ШПУНТОВЫЙ ЗАМОК (ВАРИАНТЫ)
SHEET-PILE CUTOFF (VARIANTS)

Группа изобретений относится к замковым соединениям шпунтовых стенок из стали и может использоваться для соединения шпунтовых свай при строительстве гидротехнических сооружений.
Известен замок для соединения шпунтовых элементов, описанный в п. РФ №2103442 по кл. E02D 5/08, з. 02.08.1996 г., оп. 27.01.1998 г.
Известный замок для соединения шпунтовых элементов, включающий обойму, образованную угловым профилем, приваренным к шпунтовому элементу кромкой одной из полок с образованием консоли, и заведенный в полость обоймы соединительный кулачок, приваренный к другому шпунтовому элементу, отличается тем, что угловой профиль приварен к поверхности шпунтового элемента под острым углом с наклоном в сторону свободной кромки консоли, а соединительный кулачок другого шпунтового элемента расположен на расстоянии от его кромки с образованием консоли, которая противоположной от кулачка поверхностью примыкает в обойме к поверхности консоли шпунтового элемента, к которому приварен угловой профиль, причем толщина t шпунтового элемента с соединительным кулачком, диаметр d кулачка, наибольшая высота h полости обоймы, расстояние е от центра кулачка до кромки консоли и расстояние b от вершины полости обоймы до сечения с ее наибольшей высотой h определены следующими соотношениями:
d(1,10-1,20)t; h(2,20-2,80)t; e(0,40-0,55)b.
Недостатком известного замка является сложность его конструкции, обусловленная необходимостью выдерживания указанных соотношений конструкции.
Известен шпунтовый замок, представленный в п. РФ №82461 по кл. E02D 5/08, з. 29.12.2008 г., оп. 27.04.2009 г. и выбранный в качестве прототипа.
Известный шпунтовый замок характеризуется следующей формулой.
Шпунтовый замок, образованный из двух элементов, один из которых выполнен в виде углового профиля, закрепленного к образующей шпунтовой сваи продольной кромкой одной из полок, при этом угловой профиль приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи под острым углом с наклоном в сторону кромки свободной полки, отличающийся тем, что шпунтовая свая выполнена в виде сваи замкнутого профиля из твердосплавной марки стали, поверхностная твердость которой больше, чем у элементов шпунтового замка, шпунтовый замок состоит из двух одинаковых элементов в виде стандартных угловых профилей, которые закреплены на двух соседних шпунтовых сваях параллельно продольной оси шпунтовой сваи с обеспечением зазора между внешним углом сопряжения полок стандартного уголкового профиля и наружной поверхностью соседней шпунтовой сваи, при этом один стандартный профиль крепят на шпунтовой свае под углом α между линией, проходящей через внешний угол сопряжения полок стандартного уголкового профиля к точке сопряжения касательной, проведенной к внешней поверхности шпунтовой сваи в ее поперечном сечении, а второй стандартный уголковый профиль крепят на соседней шпунтовой свае зеркально к первому и под тем же углом α между линией, проходящей через внешний угол сопряжения полок стандартного уголкового профиля к точке сопряжения касательной, проведенной к внешней поверхности соседней шпунтовой сваи в ее поперечном сечении, и зазор h между наружной стенкой первой шпунтовой сваи и наружным углом свободной полки стандартного уголкового профиля, закрепленного на соседней шпунтовой свае рассчитывают по формуле: h=nδ, где δ - толщина полки углового профиля, n - коэффициент проходимости.
При этом шпунтовый замок по п. 1 отличается тем, что для каждого элемента шпунтового замка угол α между линией, проходящей через внешний угол сопряжения полок стандартного уголкового профиля к любой точке касательной, проведенной к внешней поверхности шпунтовой сваи в ее поперечном сечении, составляет 90°.
При этом шпунтовый замок по п. 1 отличается тем, что при соединении в замок внутренняя поверхность полки одного стандартного углового профиля, прикрепленного к первой шпунтовой свае, входит в зацепление с внутренней поверхностью полки второго стандартного углового профиля соседней шпунтовой сваи.
При этом шпунтовый замок по п. 1 отличается тем, что крепление стандартных уголковых профилей к шпунтовой свае осуществляют путем сварки.
При этом шпунтовый замок по п. 1 отличается тем, что в качестве стандартного уголкового профиля используют уголки с полками равной величины.
При этом шпунтовый замок по п. 1 отличается тем, что в качестве стандартного уголкового профиля используют уголки с полками разной величины.
При этом шпунтовый замок по п. 1 отличается тем, что коэффициент проходимости n принят от 2 до 3.
Недостатком известного замка является его не вполне удовлетворительная надежность соединения, обусловленная простым профилем замка, и сложность крепления к свае.
