СВАРНОЙ ШПУНТ КОРЫТНОГО ТИПА

Полезная модель относится к области строительных металлоконструкций и может быть использована в конструкциях подпорных стен инженерных сооружений различного назначения, в том числе портовых и гидротехнических сооружениях, опор, мостов и ограждениях котлованов зданий и сооружений.
Известен сварной шпунт балочной конструкции, представленный в п. РФ №73675 по кл. E02D5/76, з. 24.12.07, оп. .05.08.
Известный шпунт характеризуется следующей формулой:
Шпунт сварной балочной конструкции из проката, на полках которого выполнены элементы крепления, обеспечивающие соединение деталей шпунтовой стенки между собой посредством замка, отличающийся тем, что шпунт представляет собой двутавр, выполненный из листового проката, нижняя и верхняя полки которого приварены к стенке двутавра двусторонним сварным швом, при этом на концах полок двутавра с наружной стороны выполнены пазы, обеспечивающие крепление шпунтов в панель посредством прокатного замка.
Недостатком известного шпунта является ограниченная номенклатура сортамента; кроме того, выполнение пазов на концах полки под замки не всегда удобно при сборке, т.к. требуется подборка подходящего замка.
Известна шпунтовая прокатно-сварная свая корытного профиля, представленная в п. РФ №68533 по кл. E02D5/76, з. 04.06.2007 г., оп.27.11.2007 г.
Известная свая характеризуется следующей формулой:
1. Свая корытная шпунтовая прокатно-сварная. представляющая собой прокатный профиль шпунта корытного типа с замком, обеспечивающим соединение элементов шпунтовой стенки, отличающаяся тем. что шпунтовая свая имеет листовую вставку из проката, помещенную в разрез, выполненный вдоль вертикальной оси симметрии профиля шпунта и соединенную с двумя полученными его половинами по линии разреза продольным сварным швом.
2. Свая корытная шпунтовая прокатно-сварная по п. 1, отличающаяся тем, что листовая вставка выполнена из прокатной свариваемой стали с ограниченным углеродным эквивалентом, который не должен превышать 0,45%.
Недостатком известной сваи является то, что полка шпунтовой сваи имеет листовую вставку из проката, что снижает надежность сваи. Кроме того, такая свая является весьма металлоемкой и не очень удобна в производстве в плане расширения ассортимента продукции.
Более близким по технической сущности к заявляемому (как полностью сварная конструкция) представляется техническое решение, представленное в п. РФ №2693788 и выбранное в качестве прототипа. Известный патент характеризуется следующей формулой:
«1. Панель шпунтовая сварная, выполненная в поперечном сечении волнообразного профиля, содержащая полки, параллельно расположенные по разные стороны от центральной оси поперечного сечения панели со смещением друг относительно друга, наклонные стенки, расположенные под тупым углом к полкам, соединяющие смежные концы полок, расположенных по разные стороны от центральной оси, две наклонные полустенки, расположенные на крайних полках под тупым углом к полкам и в направлении к центральной оси, одна наклонная полустенка оснащена на свободном конце кулачком, вторая наклонная полустенка оснащена на свободном конце обоймой, так что при введении кулачка в обойму образуется замковое соединение, обойма расположена на внешней, а кулачок - на внутренней поверхности соответствующих полустенок, отличающаяся тем, что полки, наклонные стенки, полустенки выполнены из полос конструкционной стали, содержащей углерод в диапазоне от 0,1 до 0,2%. кремний в диапазоне от 0,4 до 1,1%, марганец в диапазоне от 0,4 до 1,7%, никель в диапазоне от 0,1 до 0,8%, хром в диапазоне от 0,1 до 0,9%, ванадий в диапазоне от 0,1 до 0,15%, медь в диапазоне от 0,2 до 0,6%, с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 МПа, соединенных сваркой.
2. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из стали марки 17Г1С, или стали марки 15ХСНД, или стали марки 10ХСНД, или стали марки 09Г2С.
3. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что имеет защитное лакокрасочное покрытие.
4. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что имеет антикоррозийное антифрикционное защитное покрытие на основе полимерного материала.
5. Панель по п. 4, отличающаяся тем, что защитное лакокрасочное покрытие выполнено полиуретановой полимерной краской по пескоструйной обработке.
6. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что на поверхности каждой из полок выполнены от двух до шести грузозахватных элементов в форме плоских петель, П-образных в поперечном сечении, соединенных сваркой с полками.
7. Панель по п. 1, отличающаяся тем. что отношение расстояния между наклонными стенками, измеренного по центральной оси поперечного сечения панели, к расстоянию между полками, расположенными по разные стороны от центральной оси, измеренному по нормали к центральной оси, находится в пределах от 0,6 до 5.
8. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что замковое соединение выполнено из универсального стального проката, кулачок имеет профиль «круг», обойма - профиль «уголок».
9. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена длиной от 2 до 30 м, толщина полок находится в диапазоне от 8 до 16 мм, угол между полкой и наклонной стенкой в диапазоне от 91 до 150 градусов.».
При этом из описания известно, что в данной конструкции используется коррозионно-стойкая сталь марки 09Г2С, или сталь марки 15ХСНД. или сталь марки 10 ХСНД, или сталь марки 17Г1С, которые имеют предел текучести от 265 до 400 Мпа. Недостатком известного патента является сложность конструкции, обусловленная выполнением волнистой поверхности центральной полки и большим количеством сварных соединением, что одновременно снижает надежность. Кроме того, количество металла, необходимого на один погонный метр длины шпунта, для обеспечений необходимого момента сопротивления при одной и той же форме профиля поперечного сечения, тем больше, чем меньше предел текучести металла. Поэтому использование стали с пределом текучести в диапазоне от 265 до 400 Мпа требует большей толщины стенок изделия, что увеличивает металлоемкость и вес шпунтовой панели.
Задачей является упрощение конструкции сварного шпунта при повышении его надежности и снижении металлоемкости.
Поставленная задача решается тем, что в сварном шпунте корытного типа, имеющем защитное лакокрасочное покрытие и один корытообразный профиль и содержащем выполненные из отдельных полос конструкционной стали одну полку и две приваренные к ней с ее концов расположенные под тупым углом к полке наклонные стенки, одна из которых оснащена на свободном конце кулачком, а вторая оснащена на свободном конце обоймой, так что при введении кулачка в обойму образуется замковое соединение, при этом обойма расположена на внешней, а кулачок - на внутренней поверхности соответствующих стенок, согласно полезной модели шпунт выполнен в поперечном сечение гладкого профиля, содержит один имеющий гладкую полку корытный профиль, и расположен по одну сторону от его продольной оси, при этом полка и наклонные стенки выполнены из конструкционной стали с высоким пределом текучести от 420 до 600 Мпа.
При этом сварной шпунт может быть выполнен длиной от 2 до 30 м с толщиной полок 6-25 мм, с толщиной стенок 5-14 мм, с углом между полкой и наклонной стенкой 95-140 градусов.
Кроме того, в сварном шпунте при толщине стенки от 5 мм до 7 мм включительно для вышеупомянутых соединительных элементов может быть использован уголок размером 50 мм*26 мм*6 мм и круг диаметром 12 мм, а при толщине стенки от 8 мм и до 14 мм использован уголок размером 65,5 мм*37 мм*12 мм и круг диаметром 14 мм из проката стали 09Г2С и/или С-345.
Выполнение сварного шпунта в виде одного гладкого в поперечном сечении корытного профиля с гладкой полкой, расположенного по одну сторону от его продольной оси, существенно упрощает его конструкцию и технологию изготовления, а также уменьшает количество сварных соединений, что повышает надежность, которая также существенно возрастает из-за использования конструкционной стали с высоким пределом текучести от 420 до 600 Мпа, и одновременно уменьшающего металлоемкость конструкции.
Технический результат - упрощение конструкции сварного шпунта при повышении его надежности и снижении металлоемкости.
Заявляемый сварной шпунт обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение его в поперечном сечение гладким в виде одного имеющего гладкую полку корытного профиля, расположение его по одну сторону от его продольной оси, выполнение полки и наклонных стенок из конструкционной стали с высоким пределом текучести от 420 до 600 Мпа, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый сварной шпунт может быть использован в конструкциях подпорных стен инженерных сооружений различного назначения, в том числе портовых и гидротехнических сооружениях, опор, мостов и ограждениях котлованов зданий и сооружений и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где показана конструкция сварного шпунта корытного типа.
