CN1311839A - 金属板桩 - Google Patents

Abstract

一种金属板桩,其包括一冷成形的金属板的壁部,在其纵向延伸的侧缘上固定有热成形的夹紧部分。生产金属板桩的方法,包括:使金属板冷成形,以在金属板中形成所需的成品板桩的壁部外形,对分离的金属段进行热成形,以在这些金属段中形成所需的夹紧部分外形,并将冷成形的壁部的一个或各纵向边缘固定到一热成形的夹紧部分。

Description

金属板桩

本发明涉及一种金属板桩(sheet piling)。更具体地但不排它地说，是涉及钢制的板桩。

钢制板桩用于作为永久性建筑的普通的和海下的建筑，特别是用于挡土墙、地下室、地下停车场、泵站、桥墩和水下的建筑。上面仅是这些建筑的一些例子。

普通的钢制板桩包括已知的作为Larssen或LX的板桩，它们大致为“U”形，并包括一壁部，其有一凹部，凹部由一中央突缘限定，其侧面与沿自由边向外倾斜的侧壁连接，整体形成为一互锁机构。该互锁机构(作为夹紧部分)包括一闭锁端部，其大致为三角形，被设置突出于沿各板桩侧边延伸的唇部，唇部大致垂直于相邻的板桩表面。在夹紧端部和唇部之间的空间形成一凹部，用于容纳一相邻板桩的闭锁端部。唇部形成了凹部的底壁。

其他已知的板桩包括Frodingham板桩，其为大致“Z”形，并典型地包括一壁部，其包括一倾斜的中央辐板，两侧连接于沿自由边向外延伸的突缘，形成互锁机构。

上述的板桩和夹紧机构可以进行各种变化和组合。钢的板桩通常由热轧进行制造。典型地，由预热的钢板、钢棒或其他合适的材料进行轧制生产所需的外形。在热轧过程中形成整体的夹紧部分。

热轧有一个已知的缺点是其限制了由任何给定辊子组生产的板桩的尺寸和外形。

以前已提出了夹紧部分的冷成形，然而，通过冷成形仅能生产较简单形状的夹紧部分。这种夹紧部分的一个例子公开于GB-A-1343203中。该文件中公开了一板桩，其包括一细长的辐板，连接于其纵向边缘的是固定的长的突缘，其纵向边缘由冷辊向辐板的主平面弯曲，以形成钩形的夹紧部分，其适于与一相邻板桩的同样的夹紧部分互锁。

在EP-A-164296中公开了一板桩，其包括由所需长度和宽度的金属板坯冷冲压形成的壁部。相邻板桩的边缘通过由使用冲压或由螺栓、铆钉或焊接叠层所形成的连接件进行连接。

现在常常发现在使用时，冷成形的夹紧机构不能在相邻板桩之间提供所需的互锁。

本发明的一个目的是提供一金属板桩，其能克服或至少降低现有板桩中的许多缺点。本发明的另一目的是提供一制造这种改进的金属板桩的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一板桩，其包括一冷成形的金属板的壁部，在其纵向延伸的侧边缘固定热成形的夹紧部分。

当用于钢或其他金属材料时，术语“冷成形”意味着材料已在低于材料热成形温度的温度进行了一形成作业；术语“热成形”意味着在材料已在热成形温度或高于该温度进行成形作业。在热成形的情况下，在一不超过根据自身温度的退火(recovery)工序比率的比率下进行变形工序，其在更高的温度下更快；对于冷加工或成形，其逆作用是确实的，其中，退火工序不能跟上变形工序。

如上所述，热成形的金属夹紧部分与钢板分别成形和不为整体。热成形的夹紧部分可以由例如热轧或挤压形成，和最好由例如激光焊、水下电弧焊或电阻焊焊接到底部(pan)或辐板上。也可以使用其他的焊接技术。另一方面，夹紧部分可以通过例如螺栓、铆钉、粘合剂、或预应力的紧固件固定到壁部。夹紧部分最好由钢制造。另一方面，夹紧部分可以由具有所需物理特性的有色金属制造。

