EP1793044A1 - Hot rolled low profile steel sheet pile - Google Patents
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- EP1793044A1 EP1793044A1 EP05111583A EP05111583A EP1793044A1 EP 1793044 A1 EP1793044 A1 EP 1793044A1 EP 05111583 A EP05111583 A EP 05111583A EP 05111583 A EP05111583 A EP 05111583A EP 1793044 A1 EP1793044 A1 EP 1793044A1
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Definitions
- the present invention relates to a hot rolled flat profile steel sheet pile, especially for the construction of cellular cofferdams.
- the first hot-rolled flat-profile steel sheet piles also referred to below as flat sheet piles, were already in use at the end of the 19th century in the USA. In Europe, these flat sheet piles have been rolled since the thirties of the 20th century. They comprise a horizontal wall lying straight web, which is bounded on each longitudinal side in each case by a lock strip. By means of these lock strips, the individual flat sheet piles can be connected to a continuous sheet pile wall.
- the stress e.g., the hoop tensile force determined by the "kettle formula”
- the screed resistance is contrasted with the screed resistance.
- Breaking a lock connection in the cell wall of a damper cell causes a discontinuity in the uptake of the ring pull forces. The result is a widening gap in the cell wall, through which the floor filling of the cradle cell is washed away. However, without adequate soil fill, the dam cradle will no longer be able to withstand the stresses resulting from the water overpressure, leading to its failure.
- the present invention is based on the surprising finding that a Flachspundbohle from the standard product range of a manufacturer can be modified with a very low cost such that it is much better suited for the absorption of dynamic stresses.
- this object is achieved by rolling in a taper in the web of the flat sheet pile, which is designed such that in a tensile test of two connected by their lock strips specimens from this sheet pile, the web deformed plastically in the region of this taper before it can lead to a failure of the lock connection.
- Plastic work capacity is a sheet pile with flat sheet piles invention much better suited for the absorption of dynamic stresses and can be used particularly advantageously in cofferds are exposed to the following dangers, for example: Ramming by ships, impact of heavy flotsam in storm and spring tides and earthquakes.
- the webs of the sheet piles according to the invention in the cell wall can absorb a not insignificant deformation energy under such loads, without causing it to break a lock connection.
- the web should preferably be designed for a nominal failure load, which is less than 90% of the guaranteed minimum tensile strength of the lock strips.
- a plastic displacement of at least 1% of the total width of the sheet pile is to be measured for the web.
- the taper should preferably be formed symmetrically to the central axis of the web, so that it has an equal distance to both lock strips. It advantageously forms a central section with a width B and a constant thickness t, where t is the minimum thickness of the web.
- the width B is preferably between 5% and 80% of the total width W of the web. Good results are usually achieved with a width B between 30 and 100 mm.
- the thickness of the taper to the center axis of the web can steadily decrease, and the minimum thickness of the web are then achieved only on the central axis of the web.
- the web has its maximum thickness advantageous in the connection area of the lock strips. It has, for example, advantageously along each lock strip on a section with a width b 0 and a constant thickness t 0 , where t 0 is the maximum thickness of the web. Normally t 0 will be 13 to 14 mm.
- the taper advantageously has a convex cylindrical surface with a radius R 1 to which a concave cylindrical surface with a radius R 2 adjoins the central axis of the web, wherein R 2 is substantially larger than R 1 and many times larger than the nominal width of the Sheet pile is.
- Fig. 1 shows hot rolled flat profile steel sheet piles 10 ' 1 , 10' 2 and 10 ' 3 as they have been offered for decades by different manufacturers.
- Such a flat sheet pile 10 ' 1 comprises a straight web 12' and two symmetrical lock strips 14 ' 1 , 16' 1 .
- the latter are of the type "thumb / finger" and limit the web 12 'on its two longitudinal sides.
- Such flat sheet pile are basically defined as shown in Fig. 1, wherein the nominal width of the Flachsundbohle 10 ' 1 is denoted by "L”, the width of its web with "W” and the thickness of its web with "t".
- Flat sheet piles from the most common delivery programs of the manufacturers have, for example, a nominal width of 500 mm, a web thickness of 11 to 13 mm and a delivery length of more than 30 m.
- the flat sheet piles 10 ' are arranged in a sheet pile wall alternately rotated by 180 ° and with their lock strips 14', 16 'hooked. With two hooked lock strips 14 ' 1 , 14' 2 , the two thumbs engage behind 18 ' 1, 18' 2 wherein the fingers 20 ' 1 , 20' 2 each surround the thumb 18 ' 2 , 18' 1 of the opposite lock strip.
- Such flat sheet piles are used especially for the construction of cell fishing dams without internal anchoring. Depending on the shape of the cells, a distinction is made between circular or flat-cell dams. In U.S.A., so-called "open cells” are also used.
- the flat sheet piles are claimed primarily in the direction of horizontal cell expansion to train. As already mentioned in the introduction, all known flat sheet piles are designed so that, until the manufacturer guarantees minimum lock tensile strength, i. until the failure of a lock connection, no plastic deformation of the bridge comes.
- the latter comprises, as the known flat sheet piles of FIG. 1, also a substantially flat web 12 and two symmetrical lock strips of the type "thumb / fingers", which the web 12 at its two Limit longitudinal sides.
- the reference numeral 22 denotes the center plane of the sheet pile 10, which is also a plane of symmetry of the sheet pile 10 at the same time.
