FR2727993A1 - MIXED WOOD-CONCRETE STRUCTURE INTENDED IN PARTICULAR TO THE PRODUCTION OF APARTMENTS OF ART WORKS - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention, concernant laquelle des essais sur maquette etThe present invention, concerning which model tests and
études ont été réalisés au Laboratoire Géomatériaux de l'ENTPE-FORMEQUIP, concerne la réalisation de structures mixtes bois-béton, notamment pour l'obtention de tabliers d'ouvrages d'art tels que des ponts. De telles structures comprennent des poutres en bois massif ou en lamellé collé à leur partie inférieure et une dalle de compression en béton Studies have been carried out at the Geomatériaux Laboratory of ENTPE-FORMEQUIP, concerning the realization of mixed wood-concrete structures, in particular for obtaining aprons of works of art such as bridges. Such structures include beams of solid wood or glued laminated at their lower part and a concrete compression slab
connectée sur les poutres à leur partie supérieure. connected to the beams at their upper part.
Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, à l'exécution de travées de petite et moyenne portées pour la circulation des piétons (passerelles) et de véhicules (ponts) et, plus généralement, pour le franchissement de brèches par des charges statiques ou dynamiques (par exemple des aqueducs) dans les portées définies ci-dessus. Elle s'applique de préférence, mais non pas limitativement, à It applies in particular, but not exclusively, to the execution of small and medium span spans for the circulation of pedestrians (bridges) and vehicles (bridges) and, more generally, for the breaching of breaches by static loads or dynamic (eg aqueducts) in the ranges defined above. It applies preferably, but not exclusively, to
des travées isostatiques.isostatic traps.
La construction de tabliers mixtes métal-béton armé pour des ponts est devenue tout à fait courante dans les pays dits "développés", en démontrant la fiabilité et le faible coût de tels ouvrages pour des portées moyennes, comparé aux ouvrages équivalents The construction of composite metal-reinforced concrete decks for bridges has become quite common in the so-called "developed" countries, demonstrating the reliability and low cost of such structures for medium spans, compared to equivalent structures.
réalisés entièrement en béton armé. made entirely of reinforced concrete.
Toutefois ces structures métal-béton armé entraînent une très forte consommation d'acier de charpente (dans les poutres métalliques) et d'armature pour béton armé (dans la dalle supérieure). Cela constitue un obstacle important pour la construction de ponts dans les pays en voie de développement, en entraînant de lourdes dépenses de devises pour se However, these metal-reinforced concrete structures lead to a very high consumption of structural steel (in metal beams) and reinforcement for reinforced concrete (in the upper slab). This is a major obstacle to bridge construction in developing countries, resulting in heavy foreign exchange
procurer les quantités d'acier nécessaires. provide the necessary quantities of steel.
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et elle propose à cet effet de substituer, aux poutres métalliques des modes de construction connus mentionnés ci-dessus, des poutres de bois de section définie en fonction des charges appliquées (pouvant varier d'une section pleine en bois massif à une section en I également en bois massif ou à une section de forme complexe en lamellé collé). Elle a également pour objet, grâce à un choix judicieux de la position de la fibre neutre de la section composite (à la frontière entre le bois et le béton), de diminuer considérablement les quantités d'acier à mettre en place The object of the present invention is to overcome this disadvantage and, for this purpose, it proposes to substitute, for the metal girders of the known construction methods mentioned above, wood beams of defined section according to the loads applied (which may vary from one to another). a solid solid section with an I section also in solid wood or a section of complex laminated laminated form). It also aims, through a judicious choice of the position of the neutral fiber of the composite section (at the border between wood and concrete), significantly reduce the amount of steel to put in place
pour armer la dalle de compression.to arm the compression slab.
