure from time to time and to make sure that these are not abnormally diminished by cracks or by old age.

Il est courant de mesurer la courbure de la poutre par extensométrie. La méthode consiste à mesurer les déformations en différents niveaux d'une section de poutre, lorsque ces déformations conservent la planéite de la section, à l'aide d'extensomètres, et à calculer la courbure de la section qui est alors la pentede la droite de Navier à la suite des déformations. It is common to measure the curvature of the beam by extensometry. The method consists in measuring the deformations in different levels of a section of beam, when these deformations preserve the flatness of the section, using extensometers, and in calculating the curvature of the section which is then the pentede of the line de Navier following the deformations.

Cette méthode s'avère d'une mise en oeuvre lourde quel que soit le type d'extensomètre utilisé qui doit être collé ou fixé à la structure. Elle est aussi inadaptée à l'auscultation complète d'une poutre ou d'un ouvrage à plusieurs travées. This method proves to be cumbersome to implement regardless of the type of extensometer used which must be glued or fixed to the structure. It is also unsuitable for the complete auscultation of a beam or a multi-span structure.

En présence d'une section fissurée, que-la fissure soit normale comme en béton armé, ou anormale comme dans les cas pathologiques du béton précontraint, l'extensométrie seule ne permet pas de connaître le fonctionnement de la section. I1 est alors nécessaire de recourir à des moyens encore plus lourds : un ensemble extensomètre et capteur de déplacement. Encore faut-il que la fissure ait été préalablement détectée, ce qui n'est pas toujours aisé. In the presence of a cracked section, whether the crack is normal as in reinforced concrete, or abnormal as in the pathological cases of prestressed concrete, the extensometry alone does not allow to know the operation of the section. It is then necessary to resort to even heavier means: an extensometer and displacement sensor assembly. Still it is necessary that the crack was previously detected, which is not always easy.

L'homme de l'art sait également qu'il peut connaître la courbure de la poutre à partir de la dérivée de la rotation par rapport à l'abscisse de la section de poutre considérée. On peut déterminer la courbure d'un tronçon de poutre à l'aide de deux mesures de rotation de deux sections de poutre voisines. Cette mesure peut être faite par des capteurs d'inclinaieoo qui permettent maintenant de mesurer des variations d'angle de ltordre de 10 6 radian. Ces capteurs sont des pendules asservis sur la pesanteur et leur utilisation sur un chantier ne paraît pas très pratique du fait du calage necessaire de ces capteurs. Those skilled in the art also know that they can know the curvature of the beam from the derivative of the rotation with respect to the abscissa of the beam section considered. The curvature of a beam section can be determined using two measurements of rotation of two neighboring beam sections. This measurement can be made by inclinaieoo sensors which now make it possible to measure angle variations of the order of 10 6 radians. These sensors are pendulum slaves on gravity and their use on a site does not seem very practical because of the necessary setting of these sensors.

Le but de la présente invention est de proposer un appareil de mesure de la variation de courbure d'un tronçon de poutre sous l'action d'une variation du moment fléchissant qui pallie les problèmes précités et qui soit d'un emploi aisé sur un chantier. The object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the variation in curvature of a section of beam under the action of a variation in the bending moment which overcomes the aforementioned problems and which is easy to use on a construction site.

Le but est atteint selon l'invention par un appareil de mesure de la variation de courbure d'un tronçon de poutre sous l'action d'une variation du moment fléchissant, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend
- une plaque de référence rigide définissant un plan de référence sensiblement parallèle à la face supérieure dudit tronçon de poutre et supportée par trois pieds dont les extrémités inférieures reposent sur ledit tronçon de poutre, et définissent un triangle isocèle.The object is achieved according to the invention by an apparatus for measuring the variation in curvature of a section of beam under the action of a variation in bending moment, an apparatus characterized in that it comprises
- A rigid reference plate defining a reference plane substantially parallel to the upper face of said section of beam and supported by three feet whose lower ends rest on said section of beam, and define an isosceles triangle.

- une plaque oscillante montée à une extrémité de la plaque de référence de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement parallèle audit plan de référence et parallèle à la base du triangle isocèle, déterminée par les extrémités inférieures de deux pieds de support de ladite plaque de référence, ladite plaque oscillante étant supportée à l'opposé de son axe de pivotement par un pied qui repose sur ledit tronçon de poutre en un point Y qui détermine avec le sommet du triangle isocèle une droite perpendiculaire audit axe de pivotement de part et d'autre duquel sont disposées ladite plaque de référence et ladite plaque oscillante, et
un dispositif de mesure du déplacement par rapport au plan de référence, dans une direction perpendiculaire audit plan de référence et sous l'action de la variation du moment fléchissant, d'un point P situé sur la plaque oscillante, à proximité du pied de support de celle-ci, dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement et contenant l'axe du pied de support de ladite plaque oscillante, ledit dispositif de mesure comportant un organe mobile susceptible de suivre les déplacements du point P et coopérant avec un corps rendu solidaire de ladite plaque de référence par une potence fixée sur cette dernière.- an oscillating plate mounted at one end of the reference plate so as to be able to pivot around a pivot axis parallel to said reference plane and parallel to the base of the isosceles triangle, determined by the lower ends of two support legs for said reference plate, said oscillating plate being supported opposite its pivot axis by a foot which rests on said beam section at a point Y which determines with the apex of the isosceles triangle a straight line perpendicular to said pivot axis and on the other of which are disposed said reference plate and said oscillating plate, and
a device for measuring the displacement with respect to the reference plane, in a direction perpendicular to said reference plane and under the action of the variation of the bending moment, from a point P located on the oscillating plate, near the support foot of the latter, in a plane perpendicular to the pivot axis and containing the axis of the support leg of said oscillating plate, said measuring device comprising a movable member capable of following the displacements of point P and cooperating with a body secured to said reference plate by a bracket fixed on the latter.

