Poutre composite à matrice creuse en résille d'aluminium extrudé »armée » de profilés en fibres de carbone collées La présente invention consiste à améliorer « sur le fond » le concept d'une poutre en « kit » dont l'usage a été exposé dans le brevet N° 0504328.C'est au vu de 1"expérience acquise avec celui-ci que ce nouveau brevet s'est révélé indispensable.Les matériaux utilisés qui créent un ensemble composite ,le mode opératoire sans vérin de précontrainte et les résultats ainsi obtenus donnent naissance à un produit totalement nouveau. Ce nouveau brevet reprend le principe de profilés « dits »primaires(1) et (2) limités en hauteur à cause de leur mode de fabrication par « extrusion » d'une part et en longueur par la dimension des cabines de « termo-laquage »d'autre-part.C'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'utiliser plusieurs profilés pour obtenir la poutre voulue.The present invention consists in improving "on the bottom" the concept of a "kit" beam whose use has been exhibited in the "reinforced" extruded aluminum mesh matrix composite. Patent No. 0504328. It is from the experience gained with it that this new patent has proved indispensable. The materials used which create a composite assembly, the procedure without prestressing jack and the results thus obtained. The new patent adopts the principle of so-called "primary" (1) and (2) profiles which are limited in height because of their "extrusion" production method on the one hand and their length on the other. the size of the "thermo-lacquering" booths on the other hand. For this reason it is necessary to use several profiles to obtain the desired beam.
Ces profilés sont disposés sur deux couches (6) afin d'obtenir le nombre de chemins de roulement nécessaires dont ils sont pourvus latéralement (3) et mis bout à bout selon la longueur désirée pour la poutre..Leur poids et volume limités en facilite le le transport donc l'accés en tous lieux avec une simple camionnette et l'assemblage final de la poutre sur le chantier sans grue et par une équipe réduite.These profiles are arranged on two layers (6) in order to obtain the number of necessary tracks which they are provided laterally (3) and put end to end according to the desired length for the beam. Their limited weight and volume facilitates the transport thus the access in all places with a simple van and the final assembly of the beam on the construction site without crane and by a reduced team.
Mais la poutre ainsi obtenue, ne possèdait pas, à elle seule, les propriétés mécaniques qui lui permettaient de résister aux charges tant verticales qu'horizontales qu'elle était amenée à supporter. Dans le brevet d'origine la « flèche » due aux surcharges était contrebalancée par un câble (4)inséré dans une cage centrale longitudinale de la poutre(5) Le câble était mis en précontrainte afin de limiter la« flèche » et la maintenir dans le cadre des résultats imposés par les calculs et les normes de sécurité. Mais ce procédé présentait de nombreux inconvénients au moment de son montage . -La mise en tension du câble nécessitait une force minimum d'environ 12t que seule l'utilisation d'un vérin hydraulique spécial, coûteux à l'achat, et délicat à manier permettait d'obtenir.Qui plus est, chaque équipe de pose devait posséder à la fois son propre vérin et un technicien formé à son utilisation. -La permanence de la tension du câble était obtenue par des pièces d'ancrage fixes disposées à chaque bout et à l'extérieur de la poutre. Mais ces excroissances empêchaient l'union entre les poutres, disposées longitudinalement à la structure et des portiques éventuels disposés transversalement, afin de servir de supports intermédiaires aux poutres dans le cas de projets modulaires de grandes longueurs. (16,17,18) Les déformations horizontales par contre n'étaient contrebalancées par aucun dispositif. Hors, l'idée de base de ce brevet consistait précisément à disposer la poutre dans le sens longitudinal permettant ainsi de scinder la surface à couvrir en deux dans le sens transversal afin de pouvoir ouvrir, au choix, l'un ou l'autre des côtés de la structure, en fonction notamment de la provenance du vent.Le nouveau brevet ne change rien au fonctionnement des modules mobiles dont le poids reste réparti entre les rails inférieurs ,au sol ,et les rainures prévus dans la poutre. Par contre cette ouverture asymétrique pouvait avoir pour conséquence de créer des efforts horizontaux non compensés comme indiqué ci-dessus et d'être donc à la source du vrillage de la poutre.But the beam thus obtained, did not possess, on its own, the mechanical properties which enabled it to withstand the vertical as well as horizontal loads that it had to bear. In the original patent, the "boom" due to the overloads was counterbalanced by a cable (4) inserted in a longitudinal central cage of the beam (5). The cable was prestressed in order to limit the "arrow" and maintain it in the framework of results imposed by calculations and safety standards. But this method had many disadvantages at the time of its assembly. -The tensioning of the cable required a minimum force of about 12t that only the use of a special hydraulic cylinder, expensive to buy, and delicate to handle allowed to obtain.Qui more, each team of pose had to have both his own cylinder and a technician trained in its use. The permanence of the tension of the cable was obtained by fixed anchoring pieces disposed at each end and outside the beam. But these growths prevented the union between the beams, arranged longitudinally to the structure and possible portals arranged transversely, to serve as intermediate supports beams in the case of modular projects of great lengths. (16,17,18) The horizontal deformations were not counterbalanced by any device. Except, the basic idea of this patent was precisely to arrange the beam in the longitudinal direction thus making it possible to split the surface to be covered in two in the transverse direction in order to be able to open, at choice, one or other of the The new patent does not change the operation of the mobile modules whose weight remains distributed between the lower rails, on the ground, and the grooves provided in the beam. On the other hand, this asymmetrical opening could have the consequence of creating unstrengthened horizontal forces as indicated above and thus being at the source of the twisting of the beam.
