RU2740561C1

RU2740561C1 - Sheet pile of larsen type

Info

Publication number: RU2740561C1
Application number: RU2020120691A
Authority: RU
Inventors: Валентин Владимирович Тютерев; Виталий Юрьевич Рубцов; Олег Валерьевич Килишевский; Дмитрий Евгеньевич Кавун; Валерий Васильевич Свириденко
Original assignee: Акционерное общество «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» (АО «ЕВРАЗ НТМК»)
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2021-01-15

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to construction materials, in particular, to Larsen-type trough-shaped grooved sections made by hot-rolled method. Larsen-type pile includes wall 1 and adjoining side flanges 2 with formation of concave angles between them and arranged symmetrically relative to plane 5 perpendicular to wall 1 with locks on free ends 3. Wall 1 above concave angles comprises shoulders 4 with width equal to 20-60 mm, and angle of elevation φ equal to 2-10°.EFFECT: technical result consists in increasing the sheet-to-wall resistance moment, increasing the sheet tongue reliability.1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к шпунтовым профилям корытной формы типа Ларсена, производимых горячекатаным способом.The invention relates to building materials, in particular to sheet piling trough-shaped of the Larsen type, produced by the hot-rolled method.

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.Models of trough-type sheet piles are known from the prior art: Arcelor GU-22N [1], Arcelor PU22 [2], L5-UM [3] in which the pile has a wall made flat along its entire width, two shelves adjacent to it, connected to wall with the formation of concave corners, elements of the lock connection.

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.The closest analogue of the configuration of the proposed invention of the Larsen type sheet pile is the PU22 sheet pile [2], which includes a wall made flat along its entire width, two shelves adjacent to it, connected to the wall with the formation of concave corners and located symmetrically relative to the plane perpendicular to the wall, interlocking elements located at the ends of both shelves.

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.The disadvantage of known sheet piles such as: Arcelor GU-22N [1], Arcelor PU22 [2], L5-UM [3] is that, taking into account the different configurations in accordance with table No. 1, the specific coefficient of effective use of the material (CMM) does not exceed 15.6, in addition, they have a mass commensurate with the mass of PU22, GU-22N and much less than that of L 5-UM.

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 м² шпунтовой стенки, которая зависит от массы 1 м длины сваи и межзамкового расстояния.The technical result to which the alleged invention is directed is: an increase in the specific use of the material for the sheet pile, which is determined by the ratio of the moment of resistance of the sheet pile wall relative to the x axis to the mass of 1 m ^{2 of the} sheet pile wall, which depends on the mass of 1 m of the pile length and the interlock distance.

Где:Where:

КИМ - удельный коэффициент эффективного использования материала;KIM - specific coefficient of effective use of material;

Wx - момента сопротивления шпунтовой стенки относительно оси х;Wx is the moment of resistance of the sheet pile wall relative to the x axis;

М - масса 1 м² шпунтовой стенки.M is the mass of 1 m ^{2 of the} sheet pile wall.

Увеличение момента сопротивления шпунтовой стенки, при сохранении массы шпунта, возможно только с помощью изменения конфигурации основных элементов.An increase in the moment of resistance of the sheet pile wall, while maintaining the mass of the sheet pile, is possible only by changing the configuration of the main elements.

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°.The technical result is achieved due to the fact that in a sheet pile of the Larsen type, containing a wall and adjacent side shelves with the formation of concave corners between them and located symmetrically relative to the plane perpendicular to the wall, locks at the free ends, the following differences are provided: the wall above the concave corners contains shoulders having a width equal to 20-60 mm and an angle of rise ϕ equal to 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.The use of an additional shoulder element in a Larsen-type sheet pile leads to an increase in the moment of resistance of the sheet pile wall relative to the x axis, with a slight increase in mass.

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.In the proposed invention, due to the shoulders, the center of gravity is shifted towards the wall 1 along the plane 5, which in turn will lead to an increase in the moment of resistance of the sheet pile wall relative to the x axis, depending on the configuration and size of the shoulders, with a slight increase in mass.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:The essence of the invention is illustrated by a drawing, where:

- на ФИГ. 1 изображен пример предлагаемой шпунтовой сваи типа Ларсена;- in FIG. 1 shows an example of the proposed Larsen type sheet pile;

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.A sheet pile of the Larsen type (FIG. 1), consists of a wall 1 and adjacent side shelves 2 with the formation of concave angles y between them and located symmetrically relative to the plane 5 perpendicular to the wall 1 with locking elements 3 at the free ends, while the wall 1 over concave corners contains shoulders 4.

Выбор конструктивных параметров заплечиков 4, имеющих ширину р равную 20-60 мм и угол подъема ϕ равный 2-10° обусловлена следующим.The choice of the design parameters of the shoulders 4 having a width p equal to 20-60 mm and an angle of rise ϕ equal to 2-10 ° is due to the following.