Pour effectuer la mesure de la variation de la courbure d'un tronçon de poutre sous l'action d'une variation de moment fléchissant, l'appareil est posé sur ledit tronçon de poutre de telle manière que l'axe de pivotement soit disposé transversalement à la poutre. Une variation de moment fléchissant provoque une flexion supplémentaire du tronçon de poutre. La plaque de référence et la plaque oscillante étant articulées entre elles à l'endroit de l'axe de pivotement et reposant sur lé tronçon de poutre par des pieds, on conçoit que la flexion supplémentaire du tronçon de poutre entraîne une variation de l'ange formé par la plaque oscillante et le plan de référence et une variation de la distance de tout point solidaire de la plaque oscillante, par rapport au plan de référence. To measure the variation in the curvature of a section of beam under the action of a variation in bending moment, the apparatus is placed on said section of beam so that the pivot axis is disposed transversely. to the beam. A variation in bending moment causes additional bending of the beam section. The reference plate and the oscillating plate being hinged together at the location of the pivot axis and resting on the beam section by feet, it is understood that the additional bending of the beam section causes a variation of the angel formed by the oscillating plate and the reference plane and a variation in the distance of any point secured to the oscillating plate, with respect to the reference plane.

Le tronçon de poutre dont on mesure la variation de courbure est délimité par deux sections transversales dudit tronçon de poutre distantes d'une distance D et situées l'une dans un plan perpendiculaire au plan de référence, parallèle à l'axe de pivotement et équidistant des pieds de support de la plaque de référence, et l'autre dans le plan contenant le point de contact Y du pied de support de la plaque oscillante, avec la surface de la poutre, parallèle à l'axe de pivotement et perpendiculaire, en l'absence de la variation du moment fléchissant, au plan de référence. The section of beam whose variation in curvature is measured is delimited by two cross sections of said section of beam distant by a distance D and located one in a plane perpendicular to the reference plane, parallel to the pivot axis and equidistant support feet of the reference plate, and the other in the plane containing the point of contact Y of the support foot of the oscillating plate, with the surface of the beam, parallel to the pivot axis and perpendicular, in the absence of the variation of the bending moment, at the reference plane.

Si- on désigne respectivement par A et B les distances séparant l'axe de pivotement des deux plaques des plans perpendicu laires au plan de référence, parallèles à l'axe de pivotement et contenant respectivement le point P et le point Y et par L le déplacement du point P par rapport au plan de référence sous l'action de la variation de moment fléchissant M, la variation de courbure C du tronçon de poutre de longueur D est donnée par la formule
C = 2 L-x B / (A x D x D)
Lors de l'auscultation d'un pont en bêton non fissuré, le rayon de courbure R, inverse de la courbure C, obtenu avec des surcharges raisonnables est de l'ordre de 5 000 à 10 000 mètres.La mesure correspondante L du déplacement du point P est de 5 à 10 micromètres si on prend pour base D de l'appareil une longueur de 1 m et un rapport B/A voisin de 1.If the distances separating the pivot axis of the two plates from the planes perpendicular to the reference plane, parallel to the pivot axis and containing the point P and the point Y respectively, are designated by A and B respectively, and by L the displacement of the point P compared to the reference plane under the action of the variation of bending moment M, the variation of curvature C of the section of beam of length D is given by the formula
C = 2 Lx B / (A x D x D)
During the auscultation of an uncracked concrete bridge, the radius of curvature R, inverse of the curvature C, obtained with reasonable overloads is of the order of 5,000 to 10,000 meters. The corresponding measurement L of the displacement from point P is 5 to 10 micrometers if we take the base D of the device a length of 1 m and a B / A ratio close to 1.

L'appareil de mesure proposé permet de mesurer la variation de courbure d'un tronçon de poutre sous l'action d'une variation de moment fléchissant sans calage préalable des outils de mesure sur la poutre. L'appareil selon l'invention est simplement posé sur la poutre, notamment sur le sol d'un pont et fonctionne de la même manière pour une poutre horizontale et pour une poutre inclinée. The proposed measuring device makes it possible to measure the variation in curvature of a section of beam under the action of a variation in bending moment without prior setting of the measuring tools on the beam. The apparatus according to the invention is simply placed on the beam, in particular on the floor of a bridge and functions in the same way for a horizontal beam and for an inclined beam.

Afin de mesurer avec une meilleure précision la variation de courbure d'une poutre dont la surface du tronçon considéré n'est pas parallèle au plan de référence avant de soumettre ladite poutre à une variation de moment fléchissant, le pied de support de la plaque oscillante est réglable en'hauteur. Le pied de support de la plaque oscillante est de préférence constitué par une tigefiletée dont la rotation entraîne le pivotement de ladite plaque oscillante autour de l'axe de pivotement. La rotation de la tige filetée permet de mettre la plaque oscillante dans le plan de la plaque de référence avant de soumettre la poutre à une variation du moment fléchissant. In order to measure with greater precision the variation in curvature of a beam whose surface of the considered section is not parallel to the reference plane before subjecting said beam to a variation in bending moment, the support foot of the oscillating plate is adjustable in height. The support foot of the oscillating plate is preferably constituted by a pin which the rotation causes the pivoting of said oscillating plate about the pivot axis. The rotation of the threaded rod allows the oscillating plate to be placed in the plane of the reference plate before subjecting the beam to a variation in the bending moment.

Selon une particularité de l'invention, le dispositif de mesure comprend une pastille fixée sur la plaque oscillante et un capteur de déplacement micrométrique muni d'un palpeur susceptible d'être mis en contact avec ladite pastille. According to a feature of the invention, the measuring device comprises a pad fixed on the oscillating plate and a micrometric displacement sensor provided with a feeler capable of being brought into contact with said pad.

