Шпунтовая свая типа ларсен

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям корытной формы типа Ларсена, производимым горячекатаным способом. Шпунтовая свая типа Ларсена включает стенку 1 и примыкающие к ней боковые полки 2 с образованием между ними вогнутых углов и расположенные симметрично относительно плоскости 5, перпендикулярной стенке 1 с замками на свободных концах 3. Стенка 1 над вогнутыми углами содержит заплечики 4, имеющие ширину, равную 20-60 мм, и угол подъема ϕ, равный 2-10°. Технический результат состоит в увеличении момента сопротивления шпунтовой стенки, повышении надежности шпунтовой стенки. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям корытной формы типа Ларсена, производимых горячекатаным способом.

Из уровня техники известны модели шпунтов корытного типа: Arcelor GU-22N [1], Arcelor PU22 [2], Л5-УМ [3] в которых свая имеет стенку, выполненную плоской по всей своей ширине, прилегающие к ней две полки, соединенные со стенкой с образованием вогнутых углов, элементы замкового соединения.

Наиболее близким аналогом по конфигурации предлагаемого изобретения шпунтовой сваи типа Ларсен является шпунт PU22 [2], включающий стенку, выполненную плоской по всей своей ширине, прилегающие к ней две полки, соединенные со стенкой с образованием вогнутых углов и расположенные симметрично относительно плоскости, перпердикулярной стенке, элементы замкового соединения, расположенные на концах обоих полок.

Недостатком известных шпунтов типа: Arcelor GU-22N [1], Arcelor PU22 [2], Л5-УМ [3] является то, что с учетом различной конфигурации в соответствии с таблицей №1, удельный коэффициент эффективного использования материала (КИМ) не превышает 15,6, кроме этого они имеют массу соразмерную с массой PU22, GU-22N и значительно меньшую, чем у Л 5-УМ.

Технический результат на достижение которого направлено предполагаемое изобретение является: увеличение показателя удельного использования материала для шпунтовой сваи, который определяется отношением момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси х к массе 1 м² шпунтовой стенки, которая зависит от массы 1 м длины сваи и межзамкового расстояния.

Где:

КИМ - удельный коэффициент эффективного использования материала;

Wx - момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси х;

М - масса 1 м² шпунтовой стенки.

Увеличение момента сопротивления шпунтовой стенки, при сохранении массы шпунта, возможно только с помощью изменения конфигурации основных элементов.

Технический результат достигается благодаря тому, что в шпунтовой свае типа Ларсена, содержащем стенку и примыкающие к ней боковые полки с образованием между ними вогнутых углов и расположенные симметрично относительно плоскости, перпендикулярной стенке, замки на свободных концах, предусмотрены следующие отличия: стенка над вогнутыми углами содержит заплечики, имеющие ширину равную 20-60 мм, и угол подъема ϕ равный 2-10°.

Использование дополнительного элемента заплечиков в шпунтовой свае типа Ларсена приводит к увеличению момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси х, при незначительном увеличении массы.

В предлагаемом изобретении за счет заплечиков смещается центр тяжести в сторону стенки 1 вдоль плоскости 5, что в свою очередь приведет к увеличению момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси х в зависимости от конфигурации и размера заплечиков при незначительном увеличении массы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

- на ФИГ. 1 изображен пример предлагаемой шпунтовой сваи типа Ларсена;

Шпунтовая свая типа Ларсена (ФИГ. 1), состоит из стенки 1 и примыкающих к ней боковых полок 2 с образованием между ними вогнутых углов у и расположенные симметрично относительно плоскости 5, перпендикулярной стенке 1 с замковыми элементами 3 на свободных концах, при этом стенка 1 над вогнутыми углами содержит заплечики 4.

Выбор конструктивных параметров заплечиков 4, имеющих ширину р равную 20-60 мм и угол подъема ϕ равный 2-10° обусловлена следующим.

По данным испытаний было установлено, что при ширине заплечиков 4 менее 20 мм не будет достигаться технический результат, кроме этого усложняется технология их изготовления за счет удержания данного элемента в калибре в момент прокатки. А при ширине заплечиков 4 более 60 мм происходит значительное перекрытие стенки 1, которое влечет к образованию дополнительной операции гибки профиля, что для шпунтовых профилей неприемлем, т.к. данный профиль в силу технических характеристик должен целиком изготавливаться прокаткой.