Заявляемый сварной 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 10149-2:2013-12 EN. Полка 2 и наклонные стенки 3 и 4 и соединены между собой посредством сварки. В качестве соединительных элементов 5 и 6 использованы на одной из наклонных стенок 4 кулачок 6. а на стенке 3 - обойма 5, выполненные из стального проката типа соответственно «круг» и «уголок». При этом обойма 5 расположена на внешней поверхности стенки 3, а кулачок 6 - на внутренней поверхности наклонной стенки 4.
При введении кулачка 6 в обойму 5 образуется замковое соединение.
При этом сварной шпунт 1 может быть выполнен длиной от 2 до 30 м с толщиной полок -25 мм, с толщиной стенок 5-14 мм, с углом между полкой 2 и наклонной стенкой 3 и 4 95  40 градусов.
Кроме того, в сварном шпунте 1 при толщине стенки 3, 4 от 5 мм до 7 мм включительно для вышеупомянутых соединительных элементов 5 и 6 может быть использован уголок размером 50 мм*26 мм*6 мм и круг диаметром 12 мм, а при толщине стенки от 8 мм и до 14 мм использован уголок размером 65,5 мм*37 мм*12 мм и круг диаметром 14 мм из проката стали 09Г2С и/или С-345.
Также сварной шпунт 1 может иметь на поверхности полное/частичное защитное лакокрасочное покрытие 7, которое может быть нанесено как по всей длине, так и только в месте (участке длины), где шпунт, согласно плану, будет выступать из воды (земли) и на стыке вода-воздух, так как под водой и в грунте коррозия идет менее интенсивно.
Согласно стандарту DIN EN 10149-2:2013-12 EN, указанные выше марки стали имеют высокий предел текучести и содержат следующие элементы: углерод не превышает 0,12%, кремний не превышает 0,5%, марганец не превышает 1,9%, фосфор не превышает 0,025%, сера не превышает 0,015%, алюминий не превышает 0,015%), ниобий не превышает 0,09%, ванадий не превышает 0,2%, титан не превышает 0,22%, при этом сумма ниобия, ванадия и титана не должна превышать 0,22%, с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 Мпа.
Использование специальной стали, с указанным химическим составом, в частности таких марок как S420MC, S460MC S500MC S550MC S600MC, лучше сопротивляющихся коррозии, и с пределом текучести в диапазоне от 420 до 600 МПа, позволяет при всех равных условиях делать панели тоньше, т.е. общий объем металла (металлоемкость) требуемый для возведения шпунтовых стен уменьшается. Там, где ранее требовалась толщина полок и стенок шпунта в 12 мм, с использованием данных сталей толщина может быть уменьшена до 8 мм, при этом шпунт способен сопротивляться нагрузкам такой же величины. Количество металла, необходимого на один погонный метр длины шпунта, для обеспечения необходимого момента сопротивления при одной и той же форме профиля поперечного сечения тем больше, чем меньше предел текучести металла. Поэтому сталь с пределом прочности в диапазоне от 420 до 600 МПа, обеспечивает меньшую металлоемкость в сравнении в с аналогами. При этом указанная сталь более устойчива к коррозии, а в сочетании с лакокрасочным покрытием коррозионная стойкость возрастает в несколько раз, одновременно с этим при использовании полимерных покрытий уменьшается сопротивление при введении панели в грунт (так как обеспечивается меньший коэффициент трения).
Для удобства хранения и транспортировки сварные шпунт корытного типа снабжают, согласно ТУ24.10.74-001-68682152-2017 (ТУ 5264-001-68682152-2017), дополнительными скобообразными опорными элементами 8, которые приваривают к полкам таких шпунтов, а затем перед установкой их срезают, (см. Приложение выкопировку из ТУ).
Заявляемое техническое решение реализовано в ООО "ТрубМет" г. Челябинск с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, его элементы могут быть изготовлены и собраны на современных промышленных предприятиях. Сварной шпунт корытного типа применим по указанному назначению и обеспечивает заявленный технический результат.
В сравнении с прототипом заявляемый сварной шпунт корытного типа является более простым по конструкции, более надежным в эксплуатации и менее металлоемким.