Selon une variante de l'invention, le capteur de déplacement est un capteur capacitif de très haute sensibilité dont la partie mobile est solidaire de la plaque oscillante. According to a variant of the invention, the displacement sensor is a capacitive sensor of very high sensitivity, the movable part of which is integral with the oscillating plate.

Avantageusement, l'appareil de mesure comprend, d'une part, une unité de calcul fournissant la valeur de la variation de courbure du tronçon de poutre en fonction de la valeur mesurée du déplacement du point P sous l'action d'une variation de moment fléchissant et, d'autre part, un module à affichage relié à l'unité de calcul et permettant la lecture directe de ladite valeur. Advantageously, the measuring device comprises, on the one hand, a calculation unit supplying the value of the variation in curvature of the beam section as a function of the measured value of the displacement of the point P under the action of a variation in bending moment and, on the other hand, a display module connected to the calculation unit and allowing the direct reading of said value.

L'invention a également pour objet un nouveau procédé d'auscultation systématique d'un ouvrage d'art et en particulier d'un pont en béton, procédé dans lequel on utilise l'appareil de mesure de l'invention. The subject of the invention is also a new method for systematic auscultation of a structure and in particular of a concrete bridge, a method in which the measuring device of the invention is used.

Ce procédé d'auscultation est caractérisé en ce que
- l'on pose l'appareil de mesure directement sur la chaussée au-dessus d'une zone de poutre à ausculter du pont, de façon que l'axe de pivotement reliant la plaque de référence et la plaque oscillante s'étend transversalement à la chaussée,
- on règle la mise à zero du dispositif de mesure de déplacement du point P par rotation du pied de support de la plaque oscillante,
- on déplace une charge de masse connue sur la chaussée entre un point éloigné et un rapprochée dudit appareil, sur une distance déterminée au voisinage de ladite zone de poutre à ausculter de façon à créer une variation de moment fléchisssant,
- on relève la variation de courbure de ladite zone de poutre sous l'action de ladite variation de moment fléchissant, et
- on déplace l'appareil au-dessus de la chaussée vers une deuxième zone de poutre pour.y faire une nouvelle mesure de variation de courbure.This auscultation process is characterized in that
- the measuring device is placed directly on the roadway above an area of the beam to be examined from the bridge, so that the pivot axis connecting the reference plate and the oscillating plate extends transversely to pavement,
- the device for measuring the displacement of point P is adjusted to zero by rotation of the support foot of the oscillating plate,
- a known mass load is moved on the roadway between a distant point and an approximation of said device, over a determined distance in the vicinity of said beam area to be examined so as to create a variation in bending moment,
the variation in curvature of said beam area is noted under the action of said variation in bending moment, and
- the device is moved above the roadway to a second beam area pour.y make a new measurement of variation in curvature.

Ce procédé permet de détecter les endommagements de la structure porteuse du pont tels que fissures, rotules plastiques qui se traduisent par un accroisement des courbures de flexion. Le nombre de points de mesure peut être aussi élevé que l'on veut. This process makes it possible to detect damage to the load-bearing structure of the bridge, such as cracks, plastic ball joints which result in an increase in bending curvatures. The number of measurement points can be as high as desired.

La mise en oeuvre de la méthode est simple : il suffit de placer l'appareil en divers endroits sur la chaussée pour faire les relevés de la mesure de la variation de courbure de la section de poutre correspondante et de déplacer une ou plusieurs charges sur la chaussée pour chaque position choisie de l'appareil de mesure.The implementation of the method is simple: it suffices to place the device in various places on the roadway to make the readings of the measurement of the variation in curvature of the corresponding beam section and to move one or more loads on the floor for each chosen position of the measuring device.

De préférence, on utilise une remorque avec essieux extrêmes portant ladite charge et susceptible d'être déplacée sur la chaussée, on monte l'appareil de mesure sur la remorque de telle manière qu'il puisse être posé sur la chaussée pendant la durée d'une mesure et soulevé pendant le déplacement de la remorque, on maintient la remorque à l'arrêt pendant la durée d'une mesure et on déplace la charge sur ladite remorque à l'arrêt pour créer une variation de moment fléchissant. Preferably, a trailer with extreme axles carrying said load and capable of being moved on the road is used, the measuring device is mounted on the trailer so that it can be placed on the road for the duration of a measurement and lifted during the movement of the trailer, the trailer is kept stationary for the duration of a measurement and the load is moved on said trailer when stationary to create a variation in bending moment.

Grâce à ce procédé, le pas de la mesure correspondant à la distance séparant deux positions successives de l'appareil de mesure sur la chaussée, positions dans lesquelles sont effectuées des mesures de la variation de la courbure par déplacement de la charge sur la remorque, peut prendre une valeur quelconque car il n'est pas lié aux caractéristiques géométriques de la remorque. La charge et le déplacement de la charge sont. limités par la taille de la remorque et les variations de moment fléchissant sont relativement faibles. L'appareil de mesure fournit la réponse de la structure dans l'état proche de l'état permanent auquel elle est soumise. Thanks to this process, the measurement step corresponding to the distance separating two successive positions of the measuring device on the road, positions in which measurements of the variation in curvature are carried out by displacement of the load on the trailer, can take any value because it is not related to the geometric characteristics of the trailer. The load and the displacement of the load are. limited by trailer size and bending moment variations are relatively small. The measuring device provides the response of the structure in the state close to the permanent state to which it is subjected.

Si on recherche la réponse de l'ouvrage pour des niveaux de sollicitations proches des sollicitations maximum, on peut disposer des charges complémentaires fixes réparties sur l'ensemble de la travée auscultée. If we are looking for the response of the structure for stress levels close to the maximum stresses, we can have additional fixed loads distributed over the entire span.

