Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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L'invention concerne une poutrelle composite
constituee essentiellement par des profiles en acier et du
beton, dont l'intérieur du contour defini par les profiles
est rempli par du beton, eventuellement arme, et dont au
moins un des profilés a la face externes de ses ailes à
decouvert. Une telle poutrelle peut notamment etre utilisee
comme poteau ou support de plancher et presente une excel-
lente resistance au feu.
De telles poutrelles composites résistantes au feu
ont par exemple été decrites dans les brevets luxembourgeois
Nos. 84.772 et 84.966. La masse de remplissage en béton est
reliée à l'âme du profile par des armatures tels que des
treillis, des fers en T ou des goujons à tête. La section
du profile en acier, la section du beton et la section
d'armature contribuent selon leurs propriétés mécaniques,
qui sont fonction de la temperature, et leur pourcentage de
section, à la transmission des charges. En cas d'incendie,
il se produit, à rnesure que la temperature augmente, un
déplacement continu de la fonc-tion d'absorption de la charge
de la section du profilé en acier à la section du beton
armé. Des essais d'incendie en laboratoire ont montre que
malgré la haute conductivite thermique de l'acier, de telles
poutrelles conservent leur force portan-te au delà des gO
minutes requises.
Etant donné que la surface de métal offerte au feu
joue un role prépondérant dans le processus d'echauffement
de telles poutrelles composites et par suite dans la dimi-
nution de portance, des structures intéressantes d'un point
de vue esthétique, force portante à froid ou facilité de
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fabrication ne peuvent, ou bien pas être employees darls des
bâtiments eleves, ou alors doivent être surdimensionnees de
manière telle que leur prix de revient devient prohibitif.
La presente invention a poux but d'eviter cet
inconvenient et de proposer une poutrelle composite dont les
proprietes à chaud ne sont plus tributaires des surfaces
d'acier à decouvert et qui laisse toute latitude dans sa
conception architecturale.
La poutrelle composite selon l'invention, consti-
tuee essentiellement par des profiles en acier et du beton,
dont l'interieur du contour defini par les profiles est
rempli par du beton, éventuellement arme, et dont au moins
un des profiles a la face externe de ses ailes à decouvert,
est caracterisee en ce qu'au moins un des profiles ayant la
face externe de ses ailes à decouvert comporte sur la
majeure partie de sa longueur des evidements allonges, les
evidements s'etendant dans la par-tie de l'âme voisine de
l'aile à decouvert.
Les evidements peuvent par exemple avoir la forme
de rectangles oblongs aux bords arrondis, ou être consittues
chacun par deux trous relies par decoupage d'un filet mince
de matière situee entre eux. La poutrelle comporte avanta-
geusement une structure auxiliaire rnetallique, tel que des
ronds a beton, des cornières, des fers plats ou des fers
carres, s'etendant sur la majeure partie de sa longueur,
structure auxiliaire etant disposee le long des faces de
l'âme au voisinage des evidements et du côte centre de la
poutrelle
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Un des avantages majeurs de l'invention consiste
dans le fait qu'elle permet le contrôle du flux des calories
ainsi que leur guidage vers des endroits de la poutrelle
dont l'échauffement n'a qu'une influence limitee sur la
portance de l'ensemble. De cette façon, des poutrelles qui
ont une portance elevee à froid, mais de grandes surfaces
d'acier à decouvert, gardent une portance acceptable à
chaud. Notons qu'on peut profiter des evidements dans les
profiles pour positionner un cerclage renforçant le beton.
D'autres caracteristiques et avantages de l'inven-
tion apparaîtront plus clairement à la lecture de la des-
cription ci-après de modes de realisation preferes tels
qu'illustres de façon non-limitative dans les dessins
ci-joints, dans lesquels: '
- la Fig. 1 est un diagramme montrant l'allure des
isothermes pour une poutrelle classique ayant une bonne
resistance au feu;
- la Fig. 2 est un diagramme similaire à celui de
la Fig. 1 et montrant l'allure des isothermes pour une
poutrelle classique offrant une surface métallique elevee au
feu;
- la Fig. 3 represente une section droite d'une
poutrelle realisee conformement à l'invention;
- la Fig. 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de
la Fig. 3;
- les Figs. 5 et 6 illustrent des variantes
d'evidements;
- La Fig. 7 represente une section droite à
travers une variante d'execution d'une poutrelle; et
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- les Figs. 8, 9, 10, ll et 12 représentent des
sections droites de quelques poutrelles composites à contour
polygonal.
