FR2906547A1 - Mixed framework structure for use in two path roadway, has upper and lower slabs connected by flat continuous metallic plate, and connectors ensuring connection between metallic plates and upper and lower slabs - Google Patents
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Abstract
Description
1 La présente invention se rapporte à un ouvrage d'art à ossature mixte.The present invention relates to a structure of art mixed structure.
Un ouvrage d'art à ossature mixte peut comprendre, classiquement, des hourdis supérieur et inférieur fabriqués en béton, reliés entre eux par une ou plusieurs âmes métalliques continues. A mixed framework structure may conventionally comprise upper and lower concrete slabs interconnected by one or more continuous metal cores.
Dans un tel ouvrage, les âmes métalliques sont soumises à des efforts normaux (c'est-à-dire dans la direction de la longueur de l'ouvrage) importants. Ces efforts normaux proviennent notamment du retrait du béton formant les hourdis supérieur et inférieur, et de la précontrainte de ces hourdis lorsqu'ils sont formés en béton précontraint, et dans ce cas aussi du fluage de ce béton. In such a work, the metal cores are subjected to normal efforts (that is to say in the direction of the length of the work) important. These normal efforts come in particular from the removal of the concrete forming the upper and lower slabs, and the prestressing of these slabs when they are formed of prestressed concrete, and in this case also the creep of this concrete.
Une première approche de la technique antérieure a consisté à prévoir des âmes métalliques aptes à se déformer de manière élastique dans la direction longitudinale, de manière à pouvoir absorber les efforts normaux. La demande de brevet FR 2 494 400 enseigne un exemple d'un ouvrage conforme à cette première approche, les âmes métalliques étant en l'espèce plissées. Grâce à leur plissement, ces âmes peuvent absorber les efforts normaux de manière élastique. La demande de brevet EP 1 085 139, déposée par la demanderesse, enseigne un autre exemple d'un ouvrage, dont les âmes métalliques sont formées d'une succession de plaques et de tubes. Grâce à l'aptitude des tubes à s'ovaliser, ces âmes peuvent absorber les efforts normaux de manière élastique. Une deuxième approche de la technique antérieure a consisté à concevoir des ouvrages à ossature mixte dans lesquels, les âmes métalliques, au lieu de pouvoir absorber les efforts normaux de manière élastique, sont conçues de manière à résister aux efforts normaux, c'est-à-dire à ne subir pratiquement aucune déformation sous l'effet de ces efforts. C'est ainsi que l'on a conçu des ouvrages à ossature mixte dans lesquels les âmes métalliques comprennent des raidisseurs longitudinaux empêchant leur voilement et leur cloquage. Bien qu'offrant un comportement satisfaisant vis-à-vis des efforts normaux, ces ouvrages d'art de la technique antérieure nécessitent la mise en oeuvre d'âmes métalliques de conception relativement complexe, dont le coût de fabrication est élevé. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 2 La présente invention a notamment pour but de fournir un ouvrage d'art du type à ossature mixte dont le prix de revient est inférieur à celui des ouvrages connus de l'art antérieur. On atteint ce but de l'invention avec un ouvrage d'art à ossature mixte, 5 comprenant un hourdis supérieur et un hourdis inférieur en béton reliés entre eux par au moins une âme métallique continue plane dépourvue de raidisseurs longitudinaux. Un tel ouvrage d'art se comporte de manière radicalement différente des ouvrages de la technique antérieure : au lieu de concentrer localement leur 10 déformation élastique (plis ou ovalisation des tubes) ou de résister aux efforts normaux (raidisseurs longitudinaux), les âmes métalliques se déforment élastiquement de manière globale. En pratique, cette déformation élastique conduit à un voilement de ces âmes. Toutefois, un tel ouvrage peut être dimensionné par l'homme du métier en 15 utilisant les règles classiques de calcul, et notamment celles de l'Eurocode 3, de manière qu'une position d'équilibre soit rapidement atteinte dans laquelle ce sont les hourdis supérieur et inférieur qui finissent par reprendre les efforts normaux, et qu'in fine ledit voilement demeure extrêmement faible. Ainsi, l'ouvrage d'art selon l'invention obéit à une conception radicalement 20 nouvelle dans laquelle on accepte que les âmes métalliques subissent des déformations de voilement élastique. Une telle conception, qui va à l'encontre de la manière de faire jusqu'à