Contenu expert des archives : L’article préserve des exemples et des revendications historiques de poutres, ponts et fermes en acier soudés, mais ne constitue pas une conception, un calcul, une spécification d’assemblage, un plan de soudage, une qualification de procédure, une évaluation de fatigue ou un manuel de réparation. Le matériau, la soudabilité, la ténacité, l’épaisseur, la préparation des joints, le matériau d’apport, le préchauffage, la séquence, les contraintes résiduelles, les tolérances, la corrosion, le feu, la fatigue et le contrôle doivent être déterminés selon le projet spécifique et les normes applicables. Les joints de roulement sont conçus, exécutés et contrôlés par des personnes dûment qualifiées.
Savo Kusić se concentre aujourd’hui sur les fenêtres en bois, fenêtres en bois-aluminium, fenêtres personnalisées, portes et demandes de devis. Cet article reste une archive historique et ne représente pas une offre de conception, de soudage, de test ou de renforcement de structures en acier.
Supports entièrement soudés
Sections de supports
L’aperçu est donné par la fig. 1 et 2. Sl. 1a présente un support renforcé par des lattes de ceinture soudées. Des sections de capacité de charge arbitraire peuvent être assemblées à partir d’acier large et de tôles (fig. 1b à e). Un joint ouvert entre les coutures des coins doit être évité en affûtant la tôle verticale (fig. 1c). La section transversale du support peut être adaptée au moment résistant requis grâce à des lattes de ceinture supplémentaires. Les coupes de la fig. 2d a l’avantage que la couture sur le visage se situe dans la zone de moindre épaisseur de côte. Ici, les coutures peuvent être examinées particulièrement facilement aux rayons X.
Image 1 — sections de supports soudés.
Image 2 — sections de supports constituées de profils spéciaux.
Contrôle des soudures : les tests radiographiques utilisent des rayonnements ionisants et sont effectués uniquement dans des conditions contrôlées par des experts agréés. Le choix de la méthode de contrôle, la portée de l’acceptation et les critères de qualité sont déterminés par le projet et la norme ; l’examen de la photographie ou de la surface externe ne constitue pas une preuve de la qualité interne de la soudure.
Suite de la tôle verticale
Le développement s’est déroulé de manière tout à fait appropriée. Des extensions avec jarretières ont été réalisées. L’extension cruciforme n’a pas pris beaucoup d’importance dans la construction de ponts, mais elle s’est néanmoins révélée efficace dans la construction de bâtiments. Étant donné que les extensions verticales de l’interface n’étaient pas rentables en raison des faibles contraintes admissibles, des extensions avec une longueur de joint accrue ont été trouvées.
Embouts universels
Fig. 3 montre la continuation de la poutre principale d’un pont routier avec une nervure renforcée. Sl. 4 donne la continuation d’un pont routier. Au mieux, cette extension ne diffère pas en apparence et en mode d’action du support non étendu, seule la résistance à la fatigue est légèrement inférieure. La solution d’extension dépend s’il s’agit d’une extension d’atelier ou d’une extension d’assemblage. Comme de meilleurs outils sont disponibles en atelier, le soudage sur site est limité si possible. Sl. 5 montre la division d’une poutre de longueur 63m. Les supports ont été livrés sur le chantier en tronçons de longueurs 38m et 25m, où seules les extensions marquées d’un « B » ont été soudées. Les extensions de montage sont réalisées sous forme d’extensions en U, pour éviter les soudures en hauteur.
Image 3 — continuation de la poutre du pont sur l’autoroute près de Hattenheim.
Image 4 — détail historique de la continuation de la poutre du pont.
Photo 5 — calendrier des pièces d’atelier et d’assemblage.
Des poutres pleines continues sont soudées pendant l’assemblage à travers des ouvertures sans échafaudage, comme par ex. à proximité d’un pont routier avec des ouvertures de 42m. Les parties du support ont été installées avec une grue flottante et après l’installation de tous les éléments, elles ont été soudées. Parallèlement, les supports principaux ont été fixés avec des vis à l’aide de jarretières avec ouvertures (fig. 6). Grâce aux trous des jarretières, la majeure partie de la couture de la tôle verticale a pu être soudée, avant de devoir retirer les jarretières. Sl. 6 contient des informations supplémentaires sur la préparation des coutures en U pour les profils spéciaux dans la ceinture supérieure et inférieure.
Image 6 — jarretières temporaires avec trous d’accès pour soudure.
Travaux d’assemblage et de chantier : les exemples historiques avec grue flottante, arrimages temporaires, travaux de trappe et soudage sur chantier ne constituent pas un plan d’assemblage. Le calcul des conditions temporaires, le plan de levage et de fixation, le contrôle de la géométrie, la protection contre les chutes, les incendies et la fumée et le contrôle traçable de chaque joint avant le retrait des supports temporaires sont requis.
