Шпунтовая свая Z-образного типа Российский патент 2024 года по МПК E02D5/04 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям Z-образной формы, производимых горячекатаным способом, и может быть использовано в строительной отрасли промышленности.

Известен шпунт RU 2740561 С1, 15.01.2021 [1], где в качестве решения по увеличению сопротивления стенки были использованы над вогнутыми углами дополнительные элементы в форме заплечиков.

Известна U-образная шпунтовая свая RU 2787097 [2], где U-образная шпунтовая свая, выполненная из металла и содержащая основание с загнутыми навстречу друг другу стенками с замками на концах, при этом внутренний и внешний углы сгиба стенки и основания скруглены, отличающаяся тем, что внутренний и внешний углы сгиба стенки и основания скруглены таким образом, что коэффициент соотношения радиусов скругления внутреннего и внешнего угла находится в диапазоне от 2,1 до 2,2, для обеспечения повышения концентрации материала, содержащегося в поперечном сечении шпунтовой сваи, в частности, в местах сгиба стенок и основания.

Известен сварной шпунт корытного типа RU199197 [3], 21.08.2020 г., где шпунт 1 корытного типа содержит полку 2 и неразъемно прикрепленные к ней под тупым углом (95-140°) наклонные стенки 3 и 4, снабженные на концах соединительными элементами 5 и 6. При этом вся полка 2 и обе наклонные стенки 3 и 4 выполнены в виде отдельных деталей из горячекатаных полос конструкционной стали марок S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC с высоким пределом текучести по стандарту DIN EN 1014 9-2:2 013-12 EN. Полка 2 и наклонные стенки 3 и 4 и соединены между собой посредством сварки.

Недостатками всех вышеперечисленных шпунтов является U-образная форма шпунта, где в соединении замки расположены на полке шпунта, а при сборке в стенку находятся на средней плоскости стены. Что создает большую концентрацию металла средней плоскости стены, где минимально влияние на момент сопротивления стены.

Наиболее перспективными и эффективными в отношении увеличения несущей способности, при меньшей массе шпунтовой стенки являются шпунты Z-образного типа, где замки расположены в основаниях шпунтовой стенки.

Известны модели шпунтов Z-образного типа: Arcelor AZ 48-700, AZ 50-700, AZ 52-700 [4].

Прототипом является шпунт Arcelor AZ 28-700 [4].

Недостатком данных шпунтов является то, что с учетом различной конфигурации в соответствии с таблицей №1, удельный коэффициент эффективного использования материала (КИМ) не превышает 17,58, для Z образных шпунтов и не превышает 16,0 для U-образных шпунтов. 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 x к массе 1 м 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 x;

М - масса 1 м 2 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 Z-образного типа, содержащем полку с примыкающими к ней основаниями, на которых расположены замки, предусмотрены следующие отличия: полка 2 имеет неравномерную толщину, где по краям толщина полки будет величиной s₁, а в центре толщина полки s₂ по пережиму, при этом s₁-s₂=2…12 мм, а разницу в толщине образует пережим, образованный радиусом R, где

Использование такого решения приводит к снижению концентрации металла в середине полки и увеличению момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси x, за счет снижения массы. Перераспределение этого металла по полке ближе к основаниям и в самих основаниях позволит увеличить момент сопротивления при той же массе.

Перераспределение концентрации металла по полке от середины к углам позволяет увеличить угол между главной осью инерции профиля, с минимальным значением момента инерции, и плоскостью шпунтовой стены. Что уменьшает сваливание профиля (изменение направления изгиба) при пластической деформации, тем самым снижает нагрузку на замки.

Выполнение перехода в виде радиуса от середины и до углов исключает образования концентрации напряжений.

Коэффициент использования металла в такой конфигурации может достигать более 18 (таблица 1), при прочих равных условиях.

При этом снижение массы и утоньшение стенки не понесет за собой снижения прочности конструкции, т.к. в процессе работы шпунта основную нагрузку от грунта воспринимает основание, а полка предназначена для их сопряжений, и воспринимает тангенциальную нагрузку, которая будет определяться углом наклона полки α и будет существенно ниже, чем нагрузка воспринимаемая основанием.

Где F - усилие воспринимаемой полкой.

N - нормальное усилие создаваемое грунтом,

f - коэффициент внутреннего трения металла о грунт.

Для подтверждения, в качестве примера, на ФИГ. 3. представлена модель распределения нагрузки шпунтовой стенки из предлагаемых шпунтовых свай, где видно, что даже с утоньшением полки в пережиме s₂ данный элемент сваи не становится концентратором напряжений, и имеет больший запас прочности, чем в основании шпунта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на ФИГ. 1 изображена шпунтовая свая с утоньшением полки в пережиме,

где 1 - основание; 2 - полка; 3 - замок Н - общая высота шпунта; h - рабочая высота шпунта; В - общая ширина шпунта; b - рабочая ширина шпунта; t - толщина основания шпунта; s₁ - толщина полки шпунта; s₂ - толщина полки шпунта в пережиме; α - угол уклона полки; R - радиус образующей пережима

на ФИГ. 2 представлен конкретный пример шпунта с элементами, где R - радиус пережима, по которому производился расчет инерционных и массовых характеристик, представленный в таблице 1.

где R- радиус пережима;

на ФИГ. 3. представлена модель распределения нагрузки шпунтовой стенки из предлагаемых шпунтовых свай

Использование предлагаемой конструкции шпунта позволит:

- сохранить как высокий момент сопротивления шпунтовой стенки, так и прочностных характеристик, при утоньшении полки в пережиме, что позволит использовать более легкий шпунт для более нагруженной шпунтовой стенки для удержания грунта и создаст экономию в использовании металла;

- получить конструкция данного типа шпунта прокаткой на специализированных станах с незначительной доработкой калибровки валков, что позволяет произвести переналадку 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.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям зетовой формы типа Ларсена, производимых горячекатаным способом, и может быть использовано в строительной отрасли промышленности. Шпунтовая свая Z-образного типа содержит основания, соединенные между собой полкой, под углом наклона полки α, где на свободных концах оснований расположены замки, образуя Z-образную форму общей высотой H. Полка имеет неравномерную толщину, где по краям толщина полки будет величиной S₁, а в центре толщина полки S₂ по пережиму, разницу в толщине составляет пережим, образованный радиусом R, где , при этом S₁-S₂=2…12 мм. Технический результат состоит в увеличении показателя удельного использования материала для шпунтовой сваи, повышении момента сопротивления шпунтовой стенки, при утоньшении полки в пережиме, что позволит использовать более легкий шпунт для более нагруженной шпунтовой стенки. 3 ил., 1 табл.

Шпунтовая свая Z-образного типа, содержащая основания 1, соединенные между собой полкой 2, под углом наклона полки α, где на свободных концах оснований 1 расположены замки 3, образуя Z-образную форму общей высотой H, отличающаяся тем, что полка 2 имеет неравномерную толщину, где по краям толщина полки будет величиной S₁, а в центре толщина полки S₂ по пережиму, разницу в толщине составляет пережим, образованный радиусом R, где

,

при этом S₁-S₂=2…12 мм.