Les Fig. l et 2 représentent les isothermes ( en
degrés Celsius) dans un quart de section droite de deux
poutrelles connues, après les avoir exposées au feu pendant
90 minutes. On remarque, à part les profiles à âme large l
(type HE 650 AA), le remplissage en beton 2. Les deux
structures se distinguent par le fait que celle representee
en Fig. l comporte une armature 4 (on a donne aux ronds de
beton une section carree pour des raisons de commodite),
alors que la structure representee en Fig. 2 possède au lieu
d'une armature un profile H (reference 3) soude à l'âme du
profile 1. En comparant l'allure des isothermes de ces deux
poutrelles composites, on constate que la presence du
profile 3, dont une des ailes n'est pas protegee par du
béton, a un effet nefaste sur la distribution des températu-
res dans la majeure partie de la section. Bien que le point
le plus chaud, situe à l'extremite de l'aile du profile l, a
une temperature qui n'est que legèrement plus elevee pour la
variante representee en Fig. 2 t975~C comparativement à
961~C). La temperature du point le plus froid, situe à
chaque fois dans le beton, ne vaut que 100~C pour la va-
riante montree en Fig. l alors qu'elle est de 220~C dans le
cas de la Fig. 2. Le fait le plus grave est que la tempe-
rature de la partie centrale de l'âme du profile est plus de
deux fois plus elevee dans le cas de la Fig. 2 (255 C
comparativement à 117~C. La presence du profile 3 reduit,
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par suite de la surface externe 5 d'une de ses ailes exposée
à l'action du feu, dans des proportions inacceptables la
résistance au feu de l'ensemble.
La Fig. 3 montre une section droite à travers une
poutrelle composite constituee par un profile 31 à ame de
forte hauteur et par deux profiles 33 à ame de faible
hauteur dont les ailes sont fixees par soudage à l'ame du
profile 31. L'interieur du contour octogonal defini par les
profiles est rempli par du beton 32. par suite des grandes
surfaces metalliques à decouvert, une telle structure a en
soi une médiocre resistance au feu. Selon l'invention, on
prevoit dans l'âme des profiles des evidements 34. Comme on
peut le voir sur la Fig. 4, ces evidements 34 ont une forme
allongee et sont situés près de l'aile, avoisinant le
renflement de metal existant à l'endroit du passage de l'ame
à l'aile du profile. A côte de cette première serie d'evi-
dements 34, on peut prevoir une deuxième serie d'evidements
allonges 44, décalee verticalement (voir Fig. 5).
La longueur 45 d'un tel evidement, réalisé par
oxycoupage, est de quelque vingt cm et sa largeur 46 de deux
cm. Le flux thermique qui progresse, pour les poutrelles
classiques, aisement de la surface exposee vers la partie
centrale de l'âme, est freine par la présence de ces evide-
ments, qu'ils se remplissent de beton lors de la fabrication
ou non. Le frein thermique est evidemment plus efficace
lorsque le beton ne prenètre pas dans les evidements, ce qui
peut être assure en y logeant du materiau à faible conducti-
vite thermique, comme de l'air du styropor ou du PVC chlo-
rure de polyvinyle. Des poutrelles composites, realisees
conformement aux variantes selon les Fig. 4 et 5, ont des
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- résistances au feu qui valent 1,5 fois respectivement le
double de celle d'une structure identique, mais sans évide-
ments dans l'âme. Au lieu de choisir des évidements allon-
gés et de les disposer parallèlement à l'aile, on peut leur
donner, selon les contraintes de fabrication, toute autre
forme et disposition apte à assurer le but recherché. On
peut par exemple percer des trous 61 d'un diamètre de deux
cm dans l'âme et simplement relier ces trous par oxycoupage
(voir Fig. 6), ce qui conduit à des fentes 62 de quelques mm
de largeur définissant des évidements allongés disposés
obliquement par rapport à l'aile à découvert du profilé.