来自金属板的壁部的冷成形可以由一冲压机或通过压制在冷弯辊之间或其上的板实现。也可以采用其他的冷成形工序。

壁部的底部或辐板外形和夹紧部分的规格可以相互不同。并且，对于钢的板桩，用于壁部的钢的等级与用于一或两个夹紧部分的可以相同或不同。另外，各夹紧部分的长度可以与其要固定在上面的壁部的侧边缘相同或更短。用长度短于相邻壁部侧缘的夹紧部分，可以提供一个以上的夹紧部分，夹紧部分的整体长度等于或小于对应壁部侧缘的长度。沿壁部一个侧缘定位的夹紧部分外形可以与沿壁部其他侧缘定位的夹紧部分外形不同。这种板桩可以例如作为一过渡板桩作用。在另一方面，也提供了一生产金属板桩的方法，其包括使一金属板进行冷成形，以在该金属板中产生成品板桩的壁的所需外形，对金属的分开的长度进行热成形作业，以使这些长度形成所需的夹紧部分的外形，并将一个或各冷成形的金属壁部的纵向边缘固定到热成形的夹紧部分上。

要进行冷成形的金属板可以在冷成形之前切为一定长度和宽度。其宽度可以由轧制实现。另一方面，所需宽度和长度的板可以从一更大的板上切开或切掉。冷成形可以例如在一压力机中或通过使板经过或围绕冷弯曲辊而实现。也可以采用其他的冷成形技术。

用于夹紧部分的钢可以是钢板，钢棒或类似形式，或可以从一更大的钢板上切下。夹紧部分的热成形可以由例如热轧或挤压成形。

对于冷成形的壁部，可以采用普通的合金或非合金结构钢。夹紧部分也可以采用这样的钢。

本发明的一个优点是上述部分的厚度和/或几何尺寸可以有许多变化。并且，上述部分的整体厚度、突缘的宽度和弯曲的角度可以变化，以提供有特定几何形状或有特定工程性能包括惯性截面模量、截面积或单位宽度的成品。可以认为，与普通的有相同强度的热轧板桩相比，根据本发明的板桩在强度一重量比(其是相对于制品的每米宽度对每平方米重量测量的)上有较大提高。

采用根据本发明的板桩，在这种板桩组件中的一些板桩的长度或高度可以缩短，较长的板桩作为主板桩，和那些长度或高度缩短的板桩作为辅助板桩。缩短的辅助板桩的长度可以是主板桩长度的40％或更多。

下面通过实施例，并参照附图对本发明进行描述。

图1a-1g是根据本发明的一对典型的互锁板桩的热成形夹紧部分的端部视图；

图2和3是根据本发明的典型的板桩冷成形的壁部的端部视图；

图4-10显示了根据本发明的各种板桩的外形。

在附图中，相同的标号表示相同或相似的部件。

在图1a-1g中所示的夹紧部分(clutch section)通常通过热成形工序与板桩壁部整体成形，沿壁部各侧缘提供一个这样的夹紧部分。通常，一壁部将包括一底部，其由一两侧由向外倾斜的侧壁连接的中央突缘形成。在本发明中，在图1a-1g中所示的夹紧部分分别由热成形作业形成。

在图1a中显示的夹紧部分被热成形，并且是Larssen式的。其各包括大致三角形截面的闭锁端部1a，一侧向延伸的唇部2a和一突缘3a用于与板桩的壁部横向连接。在各夹紧部分的闭锁端部1a，唇部2a和突缘3a之间形成的空间形成一凹部，其能容纳相邻板桩夹紧部分的闭锁端部。所以，在使用中，夹紧部分形成了相邻板桩之间的连接。

在图1b中所示的热成形的夹紧部分是Frodingham式的，并包括一凸和凹夹紧部分。凸夹紧部分包括一闭锁端部1b，一唇部2b和一突缘3b。凹夹紧部分的形状与凸夹紧部分的形状互补。凹夹紧部分也有一突缘3b。冷成形的壁部然后固定于突缘3b。