On comprend qu'une telle substitution du bois au métal permettrait, dans les pays en voie de développement possédant des richesses naturelles en bois, d'alléger les lourdes dépenses en devises liées à l'achat d'acier et de valoriser ainsi sur place une ressource nationale qui, dans le cas contraire, serait It is understandable that such a substitution of wood for metal would allow, in developing countries with natural wood wealth, to reduce the heavy foreign exchange costs associated with the purchase of steel and thus to enhance the value of national resource which, if not, would be
exportée avec une plus faible valeur ajoutée. exported with lower added value.
L'association du bois et du béton constitue un procédé très ancien, bien qu'il ait buté sur la qualité de la connexion entre les poutres de bois et la dalle de compression en béton. De nombreux systèmes prévoyaient ainsi de réaliser cette connexion à l'aide de clous enfoncés dans le bois et dont la tête est noyée dans le béton. D'autres systèmes prévoyaient des plaques de connexion constituées de tôles fixées sur les deux flans de chaque poutre, à l'aide de dents de clouage horizontales obtenues par découpage et pliage de The combination of wood and concrete is a very old process, although it has affected the quality of the connection between the wooden beams and the concrete slab. Many systems planned to make this connection with nails driven into the wood and whose head is embedded in the concrete. Other systems provided connection plates consisting of sheets fixed on the two blanks of each beam, using horizontal nailing teeth obtained by cutting and folding of
certaines parties de leur matière.parts of their subject.
Ces systèmes connus de connexion, qui n'ont servi qu'à réaliser des planchers de bâtiment et des passerelles de faible capacité, ne sont pas conçus pour résister à tous les efforts de compression et de These known connection systems, which have only been used for building floors and low capacity walkways, are not designed to withstand all compression and
cisaillement générés dans les ouvrages d'art. shear generated in the structures.
On connait aussi, par le brevet français N 2611778, un plancher à collaboration bois-béton dans lequel une dalle de béton est coulée sur des poutres de bois et connectée à celle-ci par des tubes connecteurs métalliques à section circulaire qui s'encastrent chacun d'une part par enfoncement dans une gorge circulaire creusée à cet effet dans une poutre et, d'autre part, dans la dalle lors du coulage du béton. Dans ce cas aussi, ce type de connexion parait mieux adapté aux French Patent No. 2611778 also discloses a wood-concrete collaboration floor in which a concrete slab is poured onto wooden beams and connected thereto by circular metal connector tubes which are each fitted to each other. on the one hand by penetration into a circular groove dug for this purpose in a beam and, on the other hand, in the slab during the pouring of the concrete. In this case too, this type of connection seems better adapted to
contraintes de faible et moyenne intensités. low and medium intensity constraints.
Selon la présente invention, la structure mixte bois-béton, destinée notamment à la réalisation de tabliers d'ouvrages d'art tels que des ponts, est du type qui comprend: - des poutres de bois longitudinales reposant sur des appuis tels que des chevêtres, - une dalle de compression en béton portée par les dites poutres, et - des connecteurs métalliques assurant la liaison entre les poutres et la dalle de béton. Elle se caractérise en ce que les dits connecteurs présentent chacun la forme d'une double cornière inversée dont l'aile verticale supérieure est noyée dans la dalle de compression, dont l'aile verticale inférieure est fixée dans une fente de la semelle supérieure de la poutre, et dont la partie intermédiaire horizontale est fixée sur la poutre, par exemple par des boulons ou tirefonds engagés dans des trous ménagés dans According to the present invention, the mixed wood-concrete structure, intended in particular for the realization of aprons of structures such as bridges, is of the type which comprises: - longitudinal wooden beams resting on supports such as trimmers - a concrete compression slab carried by the said beams, and - metal connectors ensuring the connection between the beams and the concrete slab. It is characterized in that the said connectors each have the form of an inverted double angle whose upper vertical flange is embedded in the compression slab, the lower vertical flange is fixed in a slot of the upper flange of the beam, and whose horizontal intermediate portion is fixed to the beam, for example by bolts or lag bolts engaged in holes in
la poutre.beam.
