ШПУНТОВАЯ СВАЯ Российский патент 2008 года по МПК E02D5/02 

Изобретение относится к строительству сооружений и может быть использовано в качестве элемента шпунтового ограждения.

Известна шпунтовая свая, включающая корпус с боковыми кромками и замковые элементы, образованные на противоположных боковых кромках корпуса. Корпус содержит стенку и примыкающие к ней полки. Толщина стенки в средней части меньше толщины ее крайних участков. Полки имеют участок с постоянной толщиной и участок с переменной толщиной, примыкающий к стенке. Замковые элементы выполнены в виде крючков (А.С. СССР №1477842, Е02D 5/00, 5/02, опубл. 07.05.89, БИ №17). Эти шпунтовые сваи (типа Ларсен) изготавливаются по ТУ 14-2-879-89 на немногих металлургических заводах.

Недостатками известной шпунтовой сваи являются: технологическая сложность изготовления, т.к. требуется специальное оборудование для прокатки, большая металлоемкость, высокая стоимость.

Известна шпунтовая свая, включающая корпус с боковыми кромками, охватывающий и охватываемый замковые элементы, прикрепленные к боковым кромкам корпуса. Корпус выполнен из листа одинаковой толщины, согнутого с образованием стенки, полок и концевых участков. Боковые полки расположены под углом относительно стенки. Концевые участки примыкают к полкам и заканчиваются боковыми кромками, к одной из которых прикреплена разрезная муфта, выполненная в виде трубы с продольной прорезью в ее стенке, а ко второй прикреплена головка в виде круглого стержня (Пат. США №5333971, Е02D 5/00, Е02D 7/20, НКИ 405-281 опубл. 02.08.94).

Недостатками известной шпунтовой сваи являются: сложность в изготовлении ввиду большого количества изгибов, низкая прочность на изгиб ввиду наличия плоских элементов и протяженных концевых участков корпуса, большая металлоемкость.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является шпунтовая свая, включающая корпус с боковыми кромками и охватывающий и охватываемый замковые элементы, прикрепленные к боковым кромкам корпуса. Корпус имеет форму секторной круглой тонкостенной оболочки с центральным углом не более 180°, вырезанной из круглой трубы. К средней части корпуса с внутренней или внешней стороны прикреплена перемычка, простирающаяся по длине корпуса и образующая с его поверхностью воздушную полость в виде линзы. Для повышения жесткости корпус снабжается фиксирующими элементами в виде пластин, распределенными по длине корпуса, а также продольными ребрами жесткости, примыкающими к боковым кромкам корпуса (Пат. РФ №2181813, Е02D 5/02, опубл. 27.04.2002 ). Эти шпунтовые сваи изготавливаются по ТУ 5264-001-11150010-2002.

Недостатками известной шпунтовой сваи являются: усложненная конструкция - «лишние детали», высокая трудоемкость изготовления, повышенная металлоемкость.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение металлоемкости шпунтовой сваи при сохранении ее несущей способности.

Технический результат достигается решением технической задачи, направленной на упрощение конструкции и снижение технологической сложности ее изготовления.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известной конструкции шпунтовой сваи, включающей прикрепленные к боковым кромкам корпуса замковые элементы, каждый из которых выполнен охватывающим или охватываемым, при этом корпус состоит из одной секторной круглой тонкостенной оболочки с центральным углом не более 180°, корпус снабжен дополнительной секторной круглой тонкостенной оболочкой с центральным углом не более 180° (далее - секторные оболочки), при этом обе секторные оболочки выполнены одинаковых или разных размеров - наружный радиус, толщина, центральный угол -, соединены между собой через замковые элементы и образуют симметричный или асимметричный замкнутый контур.

Корпус снабжен одним или несколькими продольными ребрами жесткости, установленными в замкнутом контуре и распределенными по длине.

Замковые элементы выполнены: оба - охватывающие или оба - охватываемые.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что корпус шпунтовой сваи выполнен из двух секторных круглых тонкостенных оболочек с центральным углом не более 180°. Между собой они соединены через замковые элементы и образуют замкнутый контур. Если обе секторные оболочки выполнены одинаковых размеров - наружный радиус, толщина, центральный угол -, то образуется симметричный замкнутый контур. Если обе секторные оболочки выполнены разных размеров (хотя бы по одному), то образуется асимметричный замкнутый контур. В последнем случае секторные оболочки располагаются по обе стороны плоскости расположения замковых элементов или по одну сторону.

Круглая тонкостенная оболочка характеризуется соотношением ее размеров

где δ - толщина оболочки, Д - наружный диаметр оболочки.