图1c中显示的热成形的夹紧部分是Frodingham平辐板式的，并包括相互接合的闭锁端部1c和突缘3c。关于前面描述的夹紧部分，冷成形的壁部然后固定于突缘3c。

图1d显示了另一种Larssen式的热成形的夹紧部分，其突缘3d旋转90度，以提供一更牢固的闭锁。关于图1a-1c中所示的夹紧部分，其随后固定于冷成形的壁部的侧缘。

图1e显示了一另外的热成形的夹紧部分的形状，其为平辐板板桩的三点接触式的，包括一闭锁端部1e，和一突缘3e，其用于连接根据本发明的板桩的冷成形的壁部的一侧。

图1f显示了另一种凸/凹的热成形夹紧部分，其中闭锁端部1f为球形，并与凹座接合。凸部有一唇部2f，和一突缘3f。凹部也有一突缘3f。

图1g显示了一热成形的夹紧部分的形状，其与图1d所示的相似，但包括一附加的柱4g，以便于安装在板部。图1f和1g的夹紧部分的突缘或柱随后固定到分别冷成形的壁部侧缘上。

也可以提供其他外形的热成形的夹紧部分。

如上所述，为了形成所需的夹紧部分外形，对钢板、棒或其他合适部分的节段进行热成形。另一方面，也可以从更大的钢板上切下一定的节段。用于结构应用的钢的成份典型地为合金或非合金钢。在实际上，所用的钢的特定等级被选择以适合要生产的板桩的要求。

夹紧机构的几何形状的热成形保证了相连的邻接板桩之间的所要求的相互作用，以维持一互锁的连接，其能承受在设置和使用期间所施加的负载，特别是在如果无阻碍则会打开相邻板桩之间连接的作用方向的负载。互锁连接也要求通过物理作用或磨擦传递应力经过接头，以提供一复杂的通路，以在使用中防止水流过。已经发现，由冷成形产生的夹紧部分的几何形状不能满意地实现所需的作用。

沿传统冷成形板桩(槽板或类似物)侧缘整体形成的互锁或夹紧部分通常为简单的钩形，其允许相邻的元件相互对齐，但在使用中，有一打开或松散的倾向，从而导致连接的松开。一简单的钩形结构在相邻板桩之间提供了一有限的相互作用，并导致只能有限地防止水从相邻板桩之间流过，并对连接的应力传递实现有限的结构优势。

所以，使用冷成形的夹紧部分会产生一些基本的缺点。相反，使用热成形的夹紧部分能实现很大的好处。

在图2中所示的冷成形的板桩壁部典型地为“U”形的Larssen和LX板桩，并包括一由突缘5和向外倾斜的辐板6形成的底部。

在图3中显示了典型的“Z”形的冷成形壁部，其包括一中央辐板7，两侧连接于向外倾斜的突缘8。其他冷成形的壁部的形状也可以使用，例如下面将要描述的。

根据本发明的壁部通过对所要求成份、宽度、长度和规格的金属板(最好是钢板)进行冷成形作业而形成。钢的成份典型地为用于结构用途的合金或非合金钢。然而，也可以使用或多或少改进的钢的品种。其尺寸和成份可以进行选择以满足要生产的板桩的特定的使用要求。

在进行冷成形之前或之后，钢板典型地被切为一定长度和宽度。通过轧制可以实现所需的板的尺寸；另一方面，所要求长度和宽度的板可以从一更大的板上切开或切下。

通过任何已知的技术可以实现冷成形。在一个实施例中，是在一压力机中实现板的形状。另一方面，或另外，可以使板通过或绕过一个或多个冷弯曲辊而生产。

通过压力和/或弯曲形成壁部能使要加工的成品外形特征适合板桩最终使用者的特定需要。

冷成形也使相同的外形能在一定规格、宽度和/或长度范围内进行生产。当要满足特定的条件例如难于钉入的状态或有抗腐蚀要求时，其使所用的材料可以任意选择，而不必影响成品板桩的外观。