L'invention présentée ci-après ne remplace donc pas le principe de la poutre « en kit »qui garde toute son utilité dans les zones difficilement accessibles. Par contre elle apporte plusieurs solutions techniques novatrices qui renouvellent fondamentalement l'ancien concept et éliminent automatiquement les défauts exposés ci-dessus. Le plan général de la figure 2 met en évidence les principaux éléments qui en font son originalité. La poutre est toujours composée de profilés primaires (11) et (12) qui rendent l'ensemble facilement transportable et montable. Par contre le câble (4) destiné à effectuer la mise en précontrainte et donc la cage centrale (5) sont supprimés. L'aspect de la poutre s'en trouve simplifié, le poids de chaque profil primaire diminué et, à dimensions égales le coût matière première diminué. Le câble(4) est remplacé par des « plats »en fibre de carbone insérés dans des rainures ( 13-14-10-15)situées aux endroits à renforcer et contrebalancer les efforts dus aux charges que le simple assemblage des profilés primaires entre eux ne pourrait obtenir. Ces profilés primaires et les plats en fibre de carbone sont rendues solidaires par collage à base d'une résine spéciale ce qui permet de créer une poutre monolithique, homogène , composite, à matrice creuse en résilled'aluminium extrudé armée de plats en fibre de carbone aux propriétés mécaniques importantes et sans utilisation d'un matériel spécifique Mais cet assemblage doit respecter une procédure précise lors des phases d'exécution qui seules peuvent garantir la raideur et la résistance de la poutre dans son état final.The invention presented below does not therefore replace the principle of the beam "kit" which retains its usefulness in areas difficult to access. On the other hand, it brings several innovative technical solutions that fundamentally renew the old concept and automatically eliminate the defects described above. The general plan of Figure 2 highlights the main elements that make it original. The beam is always composed of primary profiles (11) and (12) which make the assembly easily transportable and mountable. By against the cable (4) for effecting the prestressing and thus the central cage (5) are removed. The appearance of the beam is simplified, the weight of each primary profile decreased and, at equal dimensions the raw material cost decreased. The cable (4) is replaced by carbon fiber "plates" inserted in grooves (13-14-10-15) located at the points to be reinforced and counteract the forces due to the loads that the simple assembly of the primary profiles between them could not get. These primary profiles and the carbon fiber plates are bonded together using a special resin, which makes it possible to create a monolithic, homogeneous, composite, hollow-matrix beam made of extruded aluminum resin reinforced with carbon fiber plates. with important mechanical properties and without the use of a specific material But this assembly must respect a precise procedure during the execution phases which alone can guarantee the stiffness and the resistance of the beam in its final state.
La première opération de collage consiste donc à assembler les profilés primaires entre eux afin d'obtenir la configuration définitive de la poutre. Dans ce but, ils possèdent sur leurs faces latérales des accroches ( 7 et 8 ) qui permettent de les aligner avant de procéder à leur collage par simple contact (9) entre la face inférieure des profils supérieurs et la face supérieure des profils inférieurs.Cette surface(9) est bien plus importante que dans le premier brevet (6). La poutre ainsi obtenue possède une base à la forme améliorée, qui plus est renforcée par le collage qui n'existait pas précédemment. La deuxième opération de collage est effectuée après l'insertion de fibres de carbone dans des rainures(13) et fig(14) prévues à cet effet sur la face supérieure du profil (11), donc au sommet de l'ensemble et dont le but est de contrebalancer la« flèche » produite verticalement par les charges imposées à la future poutre (poids propre , surcharges liées au fonctionnement ( neige,vent ).etc.Les rainures (13bis) et (14bis) situées à l'opposé sont dues à la symétrie des profils et n'ont donc pas de fonction particulière. Le principe mécanique et le mode opératoire de cette opération permettant d'obtenir ce renforcement important de la poutre dans le sens vertical sont exposés ci-après. Lors de l'assemblage des profilés primaires, au moment de la première opération de collage (9), ceux-ci sont calés de façon à présenter un «pré-cintrage» en creux . La hauteur de ce « pré-cintrage » est calculée en fonction des charges à venir. Les plats de carbone sont alors introduits dans les rainures(13 et 14) situées sur la face supérieure de la poutre et épousent donc, eux aussi, ce cintre parabolique. Il est alors procédé au collage entre l'aluminium et les plats de carbone. Après la prise du séchage ,la poutre est retournée à 180°.Les rainures(13 et 14) et les plats de carbone qui y sont insérés se retrouvent donc sur la face inférieure de la poutre qui armée de ses plats de carbone présente alors une « contre-flèche» et travaille totalement en »traction ».La face supérieure de l'ensemble, sous l'effet des charges, est inversement mise en compression.The first bonding operation therefore consists in assembling the primary profiles together in order to obtain the final configuration of the beam. For this purpose, they have on their lateral faces hooks (7 and 8) which allow to align before proceeding to their bonding by simple contact (9) between