При центральном угле 2α=180° секторной оболочки (1/2 часть круглой тонкостенной оболочки) отношение ее момента сопротивления изгибу к массе на единицу длины межосевого расстояния замковых элементов является максимальным.

При увеличении центрального угла секторной оболочки более 180° отношение ее момента сопротивления изгибу к массе на единицу длины межосевого расстояния замковых элементов уменьшается.

Уменьшение отношения происходит и при уменьшении центрального угла секторной оболочки менее 180°, однако в меньшей степени.

Для повышения прочности корпус снабжен одним или несколькими ребрами жесткости, установленными в замкнутом контуре и распределенными по длине.

Шпунтовая свая снабжена обоими охватывающими или обоими охватываемыми замковыми элементами.

Варьируя размерами: наружным радиусом, толщиной, центральным углом секторных оболочек, а также их расположением, наличием или отсутствием ребер жесткости, размерами охватывающих и охватываемых замковых элементов, получаем шпунтовую сваю с оптимальными параметрами по прочности и металлоемкости.

Заявляемая шпунтовая свая иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-14.

На фиг.1 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек одинаковых размеров, соединенных между собой через охватывающие замковые элементы и образующих симметричный замкнутый контур.

На фиг.2 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек одинаковых размеров, соединенных между собой через охватываемые замковые элементы и образующих симметричный замкнутый контур.

На фиг.3 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек одинаковых размеров, соединенных между собой через охватывающий и охватываемый замковые элементы и образующих симметричный замкнутый контур. Корпус снабжен продольными ребрами жесткости, установленными в замкнутом контуре.

На фиг.4 показан вид А на фиг.3. Продольные ребра жесткости равномерно распределены по длине корпуса.

На фиг.5 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек разных размеров, соединенных между собой через охватывающие замковые элементы, расположенных по разные стороны плоскости расположения замковых элементов и образующих асимметричный замкнутый контур.

На фиг.6 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек разных размеров, соединенных между собой через охватывающие замковые элементы, расположенных по одну сторону плоскости расположения замковых элементов и образующих асимметричный замкнутый контур.

На фиг.7 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек разных размеров, соединенных между собой через охватываемые замковые элементы, расположенных по одну сторону плоскости расположения замковых элементов и образующих асимметричный замкнутый контур.

На фиг.8 показана шпунтовая свая, корпус которой выполнен из двух секторных оболочек разных размеров, соединенных между собой через охватывающий и охватываемый замковые элементы, расположенных по одну сторону плоскости расположения замковых элементов и образующих асимметричный замкнутый контур. Корпус снабжен продольным ребром жесткости, установленным в замкнутом контуре.

На фиг.9 показан вид Б на фиг.8. Продольное ребро жесткости простирается по всей длине корпуса.

На фиг.10 показано замкнутое шпунтовое ограждение, выполненное из шпунтовых свай, изображенных на фиг.1, 2.

На фиг.11 показано линейное шпунтовое ограждение, выполненное из шпунтовых свай, изображенных на фиг.1, 2, 3.

На фиг.12 показано замкнутое шпунтовое ограждение, выполненное из шпунтовых свай, изображенных на фиг.8.

На фиг.13 показано шпунтовое ограждение с изменением направления ограждения на 90°, выполненное из шпунтовых свай, изображенных на фиг.8.

На фиг.14 показано линейное шпунтовое ограждение, выполненное из шпунтовых свай, изображенных на фиг.6, 7.

Шпунтовая свая содержит:

- корпус 1 в виде двух секторных оболочек 2 одинаковых размеров (наружный радиус R, толщина δ, центральный угол 2α), соединенных между собой через охватывающие замковые элементы 3 и образующих симметричный замкнутый контур (фиг.1);

- корпус 4 в виде двух секторных оболочек 2 одинаковых размеров, соединенных между собой через охватываемые замковые элементы 5 и образующих симметричный замкнутый контур (фиг.2);

- корпус 6 в виде двух секторных оболочек 2 одинаковых размеров, соединенных между собой через охватывающий 3 и охватываемый 5 замковые элементы и образующих симметричный замкнутый контур. Для усиления корпус 6 снабжен продольными ребрами жесткости 7, установленными в замкнутом контуре (фиг.3, 4);

- корпус 8 в виде двух секторных оболочек 2 и 9 разных размеров (толщины δ₂ и δ₉), соединенных между собой через охватывающие замковые элементы 3 и образующих асимметричный замкнутый контур. Секторные оболочки расположены по разные стороны плоскости 10-10 расположения замковых элементов 3 (фиг.5);

