[1]Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям Z-образной формы, производимых горячекатаным способом, и может быть использовано в строительной отрасли промышленности.
[2]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.
[3]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.
[4]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.
[5]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.
[6]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.
[7]Известны модели шпунтов Z-образного типа: Arcelor AZ 48-700, AZ 50-700, AZ 52-700 [4].
[8]Прототипом является шпунт Arcelor AZ 28-700 [4].
[9]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.
[10]
[11]Где: КИМ - удельный коэффициент эффективного использования материала;
[12]Wx - момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси x;
[13]М - масса 1 м 2 шпунтовой стенки.
[14]
[15]Увеличение момента сопротивления шпунтовой стенки, при сохранении массы шпунта, возможно только с помощью изменения конфигурации основных элементов.
[16]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
[17]
[18]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.
[19]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.
[20]Выполнение перехода в виде радиуса от середины и до углов исключает образования концентрации напряжений.
[21]Коэффициент использования металла в такой конфигурации может достигать более 18 (таблица 1), при прочих равных условиях.
[22]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.
[23]
[24]Где F - усилие воспринимаемой полкой.
[25]N - нормальное усилие создаваемое грунтом,
[26]f - коэффициент внутреннего трения металла о грунт.
[27]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.
[28]Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
[29]на ФИГ. 1 изображена шпунтовая свая с утоньшением полки в пережиме,
[30]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
[31]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.
[32]где R- радиус пережима;
[33]на ФИГ. 3. представлена модель распределения нагрузки шпунтовой стенки из предлагаемых шпунтовых свай
[34]Использование предлагаемой конструкции шпунта позволит:
[35]- 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;
[36]- 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.
[37]- сохранить жесткость конструкции по сравнению с аналогами при одинаковой массе, что является положительным эффектом для исключения дефектов при забивании шпунта в грунт.
, 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.
,
