Ячеистая шпунтовая стена

Изобретение относится к области строительства подпорных стен из стального шпунта, преимущественно к строительству гидротехнических и транспортных сооружений. Задачей изобретения является выполнение шпунтовой стены с равной по отношению к известным решениям несущей способностью (изгибной жесткостью), обеспечивающейся определенными параметрами двутавровых элементов и параметрами замковых соединений, позволяющими сократить ее удельную металлоемкость, и обеспечение защиты замковых соединений шпунтовой стенки от эрозионных воздействий морской волны. Для этого в шпунтовой стене, образованной из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стенку с образованием в ней замкнутых в плане ячеек - полостей; на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025. При этом ячейки с расположенными в них замковыми соединениями для обеспечения водонепроницаемости и защиты замковых элементов от эрозии заполнены бетоном или иным твердеющим материалом. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства подпорных стен из стального шпунта, преимущественно к строительству гидротехнических сооружений: причальных, оградительных, судоподъемных, берегозащитных, а также опор мостов.

Сооружения с несущими стальными шпунтовыми стенами получили широкое распространение вследствие высокой эффективности при строительстве на воде в широком диапазоне грунтовых условий, экономичности по затратам ресурсов, меньшей чувствительности к перегрузкам по сравнению с другими известными конструкциями (Смирнов Г.Н. и др. Порты и портовые сооружения, Москва, Стройиздат, 1993, с.371-374).

Известна шпунтовая стена, возводимая из волнообразных в плане стальных шпунтовых элементов, каждый из которых имеет полки, расположенные по разные стороны от оси стены параллельно ей со смещением вдоль этой оси относительно смежных полок и соединенные между собой поперечными стенками. Стенки располагаются под тупым углом к полкам с образованием в каждом шпунтовом элементе крайних полустенок, имеющих на своих свободных краях соответственно кулачок и обойму, образующие замковые соединения шпунтовых элементов в стене, причем каждая обойма расположена на внешней, а каждый кулачок - на внутренней поверхности соответствующих полустенок (RU 2151236 С1, кл Е02D 5/08, опубликовано 20.06.2000).

Данная конструкция может быть реализована в области значений момента сопротивления сечения стены до 8-10×10³ см³/м. Для более мощных стен волнообразная форма сечения становится технологически недостижимой вследствие необходимости существенно увеличивать высоту сечения, длину этой волны, толщину стенки и полок. В стенках с моментом сопротивления свыше 10×10³ см³/м эффективным решением являются ячеистые конструкции, возводимые из двутавровых шпунтовых элементов.

Наиболее близким по своей технической сущности аналогом предлагаемого изобретения является шпунтовая стена, возводимая из двутавровых элементов, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, причем на продольных краях полок с их внешней стороны выполнены треугольной формы выступы, предназначенные для соединения с надеваемыми на края полок замковыми элементами - стержнями, в которых выполнены полости для заводки выступов полок и объединения тем самым смежных двутавровых элементов между собой (US 2018625, кл. 405-277, 22.10.1935).

Недостатком данной конструкции шпунтовой стены является расположение замковых соединений двутавровых элементов за внешней лицевой гранью стены, т.е. в зоне, где они подвергаются наиболее интенсивному воздействию волн, потоков, наносов, что негативно влияет на их долговечность, не исключая возможности повреждения, как при возведении стены, так и при ее эксплуатации, также и вследствие расположения ответственных замковых соединений в зоне сечения с большим моментом инерции.

Задачей настоящего изобретения является сокращение удельной металлоемкости шпунтовой стены с равной по отношению к известным решениям несущей способностью (изгибной жесткостью), обеспечивающейся определенными параметрами двутавровых элементов и параметрами замковых соединений при заданной несущей способности, и обеспечение защиты замковых соединений шпунтовой стены от эрозионных воздействий.

Эта задача решается тем, что в шпунтовой стене, образованной из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стену с образованием в ней замкнутых в плане ячеек - полостей; на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025. При этом, по крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, заполнены твердеющим материалом, например бетоном.

Параметры отношения ширины полки к ширине стенки у металлических элементов по форме двутавров находится в пределах, определяемых по таблице 1 в зависимости от показателя ν жесткости полки, характеризуемого отношением ее толщины к ширине.

Таблица 1
Область значений показателя	Область значений отношения
ν - жесткости полки	ширины полки к ширине стенки
0,020-0,0225	0,6-0,8
0,0225-0,025	0,55-0,7

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг.1 показан участок шпунтовой стенки (вид сверху), расположенной по оси 1 и собранной из двутавровых элементов 2;

- на фиг.2 - графики зависимости удельной металлоемкости шпунтовой стенки от соотношения размеров полки и стенки.

