Шпунтовая свая типа Ларсен
SHEET PILE OF LARSEN TYPE

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.
2
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 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 х;
2
М - масса 1 м 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:
https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/gu-22n-3/
[1] Arcelor GU-22N ();
https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/pu-22-3/
[2] Arcelor PU22 ();
http://www.tc-evraz.com/sites/tdeam.ru/files/EVRAZ_Каталог_2020.pdf
[3] Л5-УМ ().