Avantageusement le connecteur, qui peut être constitué par une tôle pliée ou être obtenu par soudage de deux cornières standard en position tête-bêche, présente sur son aile verticale supérieure une ouverture pour le passage d'un filant longitudinal destiné à être Advantageously, the connector, which may consist of a folded sheet or be obtained by welding two standard angles in head-to-tail position, has on its upper vertical flange an opening for the passage of a longitudinal thread intended to be
noyé dans le béton.drowned in concrete.
Les scellements de l'aile inférieure du connecteur dans la fente pratiquée dans le bois et des boulons ou tirefonds dans la poutre sont réalisés à l'aide d'un produit possédant les caractéristiques suivantes: - une bonne compatibilité chimique avec le bois, - fluidité suffisante pour imprégner les fibres de bois afin de reprendre correctement les efforts de cisaillement, - thixotropie permettant de ne pas diffuser à l'excès le produit dans des zones o il ne The seals of the lower flange of the connector in the slot made in the wood and bolts or screws in the beam are made using a product having the following characteristics: - good chemical compatibility with wood, - fluidity sufficient to impregnate the wood fibers in order to properly recover the shearing forces, - thixotropy so as not to diffuse the product to excess in areas where it is not
serait pas utile.would not be useful.
On comprend que le connecteur selon l'invention est parfaitement adapté à l'exécution de tabliers à structure mixte bois-béton. En effet sa partie supérieure fonctionne exactement comme dans les tabliers mixtes métal/béton dans lesquels le connecteur est noyé dans la partie comprimée du béton transmettant à celui-ci une compression qui le dimensionne (il empêche également, grâce au filant traversant tous les connecteurs en file, le soulèvement de la dalle). De même sa partie inférieure enfoncée dans une fente de la poutre transmet dans les meilleures conditions possibles une compression au bois dans la limite des contraintes admissibles de celui- ci (définies par le calcul). La mobilisation des efforts est assurée par le remplissage It is understood that the connector according to the invention is perfectly suitable for the execution of aprons with mixed wood-concrete structure. Indeed its upper part works exactly as in mixed metal / concrete decks in which the connector is embedded in the compressed part of the concrete transmitting to it a compression which dimensions it (it also prevents, thanks to the wire through all the connectors in file, lifting the slab). In the same way, its lower part, inserted into a slot of the beam, transmits wood compression within the limits of the permissible stresses of the latter (defined by the calculation). Mobilization of efforts is ensured by filling
de la fente à l'aide du produit défini plus haut. of the slot using the product defined above.
Le connecteur est fixé provisoirement sur le bois par une pointe et les efforts d'arrachement connecteur-bois sont repris par des boulons constitués d'une tige enfoncée dans un avant trou et scellée au produit défini plus haut afin de reconstituer la matière autour de la tige, et d'une tête s'opposant au The connector is provisionally fixed on the wood by a point and the connector-wood tearing forces are taken up by bolts consisting of a rod driven into a pre-hole and sealed to the product defined above in order to reconstitute the material around the stem, and a head opposing the
soulèvement.uprising.
L'effort de cisaillement sur la section transversale de l'aile inférieure de la double cornière inversée dimensionne l'épaisseur de cette aile. Enfin l'effort de pliure sur la partie haute du connecteur The shear force on the cross section of the lower wing of the double inverted angle angles the thickness of this wing. Finally the folding force on the upper part of the connector
dimensionne l'épaisseur de l'aile supérieure. sizing the thickness of the upper wing.
L'ensemble de connecteurs ainsi définis selon l'invention est en mesure de résister à tous les efforts générés par les efforts tranchants connus dans les The set of connectors thus defined according to the invention is able to withstand all the forces generated by the shearing forces known in the
ouvrages d'art y compris les efforts de fatigue. structures including fatigue efforts.