présent, est de plus compatible avec les nouvelles règles de calcul des structures métalliques applicables à l'ensemble de l'Union Européenne. A first approach of the prior art has been to provide metal cores adapted to elastically deform in the longitudinal direction, so as to absorb the normal forces. The patent application FR 2 494 400 teaches an example of a work according to this first approach, the metal cores being in this case pleated. Thanks to their folding, these souls can absorb the normal forces in an elastic way. The patent application EP 1 085 139, filed by the applicant, teaches another example of a structure, the metal cores are formed of a succession of plates and tubes. Thanks to the ability of the tubes to ovalize, these souls can absorb the normal forces in an elastic way. A second approach of the prior art has been to design structures with mixed framework in which the metal cores, instead of being able to absorb the normal forces elastically, are designed to withstand normal efforts, that is to say to say, to undergo practically no deformation under the effect of these efforts. Thus, it has been designed structures with mixed framework in which the metal cores comprise longitudinal stiffeners preventing their buckling and blistering. Although offering a satisfactory behavior vis-à-vis normal efforts, these structures of the prior art require the implementation of metal cores of relatively complex design, the manufacturing cost is high. The object of the present invention is in particular to provide a structure of art of the mixed-frame type, the cost price of which is lower than that of known prior art structures. BACKGROUND OF THE INVENTION This object of the invention is achieved with a mixed-structure engineering structure comprising an upper slab and a lower concrete slab interconnected by at least one continuous flat metal core with no longitudinal stiffeners. Such a work of art behaves in a radically different way from the works of the prior art: instead of concentrating locally their elastic deformation (folds or ovalization of the tubes) or withstanding the normal forces (longitudinal stiffeners), the metal cores are deform elastically in a global way. In practice, this elastic deformation leads to a buckling of these souls. However, such a structure can be dimensioned by those skilled in the art using the conventional rules of calculation, and in particular those of Eurocode 3, so that a position of equilibrium is quickly reached in which it is the slabs upper and lower which end up taking the normal efforts, and that fine said buckling remains extremely weak. Thus, the structure according to the invention obeys a radically new design in which it is accepted that metal cores undergo elastic buckling deformations. Such a conception, which goes against the way of doing so far, is moreover compatible with the new rules of calculation of metallic structures applicable to the whole of the European Union.
25 Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de l'ouvrage d'art selon l'invention : - des connecteurs assurent la liaison entre ladite âme métallique et lesdits hourdis supérieur et inférieur : ces connecteurs permettent de réaliser une liaison intime entre les âmes métalliques et les hourdis supérieur et inférieur, et ainsi 30 d'améliorer la tenue de l'ouvrage ; - lesdits connecteurs sont fixés sur des platines elles-mêmes rapportées sur ladite âme métallique ; - ladite âme métallique est formée d'un assemblage de panneaux métalliques les uns à la suite des autres : il suffit ainsi d'assembler ces panneaux DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 3 sur le chantier, par exemple par soudage, ou par éclissage ou boulonnage, pour réaliser l'âme métallique continue ; - lesdits hourdis supérieur et inférieur sont en béton précontraint : l'invention est particulièrement adaptée aux ouvrages comportant ce type de hourdis, la 5 précontrainte ayant pour effet d'engendrer des efforts normaux importants notamment dans les âmes métalliques ; - cet ouvrage d'art comprend en outre des raidisseurs verticaux coopérant avec lesdits hourdis supérieur et inférieur : ces raidisseurs permettent de mieux contrôler le voilement des âmes métalliques, et donc d'augmenter la tenue de 10 l'ouvrage ; - lesdits raidisseurs verticaux sont rapportés sur ladite âme métallique ; - cet ouvrage d'art comprend une seule âme métallique définissant sensiblement une section en i : ce type de structure convient particulièrement aux ouvrages étroits, supportant par exemple des chaussées à deux voies ; 15 -cet ouvrage d'art comprend deux âmes métalliques définissant une section en caisson : ce type de structure convient particulièrement aux ouvrages larges pour supporter des chaussées à deux fois deux voies, ou à des ouvrages soumis à des sollicitations de torsion. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention résulteront 20 de la description qui va suivre, et de l'examen des figures ci-jointes, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une âme métallique destinée à être mise en oeuvre dans un ouvrage d'art selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un ouvrage d'art selon l'invention 25 présentant une section en i , et - la figure 3 est une vue en perspective d'un ouvrage d'art selon l'invention présentant une section en caisson. On se reporte à présent à la figure 1 sur laquelle on a représenté une âme métallique A destinée à être intégrée à un ouvrage d'art selon l'invention.According to other optional features of the structure according to the invention: connectors provide the connection between said metal core and said upper and lower slabs: these connectors make it possible to achieve an intimate connection between the metal cores and the upper and lower slabs, and thus improve the holding of the work; said connectors are fixed on plates that are themselves attached to said metal core; - Said metal core is formed of an assembly of metal panels one after the other: it is sufficient to assemble these panels DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 3 on site, for example by welding, or by bolting or bolting to achieve the continuous metal core; said upper and lower slabs are of prestressed concrete: the invention is particularly suitable for structures comprising this type of slab, the preload having the effect of generating high normal forces, especially in metal cores; this structure also comprises vertical stiffeners co-operating with said upper and lower slabs: these stiffeners make it possible to better control the buckling of the metal cores, and thus to increase the strength of the structure; said vertical stiffeners are attached to said metal core; - This structure comprises a single metal core substantially defining a section i: this type of structure is particularly suitable for narrow structures, supporting for example two-lane roads; 15 -This structure comprises two metal cores defining a box section: this type of structure is particularly suitable for large structures to support roads two times two ways, or works subject to torsional stress. Other features and advantages of the present invention will result from the description which follows, and from the examination of the attached figures, in which: FIG. 1 is a perspective view of a metal core intended to be implementation in a work of art according to the invention; FIG. 2 is a perspective view of a structure of the invention having a section at i, and FIG. 3 is a perspective view of a structure of the invention having a section of FIG. box section. Referring now to Figure 1 which shows a metal core A to be integrated into a structure according to the invention.
30 Cette âme s'étend en longueur selon la direction L, qui est aussi la direction longitudinale de l'ouvrage d'art dans lequel cette âme est destinée à être mise en oeuvre. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 4 Comme on peut le voir sur cette figure, cette âme métallique est plane et continue, c'est-à-dire qu'elle est essentiellement formée par l'assemblage bout à bout d'une pluralité de panneaux métalliques P1 à P4. Ces panneaux peuvent être reliés les uns aux autres par soudage, 5 éventuellement sur le chantier, ou par éclissage ou boulonnage. Une première platine 1 est rapportée, par exemple par soudage, sur le bord supérieur des panneaux P1 à P4, c'est-à-dire sur le bord de ces panneaux qui est destiné à être positionné vers le haut lorsque l'âme est en place dans l'ouvrage d'art.This soul extends in length in the direction L, which is also the longitudinal direction of the structure in which this soul is intended to be implemented. As can be seen in this figure, this metallic core is flat and continuous, that is to say that it is essentially formed by the end-to-end assembly of a plurality of panels. metallic P1 to P4. These panels can be connected to each other by welding, possibly on the site, or by bolting or bolting. A first plate 1 is attached, for example by welding, to the upper edge of the panels P1 to P4, that is to say on the edge of these panels which is intended to be positioned upwards when the core is in position. place in the work of art.