Располагаемые по оси 1 двутавровые элементы 2 шпунтовой стены имеют полки 3а и 3б, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей, и стенки 4, расположенные под прямым углом к полкам и жестко соединенные с ними в точках по центру полок. По продольным краям полок 3а выполнены замковые элементы - обоймы 5, а полок 3б - замковые элементы - кулачки 6. Заводкой кулачков в обоймы в процессе сборки шпунтовой стены осуществляется объединение двутавровых элементов в единую конструкцию стены, при этом в ней образуются ячейки 7 повышенной изгибной жесткости, а замковые элементы 5 и 6 описанным выше образом располагаются в этих ячейках. При необходимости для достижения водонепроницаемости стены и защиты замковых соединений ячейки 7 могут быть заполнены (бетоном или иным материалом).

Для решения задачи эффективного использования металла в конструкции шпунтовой стены требуемой несущей способности было проведено опытное конструирование двутавровых элементов, результаты которого (для стенки с удельным моментом сопротивления 180 см³/см) приведены в таблице 2, на основе которой построены графики фиг.2 и выявлена зависимость удельной металлоемкости стены рассматриваемой конструкции от соотношения размеров полок и стенки двутавровых элементов, а именно от отношения ширины полки к ширине стенки и от показателя ν жесткости полки. На графиках фиг.2 линия 1 выражает эту зависимость при ν=0,027, линия 2 - при ν=0,025, линия 3 - при ν=0,023. Выделенная область 4 при данных значениях ν является областью оптимальных значений отношения ширины полки к ширине стенки, при которых достигается минимум удельной металлоемкости шпунтовой стенки.

Таким образом, было установлено, что для достижения эффективных показателей удельной металлоемкости шпунтовой стены отношение ширины полки к ширине стенки у двутавровых элементов должно быть выдержано в пределах, определяемых по таблице 1.

Таблица 2
Параметры двутавров, образующих стену с w - 180 см3/см
Высота сечения, h	Ширина полки, bf	Толщина полки, bf	Параметр, ν	Ширина стенки, bw	Толщина стенки, tw	Отношение bf/bw	Удельная масса, m
1118	522	12	0,023	1094	13	0,48	402,44
1087	565	13	0,023	1061	13	0,53	395,60
1053	609	14	0,023	1025	13	0,59	391,69
1019	652	15	0,023	989	13	0,66	390,30
985	696	16	0,023	953	13	0,73	391,07
952	739	17	0,023	918	13	0,80	393,68
920	783	18	0,023	884	13	0,89	397,87
889	826	19	0,023	851	13	0,97	403,44
1099	480	12	0,025	1075	13	0,45	416,90
1070	520	13	0,025	1044	13	0,50	408,93
1039	560	14	0,025	1011	13	0,55	403,99
1007	600	15	0,025	977	13	0,61	401.64
975	640	16	0,025	943	13	0,68	401,53
943	660	17	0,025	909	13	0,75	403,33
912	720	18	0,025	876	13	0,82	406,79
882	760	19	0,025	844	13	0,90	411,69
1080	444	12	0,027	1056	13	0,42	430,98
1054	481	13	0,027	1028	13	0,47	421,94
1025	519	14	0,027	997	13	0,52	416,01
995	556	15	0,027	965	13	0,58	412,75
965	593	16	0,027	933	13	0,64	411,79
934	630	17	0,027	900	13	0,70	412,82
905	667	18	0,027	869	13	0,77	415,57
876	704	19	0,027	838	13	0,84	419,82
848	741	20	0,027	808	13	0,92	425,36

1. Шпунтовая стена, образованная из металлических элементов двутавровой формы поперечного сечения, каждый из которых имеет две полки, расположенные симметрично относительно оси стены и параллельно ей и в центре жестко соединенные между собой стенкой, располагаемой к полкам под прямым углом, а на продольных краях каждой полки выполнены объемлющие - в виде обоймы или объемлемые - в виде кулачков замковые элементы, соединением которых посредством заведения кулачков в обоймы осуществлено объединение смежных металлических элементов в шпунтовую стену с образованием в ней замкнутых в плане ячеек-полостей, отличающаяся тем, что на одной из полок каждого металлического элемента выполнены две обоймы, а на противолежащей ей полке - два кулачка, причем центры кулачков расположены на линиях, параллельных оси металлического элемента и проходящих через обоймы в сечениях с максимальной высотой полости, и все замковые элементы расположены на внутренних обращенных к оси шпунтовой стены поверхностях полок, при этом отношение ширины полки к ширине стенки металлического элемента выдержано в пределах от 0,6 до 0,8 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,020 до 0,0225 и от 0,55 до 0,7 у металлического элемента с отношением толщины полки к ее ширине в пределах от 0,0225 до 0,025.

2. Шпунтовая стена по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть ячеек и/или полостей, в которых расположены замковые элементы, заполнена твердеющим материалом, например бетоном.