On peut coupler plusieurs remorques cote à cote sur la chaussée en fonction du nombre de voies de circulation de la. Several trailers can be coupled side by side on the road according to the number of lanes of the.

chaussée.pavement.

On place de préference l'appareil en dehors de la surface délimitée par les roues et la remorque. The device is preferably placed outside the area delimited by the wheels and the trailer.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue latérale de l'appareil de mesure de la variation de courbure d'un tronçon de poutre selon l'invention,
la figure 2 est une vue de dessus de l'appareil de la figure 1,
la figure 3 est un schéma théorique montrant la variation de la courbure du tronçon de poutre XY sous l'action du moment fle cnissant M, et
la figure 4 est un schéma de principe de la méthode d'auscultation systématique d'un ouvrage d'art.Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description below made with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 is a side view of the apparatus for measuring the variation in curvature of a section of beam according to the invention,
FIG. 2 is a top view of the apparatus of FIG. 1,
FIG. 3 is a theoretical diagram showing the variation of the curvature of the section of beam XY under the action of the flexible moment M, and
Figure 4 is a block diagram of the method of systematic monitoring of a structure.

L'appareil de mesure 1 de la variation de courbure d'un tronçon de poutre sous l'action d'une variation de moment fléchissant M representé sur les figures 1 et 2 comprend une plaque de référence 2, lourde et rigide, reposant sur la structure de la poutre à ausculter 3 à l'aide de trois pieds 4 verticaux et de même hauteur, fixés de façon conventionnelle sous la plaque de référence 2. The apparatus 1 for measuring the variation in curvature of a section of beam under the action of a variation in bending moment M shown in FIGS. 1 and 2 comprises a reference plate 2, heavy and rigid, resting on the structure of the beam to be examined 3 using three vertical feet 4 of the same height, conventionally fixed under the reference plate 2.

Une plaque oscillante 5 est articulée à l'extrémité de la plaque de référence 2 et repose par un pied 6 de hauteur réglable sur la structure de la poutre 3 en un point Y. La plaque oscillante 5 peut pivoter librement à l'extrémité de la plaque de référence 2 autour d'un axe de pivotement 7 horizontal et parallèle à deux pieds 4a, 4b de support de la plaque de référence 2. Le pied de support 6 de la plaque oscillante 5 est éloigné de l'axe de pivotement 7 et se trouve de préférence dans le plan médian vertical 8 perpendiculaire à l'axe de pivotement 7 et équidistant des pieds 4a et 4b.Le troisième pied de support 4c de la plaque de référence 2 se trouve également dans le plan médian vertical 8 et est éloigne de l'axe de pivotement 7 ;les pieds 4a et 4b sont proches de l'axe de pivotement 7, de manière à assurer une stabilité parfaite de l'appareil de mesure 1 sur la structure de la poutre à ausculter 3. An oscillating plate 5 is articulated at the end of the reference plate 2 and rests by a foot 6 of adjustable height on the structure of the beam 3 at a point Y. The oscillating plate 5 can pivot freely at the end of the reference plate 2 around a pivot axis 7 horizontal and parallel to two feet 4a, 4b for supporting the reference plate 2. The support foot 6 for the oscillating plate 5 is distant from the pivot axis 7 and is preferably in the vertical median plane 8 perpendicular to the pivot axis 7 and equidistant from the feet 4a and 4b. The third support leg 4c of the reference plate 2 is also in the vertical median plane 8 and is moved away from the pivot axis 7; the feet 4a and 4b are close to the pivot axis 7, so as to ensure perfect stability of the measuring device 1 on the structure of the beam to be examined 3.

Sur la plaque de référence 2 est fixée une potence 9 qui s'étend au-dessus de la plaque oscillante 5 et dans le plan médian 8. A l'extrémité 10 de la potence 9, située au voisinage de la verticale du pied de support 6 de la plaque oscillante 5 est prévu un dispositif de mesure 11 comprenant un corps 12 solidaire de la potence 9 et un organe mobile 13 qui peut être déplacé verticalement et être mis en contact avec un point P d'une pastille 14 fixée sur la plaque oscillante 5. On the reference plate 2 is fixed a bracket 9 which extends above the oscillating plate 5 and in the median plane 8. At the end 10 of the bracket 9, located in the vicinity of the vertical of the support leg 6 of the oscillating plate 5 is provided a measuring device 11 comprising a body 12 integral with the bracket 9 and a movable member 13 which can be moved vertically and be brought into contact with a point P of a pad 14 fixed on the plate oscillating 5.

La plaque de référence 2 définit un plan de référence 15 contenant l'axe de pivotement 7 et parallèle au plan défini par les extrémités inférieures des pieds 4a, 4b et 4c supportant la plaque de référence 2. Le plan de référence 15 est sensiblement parallèle à la paroi supérieure de la structure de poutre à ausculter 3. The reference plate 2 defines a reference plane 15 containing the pivot axis 7 and parallel to the plane defined by the lower ends of the legs 4a, 4b and 4c supporting the reference plate 2. The reference plane 15 is substantially parallel to the upper wall of the beam structure to be examined 3.

Lors de son utilisation, l'appareil de mesure 1 est posé sur la paroi supérieure de la poutre 3 de telle manière que l'axe de pivotement soit sensiblement horizontal et perpendiculaire à la poutre 3. When in use, the measuring device 1 is placed on the upper wall of the beam 3 so that the pivot axis is substantially horizontal and perpendicular to the beam 3.