Задачей является повышение надежности замкового соединения.
Поставленная задача решается тем, что:
- в первом варианте выполнения в шпунтовом замке, образованном из двух одинаковых элементов в виде стандартных профилей, при этом профиль приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи под углом, согласно изобретению в качестве стандартного профиля использован фасонный трубчатый профиль квадратного сечения, имеющий продольный вырез на обращенных друг к другу гранях трубчатого профиля для взаимного вхождения профилей друг в друга, при этом захватами замка служат оба трубчатых профиля квадратного сечения, а их обоймами - внутренние части этих профилей, выступами являются части разрезанных граней внутри обоймы каждого из элементов замка, а их гребнями - наваренные на эти части со стороны обоймы дополнительные соразмерные объемные элементы.
При этом в шпунтовом замке продольный вырез в обращенных друг к другу гранях элементов замка может быть расположен в верхней части этой грани первого элемента замка и в нижней части указанной грани второго элемента замка или в средней части этих граней в первом и втором элементах замка.
При этом элементы замка могут быть закреплены наружной гранью каждого из фасонных трубчатых профилей на своей шпунтовой свае под прямым углом к ее продольной оси или прикреплены к своей шпунтовой свае противолежащими ребрами между наружными боковыми гранями или прикреплены к соседним сваям, продольные си которых перпендикулярны между собой.
При этом гребень в шпунтовом замке может иметь форму куба или прямоугольного параллелепипеда или полуцилиндра.
Элементы замка могут выполнены сварными либо цельными.
- во втором варианте выполнения в шпунтовом замке, образованном из двух одинаковых элементов в виде стандартных профилей, которые закреплены на двух соседних шпунтовых сваях, при этом профиль приварен к продольной поверхности шпунтовой сваи под углом, согласно изобретению в качестве стандартного профиля использован фасонный трубчатый профиль прямоугольного сечения, имеющий продольный вырез на обращенных друг к другу гранях трубчатого профиля для взаимного вхождения профилей друг в друга, при этом захватами замка служат оба трубчатых профиля прямоугольного сечения, а их обоймами - внутренние части этих профилей, выступами являются части разрезанных граней внутри обоймы каждого из элементов замка, служащие одновременно гребнями.
При этом в шпунтовом замке продольный вырез в обращенных друг к другу гранях элементов замка может быть расположен в верхней части этой грани первого элемента замка и в нижней части указанной грани второго элемента замка или в средней части этих граней в первом и втором элементах замка.
При этом элементы замка могут быть закреплены наружной гранью каждого из фасонных трубчатых профилей на своей шпунтовой свае под прямым углом к ее продольной оси или прикреплены к своей шпунтовой свае противолежащими ребрами между наружными боковыми гранями или прикреплены к соседним сваям, продольные си которых перпендикулярны между собой.
Элементы замка могут выполнены сварными либо цельными.
В первом варианте выполнение каждого из двух одинаковых элементов замка из профиля в виде фасонного трубчатого профиля квадратного сечения с продольным вырезом на обращенных друг к другу гранях трубчатого профиля для взаимного вхождения профилей друг в друга, в совокупности с тем, что захватами замка служат оба трубчатых профиля квадратного сечения, их обоймами - внутренние части этих профилей, выступами являются части разрезанных граней внутри обоймы каждого из элементов замка, а их гребнями - наваренные на эти части со стороны обоймы дополнительные соразмерные объемные элементы, обеспечивает надежное соединение свай друг с другом за счет двойного зацепления гребней выступов в обоймах захватов.
Во втором варианте выполнение каждого из двух одинаковых элементов замка из профиля в виде фасонного трубчатого профиля прямоугольного сечения с продольным вырезом на обращенных друг к другу гранях трубчатого профиля для взаимного вхождения профилей друг в друга, в совокупности с тем, что захватами замка служат оба трубчатых профиля прямоугольного сечения, их обоймами - внутренние части этих профилей, выступами являются части разрезанных граней внутри обоймы каждого из элементов замка, служащие одновременно гребнями, также обеспечивает надежное соединение свай друг с другом за счет двойного зацепления выступов в обоймах захватов.
Технический результат в обоих вариантах - обеспечение надежного зацепления элементов замка.
