ЯЧЕИСТАЯ ШПУНТОВАЯ СТЕНА Российский патент 2010 года по МПК E02D5/04 

Изобретение относится к области строительства подпорных стен из стального шпунта, преимущественно к строительству гидротехнических сооружений: причальных, оградительных, судоподъемных, берегозащитных, а также опор мостов.

Сооружения с несущими стальными шпунтовыми стенами получили широкое распространение вследствие высокой эффективности при строительстве на воде в широком диапазоне грунтовых условий, экономичности по затратам ресурсов, меньшей чувствительности к перегрузкам по сравнению с другими известными конструкциями (Смирнов Г.Н. и др. Порты и портовые сооружения, Москва, Стройиздат, 1993, с.371-374).

Известна шпунтовая стена, возводимая из волнообразных в плане стальных шпунтовых элементов, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от оси стены параллельно ей со смещением вдоль этой оси относительно смежных полок и соединенные между собой поперечными стенками. Стенки располагаются под тупым углом к полкам с образованием в каждом шпунтовом элементе крайних полустенок, имеющих на своих свободных краях соответственно кулачок и обойму, образующие замковые соединения шпунтовых элементов в стене, причем каждая обойма расположена на внешней, а каждый кулачок - на внутренней поверхности соответствующих полустенок (RU 2151236 С1, кл Е02D 5/08, опубликовано 20.06.2000).

Данная конструкция может быть реализована в области значений момента сопротивления сечения стены до 8-10×10³ см³/м. Для более мощных стен волнообразная форма сечения становится технологически недостижимой вследствие необходимости существенно увеличивать высоту сечения, длину этой волны, толщину стенки и полок. В стенках с моментом сопротивления свыше 10×10³ см³/м эффективным решением являются ячеистые конструкции, возводимые из двутавровых шпунтовых элементов.

Наиболее близким по своей технической сущности аналогом предлагаемого изобретения является шпунтовая стена, возводимая из двутавровых элементов, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, причем на продольных краях полок с их внешней стороны выполнены треугольной формы выступы, предназначенные для соединения с надеваемыми на края полок замковыми элементами - стержнями, в которых выполнены полости для заводки выступов полок и объединения тем самым смежных двутавровых элементов между собой (US 2018625, кл. 405-277, 22.10.1935).

Недостатком данной конструкции шпунтовой стены является расположение замковых соединений двутавровых элементов за внешней лицевой гранью стены, т.е. в зоне, где они подвергаются наиболее интенсивному воздействию волн, потоков, наносов, что негативно влияет на их долговечность, не исключая возможности повреждения, как при возведении стены, так и при ее эксплуатации, также и вследствие расположения ответственных замковых соединений в зоне сечения с большим моментом инерции.

Задачей настоящего изобретения является сокращение удельной металлоемкости шпунтовой стены с равной по отношению к известным решениям несущей способностью (изгибной жесткостью), обеспечивающейся определенными параметрами двутавровых элементов и параметрами замковых соединений при заданной несущей способности, и обеспечение защиты замковых соединений шпунтовой стены от эрозионных воздействий.

Эта задача решается тем, что в шпунтовой стене, образованной из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стену с образованием в ней замкнутых в плане ячеек - полостей; на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025. При этом, по крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, заполнены твердеющим материалом, например бетоном.

Параметры отношения ширины полки к ширине стенки у металлических элементов по форме двутавров находится в пределах, определяемых по таблице 1 в зависимости от показателя ν жесткости полки, характеризуемого отношением ее толщины к ширине.

Таблица 1 Область значений показателя Область значений отношения ν - жесткости полки ширины полки к ширине стенки 0,020-0,0225 0,6-0,8 0,0225-0,025 0,55-0,7

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг.1 показан участок шпунтовой стенки (вид сверху), расположенной по оси 1 и собранной из двутавровых элементов 2;

- на фиг.2 - графики зависимости удельной металлоемкости шпунтовой стенки от соотношения размеров полки и стенки.