生产上述有相同外形但钢的厚度或规格不同的部分的能力使之能通过将一组壁部端对端地相连而生产板桩。于是，通过例如电阻焊、水下电弧焊或激光焊可将单个的壁部固定在一起。也可以采用其他的焊接技术。另一方面，可以通过例如螺栓、铆钉、粘合剂和预应力的紧固件使冷成形的壁部连接在一起。其优点是通过加入更厚的部分或有增加强度特性的部分，使成品部分的强度分布可以沿其长度变化。同样加入更厚的部分或由抗腐蚀钢种类制造的部分，能在板桩特定位置有增加的抗腐蚀能力。

由于轧钢厂的能力和现有的原料尺寸，由普通热轧生产的板桩的几何形状被限制了。反之，冷成形不会对外形的几何尺寸进行限制。

所以，通过使用冷成形的壁部能实现很大的优点。

一旦被成形，夹紧部分通过其突缘或柱3固定到壁部纵向延伸的侧缘上。夹紧部分和壁部之间的连接可以在壁部冷成形为所需形状之前或之后进行。在壁部由焊接或其他方法将单个壁部端对端固定在一起而制造壁部的情况下，夹紧部分最好在所制造的板桩的整个高度上延伸。另一方面，夹紧部分可以仅在壁部长度的一个部分上延伸，夹紧部分固定在该部分上从而减少了材料的重量，并在将板桩钉入地面时能提高效率。这是因为，根据本发明，仅要求夹紧部分保持对准和防止土壤和/或水的通过。这对于普通的板桩是不可能的，因为这要求这种板桩的整个长度通过成形辊子。采用根据本发明的板桩，其能保证两个或多个间隔的较短的热成形的夹紧部分固定到一个或各冷成形壁部的侧边上。

典型地，热成形的夹紧部分被焊接到壁部。焊接可以例如通过电阻焊、水下电弧焊或激光焊进行。然而，也可以采用任何合适的焊接技术。当要进行焊接时，当然需要保证夹紧部分和壁部的金属能相容。

也可以采用其他的连接技术。于是，夹紧部分可以例如通过螺栓、铆钉、粘合剂或预应力的紧固件连接到壁部。

如上所述，本发明的一个基本的特征是壁部由冷成形工序生产，和互锁或夹紧部分由热成形工序生产，从而，具有两种成形技术的优点。

根据本发明的典型的钢板桩的外形如图4-10中所示。然而，可以理解，其仅是本发明可以实现的外形的一些例子。

在图4中所示的板桩有一典型的单“Z”形，其包括一中央倾斜的辐板10，其两侧连接于向外延伸的突缘11，夹紧部分12固定在突缘上。

通过冲压或冷轧操作，能容易地实现板桩壁部的形状，然后将热成形的夹紧部分焊接到壁部的纵向延伸的边缘上。

图5中所示的板桩为一双“Z”形。以前，其是通过使两个单一“Z”形板桩互锁在一起而实现连接的。本发明能使双“Z”外形被实现而不需要附加的夹紧部分。与现有的板桩比较，制造有最小数目夹紧部分的外形能使其性能提高。于是，减少了水通过组装结构渗漏的可能性。

图6中显示了典型的“U”形冷成形的板桩，其包括一底部，包括一中央突缘14，其连接于向外倾斜的辐板15，热成形的夹紧部分12固定在辐板上。

图7和8分别显示了双和三“U”形的板桩。关于双“Z”形状，其通常仅通过夹紧部分将两个或三个单“U”板桩连接在一起而实现。上述的优点适用于这些双重和三重的形状。上述外形通过冷成形能容易地实现。

图9显示了一种板桩，其简单地包括一冷成形的平的钢辐板16，其两侧连接于热成形的夹紧部分12。图9中显示的板桩的辐板16是弯曲的，通过冷压或冷轧能容易地形成所需的曲率度。