Il est à noter que la partie inférieure du connecteur est enfoncée dans la semelle supérieure de la poutre de bois sur une part relativement faible de la hauteur totale de la dite semelle. Or, compte tenu de la position de l'axe neutre, cette zone est très faiblement tendue, ce qui signifie que les quelques fibres du bois interceptées par la partie inférieure du connecteur sont sans incidence sur la tenue de l'ensemble de la structure. Il est à noter également que les faibles dimensions du connecteur par rapport à celles de la semelle supérieure de la poutre de bois font que ce connecteur est très éloigné de l'air atmosphérique tant du côté béton que du côté bois. Cette caractéristique permet de protéger efficacement le connecteur contre les risques éventuels d'incendie ainsi que contre la corrosion, protection qui peut encore être améliorée par It should be noted that the lower part of the connector is pressed into the upper flange of the wooden beam on a relatively small part of the total height of said sole. However, given the position of the neutral axis, this area is very weakly tensioned, which means that the few wood fibers intercepted by the lower part of the connector do not affect the strength of the entire structure. It should also be noted that the small dimensions of the connector relative to those of the upper flange of the wooden beam make this connector is very far from atmospheric air both on the concrete side and on the wood side. This feature effectively protects the connector against possible fire hazards as well as corrosion, which protection can be further enhanced by
une galvanisation et/ou un badigeon à la résine. galvanization and / or resin wash.
Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, afin de rendre la réalisation plus aisée par une main d'oeuvre non qualifiée et réduire au minimum les quantités d'acier pour béton armé, on utilise des éléments en béton préfabriqués épousant la forme d'une voûte et prenant appui sur des encoches pratiquées en rive des poutres de bois. Ces voûtes ont pour double objet: - de constituer d'une part un coffrage perdu participant ou non pour la dalle de compression en béton située au-dessus. Cette voûte est réalisée à l'aide de trois files de parpaings (deux files de rive et une file de clef) dont la flèche et l'épaisseur sont déterminées par la nécessité d'être entièrement comprimée sous l'effet du béton liquide According to a complementary characteristic of the invention, in order to make the realization easier by unskilled labor and to minimize the quantities of steel for reinforced concrete, prefabricated concrete elements in the form of a concrete are used. vault and resting on notches made on the edge of the wooden beams. The purpose of these vaults is twofold: - to form, on the one hand, a lost formwork that may or may not participate in the concrete compression slab above. This vault is made using three rows of blocks (two rows of bank and a key line) whose arrow and thickness are determined by the need to be fully compressed under the effect of liquid concrete
de la dalle de compression.of the compression slab.
- de transmettre directement, grâce à l'effet de voûte créé, les efforts des charges statiques et dynamiques de la chaussée aux poutres de bois et d'éviter ainsi la création de moments de flexion transversaux importants qui auraient imposé l'augmentation sensible des quantités d'acier dans - to transmit directly, thanks to the created vault effect, the forces of the static and dynamic loads of the pavement to the wooden beams and thus to avoid the creation of important transverse bending moments which would have required the significant increase of the quantities of steel in
la dalle, réduisant d'autant l'intérêt du procédé. slab, reducing the interest of the process.
L'ensemble des éléments à mettre en place est suffisamment léger pour être manipulé manuellement ou à All the elements to be put in place are light enough to be handled manually or
l'aide de palans.using hoists.
Les poutres de bois longitudinales sont normalement entretoisées selon un rythme défini par le calcul. Ces entretoises sont en principe constituées d'un tube en acier reprenant les cisaillements traversant un élément de béton en bois qui reprend les compressions et d'une tige de serrage en acier FE 500 ou acier dur - (suivant les efforts concernés) - qui reprend les tractions. Les poutres bois reposent sur des Longitudinal timber beams are normally braced according to a rhythm defined by the calculation. These spacers consist in principle of a steel tube containing the shearing through a wooden concrete element that takes the compressions and a clamping rod made of steel FE 500 or hard steel - (depending on the efforts involved) - which takes over the tractions. The wooden beams are based on
chevêtres constituant des appuis.trimmers constituting supports.