Il est bien evident que ces évidements, bien
qu'améliorant la résistance au feu de la poutrelle composi-
te, affaiblissent sa force portante à froid. Pour''remédier
à ce désavantage, on peut fixer au voisinage des évidements
34 et côté âme du profilé, des cornières 71, des ronds à
béton 72, des fers carrés 73 ou des fers plats 74 ~voir Fig.
7). Ces structures auxiliaires métalliques, qui longent le
profilé sur la majeure partie de sa hauteur, sont fixées à
; 20 celui-ci par soudage. Lorsqu'on combine les cornières 71
avec les évidements représentés en Fig. 6, on peut profiter
des trous 61 (situés à l'extrême droite de cette figure)
pour boulonner la cornière sur l'âme. Les ronds à béton 72
sont solidarisés entre eux et fixés sur l'âme du profilé à
l'aide de soudage par points. Les structuxes auxiliaires
n'augmentent pas seulement la force portante à froid et à
chaud de la poutrelle composite mais influencent également
favorablement à chaud le flux des calories. En effet, il y
a redistribution de calories de l'âme vers le béton grâce à
l'effet d'ailette de refroidissement que jouent ces structu-
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res auxiliaires. Cet effet est paritculierement prononcé
pour les cornières 71 et les fers plats 74. Les parties
métalliques centrales 75 et 76 des profiles 31 et 33 sont
donc d'autant moins rechauffees.
Sur la Fig. 8 a ete representee une poutrelle
composite à section rectangulaire, constituee par un profilé
81, à âme de forte hauteur et deux profiles 82, à âme de
faible hauteur. Le fait de realiser dans les âmes, près des
ailes visibles, les evidements selon la Fig. 4, procure une
augmentation de la résistance au feu de 50%.
La poutrelle composite à section hexagonale,
montree en Fig. 9, est constituée par du beton 32 et un tube
central plein 91 auquel ont ete soudes, avec un decalage de
120 , trois profilés en T 92. Les evidements 34 procurent à
cette poutrelle, en depit du rapport eleve metal à décou-
vert/metal protege par le beton, une resistance au feu
acceptable. Il est neanmoins conseille de disposer en outre
des cornières 71 ou des fers plats 74 près des evidements
34.
La poutrelle composite à section hexagonale,
montree en Fig. 10, est constituee par du beton 32 et un
profilé à âme de forte hauteur 101, auquel ont été fixés par
soudage deux profilés en T 102. Les évidements 34, qui ont
également été prévus dans les profilés 102 ne sont, par
suite de leur faible surface exposée, pas absolument néces-
saires.
La poutrelle composite à section triangulaire et
aux coins arrondis, représentée en Fig. 11, est constituée
par du béton 32 et trois profilés en T 111, aux extrémités
des âmes desquels ont été soudé des tiers de tube 112. Les
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différentes ailes des profilés 111 sont solidarisées par
soudage et définissent un espace 113 qu'on peut garder
disponible ou bien remplir par du béton ou même par de
l'eau. On distingue en outre des treillis 114, destinés à
renforcer le béton en prévenant son éclatement et fixés aux
ailes des profilés 111 par des éléments de liaison 115.
En prenant, à la place des profilés en T, aux
extrémités des ames desquels on' été soudés des tiers de
tube, trois profiles 120 ayant une section en forme de I, on
obtient une poutrelle composite à section hexagonale tel que
representee sur la Fig. 12.
Notons que pour ne pas alourdir les figures on n'a
pas represente dans les autres variantes des elements
d'armature du beton. Ceux-ci peuvent être constitues par
des ronds à beton, des treillis, des goujons à tête ou des
cerclages passant par les evidements. Pour certaines
poutrelles composite (p. ex. celle représentee en Fig. 7),
comportant des cornieres au voisinage de chacune des ailes
exposees, il peut s'averer superflu de prévoir des armatures
~o supplémentaires pour le béton.