图10中显示了一拱形的外观，通过冷成形能容易地形成其外形。

通过所述板桩形状的组合，能容易地实现板桩的许多其他的组合。并且，当设计这种板桩结构时，通过板桩冷成形定制外形的能力是非常有用的。

根据本发明的板桩的包括下述优点：

有用最少数目的夹紧部分制造外形的能力；这提高了其性能；

有增加壁部宽度的能力；这减少了对于给定壁平面长度所要求的设置操作的数目；

因为减少了夹紧部分的数目，所以，减少了水从相邻板桩渗透的可能性；

有从钢板制造壁部的能力，互锁机构固定在其上；这使要为最终使用者生产的板桩能进行互锁设计；

有通过弯曲而形成壁部的能力，这使成品形状的特性能被加工以适合最终使用者的要求，即，有设计特定板桩的能力，而不需要从现有范围中选择最合适的部分；

有在厚度范围中形成壁部的能力。当需要满足特定场合时，例如困难的钉入条件或有抗腐蚀的要求，这能使设计者任意选择所使用的材料，而不影响结构的外观；

有产生相同外形但厚度或金属规格不同的部分的能力，从而能通过将一组壁部端对端地连接在一起而制造板桩的能力；该优点是通过加入一更厚的部分，使成品壁部的强度分布能在其长度/重量范围上进行变化。同样，通过加入一更厚的部分或由抗腐蚀金属种类制造的部分，能使板桩具有很好的抗腐蚀能力；

有形成壁部外形的能力，否则，这将需要由多个热轧部分(例如双“Z”或“U”或三“U”形)形成；

对多板桩有发展设计的能力，其保证了壁部的中轴线不会与板桩结构的中轴线偏置，从而提高了单元的弯曲性能；

有将板桩形成为任何宽度的能力，以适合特定的需要，从而减少夹紧部分的数目，从而减少给定结构所需的钢的重量，并当板桩被设置时，涉及较少的设置操作；

有设置板桩的能力，从而其主轴相互成一角度；

有在互锁机构之间使用一弯曲板的能力，而不需要在夹紧部分转动相邻的板桩，而在建筑时形成圆圈。随后，所有拉力将沿夹紧部分的轴线作用，而不是成一角度，这改进了其效率。

要制造钢板桩的钢板的厚度范围是开放的。该成形工序应用于所有板材料的厚度。

本发明可以有许多变形，都在本发明的精神范围之中。

Claims (16)

1．一种金属板桩，其包括一冷成形的金属板的壁部，在其纵向延伸的侧缘上固定有热成形的夹紧部分。

2．如权利要求1所述的板桩，其特征在于：夹紧部分通过热轧形成。

3．如权利要求1所述的板桩，其特征在于：夹紧部分被挤压成形。

4．如前面权利要求中任一所述的板桩，其特征在于：夹紧部分被焊接到壁部的侧缘上。

5．如权利要求4所述的板桩，其特征在于：夹紧部分通过激光焊、水下电弧焊或电阻焊进行焊接。

6．如权利要求1-3中任一所述的板桩，其特征在于：夹紧部分通过螺栓、铆钉、粘合剂或预应力的紧固装置固定到壁部。

7．如前面权利要求中任一所述的板桩，其特征在于：壁部由金属板制造，并且，在一压力机中或使金属板通过或围绕冷弯曲辊进行冷成形。

8．如前面权利要求中任一所述的板桩，其特征在于：壁部的规格(gauge)与夹紧部分的规格不同。

9．如前面权利要求中任一所述的板桩，其特征在于：所述金属是钢。

10．如权利要求9所述的板桩，其特征在于：壁部所用的钢的种类(grade)与夹紧部分所用的钢的种类不同。

11．生产金属板桩的方法，包括：使金属板冷成形，以在金属板中形成所需的成品板桩的壁部外形，对分开的金属段进行热成形，以在这些金属段中形成所需的夹紧部分外形，并将冷成形的壁部的一个或各纵向边缘固定到热成形的夹紧部分。

12．如权利要求11所述的方法，其特征在于：在冷成形之前，将要进行冷成形的金属板切割成一定长度和宽度。

13．如权利要求11或12所述的方法，其特征在于：在一压力机中或使板通过或围绕一个或多个冷弯曲辊实现冷成形。

14．如权利要求11-13中任一所述的方法，其特征在于：通过热轧或挤压进行该或各夹紧部分的热成形。

15．基本如上面描述和参照图1-10进行描述的金属板桩。

16．基本如上面描述的生产钢板桩的方法。

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