10 De manière analogue, une deuxième platine 3 est rapportée également par exemple par soudage, sur le bord inférieur des panneaux P1 à P4. De préférence, et comme cela est représenté, une pluralité d'organes formant connecteurs Ci et Ci' sont respectivement fixés sur les platines 1 et 3. Comme cela est visible sur la figure 1, ces connecteurs peuvent prendre par 15 exemple la forme de cornières métalliques fixées par exemple par soudage sur les platines 1 et 3. Ces connecteurs peuvent être des goujons ou tout autre type d'éléments de connexion assurant cette liaison de l'âme métallique au béton des hourdis supérieur et inférieur, permettant ainsi d'améliorer la tenue de l'ouvrage.Similarly, a second plate 3 is also attached, for example by welding, to the lower edge of the panels P1 to P4. Preferably, and as shown, a plurality of connector members Ci and Ci 'are respectively fixed on the plates 1 and 3. As can be seen in FIG. 1, these connectors may take the form of angles, for example These connectors may be studs or any other type of connection elements ensuring this connection of the metal core to the concrete of the upper and lower slabs, thus making it possible to improve the keeping the book.
20 On notera également que l'on peut prévoir, en variante, que ces connecteurs soient directement fixés sur les panneaux P1 à P4, ce qui implique alors que ces panneaux pénètrent assez profondément dans les hourdis supérieur et inférieur. De manière optionnelle, et comme cela est représenté, on peut prévoir que des raidisseurs verticaux R, à R3, c'est-à-dire des raidisseurs s'étendant entre les 25 deux platines 1 et 3, soient rapportés éventuellement par soudage sur les panneaux pi à P4 de l'âme métallique A. Dans le mode de réalisation représenté, ces raidisseurs sont disposés d'un seul côté des panneaux P, à P4, mais on peut éventuellement envisager que ces raidisseurs soient disposés par paires de part et d'autre de ces panneaux.It will also be appreciated that, alternatively, these connectors may be directly attached to the panels P1 to P4, which implies that these panels penetrate deep enough into the upper and lower slabs. Optionally, and as shown, it is possible for vertical stiffeners R 1 to R 3, that is to say stiffeners extending between the two plates 1 and 3, to be optionally reported by welding on the Pi panels P4 of the metal core A. In the embodiment shown, these stiffeners are arranged on one side of the panels P, P4, but it is possible to envisage that these stiffeners are arranged in pairs of parts and d other of these panels.
30 On se reporte à présent à la figure 2, sur laquelle on a représenté un premier mode de réalisation d'un ouvrage d'art à ossature mixte selon l'invention, incorporant une âme métallique du type de celle qui vient d'être décrite. Ce premier mode de réalisation convient tout particulièrement aux ouvrages d'art de faible largeur destinés à accueillir des chaussées à deux voies. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 5 Comme on peut le voir sur la figure 2, cet ouvrage d'art comprend un hourdis supérieur 5 destiné à recevoir la chaussée, et un hourdis inférieur 7 pouvant éventuellement reposer sur des piles ou des culées d'ouvrage d'art. L'âme métallique A s'étend entre ces hourdis supérieur et inférieur ; plus 5 précisément, la platine supérieure et ces connecteurs Ci sont noyés dans le béton formant le hourdis supérieur 5, et la platine inférieure 3 et ses connecteurs Ci' sont noyés dans le béton formant le hourdis inférieur 7. Comme cela est visible sur cette figure, les panneaux Pi formant l'âme métallique A ainsi que les raidisseurs Ri (présents en paires dans le cas d'espèce) 10 s'étendent partiellement dans la profondeur du béton formant les hourdis 5 et 7. A noter que les hourdis supérieur 5 et inférieur 7 peuvent être formés en béton précontraint, c'est-à-dire que des câbles de précontraintes peuvent s'étendre à l'intérieur de ces hourdis, principalement selon la longueur. On se reporte à présent à la figure 3, sur laquelle on a représenté un autre 15 mode de réalisation de l'ouvrage d'art selon l'invention. Dans ce mode de réalisation le hourdis supérieur 5 est sensiblement plus large que celui de l'ouvrage d'art de la figure 2, et est destiné en particulier à recevoir des chaussées à deux fois deux voies, du type chaussées autoroutières. Le hourdis inférieur 7 est également sensiblement plus large que celui de 20 l'ouvrage de la figure 2. Entre ces deux hourdis s'étendent deux âmes métalliques Al et A2 conformes à la figure 1. Ces deux âmes coopèrent avec les hourdis supérieur et inférieur de manière analogue à l'âme A de la figure 2. Les hourdis supérieur 5 et inférieur 7 ainsi que les deux âmes métalliques Al 25 et A2 forment une structure de caisson. On remarquera que dans ce mode de réalisation, les âmes métalliques Al et A2 comportent chacune une série de raidisseurs Rit et Ri2 disposés à l'intrados de ces âmes, c'est-à-dire du coté de ces âmes qui n'est pas visible de l'extérieur. Le mode de fonctionnement de l'invention ainsi que ses avantages résultent 30 directement de l'exposé qui précède. Les platines 1 et 3 ainsi que les connecteurs Ci et Ci' des âmes métalliques A, Al, A2 assurent une liaison intime entre ces âmes et les hourdis supérieur 5 et inférieur 7. De la sorte, la structure obtenue offre une résistance optimale. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 6 Une fois que l'ouvrage d'art a été réalisé, il est soumis à des efforts normaux, c'est-à-dire des efforts orientés selon sa direction longitudinale L, considérables. Ces efforts normaux peuvent être dus notamment au retrait du béton qui 5 forme les hourdis supérieur 5 et inférieur 7. Ces efforts peuvent également être dus, le cas échéant, à la précontrainte imprimée à ces hourdis. Ces efforts normaux sont transmis en particulier aux âmes métalliques A, Al, A2 et ont ainsi tendance à déformer celles-ci dans le sens de la longueur de 10 l'ouvrage. Du fait que ces âmes métalliques sont planes et continues, c'est-à-dire qu'elles sont essentiellement formées de plaques métalliques assemblées bout à bout et situées dans un même plan, et qu'elles ont une épaisseur très faible, ces âmes métalliques vont avoir tendance à se voiler sous l'effet de ces efforts normaux.Referring now to FIG. 2, there is shown a first embodiment of a structure with a composite framework according to the invention incorporating a metal core of the type just described. . This first embodiment is particularly suitable for small width structures designed to accommodate two-lane roads. As can be seen in FIG. 2, this structure comprises an upper slab 5 intended to receive the roadway, and a lower slab 7 possibly able to rest on stacks or abutments. art. The metal core A extends between these upper and lower slabs; more specifically, the upper plate and these connectors Ci are embedded in the concrete forming the upper slab 5, and the lower plate 3 and its connectors Ci 'are embedded in the concrete forming the lower slab 7. As can be seen in this figure , the panels Pi forming the metal core A and the stiffeners Ri (present in pairs in this case) 10 extend partially in the depth of the concrete forming the slabs 5 and 7. Note that the upper slabs 5 and lower 7 may be formed of prestressed concrete, that is to say that prestressing cables may extend inside these slabs, mainly depending on the length. Referring now to Figure 3, which shows another embodiment of the structure of the invention. In this embodiment the upper slab 5 is substantially wider than that of the structure of Figure 2, and is intended in particular to receive pavements two times two lanes, highway type pavements. The lower slab 7 is also substantially wider than that of the work of FIG. 2. Between these two slabs extend two metal cores A1 and A2 in accordance with FIG. 1. These two cores cooperate with the upper and lower slabs. similarly to the core A of Figure 2. The upper and lower 5 slabs 7 and the two metal cores Al 25 and A2 form a box structure. Note that in this embodiment, the metal cores Al and A2 each comprise a series of stiffeners Rit and Ri2 disposed on the underside of these souls, that is to say the side of these souls which is not visible from the outside. The mode of operation of the invention as well as its advantages result directly from the foregoing discussion. The plates 1 and 3 as well as the connectors Ci and Ci 'of the metal cores A, Al, A2 provide an intimate connection between these cores and the upper and lower 7 and 7 slabs. In this way, the structure obtained offers optimum resistance. Once the structure has been made, it is subjected to normal forces, that is to say efforts directed along its longitudinal direction L, considerable. These normal efforts may be due in particular to the removal of the concrete which forms the upper and lower 7 slabs 7. These efforts may also be due, if any, preload printed these slabs. These normal forces are transmitted in particular to metal cores A, Al, A2 and thus tend to deform them in the direction of the length of the structure. Because these metal cores are flat and continuous, that is to say they are essentially formed of metal plates joined end to end and located in the same plane, and they have a very small thickness, these souls metal will tend to fade under the effect of these normal efforts.