- the flat sheet pile 10 has the same width and the same lock strips as the flat sheet piles 10 '.
- the sheet pile 10 of FIG. 2 is designed such that the nominal failure load of the web is less than 90% of the minimum tensile strength of the lock strips, so that in a tensile test of two sheet piles connected by their lock strips 14, the web deformed plastically before the lock strips 14 can yield. This is achieved in that in the web 12, a central taper 24 is rolled, so that the web 12 plastically deformed in the region of this taper 24, before it can cause a failure of a lock connection.
- This minimum thickness t is constant in a central web section 24 with a width B, this width B advantageously making up at least 5% of the total width W of the web 12.
- This central web portion 24 with the minimum thickness t takes, after exceeding the yield strength, the plastic deformation of the web.
- the larger the width B the greater the plastic working capacity of the flat sheet pile, ie the more the web can expand in width before it finally fails. So that one can easily roll the slightly thickened lock strips 14 with only a slightly modified set of rolls, sufficiently wide edge edges with increased thickness t 0 should be left over.
- too great a width B can also lead to instabilities when driving in the flat sheet pile.
- a limitation of the plastic deformation is important to avoid damage to the secondary structure.
- the width B of the central web portion 24 should therefore not be too large and in principle not greater than 80% of the total width W of the web 12.
- First tensile tests have also confirmed that even a width B of approximately 30-60 mm for the central web section 24 with the minimum thickness t, the plastic working capacity of the sheet pile 10 is likely to increase sufficiently for many applications.
- a significantly low plastic working capacity is achieved with a web whose thickness decreases steadily to the central axis 22 of the web 12, so that the web reaches its minimum thickness t only on the central axis of the web (ie B ⁇ 0).
- the web 12 advantageously has a convex cylindrical surface 26 with a radius R 1 , to which a concave cylindrical surface 28 with a to the central axis of the web Radius R 2 connects.
- the radius R 2 is in this case substantially larger than the radius R 1 and many times greater than the nominal width L of the sheet pile.
- the flat sheet pile 10 of FIG. 2 can be rolled, with only slight changes, with the same roll stand used for rolling the standard profiles with constant web thickness.
- an existing pair of rollers, with which normally flat sheet piles of the standard program are rolled only needs to be turned off slightly, which certainly does not require much investment.
- the curve 1 is the load-displacement curve for a connection of two specimens from a standard flat sheet pile with a constant web thickness of 13 mm. It is noted that although this compound achieves a tensile load of more than 6000 kN / m, it begins to become unstable even at a relative displacement of 5 mm. The failure of the connection is finally by tearing the lock connection.
- the curve 2 is the load-displacement curve for a connection of two specimens from a flat sheet pile in which the thickness of the web from a value of 13.5 mm in the vicinity of the lock strips, decreases steadily to the central axis of the web, and a minimum thickness of the web of 9.5 mm on the Center axis of the web is achieved. It is found that this compound achieves a maximum tensile load of 4500 kN / m, but that it becomes unstable only after a relative displacement of more than 7 mm. The failure of the connection is preceded by a pronounced plastic displacement of about 5 mm. This plastic displacement distance is thus approximately 1% of the total width of the flat sheet pile 10.
- flat planks according to the invention are ideal for use in cofferdams that can be rammed by ships to withstand the impact of flotsam in spring and storm tides and / or to be built in earthquake-prone areas.
- the risk of tearing open a lock connection and thus the risk of leakage of the cradle cell is substantially reduced with the flat sheet piles according to the invention.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine warmgewalzte Flachprofil-Stahlspundbohle (straight web sheet pile), insbesondere für den Bau von Zellenfangedämmen (cellular cofferdams).The present invention relates to a hot rolled flat profile steel sheet pile, especially for the construction of cellular cofferdams.
Die ersten warmgewalzten Flachprofil-Stahlspundbohlen, nachfolgend auch kurz Flachspundbohlen genannt, wurden bereits Ende des 19ten Jahrhunderts in den USA eingesetzt. In Europa werden diese Flachspundbohlen seit den dreißiger Jahren des 20ten Jahrhunderts gewalzt. Sie umfassen einen in Wandachse liegenden, geraden Steg, der auf jeder Längsseite jeweils durch eine Schlossleiste begrenzt ist. Mittels dieser Schlossleisten können die einzelnen Flachspundbohlen zu einer durchgehenden Spundwand verbunden werden.The first hot-rolled flat-profile steel sheet piles, also referred to below as flat sheet piles, were already in use at the end of the 19th century in the USA. In Europe, these flat sheet piles have been rolled since the thirties of the 20th century. They comprise a horizontal wall lying straight web, which is bounded on each longitudinal side in each case by a lock strip. By means of these lock strips, the individual flat sheet piles can be connected to a continuous sheet pile wall.
Flachspundbohlen werden besonders zum Bau von Zellenfangedämmen (cellular cofferdams) ohne innere Verankerung eingesetzt. Je nach Form der Zellen unterscheidet man Kreis- oder Flachzellenfangedämme. In den U.S.A. gelangen ebenfalls sogenannte "offene Zellen" zur Ausführung (siehe z.B. die
Bei der Bemessung der Flachspundbohlen für solche Zellenfangedämme wird die Beanspruchung (z.B. die durch die "Kesselformel" ermittelte Ringzugkraft) dem Bohlenwiderstand gegenübergestellt. Dieser ergibt sich entsprechend der EN 1993-5, als das Minimum aus einem Versagen im Schloss und einem Fließen im Steg.In sizing the flat sheet piles for such cell capture dams, the stress (e.g., the hoop tensile force determined by the "kettle formula") is contrasted with the screed resistance. This results according to the EN 1993-5, as the minimum of a failure in the castle and a flow in the bridge.