Enfin pour rendre l'exécution plus aisée encore, des éléments préfabriqués posés en rive du tablier sur une encoche latérale des poutres de rive servent à la fois de coffrage perdu vertical pour la dalle de compression et le trottoir sus-jacent, mais également de protection contre l'écoulement des eaux le Finally, to make the execution even easier, prefabricated elements placed on the edge of the deck on a lateral notch of the edge beams serve both as vertical formwork for the compression slab and the overlying sidewalk, but also for protection. against the flow of water the
long des poutres de rive et de parement décoratif. along the edge beams and decorative siding.
L'invention telle que définie peut être mise en oeuvre à la fois dans les pays en voie de développement pour son utilisation maximale de ressources locales et la simplicité de son exécution, et dans les pays industriels qui désirent développer la filière bois à des coûts raisonnables grâce à une faible consommation de main d'oeuvre sur le chantier proprement dit. Pour bien faire comprendre l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe verticale transversale d'un tablier de pont selon la présente invention; la figure 2 est à plus grande échelle, une vue en perspective d'un connecteur utilisé selon la présente invention; et la figure 3 représente en perspective une The invention as defined can be implemented both in the developing countries for its maximum use of local resources and the simplicity of its execution, and in industrial countries wishing to develop the wood industry at reasonable costs. thanks to a low consumption of manpower on the site proper. For a better understanding of the invention will be described below, by way of non-limiting example, a preferred embodiment with reference to the accompanying schematic drawing wherein: Figure 1 is a cross-sectional vertical sectional view of a bridge deck according to the present invention; Figure 2 is on a larger scale, a perspective view of a connector used according to the present invention; and Figure 3 shows in perspective a
voûte type en parpaings préfabriqués. vault type in prefabricated blocks.
En référence à la figure 1 on a représenté un tablier de pont réalisé selon l'invention, qui comporte des poutres en bois 1 pouvant être massives ou lamellées collées. Dans l'exemple représenté, les poutres sont de section en I et sont constituées de plusieurs éléments superposés assemblés entre eux. Elles pourraient Referring to Figure 1 there is shown a bridge deck made according to the invention, which comprises wooden beams 1 can be massive or laminated glued. In the example shown, the beams are I-section and consist of several superposed elements assembled together. They could
toutefois être de forme rectangulaire. however, be rectangular.
Les poutres 1 s'étendent dans le sens longitudinal du pont entre appuis des piles et culées, et elles sont entretoisées à l'aide d'un ensemble constitué de tubes d'acier 2 traversant des butons en bois 3, le tout étant serré par des tiges précontraintes 4. A leur partie supérieure, les poutres 1 sont entaillées par des encoches 5, destinées à recevoir des voutains 6 en béton préfabriqué qui sont disposés en forme de voûte et servent à coffrer l'espace compris entre les poutres 1. Les encoches extérieures 5 des poutres de rive permettent d'appuyer des corniches préfabriquées 7 qui ont pour objet, outre leur rôle décoratif et de protection des poutres, de coffrer verticalement la dalle en béton 8 du tablier ainsi que The beams 1 extend in the longitudinal direction of the bridge between the supports of the piers and abutments, and they are braced with the aid of a set consisting of steel tubes 2 passing through wooden buttresses 3, the whole being clamped by 4. At their upper part, the beams 1 are cut by notches 5, intended to receive vaults 6 prefabricated concrete which are arranged in the form of a vault and used to form the space between the beams 1. The external notches 5 of the edge beams support prefabricated cornices 7 whose object, in addition to their decorative role and protection of the beams, vertically form the concrete slab 8 of the deck as well as
le trottoir susjacent 9.the overhead sidewalk 9.