Le plan 16 parallèle à l'axe de pivotement 7, perpendiculaire au plan de référence 15 et équidistant des pieds 4a, 4b et 4c de support de la plaque de référence 2 définit une première section de la poutre à ausculter 3 qui, sous l'action d'une variation de moment fléchissant M reste perpendiculaire au plan de référence 15, cette première section de poutre contenant le point -de la paroi supérieure de la poutre représenté par X sur le dessin. The plane 16 parallel to the pivot axis 7, perpendicular to the reference plane 15 and equidistant from the feet 4a, 4b and 4c for supporting the reference plate 2 defines a first section of the beam to be examined 3 which, under the action of a variation in bending moment M remains perpendicular to the reference plane 15, this first section of beam containing the point -of the upper wall of the beam represented by X in the drawing.

En l'absence de variation de moment fléchissant, le plan 17 parallèle au plan 16 et contenant le point Y de contact du pied de support 6 de la plaque oscillante 5 avec la paroi supérieure de la poutre définit une deuxième section de la poutre 3 distante de D de la première section de poutre. In the absence of variation of bending moment, the plane 17 parallel to the plane 16 and containing the point Y of contact of the support leg 6 of the oscillating plate 5 with the upper wall of the beam defines a second section of the beam 3 distant of D of the first beam section.

Sous l'action, d'une variation de moment fléchissant, le plan 16 de la deuxième section de poutre subit une légère rotation par rapport au plan 16 de la première section de poutre. Le point
Y se déplace vers le point Y1 (voir figure 3) et entraîne une rotation de la plaque oscillante 5 par rapport à la plaque de référence 2, autour de l'axe de pivotement 7. Le point P de la pastille 14 subit ainsi un déplacement par rapport au plan de référence 15, ce déplacement étant matérialisé par le segment de droite PP1 sur la figure 3.Si on désigne par B la distance de l'axe de pivotement 7 au plan 17, par A la distance de l'axe de pivotement 7 au plan parallèle au plan 16 et passant par le point
P de la pastille 14, et par L la mesure du segment PP1, on démontre que la variation de courbure moyenne C du tronçon de poutre matérialisé par les sections de poutre contenant respectivement les points X et Y sous l'action de la variation de moment fléchissant M est donnée par la formule
C = 2 L x B/ (A x D x D)
Si on prend une distance D de 1 m entre les plans 16 et 17 contenant respectivement les première et deuxième section de poutre délimitant le tronçon de poutre dont on mesure la variation de courbure sous l'action d'une variation de moment fléchissant M et un rapport B/A voisin de un, la mesure L du déplacement du point
P par rapport au plan de référence 15 est de l'ordre de 10 à 20 micromètres en l'absence de fissures dans le tronçon de poutre pour une variation de moment fléchissant obtenue avec des surcharges raisonnables.Under the action, of a variation of bending moment, the plane 16 of the second beam section undergoes a slight rotation relative to the plane 16 of the first beam section. Point
Y moves towards the point Y1 (see FIG. 3) and causes a rotation of the oscillating plate 5 relative to the reference plate 2, around the pivot axis 7. The point P of the pad 14 thus undergoes a displacement relative to the reference plane 15, this displacement being materialized by the line segment PP1 in FIG. 3. If B denotes the distance from the pivot axis 7 to the plane 17, by A the distance from the axis of pivoting 7 to the plane parallel to the plane 16 and passing through the point
P of the patch 14, and by L the measurement of the segment PP1, it is demonstrated that the variation in mean curvature C of the section of beam materialized by the sections of beam containing the points X and Y respectively under the action of the variation in moment bending M is given by the formula
C = 2 L x B / (A x D x D)
If we take a distance D of 1 m between planes 16 and 17 respectively containing the first and second beam sections delimiting the section of beam whose variation in curvature is measured under the action of a variation in bending moment M and a ratio B / A close to one, the measure L of the displacement of the point
P relative to the reference plane 15 is of the order of 10 to 20 micrometers in the absence of cracks in the beam section for a variation in bending moment obtained with reasonable overloads.

Le dispositif de mesure 11 du déplacement du point P peut être constitué d'un capteur de déplacement micrométrique de très haute sensibilité dont le palpeur 13 est mis au contact de la pastille 14 avant et après l'action de la variation de moment fléchissant obtenu par une surcharge appliquée sur la poutre 3 ou par déplacement d'une charge le long de la poutre sur une distance donnée. The device 11 for measuring the displacement of the point P can consist of a very high sensitivity micrometric displacement sensor, the feeler 13 of which is brought into contact with the patch 14 before and after the action of the variation in bending moment obtained by an overload applied to the beam 3 or by displacement of a load along the beam over a given distance.

De préférence le dispositif de mesure ai du déplacement du point P par rapport au plan de référence 15 est composé d'un capteur capacitif et de très haute sensibilité dont la partie mobile est solidaire de la plaque oscillante. il existe actuellement des capteurs capacitifs pouvant mesurer un déplacement avec une précision voisine du nanomètre et dont l'éten- due de la mesure est de quelques micromètres. Preferably, the device for measuring the displacement of the point P relative to the reference plane 15 is composed of a capacitive sensor and of very high sensitivity, the movable part of which is integral with the oscillating plate. there are currently capacitive sensors capable of measuring a displacement with an accuracy close to one nanometer and whose measurement range is a few micrometers.

Dans le cas d'une poutre 3 saine, le dispositif de mesure 11 doit pouvoir détecter un déplacement du point P par rapport au plan de référence 15 inférieur à 20 micromètres. In the case of a healthy beam 3, the measuring device 11 must be able to detect a displacement of the point P relative to the reference plane 15 of less than 20 micrometers.

Si la poutre 3 possède des fissures, celles-ci entraînent des pertes de rigidité importantes qui se traduisent par des courbures plusieurs fois supérieures à la normale.If the beam 3 has cracks, these cause significant stiffness losses which result in curvatures several times greater than normal.