Die Wahl der Stahlgüte für das Profil erfolgt beim Hersteller hierbei jedoch traditionell so, dass folgenden Bedingung erfüllt ist:
wobei:
- fy = der Rechenwert der Fließgrenze;
- t = die Stegdicke;
- R = die vom Hersteller gewährleistete Mindestschlosszugfestigkeit (z.B. R = 5500 kN/m);
- S1 = ein Sicherheitsbeiwert für das Fließen im Steg;
- S2 = ein Sicherheitsbeiwert für das Versagen im Schloss;
- S1 = 1,0 (Fließen im Steg);
- S2 = 1,25 (Versagen im Schloss).
in which:
- f y = the calculated value of the yield value;
- t = the web thickness;
- R = minimum lock tensile strength guaranteed by the manufacturer (eg R = 5500 kN / m);
- S 1 = a safety factor for the flow in the web;
- S 2 = a safety factor for the failure in the lock;
- S 1 = 1.0 (flow in the web);
- S 2 = 1.25 (failure in the lock).
Durch die Beachtung der oben angeführten Bedingung (1) ist sichergestellt, dass das Fließen im Steg bei Zugbelastung der Flachspundbohlen nie maßgebend wird, d.h. dass lediglich die vom Hersteller gewährleistete Mindestschlosszugfestigkeit R zu beachten ist. Hieraus ergibt sich ebenfalls, dass ein Versagen einer Flachspundbohlenverbindung fast immer auf ein Aufbrechen einer Schlossverbindung zurückzuführen ist.By observing the above-mentioned condition (1), it is ensured that the flow in the web never becomes decisive under tensile load of the flat sheet piles, i. that only the minimum lock tensile strength R guaranteed by the manufacturer must be observed. It also follows that a failure of a flat sheet pile connection is almost always due to a breakage of a lock connection.
Ein Aufbrechen einer Schlossverbindung in der Zellenwand einer Fangedammzelle verursacht eine Diskontinuität in der Aufnahme der Ringzugkräfte. Es entsteht eine sich vergrößernde Lücke in der Zellenwand, durch welche die Bodenauffüllung der Fangedammzelle weggeschwemmt wird. Ohne ausreichende Bodenauffüllung kann die Fangedammzelle den aus dem Wasserüberdruck herrührenden Belastungen jedoch nicht mehr standhalten, so dass es zu ihrem Versagen kommt.Breaking a lock connection in the cell wall of a damper cell causes a discontinuity in the uptake of the ring pull forces. The result is a widening gap in the cell wall, through which the floor filling of the cradle cell is washed away. However, without adequate soil fill, the dam cradle will no longer be able to withstand the stresses resulting from the water overpressure, leading to its failure.
Fast alle Flachspundbohlen haben symmetrische Schlossleisten vom Typ "Daumen/Finger", welche sich um 180° verdreht miteinander verhaken. Bei zwei verhakten Schlossleisten, hintergreifen sich die beiden Daumen, wobei die Finger den Daumen der gegenüberliegenden Schlossleiste jeweils umgreifen (siehe Fig. 1). Ein Versagen einer solchen Schlossverbindung erfolgt entweder durch Abreißen des auf Zug beanspruchten Daumens oder durch Öffnen, bzw. Bruch, des auf Biegung beanspruchten Fingers.Almost all flat sheet piles have symmetrical lock rails of the "thumb / finger" type, which are twisted together by 180 °. If there are two locked lock strips, the two thumbs engage behind each other, whereby the fingers engage around the thumb of the opposite lock strip (see FIG. 1). A failure of such a lock connection is carried out either by tearing off the tensile load on the thumb or by opening, or break, the finger subjected to bending.
Alle Hersteller von Flachspundbohlen haben aus Kostengründen in ihrem Standard-Lieferprogramm lediglich drei bis vier Flachspundbohlen, die sich im Wesentlichen durch die Dicke ihres Steges unterscheiden. Es kommen hierbei in der Regel Stegdicken von 11 bis 13 mm zur Ausführung. Die Wahl der Stahlgüte bestimmt dann die Mindestschlosszugfestigkeit des Profils, wobei in der Regel Werte von 2000-4000 kN/m gewährleistet werden. Neue hochfeste Stähle, wie z.B. der Stahl S 460 GP, erlauben sogar eine Mindestschlosszugfestigkeit von 5500 kN/m zu gewährleisten. Da eine erhöhte Stahlgüte auch zu einer Erhöhung der Streckgrenze im Steg führt, ist stets sichergestellt, dass die Bedingung (1) erfüllt bleibt. Es ist in diesem Zusammenhang ebenfalls hervorzuheben, dass Flachspundbohlen mit einem dickeren Steg in der Regel auch eine höhere Mindestschlosszugfestigkeit aufweisen, da beim Walzen eines dickeren Steges sich auch die für die Schlosszugfestigkeit maßgebenden Teile des Schlosses leicht dicker walzen lassen.All manufacturers of flat sheet piles have for cost reasons in their standard product range only three to four flat sheet piles, which differ essentially by the thickness of their web. It comes here usually web thicknesses of 11 to 13 mm for execution. The choice of steel grades then determines the minimum tensile strength of the profile, whereby values of 2000-4000 kN / m are generally guaranteed. New high strength steels, such as The steel S 460 GP, even allow a minimum lock tensile strength of 5500 kN / m to ensure. Since an increased steel grade also leads to an increase in the yield strength in the web, it is always ensured that condition (1) remains satisfied. It should also be emphasized in this context that flat sheet piles with a thicker web usually also have a higher Mindestschlosszugfestigkeit because when rolling a thicker web and the decisive for the Schlosszugfestigkeit parts of the castle can be slightly thicker roll.