the lower face of the upper profiles and the upper face of the lower profiles. surface (9) is much larger than in the first patent (6). The beam thus obtained has a base with the improved shape, which is reinforced by the bonding that did not exist previously. The second gluing operation is performed after the insertion of carbon fibers in grooves (13) and fig (14) provided for this purpose on the upper face of the profile (11), so at the top of the assembly and whose purpose is to counterbalance the "arrow" produced vertically by the loads imposed on the future beam (self weight, overloads related to the operation (snow, wind) .etc.Les grooves (13bis) and (14bis) located opposite are due to the symmetry of the profiles and therefore have no particular function.The mechanical principle and the operating mode of this operation to obtain this significant strengthening of the beam in the vertical direction are discussed below. at the time of the first gluing operation (9), they are wedged so as to have a hollow "pre-bending." The height of this "pre-bending" is calculated as a function of the loads The carbon plates are Then they are introduced into the grooves (13 and 14) located on the upper face of the beam and therefore also marry this parabolic hanger. It is then bonded between aluminum and carbon plates. After the drying has taken place, the beam is turned back to 180 °. The grooves (13 and 14) and the inserted carbon plates are thus found on the lower face of the beam which, armed with its carbon plates, then presents a "Against-arrow" and works completely "traction" .The upper face of the assembly, under the effect of loads, is inversely put into compression.
Cet effet de « traction » aurait tendance à provoquer un allongement de la face inférieure . Mais,à charge égale, l'allongement des plats de carbone est inférieur à celui de l'aluminium Les plats de carbone dans les rainures (13 et 14) sur la face inférieure de la poutre , solidaires des profilés aluminium par le collage, supportent donc la totalité des efforts de traction comme s'ils étaient soumis à la tension d'un vérin mais,sans la nécessité de celui-ci avec son coût et sans le système d'ancrage fixe et gênant aux deux extrémités de la poutre. La flèche de la poutre,grâce à ce second collage,se trouve ainsi compensée verticalement et le vrillage qui était pour partie du à la pression exercée par le vérin est éliminée. La troisième phase de collage, qui est aussi la dernière, reprend le même principe d'allongement différentiel entre aluminium et plats de carbone mais avec pour objectif de contrebalancer les déformations horizontales de la poutre dues à l'asymétrie possible des efforts imposés(vent,poussée unilatérale des modules mobiles en position semi-ouverte,etc) Pour cette dernière opération les plats de carbone sont enfilés et collés dans les rainures (15 et 16) situées verticalement de part et d'autre de la poutre à la jonction des profilés primaires.Avec cette configuration, quand les forces pouvant provoquer une déformation potentielle s'exercent sur une face, c'est le plat de carbone de la face opposé qui intervient car alors il travaille en traction et limite donc l'allongement qu'une structure en aluminium seule ne pourrait équilibrer. Il en est de même symétriquement avec l'autre face d'ou la présence des rainure(15 et 16) sur les deux faces,chacune assurant à tour de rôle le renfort de la face opposée soumise aux risques de déformation. Avec seulement trois opérations de collage,totalement maitrisées par les produits et techniques actuelles, la poutre est réalisée, par deux intervenants , simplement, rapidement et sans devoir faire appel à un outillage spécifique et onéreux.This effect of "traction" would tend to cause an elongation of the underside. But, at equal load, the elongation of the carbon plates is less than that of the aluminum carbon plates in the grooves (13 and 14) on the lower face of the beam, secured to the aluminum profiles by gluing, support therefore the total tensile forces as if they were subjected to the tension of a cylinder but without the need of it with its cost and without the anchoring system fixed and annoying at both ends of the beam. The arrow of the beam, thanks to this second bonding, is thus compensated vertically and twisting, which was partly due to the pressure exerted by the jack is eliminated. The third bonding phase, which is also the last one, uses the same principle of differential elongation between aluminum and carbon plates but with the aim of counterbalancing the horizontal deformations of the beam due to the possible asymmetry of the forces imposed (wind, unilateral thrust of the mobile modules in semi-open position, etc.) For the latter operation the carbon plates are threaded and glued in the grooves (15 and 16) located vertically on either side of the beam at the junction of the primary profiles With this configuration, when the forces that can cause a potential deformation are exerted on a face, it is the carbon plate of the opposite face which intervenes because then it works in traction and thus limits the elongation that a structure in aluminum alone could not balance. It is the same symmetrically with the other face or the presence of the groove (15 and 16) on both sides, each ensuring in turn the reinforcement of the opposite face subjected to the risk of deformation. With only three bonding operations, fully mastered by current products and techniques, the beam is made by two speakers, simply, quickly and without having to resort to specific tools and expensive.