Располагаемые по оси 1 двутавровые элементы 2 шпунтовой стены имеют полки 3а и 3б, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей, и стенки 4, расположенные под прямым углом к полкам и жестко соединенные с ними в точках по центру полок. По продольным краям полок 3а выполнены замковые элементы - обоймы 5, а полок 3б - замковые элементы - кулачки 6. Заводкой кулачков в обоймы в процессе сборки шпунтовой стены осуществляется объединение двутавровых элементов в единую конструкцию стены, при этом в ней образуются ячейки 7 повышенной изгибной жесткости, а замковые элементы 5 и 6 описанным выше образом располагаются в этих ячейках. При необходимости для достижения водонепроницаемости стены и защиты замковых соединений ячейки 7 могут быть заполнены (бетоном или иным материалом).

Для решения задачи эффективного использования металла в конструкции шпунтовой стены требуемой несущей способности было проведено опытное конструирование двутавровых элементов, результаты которого (для стенки с удельным моментом сопротивления 180 см³/см) приведены в таблице 2, на основе которой построены графики фиг.2 и выявлена зависимость удельной металлоемкости стены рассматриваемой конструкции от соотношения размеров полок и стенки двутавровых элементов, а именно от отношения ширины полки к ширине стенки и от показателя ν жесткости полки. На графиках фиг.2 линия 1 выражает эту зависимость при ν=0,027, линия 2 - при ν=0,025, линия 3 - при ν=0,023. Выделенная область 4 при данных значениях ν является областью оптимальных значений отношения ширины полки к ширине стенки, при которых достигается минимум удельной металлоемкости шпунтовой стенки.

Таким образом, было установлено, что для достижения эффективных показателей удельной металлоемкости шпунтовой стены отношение ширины полки к ширине стенки у двутавровых элементов должно быть выдержано в пределах, определяемых по таблице 1.

Таблица 2 Параметры двутавров, образующих стену с w - 180 см³/см Высота сечения, h Ширина полки, b_f Толщина полки, b_f Параметр, ν Ширина стенки, b_w Толщина стенки, t_w Отношение b_f/b_w Удельная масса, m 1118 522 12 0,023 1094 13 0,48 402,44 1087 565 13 0,023 1061 13 0,53 395,60 1053 609 14 0,023 1025 13 0,59 391,69 1019 652 15 0,023 989 13 0,66 390,30 985 696 16 0,023 953 13 0,73 391,07 952 739 17 0,023 918 13 0,80 393,68 920 783 18 0,023 884 13 0,89 397,87 889 826 19 0,023 851 13 0,97 403,44 1099 480 12 0,025 1075 13 0,45 416,90 1070 520 13 0,025 1044 13 0,50 408,93 1039 560 14 0,025 1011 13 0,55 403,99 1007 600 15 0,025 977 13 0,61 401.64 975 640 16 0,025 943 13 0,68 401,53 943 660 17 0,025 909 13 0,75 403,33 912 720 18 0,025 876 13 0,82 406,79 882 760 19 0,025 844 13 0,90 411,69 1080 444 12 0,027 1056 13 0,42 430,98 1054 481 13 0,027 1028 13 0,47 421,94 1025 519 14 0,027 997 13 0,52 416,01 995 556 15 0,027 965 13 0,58 412,75 965 593 16 0,027 933 13 0,64 411,79 934 630 17 0,027 900 13 0,70 412,82 905 667 18 0,027 869 13 0,77 415,57 876 704 19 0,027 838 13 0,84 419,82 848 741 20 0,027 808 13 0,92 425,36

Изобретение относится к области строительства подпорных стен из стального шпунта, преимущественно к строительству гидротехнических и транспортных сооружений. Задачей изобретения является выполнение шпунтовой стены с равной по отношению к известным решениям несущей способностью (изгибной жесткостью), обеспечивающейся определенными параметрами двутавровых элементов и параметрами замковых соединений, позволяющими сократить ее удельную металлоемкость, и обеспечение защиты замковых соединений шпунтовой стенки от эрозионных воздействий морской волны. Для этого в шпунтовой стене, образованной из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стенку с образованием в ней замкнутых в плане ячеек - полостей; на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025. При этом ячейки с расположенными в них замковыми соединениями для обеспечения водонепроницаемости и защиты замковых элементов от эрозии заполнены бетоном или иным твердеющим материалом. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Шпунтовая стена, образованная из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стену с образованием в ней замкнутых в плане ячеек-полостей, отличающаяся тем, что на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025.

2. Шпунтовая стена по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, заполнена твердеющим материалом, например бетоном.