Es kommt vor, dass mit Flachspundbohlen aus den Standard-Lieferprogrammen der Hersteller die für ein Bauprojekt erforderliche Mindestschlosszugfestigkeit nicht zu erzielen ist. Aus Kostengründen ist jedoch kaum ein Hersteller bereit, Spezialprofile für einzelne Bauprojekte zu walzen. In solchen Fällen ist es bekannt, die Mindestschlosszugfestigkeit von Profilen aus dem Standardprogramm dadurch zu erhöhen, dass man, ausgehend von einer bestehenden Kalibrierung, beim Walzvorgang das "Kaliber" weiter öffnet, d.h. den Spalt zwischen oberer und unterer Walze leicht größer einstellt. Hierdurch wird nicht nur der Steg leicht dicker, sondern auch die für die Schlosszugfestigkeit maßgebenden Teile des Schlosses werden kräftiger ausgebildet und bieten damit einen höheren Widerstand. Ein solches Verfahren ist z.B. in der
Zwecks Erhöhung der Schlosszugfestigkeit wurde ebenfalls vorgeschlagen, die Geometrie der Schlossleisten zu verändern (siehe z.B. die
Man weiß ebenfalls seit langem, dass Flachspundbohlen in bestimmten Fangedämmen auch hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt sein können. Die Zellenwände werden z.B. von Schiffen gerammt und sind, bei Spring- und Sturmfluten, dem Aufprall von schwerem Treibgut ausgesetzt. Viele Fangedämme werden zudem auch in erdbebengefährdeten Gebieten errichtet. Für solche dynamischen Belastungsfälle müssten die Flachspundbohlen eigentlich völlig anders als bisher ausgelegt werden. So müsste z.B. sichergestellt sein, dass die Flachspundbohlen eine wesentlich größere Verformungsenergie als bisher aufnehmen können, bevor es zum Versagen einer Schlossverbindung kommt. Da man jedoch davon ausging, dass zum Herstellen dieser völlig neuen Flachspundbohle sehr große Investitionen erforderlich sind, hat bis jetzt kein Hersteller eine Flachspundbohle auf den Markt gebracht, die besonders für die oben angeführten dynamische Belastungsfälle ausgelegt ist.It has also been known for a long time that flat sheet piles in certain cofferdams can also be exposed to high dynamic loads. The cell walls are e.g. rammed by ships and are exposed to the impact of heavy flotsam in spring and storm surges. Many cofferdams are also built in earthquake-prone areas. For such dynamic load cases, flat piles would actually have to be designed completely differently than before. So, for example, Ensure that the flat sheet piles can absorb a much greater deformation energy than before, before it comes to the failure of a lock connection. However, since it has been assumed that very large investments are required for the manufacture of this completely new flat sheet pile, no manufacturer has yet brought to market a flat sheet pile, which is especially designed for the above-mentioned dynamic load cases.
Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der überraschenden Erkenntnis, dass eine Flachspundbohle aus dem Standard-Lieferprogramm eines Herstellers mit einem sehr geringem Aufwand derart abgeändert werden kann, dass sie wesentlich besser für die Aufnahme von dynamischen Beanspruchungen geeignet ist.The present invention is based on the surprising finding that a Flachspundbohle from the standard product range of a manufacturer can be modified with a very low cost such that it is much better suited for the absorption of dynamic stresses.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man in den Steg der Flachspundbohle eine Verjüngung einwalzt, die derart ausgelegt ist, dass in einem Zugversuch von zwei mittels ihrer Schlossleisten verbundenen Probestücken aus dieser Spundbohle, der Steg sich im Bereich dieser Verjüngung plastisch verformt, bevor es zu einem Versagen der Schlossverbindung kommen kann. Mit geringem Aufwand, nämlich dem einfachen Einwalzen einer Verjüngung in den Steg, was mit einem nur leicht abgeänderten Walzensatz für Flachspundbohlen des Standardprogramms, d.h. ohne große Investitionen in neue Walzgerüste, geschehen kann, lässt sich eine Spundbohle schaffen die, im Gegensatz zu bekannten Flachspundbohlen, in einer Spundwand ein ausgeprägtes plastisches Arbeitsvermögen aufweist. Durch dieses ausgeprägte plastische Arbeitsvermögen ist eine Spundwand mit erfindungsgemäßen Flachspundbohlen wesentlich besser für die Aufnahme von dynamischen Beanspruchungen geeignet und kann besonders vorteilhaft in Fangedämmen eingesetzt werden die z.B. folgenden Gefahren ausgesetzt sind: Rammen durch Schiffe, Aufprall von schwerem Treibgut bei Sturm- und Springfluten sowie Erdbeben. Die Stege der erfindungsgemäßen Spundbohlen in der Zellenwand können unter solchen Belastungen eine nicht unbedeutende Verformungsenergie aufnehmen, ohne dass es zum Aufbrechen einer Schlossverbindung kommt.According to the invention, this object is achieved by rolling in a taper in the web of the flat sheet pile, which is designed such that in a tensile test of two connected by their lock strips specimens from this sheet pile, the web deformed plastically in the region of this taper before it can lead to a failure of the lock connection. With little effort, namely the simple rolling a taper in the web, which can be done with a slightly modified set of flat sheet piles of the standard program, ie without much investment in new rolling stands, can create a sheet pile, in contrast to known flat sheet piles, has a pronounced plastic working capacity in a sheet pile wall. By this pronounced Plastic work capacity is a sheet pile with flat sheet piles invention much better suited for the absorption of dynamic stresses and can be used particularly advantageously in cofferds are exposed to the following dangers, for example: Ramming by ships, impact of heavy flotsam in storm and spring tides and earthquakes. The webs of the sheet piles according to the invention in the cell wall can absorb a not insignificant deformation energy under such loads, without causing it to break a lock connection.