В первом варианте заявляемый шпунтовый замок обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование в качестве стандартного профиля фасонного трубчатого профиля квадратного сечения, выполнение продольного выреза на обращенных друг к другу гранях трубчатого профиля для взаимного вхождения профилей друг в друга, при том, что захватами замка служат оба трубчатых профиля квадратного сечения, а их обоймами - внутренние части этих профилей, выступами являются части разрезанных граней внутри обоймы каждого из элементов замка, а их гребнями - наваренные на эти части со стороны обоймы дополнительные соразмерные объемные элементы, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Во втором варианте заявляемый шпунтовый замок обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в качестве стандартного профиля фасонного трубчатого профиля прямоугольного сечения, выполнение продольного выреза на обращенных друг к другу гранях трубчатого профиля для взаимного вхождения профилей друг в друга, притом что захватами замка служат оба трубчатых профиля прямоугольного сечения, а их обоймами - внутренние части этих профилей, выступами являются части разрезанных граней внутри обоймы каждого из элементов замка, служащие одновременно гребнями, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения в данной области, обладающие указанными отличительными признаками по первому и второму вариантам выполнения, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый шпунтовый замок в обоих вариантах его выполнения соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый шпунтовый замок в обоих вариантах его выполнения может найти широкое применение для соединения шпунтовых свай при строительстве гидротехнических сооружений, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:
- фиг. 1 - вид сверху шпунтового замка в первом варианте его выполнения с подсоединением к сваям наружными противолежащими ребрами элементов замка;
- фиг. 2 - вид сверху шпунтового замка в первом варианте его выполнения с несимметричными вырезами в обращенных друг к другу гранях с подсоединением наружных граней элементов замка к сваям под прямым углом;
- фиг. 3 - вид сверху шпунтового замка в первом варианте его выполнения с вырезом в средней части обращенных друг к другу граней с подсоединением наружных граней элементов замка к сваям под прямым углом;
- фиг. 4 - вид сверху шпунтового замка в первом варианте его выполнения с подсоединением к сваям, продольные оси которых перпендикулярны между собой;
- фиг. 5 - вид сверху шпунтового замка во втором варианте его выполнения с подсоединением к сваям наружными противолежащими ребрами элементов замка.
1
1
В первом варианте выполнения (фиг. 1-4) шпунтовый замок образован из двух одинаковых элементов 1 и 2 в виде стандартных профилей, которые зеркально закреплены на двух соседних шпунтовых сваях 3 и 4 параллельно продольной оси шпунтовой сваи под прямым углом к ее продольной оси. В качестве профиля замка использован фасонный трубчатый профиль квадратного сечения 5, 6 с продольным вырезом 7 и 8 в каждой из обращенных друг к другу гранях 5 и 6. При этом захватами замка служат оба трубчатых профиля 5 и 6 квадратного сечения, а их обоймами 9 и 10 - внутренние части этих профилей, выступами 11 и 12 являются части разрезанных граней внутри обоймы 9 и 10 каждого из элементов 1, 2 замка, а их гребнями 13 и 14 - наваренные на эти части 11 и 12 со стороны обойм 9 и 10 дополнительные соразмерные объемные элементы.
1
1
1
1
1
1
При этом в шпунтовом замке продольные вырезы 7 и 8 в обращенных друг к другу гранях 5 и 6 элементов 1 и 2 замка могут быть расположены в верхней части этой грани 5 первого элемента замка и в нижней части указанной грани 6 второго элемента замка или в средней части этих граней 5 и 6 в первом и втором элементах замка (фиг. 2).
3
3
1, 2
1, 2
При этом элементы 1 и 2 замка могут быть закреплены наружной гранью 5 и 6 каждого из фасонных трубчатых профилей 5 и 6 на своей шпунтовой свае 3 и 4 под прямым углом к ее продольной оси (фиг. 2) или прикреплены к своей шпунтовой свае противолежащими ребрами 15, 16 между наружными боковыми гранями 5 и 6, когда продольные оси свай 3, 4 совпадают (фиг. 1). Шпунтовый замок может соединять сваи, оси которых перпендикулярны между собой. (фиг. 4).
При этом гребни 13, 14 в шпунтовом замке могут иметь форму куба, или прямоугольного параллелепипеда, либо полуцилиндра.
Детали элементов 1 и 2 шпунтового замка могут быть соединены между собой сваркой. Также элементы 1 и 2 могут быть изготовлены «цельными», например, отливкой или ковкой либо прокатом.
Шпунтовый замок может использоваться для соединения свай, продольные оси которых совпадают (фиг 1-3) или свай, продольные оси которых перпендикулярны между собой (угловое соединение, см. фиг. 4).
1
1
Во втором варианте выполнения шпунтовый замок (фиг. 5) образован из двух одинаковых элементов 1' и 2' в виде стандартных профилей, которые зеркально закреплены на двух соседних шпунтовых сваях 3' и 4' параллельно продольной оси шпунтовой сваи под прямым углом к ее продольной оси. В качестве профиля замка использован фасонный трубчатый профиль прямоугольного сечения 5', 6' с продольным вырезом 7' и 8' в каждой из обращенных друг к другу гранях 5' и 6'. При этом захватами замка служат оба трубчатых профиля 5' и 6' прямоугольного сечения, а их обоймами 9' и 10' - внутренние части этих профилей, выступами 11' и 12' являются части разрезанных граней внутри обоймы 9' и 10' каждого из элементов 1', 2' замка, служащие одновременно и гребнями.