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.According to the test data, it was found that when the width of the shoulders 4 is less than 20 mm, the technical result will not be achieved, in addition, the technology of their manufacture becomes more complicated due to the retention of this element in the caliber at the time of rolling. And when the width of the shoulders 4 is more than 60 mm, there is a significant overlap of the wall 1, which entails the formation of an additional operation of bending the profile, which is unacceptable for sheet piling profiles, because this profile, due to its technical characteristics, must be made entirely by rolling.

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.The tests carried out have confirmed that when the angle of rise ϕ is less than 2 °, it also complicates the technology of manufacturing shoulders due to the retention of this element in the caliber at the time of rolling, and with an increase in the angle of rise ϕ more than 10 °, the filling of this element with metal is problematic and, as a consequence, the possibility of obtaining a high percentage marriage.

Результаты испытаний заявляемого изобретения и известных шпунтовых свай типа Arcelor GU-22N, Arcelor PU22, Л5-УМ, приведены в таблице 1.The test results of the claimed invention and known sheet piles such as Arcelor GU-22N, Arcelor PU22, L5-UM are shown in table 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.A comparative analysis of the given test results shows that at a constant angle of ascent ϕ = 5 ° and the width of the shoulders (p) 40; 45; 50, the indicator of specific use of material (CMM) reaches 15.84; 15.9; 16, respectively, which significantly exceeds the existing analogues.

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.For well-known sheet piles such as: Arcelor GU-22N, Arcelor PU22, L5-UM, the specific coefficient of effective use of the material (CMM) does not exceed 15.6, in addition, they have a mass commensurate with the mass of PU22, GU-22N and much less than that of L5-UM.

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.The moment of inertia of the section and the plastic moment of resistance for the pile of the present invention is lower than that of analogues, however, due to the displacement of the center of gravity along plane 5 towards the wall of the pile, the moment of inertia of the section and the plastic moment of resistance of the sheet pile wall already exceeds such analogues as GU22 and 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.The moment of inertia of the section and the plastic moment of resistance both for the wall and for the pile have the greatest values for the L5-UM sheet pile, but at the same time its mass significantly exceeds its analogues, which leads to a CMM equal to 15.6, which is ultimately lower than that of the proposed invention.

Предлагаемая шпунтовая свая типа Ларсен ФИГ. 1 используется следующим образом.The proposed Larsen type sheet pile FIG. 1 is used as follows.

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.The Larsen-type sheet pile during operation is subjected to loads from the soil, which act normally on the wall 1 and tangentially on the struts of FIG. 1 sheet pile. The locking element 3 connects a pair of piles. When loaded, the locking element 3 has a rigid connection, and the work of the bending moment of the pile falls on the wall 1 and the posts of the pile FIG. 1. When using the proposed invention, the plastic moment of resistance is significantly higher due to the displacement of the center of gravity towards the wall of the sheet pile.

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).Unlike the PU22 sheet pile wall, presented as a prototype, this sheet pile has an additional element in the form of shoulders, which shifts the center of gravity towards the wall, thereby increasing the moment of resistance of the sheet pile wall, with the achievement of the specific use of material 15.84-16 (in depending on the width of the shoulders).

Особенностью предлагаемого изобретения является: наличие дополнительного элемента в форме заплечиков.A feature of the proposed invention is: the presence of an additional element in the form of shoulders.

Подтверждено, что использование предлагаемой конструкции шпунтовой сваи типа Ларсен позволит:It has been confirmed that the use of the proposed Larsen-type sheet pile design will allow:

- 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;- to create a higher moment of resistance of the sheet pile wall than that of analogues with the same mass, which will allow using a lighter sheet pile for a more loaded sheet pile wall to hold the soil and create savings in the use of metal;

- 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.- to obtain a design of this type of sheet pile by rolling on specialized mills with minor revision of the calibration of the rolls, which makes it possible to reconstruct the existing production to a sheet pile of this type without significant costs.

- сохранить жесткость конструкции по сравнению с аналогами при одинаковой массе, что является положительным эффектом для исключения дефектов при забивании шпунта в грунт.- to maintain the rigidity of the structure in comparison with analogs with the same mass, which is a positive effect for the elimination of defects when driving the sheet pile into the ground.

Источники информации:Information sources:

[1] Arcelor GU-22N (https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/gu-22n-3/);[1] Arcelor GU-22N ( https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/gu-22n-3/ );

[2] Arcelor PU22 (https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/pu-22-3/);[2] Arcelor PU22 ( https://sheetpiling.arcelormittal.com/products/pu-22-3/ );

[3] Л5-УМ (http://www.tc-evraz.com/sites/tdeam.ru/files/EVRAZ_Каталог_2020.pdf).[3] L5-UM ( http://www.tc-evraz.com/sites/tdeam.ru/files/EVRAZ_Katalog_2020.pdf ).

Claims

A Larsen-type sheet pile, including wall 1 and adjacent side flanges 2 with the formation of concave corners between them and located symmetrically relative to plane 5, perpendicular to wall 1 with locks at the free ends 3, characterized in that wall 1 above the concave corners contains shoulders 4 having a width equal to 20-60 mm and an angle of rise ϕ equal to 2-10 °.