Um den gewünschten Effekt zu erzielen, soll der Steg vorzugsweise für eine nominelle Versagenslast ausgelegt sein, die weniger als 90% der gewährleisteten Mindestzugfestigkeit der Schlossleisten beträgt. In einem Zugversuch von zwei mittels ihrer Schlossleisten verbundenen Probestücken aus dieser Spundbohle soll dann für den Steg eine plastische Verschiebungstrecke von mindestens 1% der Gesamtbreite der Spundbohle gemessen werden.In order to achieve the desired effect, the web should preferably be designed for a nominal failure load, which is less than 90% of the guaranteed minimum tensile strength of the lock strips. In a tensile test of two connected by their lock strips specimens from this sheet pile then a plastic displacement of at least 1% of the total width of the sheet pile is to be measured for the web.
Die Verjüngung soll vorzugsweise symmetrisch zur Mittelachse des Steges ausgebildet sein, so dass sie zu beiden Schlossleisten einen gleichen Abstand aufweist. Sie bildet vorteilhaft einen zentralen Abschnitt mit einer Breite B und einer konstanten Dicke t aus, wobei t die Minimaldicke des Steges ist. Die Breite B beträgt vorzugsweise zwischen 5% und 80% der Gesamtbreite W des Steges. Gute Resultate werden normalerweise bereits mit einer Breite B zwischen 30 und 100 mm erreicht. Alternativ kann die Dicke der Verjüngung bis zur Mittelachse des Steges stetig abnehmen, und die Minimaldicke des Steges dann erst auf der Mittelachse des Steges erzielt werden.The taper should preferably be formed symmetrically to the central axis of the web, so that it has an equal distance to both lock strips. It advantageously forms a central section with a width B and a constant thickness t, where t is the minimum thickness of the web. The width B is preferably between 5% and 80% of the total width W of the web. Good results are usually achieved with a width B between 30 and 100 mm. Alternatively, the thickness of the taper to the center axis of the web can steadily decrease, and the minimum thickness of the web are then achieved only on the central axis of the web.
Der Steg weist seine maximale Dicke vorteilhaft im Anschlussbereich der Schlossleisten auf. Er weist, z.B. vorteilhaft entlang jeder Schlossleiste einen Abschnitt mit einer Breite b0 und einer konstanten Dicke t0 auf, wobei t0 die Maximaldicke des Steges ist. Normalerweise wird t0 13 bis 14 mm betragen.The web has its maximum thickness advantageous in the connection area of the lock strips. It has, for example, advantageously along each lock strip on a section with a width b 0 and a constant thickness t 0 , where t 0 is the maximum thickness of the web. Normally t 0 will be 13 to 14 mm.
Die Verjüngung weist vorteilhaft eine konvexzylindrische Oberfläche mit einem Radius R1 auf, an die sich zur Mittelachse des Steges hin eine konkavzylindrische Oberfläche mit einem Radius R2 anschließt, wobei R2 wesentlich größer als R1 und um ein Vielfaches größer als die nominelle Breite der Spundbohle ist.The taper advantageously has a convex cylindrical surface with a radius R 1 to which a concave cylindrical surface with a radius R 2 adjoins the central axis of the web, wherein R 2 is substantially larger than R 1 and many times larger than the nominal width of the Sheet pile is.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen entnommen werden.Further features and advantages of the invention can be taken from the following description of a preferred embodiment of the invention and the accompanying drawings.
Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine bevorzugte, jedoch nicht ausschließliche Ausführungsform der Erfindung, wobei:
- Fig. 1
- ein Querschnitt durch drei verhakte Flachprofil-Stahlspundbohlen aus dem Standard-Lieferprogramm eines Herstellers ist;
- Fig. 2
- ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Flachprofil-Stahlspundbohle ist, wobei nur die linke Hälfte der Spundbohle gezeigt ist; und
- Fig. 3
- ein Diagramm ist, das Last-Verschiebungskurven für eine Standard-Flachspundbohle und für zwei erfindungsgemäße Flachspundbohlen wiedergibt.