1
1
1
1
1
1
При этом в шпунтовом замке продольные вырезы 7' и 8' в обращенных друг к другу гранях 5' и 6' элементов 1' и 2' замка могут быть расположены в верхней части этой грани 5' первого элемента замка и в нижней части указанной грани 6' второго элемента замка (фиг. 5) или в средней части этих граней 5' и 6' в первом и втором элементах замка (на чертежах не показано).
3
3
1, 2
1, 2
При этом элементы замка 1' и 2' могут быть закреплены наружной гранью 5' и 6' каждого из фасонных трубчатых профилей 5' и 6' на своей шпунтовой свае 3' и 4' под прямым углом к ее продольной оси (на чертежах не показано) или прикреплены к своей шпунтовой свае противолежащими ребрами 13', 14' между наружными боковыми гранями 5' и 6', когда продольные оси свай 3', 4' совпадают (фиг. 5). Шпунтовый замок во втором варианте его выполнения также может соединять сваи, оси которых перпендикулярны между собой, (на чертежах не показано).
Детали элементов 1' и 2' шпунтового замка могут быть соединены между собой сваркой. Также элементы 1' и 2' могут изготовлены «цельными», например, отливкой или ковкой либо прокатом.
Шпунтовый замок может использоваться для соединения свай, продольные оси которых совпадают (фиг. 5 или свай, продольные оси которых перпендикулярны между собой (угловое соединение, на чертежах не показано).
В первом варианте замковое соединение образуется путем заведения выступа 11 с гребнем 13 через продольный вырез 8 в обойму 10 захвата 6 и одновременно заведения выступа 12 с гребнем 14 через продольный вырез 7 в обойму 9 захвата 5.
3
3
Под нагрузкой шпунтовый замок работает следующим образом. Под воздействием сжимающего усилия происходит перемещение гребня 13 в обойме 10 до упора его изнутри в грань 6 и перемещение гребня 14 в обойме 9 до упора его изнутри в грань 5.
4
4
Под воздействием растягивающего усилия гребни 13 и 14 перемещаются внутри обойм 10 и 9 до взаимного упора их кромками в часть грани 6 и 5 соответственно, при увеличении растягивающего усилия в дополнение к соприкосновению кромок, после чего усилие растяжения воспринимается замком.
Двойное зацепление обеспечивает надежное соединение свай.
4
Шпунтовый замок обеспечивает совместный изгиб соединенных шпунтовых элементов, поскольку под воздействием момента сил, изгибающих один из них, он может свободно деформироваться и перемещаться в обойме 9 относительного второго шпунтового элемента только до тех пор, пока кромка гребня 13 шпунтового элемента 1 не упрется во внутреннюю поверхность части грани 6 углового профиля 6, а гребня 14 - в свободную грань этого профиля, после чего момент сил воспринимается замком.
Во втором варианте замковое соединение образуется путем заведения выступа 11' через продольный вырез 8' в обойму 10' захвата 6' и одновременно заведения выступа 12' через продольный вырез 7' в обойму 9' захвата 5'.
3
3
Под нагрузкой шпунтовый замок работает следующим образом. Под воздействием сжимающего усилия происходит перемещение выступа 11' в обойме 10' до упора его изнутри в грань 6' и перемещение выступа 12' в обойме 9' до упора его изнутри в грань 5'.
4
4
Под воздействием растягивающего усилия выступы 11' и 12' перемещаются внутри обойм 10' и 9' до взаимного упора их кромками в часть грани 6' и 5' соответственно, при увеличении растягивающего усилия в дополнение к соприкосновению кромок, после чего усилие растяжения воспринимается замком.
Двойное зацепление обеспечивает надежное соединение свай.
4
Шпунтовый замок обеспечивает совместный изгиб соединенных шпунтовых элементов, поскольку под воздействием момента сил, изгибающих один из них, он может свободно деформироваться и перемещаться в обойме 9' относительного второго шпунтового элемента только до тех пор, пока кромка выступа 11' шпунтового элемента 1' не упрется во внутреннюю поверхность части грани 6' углового профиля 6', а выступа 12' - в свободную грань этого профиля, после чего момент сил воспринимается замком.
В сравнении с прототипом заявляемый шпунтовый замок в обоих вариантах его выполнения обеспечивает более надежное соединение свай.