- корпус 11 в виде двух секторных оболочек 12 и 13 разных размеров, соединенных между собой через охватывающие замковые элементы 3 и образующих асимметричный замкнутый контур. Секторные оболочки расположены по одну сторону плоскости 10-10 расположения замковых элементов 3 (фиг.6);

- корпус 14 в виде двух секторных оболочек 12 и 15 разных размеров, соединенных между собой через охватываемые замковые элементы 5 и образующих асимметричный замкнутый контур. Секторные оболочки расположены по одну сторону плоскости 10-10 расположения замковых элементов 5 (фиг.7);

- корпус 16 в виде двух секторных оболочек 12 и 13 разных размеров, соединенных между собой через охватывающий 3 и охватываемый 5 замковые элементы и образующих асимметричный замкнутый контур. Секторные оболочки расположены по одну сторону плоскости 10-10 расположения замковых элементов 3 и 5. Для усиления корпус снабжен продольным ребром жесткости 17, установленным в замкнутом контуре (фиг.8, 9).

Исполнение шпунтовых свай с обоими замковыми элементами или охватывающими, или охватываемыми, несколько предпочтительнее с технологической точки зрения и дополняет известную трактовку оснащения шпунтовых свай замковыми элементами: один - охватывающий, второй - охватываемый.

Работает шпунтовая свая следующим образом. При установке шпунтовых свай в рабочее положение в шпунтовое ограждение последовательно вводят в зацепление охватывающий 3 и охватываемый 5 элементы замкового соединения.

Примеры компоновки шпунтовых ограждений из заявляемых шпунтовых свай показаны на фиг.10-14.

Базовые детали известных шпунтовых свай по Пат. РФ №2181813 корпуса в виде секторных оболочек, изготавливают из тонкостенных труб большого диаметра разрезкой их на две или три одинаковые части. Затем к ним приваривают в разных сочетаниях перемычки, фиксирующие элементы, ребра жесткости и замковые элементы. Получают шпунтовые сваи.

В качестве замковых элементов применяются: охватывающий - круглая труба с продольной прорезью, охватываемый - круглая цельная труба.

Реальная номенклатура тонкостенных труб большого диаметра ограничивается четырьмя диаметрами (820, 1020, 1220, 1420 мм) и девятью толщинами (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 мм). Разрезка труб производится только на две или три части согласно прототипу.

В заявляемом техническом решении базовая деталь шпунтовой сваи - корпус в виде двух секторных оболочек - изготавливается по следующим вариантам:

1. Разрезка тонкостенных труб большого диаметра на две или три одинаковые части.

2. Вальцовка листов требуемых размеров (толщина, ширина, длина) до образования 1/2, 1/3 или 1/n части круглой тонкостенной оболочки необходимого наружного радиуса.

3. Комбинация первых двух вариантов.

Применяя второй или третий способы изготовления секторных оболочек для корпусов:

1. Подбирается требуемых размеров (толщина, ширина, длина) лист.

2. Вальцуется лист до необходимого наружного радиуса.

3. Получается нужная 1/2, 1/3 или 1/n часть круглой тонкостенной оболочки,

т.е. требуемый центральный угол секторной оболочки.

Это позволяет создать оптимальные по прочности и металлоемкости шпунтовые сваи. С учетом заявляемой конструкции шпунтовой сваи и того, что стоимость листового металла приблизительно в 2 раза ниже стоимости труб, они отличаются малой трудоемкостью изготовления, меньшей металлоемкостью, а значит, и меньшей стоимостью.

В табл. 1 представлены параметры конструкции и трудоемкости изготовления известной шпунтовой сваи по Пат. РФ №2181813 (ТУ 5264-001-11150010-2002) и заявляемой.

Сравнивая приведенные данные, можно сделать выводы:

1. Заявляемая конструкция шпунтовой сваи более простая, т.к. содержит меньшее количество деталей при одинаковой сложности других.

2. Трудоемкость изготовления заявляемой конструкции ниже ввиду меньшего количества деталей и меньшего количества сварных швов.

В табл. 2 представлены параметры прочности и металлоемкости известных шпунтовых свай по А.С. СССР №1477842 (ТУ 14-2-879-89), Пат. РФ № 2181813 (ТУ 5264-001-11150010-2002) и заявляемой.

Как видно из приведенных данных, заявляемая шпунтовая свая обладает меньшей металлоемкостью при одинаковых прочностных характеристиках.

Из представленных материалов можно сделать выводы:

1. Конструкция заявляемой шпунтовой сваи более простая.

2. Трудоемкость изготовления заявляемой шпунтовой сваи меньшая.