Le pied de support 6 de la plaque oscillante 5 colportant une partie inférieure filetée est réglable en hauteur de manière que le dispositif de mesure 11 fonctionne avec la meilleure sensibilité possible et de préference ce réglage est fait automatiquement par un organe asservi au dispositif de mesure 11. The support foot 6 of the oscillating plate 5 peddling a threaded lower part is adjustable in height so that the measuring device 11 operates with the best possible sensitivity and preferably this adjustment is made automatically by a member controlled by the measuring device 11 .

Le dispositif de mesure 11 est relié à une unité de calcul 18 qui, en fonction de la lecture L du déplacement du point P sous l'action de la variation de moment fléchissant, établit la valeur de la courbure C et affiche le résultat sur un module à affichage 19. The measuring device 11 is connected to a calculation unit 18 which, as a function of the reading L of the displacement of the point P under the action of the variation in bending moment, establishes the value of the curvature C and displays the result on a display module 19.

L'appareil de mesure 1 décrit ci-dessus permet d'ausculter de façon systématique des ouvrages d'art et en particulier des ponts en béton. La méthode consiste à mesurer, à l'aide de l'appareil de mesure 1 posé sur la chaussée 21, la variation de courbure de plusieurs. zones 22 de la poutre 3 de l'ouvrage sous l'action d'une variation de moment fléchissant M obtenue en dépla çant une charge F sur une certaine distance d au voisinage de chacune desdites zones de poutre. L'appareil de mesure 1 est porté par une remorque 20 portant la charge F. La charge F peut être déplacée sur la remorque 20 sur une distance d. L'appareil de mesure 1 est lié à la remorque 20 par un dispositif de levage qui permet de soulever l'appareil 1 lors des déplacements de la remorque 20 et de le reposer sur la chaussée 21 lors de l'auscultation d'une zone 22 du pont.L'appareil de mesure 1 est disposé soit à l'avant, soit à l'arrière de la remorque 20 et se trouve toujours lors d'une mesure à une distance prédéterminée de la remorque 20, celle-ci étant alors à l'arrêt. The measuring device 1 described above makes it possible to systematically examine engineering structures and in particular concrete bridges. The method consists in measuring, using the measuring device 1 placed on the roadway 21, the variation in curvature of several. zones 22 of the beam 3 of the structure under the action of a variation in bending moment M obtained by displacing a load F over a certain distance d in the vicinity of each of said beam zones. The measuring device 1 is carried by a trailer 20 carrying the load F. The load F can be moved on the trailer 20 over a distance d. The measuring device 1 is linked to the trailer 20 by a lifting device which makes it possible to raise the device 1 when the trailer 20 is moving and to rest it on the roadway 21 during the auscultation of an area 22 The measuring device 1 is placed either at the front or at the rear of the trailer 20 and is always located during a measurement at a predetermined distance from the trailer 20, the latter then being at the stop.

Le pas-de la mesure representé par une double flèche sur la figure 4 peut être quelconque car il n'est pas lié aux carac téristiques géométriques de la remorque et on peut ainsi ausculter pas à pas les différentes zones 22 de l'ouvrage,
La variation de moment fléchissant M due au déplacement de la charge F sur la distance d est fonction de la charge F et de la distance d et est par le fait même limitée par la taille de la remorque 20. La méthode ne fournit donc que la réponse de la poutre 3 dans l'état proche de l'état permanent auquel il est soumis au moment de la mesure.The step of the measurement represented by a double arrow in FIG. 4 can be arbitrary because it is not linked to the geometric characteristics of the trailer and it is thus possible to auscultate the different zones 22 of the structure step by step,
The variation in bending moment M due to the displacement of the load F over the distance d is a function of the load F and the distance d and is thereby limited by the size of the trailer 20. The method therefore only provides the response of the beam 3 in the state close to the permanent state to which it is subjected at the time of the measurement.

Si l'on recherche la réponse de l'ouvrage pour des niveaux de sollicitations proches des sollicitations maximales, on peut ausculter l'ouvrage travée par travée en disposant des charges complémentaires fixes réparties sur l'ensemble de la travée auscultée. If we are looking for the response of the structure for stress levels close to the maximum stresses, we can examine the structure bay by bay by having fixed additional loads distributed over the whole of the surveyed bay.

De préférence la remorque 20 employée est une remorque de dimension courante pouvant supporter une charge F de 30 t environ que l'on peut déplacer sur une distance d voisine de 10. m. Ces valeurs permettent de ne pas trop renforcer une remorque normale et aussi de ne pas trop s'éloigner des prescriptions maximales du code de la route pour des transports non exceptionnels. Cette remorque 20 peut être utilisée pour un ouvrage à deux voies de circulation, et, si le nombre de voies est nettement supérieur, on peut coupler plusieurs remorques 20 cote à côte et asservies entre elles pendant la durée des mesures. Preferably, the trailer 20 used is a trailer of current size capable of supporting a load F of approximately 30 t which can be moved over a distance d close to 10. m. These values make it possible not to reinforce too much a normal trailer and also not to stray too far from the maximum prescriptions of the highway code for non-exceptional transport. This trailer 20 can be used for a structure with two lanes of traffic, and, if the number of lanes is much higher, one can couple several trailers 20 side by side and slaved to each other for the duration of the measurements.

Pour ausculter correctement l'ouvrage quelques précautions élémentaires doivent être prises. On doit connaître avec précision la position de l'appareil de mesure 1 par rapport à un point origine du pont. L'appareil de mesure 1 doit être positionné avec précision sur la chaussée dans l'axe des poutres 3 ou dans l'axe des âmes de la poutre dans le cas d'un pont ayant une poutre en caisson. L'appareil de mesure 1 doit pouvoir être déplacé transversalement par rapport à l'axe de la remorque 20 de façon à pouvoir assurer un positionnement fin de l'appareil de mesure 1 au-dessus de la zone de poutre 22 à ausculter. To properly examine the structure, some basic precautions must be taken. The position of the measuring device 1 relative to an origin point of the bridge must be known with precision. The measuring device 1 must be positioned precisely on the roadway in the axis of the beams 3 or in the axis of the webs of the beam in the case of a bridge having a box girder. The measuring device 1 must be able to be moved transversely relative to the axis of the trailer 20 so as to be able to ensure a fine positioning of the measuring device 1 above the beam area 22 to be examined.