- Fig. 1
- is a cross section through three entangled flat-profile steel sheet piles from the standard delivery program of a manufacturer;
- Fig. 2
- a cross-section through a flat profile steel sheet pile according to the invention, wherein only the left half of the sheet pile is shown; and
- Fig. 3
- Figure 12 is a graph showing load-displacement curves for a standard flat sheet pile and for two flat sheet piles according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt warmgewalzte Flachprofil-Stahlspundbohlen 10'1, 10'2 und 10'3 wie sie seit Jahrzehnten von verschiedenen Herstellern angeboten werden. Eine solche Flachspundbohle 10'1 umfasst einen geraden Steg 12' und zwei symmetrische Schlossleisten 14'1, 16'1. Letztere sind vom Typ "Daumen/Finger" und begrenzen den Steg 12' an seinen beiden Längsseiten.Fig. 1 shows hot rolled flat profile steel sheet piles 10 ' 1 , 10' 2 and 10 ' 3 as they have been offered for decades by different manufacturers. Such a flat sheet pile 10 ' 1 comprises a straight web 12' and two symmetrical lock strips 14 ' 1 , 16' 1 . The latter are of the type "thumb / finger" and limit the web 12 'on its two longitudinal sides.
Die Abmessungen einer solchen Flachspundbohle werden grundsätzlich wie in Fig. 1 gezeigt definiert, wobei die nominelle Breite der Flachsundbohle 10'1 mit "L", die Breite ihres Steges mit "W" und die Dicke ihres Steges mit "t" bezeichnet ist. Flachspundbohlen aus den gängigen Lieferprogrammen der Hersteller haben z.B. eine nominelle Breite von 500 mm, eine Stegdicke von 11 bis 13 mm und eine Lieferlänge von über 30 m.The dimensions of such flat sheet pile are basically defined as shown in Fig. 1, wherein the nominal width of the Flachsundbohle 10 ' 1 is denoted by "L", the width of its web with "W" and the thickness of its web with "t". Flat sheet piles from the most common delivery programs of the manufacturers have, for example, a nominal width of 500 mm, a web thickness of 11 to 13 mm and a delivery length of more than 30 m.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Flachspundbohlen 10' in einer Spundwand abwechselnd um 180° verdreht angeordnet und mit ihren Schlossleisten 14', 16' verhakt. Bei zwei verhakten Schlossleisten 14'1, 14'2, hintergreifen sich die beiden Daumen 18'1, 18'2 wobei die Finger 20'1, 20'2 den Daumen 18'2, 18'1 der gegenüberliegenden Schlossleiste jeweils umgreifen.As can be seen from Fig. 1, the flat sheet piles 10 'are arranged in a sheet pile wall alternately rotated by 180 ° and with their lock strips 14', 16 'hooked. With two hooked lock strips 14 ' 1 , 14' 2 , the two thumbs engage behind 18 ' 1, 18' 2 wherein the fingers 20 ' 1 , 20' 2 each surround the thumb 18 ' 2 , 18' 1 of the opposite lock strip.
Solche Flachspundbohlen werden besonders zum Bau von Zellenfangedämmen ohne innere Verankerung eingesetzt. Je nach Form der Zellen unterscheidet man Kreis- oder Flachzellenfangedämme. In den U.S.A. gelangen ebenfalls sogenannte "offene Zellen" zur Ausführung. Hierbei werden die Flachspundbohlen in erster Linie in Richtung der horizontalen Zellenausdehnung auf Zug beansprucht. Wie bereits Eingangs erwähnt, sind alle bekannten Flachspundbohlen so ausgelegt, dass es bis zum Erreichen der vom Hersteller gewährleisteten Mindestschlosszugfestigkeit, d.h. bis zum Versagen einer Schlossverbindung, zu keiner plastischen Verformung des Steges kommt.Such flat sheet piles are used especially for the construction of cell fishing dams without internal anchoring. Depending on the shape of the cells, a distinction is made between circular or flat-cell dams. In U.S.A., so-called "open cells" are also used. Here, the flat sheet piles are claimed primarily in the direction of horizontal cell expansion to train. As already mentioned in the introduction, all known flat sheet piles are designed so that, until the manufacturer guarantees minimum lock tensile strength, i. until the failure of a lock connection, no plastic deformation of the bridge comes.
Die Fig. 2 zeigt die linke Hälfte einer erfindungsgemäßen Flachspundbohle 10. Letztere umfasst, wie die bekannten Flachspundbohlen aus Fig. 1, ebenfalls einen wesentlich flachen Steg 12 und zwei symmetrische Schlossleisten vom Typ "Daumen/Finger", welche den Steg 12 an seinen beiden Längsseiten begrenzen. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet die Mittelebene der Spundbohle 10, die gleichzeitig auch eine Symmetrieebene der Spundbohle 10 ist. Die Flachspundbohle 10 weist die gleiche Breite und die gleichen Schlossleisten wie die Flachspundbohlen 10' auf.The latter comprises, as the known flat sheet piles of FIG. 1, also a substantially
Im Gegensatz zu den vorbeschriebenen Standard-Flachspundbohlen 10' der Fig. 1, ist die Spundbohle 10 der Fig. 2 jedoch derart ausgelegt, dass die nominelle Versagenslast des Steges weniger als 90% der Mindestzugfestigkeit der Schlossleisten beträgt, so dass in einem Zugversuch von zwei mittels ihrer Schlossleisten 14 verbundenen Spundbohlen, der Steg sich plastisch verformt bevor die Schlossleisten 14 nachgeben können. Dies wird dadurch erzielt, dass in den Steg 12 eine zentrale Verjüngung 24 eingewalzt ist, so dass der Steg 12 sich im Bereich dieser Verjüngung 24 plastisch verformt, bevor es zu einem Versagen einer Schlossverbindung kommen kann.In contrast to the above-described standard flat sheet piles 10 'of FIG. 1, however, the
Die gezeigte Flachspundbohle wurde für eine Mindestschlosszugfestigkeit von R = 6000 kN/m ausgelegt. Um diese relativ hohe Mindestschlosszugfestigkeit zu erreichen, wurde eine Stahlgüte S 460 GP mit einer nominellen Streckgrenze fy = 460 MPa und einer nominellen Versagensspannung von fu = 530 MPa gewählt. Weiterhin wurde die Stegdicke t0 im Anschlussbereich der Schlossleisten 14, im Vergleich zu einer Standard-Flachbohle mit der gleichen nominellen Breite, leicht erhöht.The flat sheet pile shown was designed for a minimum tensile strength of R = 6000 kN / m. To achieve this relatively high minimum tensile strength, a steel grade S 460 GP with a nominal yield strength f y = 460 MPa and a nominal failure stress of f u = 530 MPa was chosen. Furthermore, the web thickness t 0 in the connection area of the lock strips 14, compared to a standard flat bar with the same nominal width, slightly increased.