3. Заявляемая конструкция шпунтовой сваи менее металлоемкая.

4. Стоимость изготовления заявляемой шпунтовой сваи ниже.

Параметры конструкции и трудоемкости изготовления известной шпунтовой сваи по Пат. РФ № 2181813 (ТУ 5264-001-11150010-2002) и заявляемой

Табл. 1Шпунтовые сваи: по Пат. РФ №2181813 и заявляемаяК-во деталейЧисло резовК-во сварных швовтрубфиксирующих элементов и ребер жесткостиИтогоПат. фиг.154158Заявляемая фиг.144-44      Пат. фиг.264158Заявляемая фиг.244-44      Пат. фиг.3642610Заявляемая фиг.354156      Пат. фиг.462358Заявляемая фиг.644-44

Параметры прочности и металлоемкости известных шпунтовых свай по А.С. СССР №1477842 (типа Ларсен - ТУ 14-2-879-89), Пат. РФ №2181813 (типа F-ТУ 5264-001-11150010-2002) и заявляемой

Табл.2Обознач. шпунтовой сваиМомент сопротивления, см³Размер по осям соединения, мК-во в 1 м шпунтового огражденияМасса, кгшпунтовой сваи1 м шпунтового ограждения1 м шпунтовой сваи1 м² шпунтового огражденияЛарсен 440522000,3962,5374187F2512-25001,20,83144120Заявляемая* 1230721841,056520,9465114108       Ларсен 546129620,422,38100238F3011-3000---130Заявляемая*2386232771,17840,8486136116       Ларсен 759750100,4282,34144,3337F5012-50121,210,83164136Заявляемая*3649553241,220,82174142

Примечания: *1 фиг.1, размеры секторной оболочки: R=610, δ=4,5, 2α=120°, в качестве охватывающего замкового элемента - труба 102×5;

*2 фиг.1, размеры секторной оболочки: R=610, δ=4,5, 2α=150°, в качестве охватывающего замкового элемента - труба 102×5;

*3 фиг.1, размеры секторной оболочки: R=610, δ=5, 2α=180°, в качестве охватывающего замкового элемента - труба 102×5.

Изобретение относится к строительству сооружений и может быть использовано в качестве элемента шпунтового ограждения. Известны шпунтовые сваи, включающие корпус с боковыми кромками и замковые элементы, прикрепленные к боковым кромкам корпуса. Известные шпунтовые сваи имеют усложненную конструкцию, высокую трудоемкость изготовления, повышенную металлоемкость. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение металлоемкости шпунтовой сваи при сохранении ее несущей способности. Технический результат достигается решением технической задачи, направленной на упрощение конструкции и снижение технологической сложности ее изготовления. Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известной конструкции шпунтовой сваи, включающей прикрепленные к боковым кромкам корпуса замковые элементы, каждый из которых выполнен охватывающим или охватываемым, при этом корпус состоит из одной секторной круглой тонкостенной оболочки с центральным углом не более 180°, корпус снабжен дополнительной секторной круглой тонкостенной оболочкой с центральным углом не более 180° (далее - секторные оболочки), при этом обе секторные оболочки выполнены одинаковых или разных размеров - наружный радиус, толщина, центральный угол -, соединены между собой через замковые элементы и образуют симметричный или асимметричный замкнутый контур. Корпус снабжен одним или несколькими продольными ребрами жесткости, установленными в замкнутом контуре и распределенными по длине. Замковые элементы выполнены: оба - охватывающие или оба - охватываемые. Заявляемая шпунтовая свая имеет оптимальную прочность, небольшую металлоемкость, проста в изготовлении и, как следствие, имеет меньшую стоимость. 1 н. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил., 2 табл.

1. Шпунтовая свая, включающая прикрепленные к боковым кромкам корпуса замковые элементы, каждый из которых выполнен охватывающим или охватываемым, при этом корпус состоит из одной секторной круглой тонкостенной оболочки с центральным углом не более 180°, отличающаяся тем, что корпус снабжен дополнительной секторной круглой тонкостенной оболочкой с центральным углом не более 180°, при этом обе секторные оболочки выполнены одинаковых или разных размеров - наружный радиус, толщина, центральный угол, соединены между собой через замковые элементы и образуют симметричный или ассиметричный замкнутый контур.2. Шпунтовая свая по п.1, отличающаяся тем, что корпус снабжен одним или несколькими продольными ребрами жесткости, установленными в замкнутом контуре и распределенными по длине.3. Шпунтовая свая по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что замковые элементы выполнены: оба охватывающие или оба охватываемые.