Проведенные испытания подтвердили, что при угле подъема ϕ менее 2° также усложняет технологию изготовления заплечиков за счет удержания данного элемента в калибре в момент прокатки, а при увеличении угла подъема ϕ более 10° происходит проблематичность заполнения данного элемента металлом и как следствие возможность получения высокого процента брака.

Результаты испытаний заявляемого изобретения и известных шпунтовых свай типа Arcelor GU-22N, Arcelor PU22, Л5-УМ, приведены в таблице 1.

Сопоставительный анализ приведенных результатов испытаний показывает, что при постоянном угле подъема ϕ=5°, и ширине заплечиков (р) 40; 45; 50 показатель удельного использования материала (КИМ) достигает 15,84; 15,9; 16 соответственно, что значительно превышает существующие аналоги.

У известных шпунтов типа: Arcelor GU-22N, Arcelor PU22, Л5-УМ, удельный коэффициент эффективного использования материала (КИМ) не превышает 15,6, кроме этого они имеют массу соразмерную с массой PU22, GU-22N и значительно меньшую, чем у Л5-УМ.

Момент инерции сечения и пластический момент сопротивления для сваи у предлагаемого изобретения ниже чем у аналогов, однако за счет смещения центра тяжести вдоль плоскости 5 в сторону стенки сваи момент инерции сечения и пластический момент сопротивления шпунтовой стенки уже превышает такие аналоги как GU22 и PU22.

Момент инерции сечения и пластический момент сопротивления как для стенки так и для сваи имеет наибольшие значения для шпунта Л5-УМ, но при этом его масса значительно превышает аналоги, что приводит к КИМ равному 15,6, что в итоге ниже чем у предлагаемого изобретения.

Предлагаемая шпунтовая свая типа Ларсен ФИГ. 1 используется следующим образом.

Шпунтовая свая типа Ларсен в процессе эксплуатации испытывает нагрузки от грунта, которые воздействуют нормально на стенку 1 и касательно на стойки ФИГ. 1 шпунтовой сваи. Замковый элемент 3 соединяет между собой пару свай. При нагружении замковый элемент 3 имеет жесткую связь, а работа изгибающего момента сваи приходится на стенку 1 и стойки сваи ФИГ. 1. При использовании предлагаемого изобретения пластический момент сопротивления значительно выше за счет смещения центра тяжести в сторону стенки шпунтовой сваи.

В отличии от шпунтовой стенки PU22, представленном в качестве прототипа у данного шпунта имеется дополнительный элемент в форме заплечиков, который смещает центр тяжести в сторону стенки, тем самым увеличивая момента сопротивления шпунтовой стенки, с достижением показатель удельного использования материала 15,84-16 (в зависимости от ширины заплечиков).

Особенностью предлагаемого изобретения является: наличие дополнительного элемента в форме заплечиков.

Подтверждено, что использование предлагаемой конструкции шпунтовой сваи типа Ларсен позволит:

- создать более высокий момент сопротивления шпунтовой стенки, чем у аналогов при одинаковой массе, что позволит использовать более легкий шпунт для более нагруженной шпунтовой стенки для удержания грунта и создает экономию в использовании металла;

- получить конструкция данного типа шпунта прокаткой на специализированных станах с незначительной доработкой калибровки валков, что позволяет произвести реконструкцию существующего производства на шпунт данного типа без существенных затрат.

- сохранить жесткость конструкции по сравнению с аналогами при одинаковой массе, что является положительным эффектом для исключения дефектов при забивании шпунта в грунт.

Источники информации:

[1] Arcelor GU-22N (https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/gu-22n-3/);

[2] Arcelor PU22 (https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/pu-22-3/);

[3] Л5-УМ (http://www.tc-evraz.com/sites/tdeam.ru/files/EVRAZ_Каталог_2020.pdf).

Шпунтовая свая типа Ларсена, включающая стенку 1 и примыкающие к ней боковые полки 2 с образованием между ними вогнутых углов и расположенные симметрично относительно плоскости 5, перпендикулярной стенке 1 с замками на свободных концах 3, отличающаяся тем, что стенка 1 над вогнутыми углами содержит заплечики 4, имеющие ширину, равную 20-60 мм, и угол подъема ϕ, равный 2-10°.