Um sicherzustellen, dass der verjüngte Steg 12 sich plastisch verformt bevor die Schlossleisten 14 nachgeben, wurde die nominelle Versagenslast des Steges auf 85% der garantierten Schlosszugfestigkeit begrenzt. Hierdurch ergibt sich eine Stegdicke t im Bereich der Verjüngung 24 von:
Gewählt wurde schließlich eine minimale Stegdicke t von 9,5 mm für die verjüngte Stegzone.Finally, a minimum web thickness t of 9.5 mm was chosen for the tapered web zone.
Diese Minimaldicke t ist in einem zentralen Stegabschnitt 24 mit einer Breite B konstant, wobei diese Breite B vorteilhaft mindestens 5% der Gesamtbreite W des Steges 12 ausmacht. Dieser zentrale Stegabschnitt 24 mit der Minimaldicke t nimmt, nach Überschreiten der Streckgrenze, die plastische Verformung des Steges auf. Je größer die Breite B, desto größer ist das plastische Arbeitsvermögen der Flachspundbohle, d.h. je mehr kann sich der Steg in der Breite ausdehnen, bevor er schlussendlich versagt. Damit man die leicht verdickten Schlossleisten 14 problemlos mit einem nur leicht abgeänderten Walzensatz walzen kann, sollten ausreichend breite Stegränder mit erhöhter Dicke t0 übrig bleiben. Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass eine zu große Breite B auch zu Instabilitäten beim Eintreiben der Flachspundbohle führen kann. Zudem ist auch eine Begrenzung der plastischen Verformung wichtig, um Schäden an der Sekundärstruktur zu vermeiden. Ab einer definierten Verformung sollte die Flachspundbohle sich hierbei einer weiteren Lastaufnahme entziehen, um somit einen Umlagerungsvorgang einzuleiten. Aus diesen Gründen sollte die Breite B des zentralen Stegabschnitt 24 deshalb nicht zu groß und grundsätzlich nicht größer als 80% der Gesamtbreite W des Steges 12 sein. Erste Zugversuche haben auch bestätigt, dass bereits eine Breite B von zirka 30-60 mm für den zentralen Stegabschnitt 24 mit der Mindestdicke t, das plastische Arbeitsvermögen der Spundbohle 10 für viele Anwendungen ausreichend erhöhen dürfte. Eine wesentlich geringes plastisches Arbeitsvermögen wird mit einem Steg erzielt, dessen Dicke stetig bis zur Mittelachse 22 des Steges 12 abnimmt, so dass der Steg seine Minimaldicke t erst auf der Mittelachse des Steges erreicht (d.h. B ≈0).This minimum thickness t is constant in a central web section 24 with a width B, this width B advantageously making up at least 5% of the total width W of the
Im Übergangsbereich vom zentralen Stegabschnitt 24 mit der Minimaldicke t auf die verdickten Stegränder mit der Dicke t0, weist der Steg 12 vorteilhaft eine konvexzylindrische Oberfläche 26 mit einem Radius R1 auf, an die sich zur Mittelachse des Steges hin eine konkavzylindrische Oberfläche 28 mit einem Radius R2 anschließt. Der Radius R2 ist hierbei wesentlich größer als der Radius R1 und um ein Vielfaches größer als die nominelle Breite L der Spundbohle.In the transition region from the central web portion 24 with the minimum thickness t on the thickened web edges with the thickness t 0 , the
Man beachte, dass die Flachspundbohle 10 der Fig. 2 sich mit nur leichten Änderungen mit dem gleichen Walzgerüst walzen lässt, das für das Walzen der Standard-Profile mit konstanter Stegdicke eingesetzt wird. Hierzu braucht ein bestehendes Walzenpaar, mit dem normalerweise Flachspundbohlen des Standardprogramms gewalzt werden, nur leicht abgedreht zu werden, was sicherlich keine großen Investitionen erfordert.It should be noted that the
Zwecks weiterer Erläuterung der typischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Flachspundbohlen, zeigt das Diagram in Fig. 3 repräsentative Last-Verschiebungskurven für drei verschiedene Flachspundbohlen. Diese Kurven wurden in weggesteuerten Zugversuchen nach prEN 12048 aufgenommen. Die Testkandidaten unterschieden sich lediglich durch die Form des Steges und wiesen alle eine Stahlgüte S 460 GP mit einer nominellen Streckgrenze fy = 460 MPa und einer nominellen Versagensspannung von fu = 530 MPa auf.For a further explanation of the typical properties of the flat sheet piles according to the invention, the diagram in FIG. 3 shows representative load-displacement curves for three different flat sheet piles. These curves were recorded in path-controlled tensile tests according to prEN 12048. The test candidates differed only in the shape of the web and all had a steel grade S 460 GP with a nominal yield strength f y = 460 MPa and a nominal failure stress of f u = 530 MPa.