Les poutres 1 et les parpaings préfabriqués 6 servent de coffrage pour couler la dalle en béton 8, qui est simplement armée d'une double nappe de treillis soudé destinée à résister à quelques conditions aux limites, et non aux moments transversaux qui sont éliminés grâce à l'effet de voûte créé par les parpaings The beams 1 and the prefabricated blocks 6 serve as formwork for casting the concrete slab 8, which is simply armed with a double layer of welded mesh designed to withstand some boundary conditions, and not to the transverse moments that are eliminated through the vault effect created by the blocks
6.6.
Des connecteurs 12 en forme de double cornière relient les poutres de bois 1 à la dalle de béton 8 en Connectors 12 in the form of double angle connect the wooden beams 1 to the concrete slab 8 in
s'opposant aux efforts de glissement entre ces éléments. opposing the sliding efforts between these elements.
Une couche d'étanchéité 10 et une couche de roulement 11 A sealing layer 10 and a wearing course 11
viennent recouvrir la dalle de béton 8. cover the concrete slab 8.
Comme on le voit plus particulièrement à la figure 2, le connecteur 12 est constitué d'une tôle pliée d'environ 8mm d'épaisseur en forme de S sans barres supérieure et inférieure réalisée par pliure ou par soudure de deux cornières entre elles. Le montant supérieur 13 a des dimensions de l'ordre de cm x 10 cm. Il est percé d'un trou 14 permettant l'introduction d'un rond filant d'environ 12mm. La partie horizontale 15, qui dans la structure est fixée sur la face supérieure de la poutre bois, a des dimensions de l'ordre de lOcm x 10 cm. Elle est percée de quatre trous principaux 16 destinés au passage de tiges 17 de fixation du connecteur sur la poutre bois. Les tiges sont scellées à l'aide d'un produit de scellement dans des avant- trous 18 ménagés dans les poutres bois. Elles sont munies d'une tête As seen more particularly in Figure 2, the connector 12 consists of a folded sheet of about 8 mm thick S-shaped without upper and lower bars made by folding or welding two brackets together. The upper amount 13 has dimensions of the order of cm x 10 cm. It is pierced with a hole 14 allowing the introduction of a round wire about 12mm. The horizontal part 15, which in the structure is fixed on the upper face of the timber beam, has dimensions of the order of 10 cm × 10 cm. It is pierced with four main holes 16 for the passage of rods 17 for fixing the connector on the timber beam. The rods are sealed with a sealant in pilot holes 18 formed in the wooden beams. They are equipped with a head
s'opposant aux efforts d'arrachement du connecteur. opposing the pulling forces of the connector.
Un trou central 19 permet l'introduction d'une A central hole 19 allows the introduction of a
pointe de positionnement et de fixation du connecteur. positioning and fixing point of the connector.
Le montant vertical inférieur 20 a des The lower vertical amount 20 has
dimensions de l'ordre de lOcm x 3,5cm. dimensions of the order of 10cm x 3.5cm.
Il est introduit dans une fente 21 réalisée dans le bois à la défonceuse et scellée à l'aide d'un It is introduced into a slot 21 made in the wood at the router and sealed using a
produit de scellement.sealant.
Comme on le voit à la figure 3, la voûte en parpaings préfabriqués est réalisée à l'aide de deux files de rive 22 et une file de clef 23 s'étendant légèrement au delà de la poutre afin de coffrer les abouts 24 du tablier en débord par rapport aux poutres bois. As can be seen in FIG. 3, the vault made of prefabricated blocks is made using two rows of edges 22 and a key line 23 extending slightly beyond the beam in order to form the abuts 24 of the deck. overflowing with wooden beams.
On comprendra que la description ci-dessus a It will be understood that the above description has
été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du example, without limitation, and that additions or constructive modifications could be made without departing from the
cadre de la présente invention.of the present invention.
On comprendra en particulier qu'on a décrit l'invention comme s'appliquant à la réalisation d'un tablier de pont, mais qu'elle pourrait tout aussi bien It will be understood in particular that the invention has been described as being applicable to the construction of a bridge deck, but that it could equally well be
s'appliquer à la réalisation de planchers de bâtiments. apply to the realization of building floors.
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