Raidisseurs
Il est nécessaire de bien rigidifier les supports soudés solides contre la saillie de la tôle verticale et le flambage latéral des courroies, de plus, la flexion pendant le soudage doit être maintenue à un faible niveau. Les contraintes de retrait sur les raidisseurs verticaux ont été étudiées par O. Graphique-a. Au cours de la séquence de travaux examinée (les raidisseurs ont été soudés en premier, puis les joints principaux), des contraintes de retrait importantes se sont produites dans les raidisseurs et les bandes de tôle verticales voisines. Si les raidisseurs sont déjà sur les ceintures avant que les coutures principales ne soient retirées, le rétrécissement des lattes de la ceinture est évité. Dans les lamelles de la ceinture, des courbures ondulées sont apparues dans le sens longitudinal2mm, dans le sens transversal env.0,25mm(figue.7). Il doit donc y avoir eu des contraintes de flexion importantes dans les deux sens dans les lattes de la ceinture. La capacité portante était limitée par l’apparition de déformations importantes et non par la résistance à la rupture de la ceinture inférieure. Selon les résultats de l’essai de fatigue, il est obligatoire pour les ponts d’installer des plaques bien ajustées entre les raidisseurs et la ceinture, qui sont fixées aux raidisseurs par une soudure bout à bout. Les raidisseurs et les liaisons sont découpés de manière à ce que la couture principale reste libre (fig.8). Dans le bâtiment, dans la plupart des cas, il ne fait aucun doute que les raidisseurs sont soudés directement aux poutres. Il vaut mieux éviter de couper les coutures et de trop les empiler.
Image7— déformation des courroies pendant le soudage.
Image8— raidissement avec des tuiles bien ajustées.
Retrait, déformations et fatigue : les résultats des tests historiques ne peuvent pas être transférés à un autre détail sans calcul. Les raidisseurs, les terminaisons de soudure, les croisements de joints, les tolérances et la séquence de travail affectent les contraintes résiduelles, le flambage et la résistance à la fatigue ; les fissures et déformations inacceptables ne sont pas résolues par un soudage supplémentaire sans une procédure de réparation approuvée.
Supports et cadres complets
Supports d’arche et arcs élancés
Les supports Arch offrent un petit quelque chose de spécial par rapport aux vrais supports complets. Cependant, les assemblages d’arcs en porte-à-faux à double paroi avec des poutres de renforcement à simple paroi, tels qu’ils sont réalisés sur les deux plus grands ponts routiers soudés, comptent parmi les constructions soudées les plus intéressantes. Sur le pont routier sur le Lech, près de Duisburg, une énorme pièce d’acier forgé usinée a été utilisée au niveau du nœud final pour faciliter les travaux de soudage. Celui-ci (fig. 9) prélève les efforts de la voûte et les transfère à la poutre de raidissement. Il est fourni avec une sortie forte 50 mm, qui passe par une fente unique jusqu’à la ceinture supérieure de la poutre de raidissement et est soudée à la plaque verticale, renforcée à l’épaisseur de 50 mm.
Picture 9 — nœud d’extrémité du pont en arc.
Constructions de châssis
Dans les coins du cadre, les avantages de la technique de soudage sont mieux visibles, qui permettent de réaliser des formes complexes sans difficultés particulières. Un coin du cadre avec une lourde charge est illustré à la fig. 10. La construction a des extensions d’atelier soudées. Les extensions de montage sont fixées avec des vis autotaraudeuses. Lors du soudage des raidisseurs entre les pattes des supports assemblés, des contraintes de retrait élevées se produisent, qui conduisent parfois à des fissures. Les contraintes de retrait sont considérablement réduites lorsqu’au lieu des nervures complètes (fig. 11a), seules les tôles d’aile (fig. 11b) sont soudées.
Image 10 — coin du support du cadre.
Figure 11 — comparaison détaillée du raidissement des assemblages soudés.
Image 12 — Nœud de pont belge avec poutres à ossature.
Assemblages de supports longitudinaux rigides à la flexion
Dans la grille de chaussée des ponts, une grande simplification peut être obtenue en appliquant des connexions soudées. Résistance à la fatigue des liaisons des supports longitudinaux, etc. sous charge de flexion, elle est éclairée par les essais O. Graf-a (fig. 13). Par conséquent, l’assemblage avec une couture bout à bout sur le côté tendu a une résistance à la fatigue plus élevée à la contrainte de flexion uniforme σUb que l’assemblage où la jambe de tension est reliée par des coutures d’angle.
Image 13 — variantes historiques des assemblages de supports longitudinaux.
Prise en charge de la grille
Constructions en treillis soudés
Les formes et les connexions des caillebotis plus anciens étaient des copies de constructions rivetées (fig. 14). Ceci n’est pas pratique, les propriétés particulières des connexions soudées doivent être prises en compte lors du choix des sections. La plus grande rigidité de toutes les connexions par rapport aux nœuds rivetés est également importante. Les connexions des tiges diagonales dans les nœuds du treillis sont difficiles à réaliser avec des forces plus élevées, notamment sur le chantier. Comme il s’agit ici en premier lieu de liaisons avec les joints d’angle, la résistance à la fatigue est relativement faible. Entièrement soudé, c’est à dire. et dans les nœuds de la grille soudée, donc uniquement dans certaines zones particulières des structures en acier. Par exemple, avec des attaches de toit, avec des grues peu chargées dynamiquement, etc.