Die Kurve 1 ist die Last-Verschiebungskurve für eine Verbindung von zwei Probestücken aus einer Standard-Flachspundbohle mit einer konstanten Stegdicke von 13 mm. Man stellt fest, dass diese Verbindung zwar eine Zugbelastung von mehr als 6000 kN/m erreicht, dass sie jedoch bereits bei einer Relativverschiebung von 5 mm anfängt instabil zu werden. Das Versagen der Verbindung erfolgt schlussendlich durch ein Aufreißen der Schlossverbindung.The curve 1 is the load-displacement curve for a connection of two specimens from a standard flat sheet pile with a constant web thickness of 13 mm. It is noted that although this compound achieves a tensile load of more than 6000 kN / m, it begins to become unstable even at a relative displacement of 5 mm. The failure of the connection is finally by tearing the lock connection.
Die Kurve 2 ist die Last-Verschiebungskurve für eine Verbindung von zwei Probestücken aus einer Flachspundbohle bei der die Dicke des Steges von einem Wert von 13,5 mm in Nachbarschaft der Schlossleisten, bis zur Mittelachse des Steges stetig abnimmt, und eine Minimaldicke des Steges von 9,5 mm auf der Mittelachse des Steges erzielt wird. Man stellt fest, dass diese Verbindung eine maximale Zugbelastung von 4500 kN/m erzielt, dass sie jedoch erst nach einer Relativverschiebung von mehr als 7 mm instabil wird. Dem Versagen der Verbindung geht hierbei eine ausgeprägte plastische Verschiebungstrecke von zirka 5 mm voraus. Diese plastische Verschiebungstrecke beträgt somit zirka 1% der Gesamtbreite der Flachspundbohle 10.The
Die Kurve 2 ist die Last-Verschiebungskurve für eine Verbindung von zwei Probestücken aus einer Flachspundbohle nach der Fig. 2, bei welcher t0 = 13,5 mm, t = 9,5 mm und B = 40mm. Auch diese Verbindung erzielt eine maximale Zugbelastung von 4500 kN/m. Dem Versagen der Verbindung geht jedoch eine plastische Verschiebung von fast 10 mm voraus, so dass sie Relativverschiebungen von fast 12 mm in Zugrichtung aufnehmen kann, ohne dass es Öffnen der Schlossverbindung kommt. Die plastische Verschiebungstrecke beträgt hierbei 2% der Gesamtbreite der Flachspundbohle 10.The
Durch ihre große plastische Verformungskapazität eignen sich erfindungsgemäße Flachspundbohlen hervorragend für den Einsatz in Fangedämmen die von Schiffen gerammt werden können, die den Aufprall von Treibgut in Spring- und Sturmfluten aushalten sollen und/oder die in erdbebengefährdeten Gebieten errichtet werden sollen. Das Risiko des Aufreißens einer Schlossverbindung und somit das Risiko eines Auslaufens der Fangedammzelle ist mit den erfindungsgemäße Flachspundbohlen wesentlich reduziert.Due to their large plastic deformation capacity flat planks according to the invention are ideal for use in cofferdams that can be rammed by ships to withstand the impact of flotsam in spring and storm tides and / or to be built in earthquake-prone areas. The risk of tearing open a lock connection and thus the risk of leakage of the cradle cell is substantially reduced with the flat sheet piles according to the invention.
Besonders interessant sind diese neuen Flachspundbohlen deshalb, weil man sie auf einem bestehenden Walzengerüst mit einem leicht modifizierten Walzensatz herstellen kann. Die notwendige Investition ist somit vernachlässigbar gegenüber einer neuen Flachspundbohle mit konstanter Stegdicke und modifizierter Klauengeometrie.These new flat sheet piles are particularly interesting because they can be produced on an existing roll stand with a slightly modified set of rolls. The necessary investment is thus negligible compared to a new flat sheet pile with constant web thickness and modified claw geometry.
Claims (13)
dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (12) eine eingewalzte Verjüngung (24) aufweist, die derart ausgelegt ist, dass in einem Zugversuch von zwei mittels ihrer Schlossleisten (14) verbundenen Probestücken aus dieser Spundbohle, der Steg (12) sich im Bereich dieser Verjüngung (24) plastisch verformt bevor es zu einem Versagen der Schlossverbindung kommen kann.Hot-rolled flat profile steel sheet pile comprising a straight web (12) which is bounded on each longitudinal side in each case by a lock strip (14);
characterized in that the web (12) has a rolled-in taper (24), which is designed such that in a tensile test of two connected by their lock strips (14) specimens from this sheet pile, the web (12) in the region of this taper (24) plastically deformed before it can come to a failure of the lock connection.
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