De façon à avoir un engin d'auscultation systématique de ponts en béton totalement autonome, la remorque 20 est soit automotrice, soit entraînée par un tracteur. Dans le cas de la traction de la remorque 20 par un tracteur, l'appareil de mesure 1 est installé à l'arrière de la remorque 20. Dans tous les cas, l'appareil de mesure 1 se trouve à l'extérieur de la surface délimitée par les roues de la remorque 20 de manière à obtenir une plus grande variation du moment fléchissant M dans la zane de poutre 22 à ausculter, suite au déplacement d de la charge F. In order to have a system for a systematic examination of completely autonomous concrete bridges, the trailer 20 is either self-propelled or driven by a tractor. In the case of the trailer 20 being pulled by a tractor, the measuring device 1 is installed at the rear of the trailer 20. In all cases, the measuring device 1 is located outside the surface delimited by the wheels of the trailer 20 so as to obtain a greater variation of the bending moment M in the beam zane 22 to be examined, following the displacement d of the load F.

Un calculateur scientifique suffisamment puissant et ayant un logiciel approprié peut être embarqué sur la remorque 20. A sufficiently powerful scientific computer with appropriate software can be loaded on trailer 20.

Ce calculateur archive les valeurs des variations de courbure de chaque zone 22 auscultée de la poutre 3 ainsi que l'abscisse de chaque point de mesure, et édite ou affiche immédiatement le résultat d'une mesure C fournie par l'appareil de mesure 1 et la valeur théorique attendue en fonction de l'abscisse du point de mesure et de la variation de moment fléchissant M dû au déplacement de la charge F sur la remorque 20.This calculator archives the values of the variations in curvature of each auscultated zone 22 of the beam 3 as well as the abscissa of each measurement point, and immediately edits or displays the result of a measurement C supplied by the measurement device 1 and the theoretical value expected as a function of the abscissa of the measurement point and of the variation in bending moment M due to the displacement of the load F on the trailer 20.

Les abscisses des sections à ausculter sont mémorisées au préalable par le calculateur, avant le début de l'auscultation sysmétatique de l'ouvrage, et la position de l'appareil de mesure 1 par rapport à un point origine du pont est mesurée par un appareil de mesure de bonne précision relié au calculateur. The abscissae of the sections to be examined are memorized beforehand by the computer, before the start of the systemic auscultation of the structure, and the position of the measuring device 1 relative to an origin point of the bridge is measured by a device of good precision measurement connected to the computer.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Appareil de mesure (1) de la variation de courbure C d'un tronçon d'une poutre (3) sous l'action d'une variation du moment fléchissant M caractérisé en ce qu'il comprend 1 - Measuring device (1) of the variation of curvature C of a section of a beam (3) under the action of a variation of the bending moment M characterized in that it comprises

- une plaque de référence rigide (2) définissant un plan de référence (15) sensiblement parallèle à la paroi supérieure dudit tronçon de poutre (3), et supportée par trois pieds (4a, 4b, 4c) dont les extrémités inférieures reposent sur ledit tronçon de poutre (3), et définissent un triangle isocèle. - a rigid reference plate (2) defining a reference plane (15) substantially parallel to the upper wall of said section of beam (3), and supported by three feet (4a, 4b, 4c) whose lower ends rest on said section of beam (3), and define an isosceles triangle.

- un dispositif de mesure (11) du déplacement par rapport au plan de référence (15), dans une direction perpendiculaire audit plan de référence (15) et sous l'action de la variation du moment fléchissant M, d'un point P situé sur la plaque oscillante (5) à proximité du pied de support de celle-ci, dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement (7) et contenant l'axe du pied de support (6) de ladite plaque oscillante (5), ledit dispositif de mesure (11) comportant un organe susceptible de suivre les déplacements du point P et coopérant avec un corps (12) rendu solidaire de ladite plaque de référence (2) par une potence (9) fixée sur cette dernière. - a device (11) for measuring the displacement relative to the reference plane (15), in a direction perpendicular to said reference plane (15) and under the action of the variation of the bending moment M, of a point P located on the oscillating plate (5) near the support leg thereof, in a plane perpendicular to the pivot axis (7) and containing the axis of the support leg (6) of said oscillating plate (5) , said measuring device (11) comprising a member capable of following the displacements of point P and cooperating with a body (12) made integral with said reference plate (2) by a bracket (9) fixed on the latter.

- une plaque oscillante (5) montée à une extrémité de la plaque de référence (2) de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement (7) parallèle audit plan de référence (15) et parallèle à la base du triangle isocèle déterminée par les extrémités inférieures de deux pieds de support (4a, 4b) de ladite plaque de référence (2), ladite plaque oscillante (5) étant supportée à l'opposé de son axe de pivotement par un pied (6) qui repose sur ledit tronçon de poutre (3) en un point Y qui détermine avec le sommet du triangle isocèle une droite perpendiculaire audit axe de pivotement (7) de part et d'autre duquel sont disposées ladite plaque de référence. (2) et ladite plaque oscillante (5) , et - an oscillating plate (5) mounted at one end of the reference plate (2) so as to be able to pivot around a pivot axis (7) parallel to said reference plane (15) and parallel to the base of the isosceles triangle determined by the lower ends of two support feet (4a, 4b) of said reference plate (2), said oscillating plate (5) being supported opposite its pivot axis by a foot (6) which rests on said section of beam (3) at a point Y which determines with the vertex of the isosceles triangle a straight line perpendicular to said pivot axis (7) on either side of which said reference plate are arranged. (2) and said oscillating plate (5), and

2 - Appareil selon la revendication 1, caractérise en ce que le pied de support (6) de la plaque oscillante (5) est réglable en hauteur. 2 - Apparatus according to claim 1, characterized in that the support leg (6) of the oscillating plate (5) is adjustable in height.