Image 14 — nœud soudé d’un support de treillis.
En premier lieu, les aciers plats et les tôles entrent en compte pour la formation des sections transversales. Dans le cas de constructions soudées, on réalise sans difficulté particulière des profilés creux qui présentent l’avantage des tiges embouties du fait de leur rigidité en torsion. Le cas particulier du tube rond mérite une mention particulière. Les constructions tubulaires soudées ont trouvé de nombreuses applications, par ex. dans la construction de grues ou de constructions légères dans le secteur du bâtiment. Dans le cas de prolongement et de raccordement de profilés creux, il faut en effet tenir compte de certaines difficultés constructives et de surcoûts. Les sections soudées sont souvent rassemblées aux extrémités afin de permettre un rivetage plus facile de la connexion (fig. 15). Les mesures particulières requises en atelier et sur chantier pour les structures en treillis soudés rendent leur application difficile, sauf s’il s’agit de supports avec une charge faible ou majoritairement statique. Pour les grilles chargées dynamiquement et pour celles soumises à des forces élevées, la règle était que seuls les éléments individuels étaient soudés, mais leur connexion mutuelle était réalisée à l’aide de vis. Tout d’abord, les difficultés d’installation ont été supprimées ; et les grilles constituées d’éléments soudés peuvent être montées selon les mêmes procédures que celles constituées de tiges rivetées.
Figure 15 — façonnage de l’extrémité du profilé creux pour la connexion.
Les tôles nodales, qui reçoivent en même temps les diagonales, sont rivetées de la manière habituelle aux nervures des courroies ou soudées bout à bout avec celles-ci (fig. 16a). Cette dernière présente l’inconvénient de “faire des coutures d’angle”, préjudiciables à la résistance à la fatigue de la poutre. Une étape décisive vers la mise en forme correcte des ponts en treillis par soudage a été franchie sur le pont ferroviaire sur le Rhin près de Mayence (pont Kaiser). Là, sur 50 mm, des tôles nodales renforcées avec des coutures bout à bout sont insérées dans des tôles verticales de ceintures épaisses 30 mm. Les transitions sont progressives, la mise en forme est visible sur la fig. 16b. Les extensions des tiges de ceinture sont situées à côté des nœuds.
Figure 16 — nappes nodales de couplage éolien et pont ferroviaire sur le Rhin près de Mayence (pont Kaiser, 1954).
Renforcement par soudure
Le renforcement des structures en acier est l’un des travaux les plus difficiles, surtout lorsqu’il doit être réalisé sur une structure chargée. Avec les connexions rivetées, l’insertion de renforts, le perçage et la connexion aux pièces existantes prennent du temps et coûtent cher. Etant donné que le soudage est possible sans préparations préalables à long terme et sans rompre les moyens de liaison existants, il était proche d’essayer de souder le renforcement des sections transversales et les connexions des grilles. L’action conjointe des rivets et des soudures dans la réception des forces dans les tiges a été examinée en détail théoriquement et expérimentalement. Néanmoins, dans la mise en œuvre pratique, des fissures et des ruptures de fatigue sont apparues, en partie seulement après une utilisation prolongée. Les causes de ces difficultés étaient les effets des entailles de soudage et des changements brusques de section, et certaines des fissures apparues étaient causées par des contraintes élevées dues au retrait.
Renforcement de la structure existante : le soudage d’acier stressé ou vieilli peut introduire des fissures, une rupture fragile, une perte locale de stabilité et un nouveau chemin de force. Avant les travaux, le matériau, les dommages et la fatigue existants, la charge réelle, la soudabilité, la séquence de décharge de charge et l’assurance temporaire doivent être déterminés. Le renforcement est effectué uniquement selon le projet et la procédure approuvés, avec supervision et contrôle.
Combinant soudage, rivetage et vissage
Il était interdit d’appliquer simultanément le soudage et le rivetage. Une attention particulière a été accordée aux « structures entièrement soudées » dans lesquelles les rivets et les vis étaient totalement évités. Aujourd’hui, le soudage et le rivetage sont à nouveau appliqués en parallèle sur le même objet. Dans de nombreux cas, il est conseillé de souder uniquement les extensions d’atelier, et au contraire de riveter celles préfabriquées. L’application des deux types de connexion dans la même continuation doit être évitée, car une répartition claire des forces ne peut pas être obtenue en raison du retrait lié au soudage et au glissement des rivets/boulons.
Remarque finale : l’action conjointe des soudures, des rivets et des vis ne doit pas être supposée sans un modèle de calcul, une séquence d’exécution définie, des tolérances et un contrôle du glissement. Pour chaque détail porteur, le cheminement de la force, la catégorie de fatigue, l’accessibilité au soudage et à l’inspection, les défauts acceptables et un plan de maintenance tout au long de la vie de la structure doivent être connus.