15 Dans l'ouvrage d'art selon l'invention, on accepte qu'un tel voilement ait lieu, en prenant soin toutefois de dimensionner les différentes parties de l'ouvrage de manière que ce voilement demeure micrométrique, c'est-à-dire quasiment imperceptible. Les âmes métalliques travaillent ainsi dans leur domaine élastique, mais leur 20 déformation est une déformation généralisée, au sens de la Résistance des Matériaux, ce qui est radicalement différent des âmes métalliques des ouvrages d'art à ossature mixte de la technique antérieure, comme cela a déjà été indiqué dans le préambule de la présente description, où la déformation était localisée soit au droit des pliures dans le cas des âmes plissées (demande de brevet 25 FR 2 494 400) soit au droit des tubes qui s'ovalisaient dans le cas des âmes piano-tubulaires (EP 1 085 139). La présence optionnelle des raidisseurs verticaux contribue à renforcer l'ouvrage d'art, et permet en tout état de cause de se prémunir d'un voilement trop important qui pourrait intervenir dans des circonstances exceptionnelles, notamment 30 si l'ouvrage était soumis à des sollicitations sismiques. On comprend qu'un ouvrage d'art selon l'invention peut être obtenu à prix de revient sensiblement réduit par rapport aux ouvrages d'art de la technique antérieure du même type. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 7 En effet, l'assemblage des panneaux Pi formant les âmes A, Al, A2 peut être réalisé de manière extrêmement simple, avec des plaques d'acier disponibles dans le commerce. On s'affranchit de la sorte de toute géométrie compliquée, incorporant par 5 exemple des tubes ou des plis, comme dans les âmes métalliques des ouvrages de la technique antérieure. Les raidisseurs optionnels Ri, peuvent consister eux aussi en simples plaques métalliques rapportées par exemple par soudage sur les panneaux Pi. DB5204 FR DEM 0 INPIIn the structure of the invention, it is accepted that such buckling takes place, taking care, however, to size the different parts of the structure so that this buckling remains micrometric, that is to say to say almost imperceptible. Metal cores thus work in their elastic domain, but their deformation is a generalized deformation, in the sense of the Resistance of Materials, which is radically different from the metal cores of the prior art composite frameworks, as this has already been indicated in the preamble of the present description, where the deformation was localized either to the right folds in the case of wrinkled souls (patent application FR 2494 400) or to the right of the tubes which were altered in the case piano-tubular souls (EP 1 085 139). The optional presence of the vertical stiffeners contributes to reinforce the structure of the art, and in any event makes it possible to guard against too much buckling that could occur in exceptional circumstances, especially if the work was subject to restrictions. seismic solicitations. It is understood that a structure of art according to the invention can be obtained at substantially reduced cost compared to prior art structures of the same type. In fact, the assembly of the panels Pi forming the cores A, Al, A2 can be achieved extremely simply, with commercially available steel plates. In this way, any complicated geometry is eliminated, for example incorporating tubes or pleats, as in the metal cores of prior art structures. The optional stiffeners Ri may also consist of simple metal plates reported for example by welding on the Pi panels. DB5204 FR DEM 0 INPI
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- 2006-10-02 FR FR0654044A patent/FR2906547B1/en active Active
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