3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en que le pied de support (6) de la plaque oscillante (5) est constitué par une tige filetée dont la rotation entraîne le pivotement de la plaque oscillante (5) autour de l'axe de pivotement (7). 3 - Apparatus according to claim 2, characterized in that the support foot (6) of the oscillating plate (5) consists of a threaded rod whose rotation causes the pivoting of the oscillating plate (5) about the axis of pivot (7).

4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (11) comprend une pastille (14) fixée sur la plaque oscillante (5) et un capteur de déplacement micrométrique dont le palpeur (13) est susceptible d'être mis en contact avec ladite pastille (14). 4 - Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring device (11) comprises a pad (14) fixed on the oscillating plate (5) and a micrometric displacement sensor including the probe (13) is likely to be brought into contact with said pellet (14).

5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (11) est un capteur capacitif dont la partie mobile est solidaire de la plaque oscillante (5). 5 - Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring device (11) is a capacitive sensor whose movable part is secured to the oscillating plate (5).

6 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en plus une unité de calcul (18) fournissant la valeur de la variation de courbure C du tronçon de poutre (3) en fonction de la valeur mesurée du déplacement L du point P sous l'action d'une variation de moment fléchissant M et un module à affichage (19) relié à l'unité de calcul(18) et permettant la lecture directe de ladite valeur C. 6 - Apparatus according to one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises a calculation unit (18) providing the value of the variation in curvature C of the beam section (3) as a function of the value measured from the displacement L of the point P under the action of a bending moment variation M and a display module (19) connected to the calculation unit (18) and allowing the direct reading of said value C.

7 - Procédé d'auscultation systématique d'un ouvrage d'art et en particulier d'un pont en béton dans lequel on utilise un appareil de mesure (1) de la variation de courbure Cd'un tronçon de poutre (3) sous l'action d'une variation du moment fléchissant M selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 7 - Method for systematic auscultation of a structure and in particular of a concrete bridge in which a measuring device (1) of the variation in curvature C of a section of beam (3) is used under the action of a variation of the bending moment M according to one of the preceding claims, characterized in that

on pose l'appareil de mesure (1) directement sur la chaussée (21) au-dessus d'une zone de poutre (22) à ausculter, de façon que l'axe de pivotement (7) reliant la plaque de référence (2) à la plaque oscillante (5) s'étende transversalement à ladite chaussée (21), the measuring device (1) is placed directly on the roadway (21) above a beam area (22) to be examined, so that the pivot axis (7) connecting the reference plate (2 ) the oscillating plate (5) extends transversely to said road (21),

on règle la mise à zéro du dispositif de mesure (11) du déplacement du point P, par rotation du pied de support de la plaque (-6) oscillante (5). the zeroing of the measuring device (11) of the displacement of the point P is adjusted by rotation of the support foot of the oscillating plate (-6) (5).

on déplace l'appareil de mesure (1) au-dessus de la chaussée (22) vers une autre zone de poutre (22) pour y faire une nouvelle mesure de variation de courbure. the measuring device (1) is moved above the roadway (22) to another beam area (22) to make a new measurement of the variation in curvature.

on relève la variation de courbure C de ladite zone de poutre (22) sous l'action de la variation de moment fléchissant M et the variation in curvature C of said beam area (22) is noted under the action of the variation in bending moment M and

on déplace une charge F sur la chaussée -(21) sur une certaine distance d au voisinage de ladite zone de poutre (22) de façon à créer une variation de moment fléchissant M, a load F is moved on the roadway - (21) over a certain distance d in the vicinity of said beam area (22) so as to create a variation in bending moment M,

8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on utilise une remorque (20) avec essieux extrêmes susceptible d'être déplacée sur la chaussée (21) et portant ladite charge F, on monte l'appareil de mesure (1) sur ladite remorque (20) de telle manière qu'il puisse être posé sur la chaussée (21) pendant la durée d'une mesure et soulevé au-dessus de la chaussée (21) pendant le déplacement de la remorque (20), on maintient la remorque (20) à l'arrêt pendant la durée d'une mesure et on déplace la charge F sur la remorque (20) à l'arrêt pour créer une variation de moment fléchissant M. 8 - Method according to claim 7, characterized in that one uses a trailer (20) with end axles capable of being moved on the roadway (21) and carrying said load F, the measuring device is mounted (1 ) on said trailer (20) in such a way that it can be placed on the roadway (21) for the duration of a measurement and lifted above the roadway (21) during the movement of the trailer (20), the trailer (20) is kept stationary for the duration of a measurement and the load F is moved on the trailer (20) stationary to create a variation in bending moment M.

9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on dispose des charges complémentaires fixes réparties sur l'ensemble de la travée auscultée. 9 - Method according to claim 8, characterized in that there are fixed additional charges distributed over the entire span auscultated.

10 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce qu'on couple plusieurs remorques (20) cote à côte sur la chaussée (21) en fonction du nombre de voies de circulation de la chaussée (21). 10 - Method according to one of claims 8 to 9, characterized in that several trailers (20) side by side on the road (21) depending on the number of lanes of the road (21).

11 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on place l'appareil de mesure (1) à l'exté- rieur de la surface délimitée par les roues de la remorque (20). 11 - Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the measuring device (1) is placed outside the surface delimited by the wheels of the trailer (20).