RU170105U1

RU170105U1 - Screw pile

Info

Publication number: RU170105U1
Application number: RU2016139146U
Authority: RU
Inventors: Юрий Робертович Гунгер
Original assignee: Еуропеан Инвестмент Патент Компани с.р.о.
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2017-04-14

Abstract

Полезная модель относится к области строительства. Свая винтовая содержит полый ствол трубчатой формы, к которому кольцевым швом приварен литой наконечник, продольная ось которого совпадает с продольной осью полого ствола и на поверхности которого расположена винтовая лопасть. Со стороны сварного шва литой наконечник выполнен с участком цилиндрической формы, которая на противоположном конце оканчивается участком конической формы. В этом наконечнике на участке цилиндрической формы верхняя часть винтовой лопасти расположена на расстоянии от верхнего обреза наконечника в месте прохождения кольцевого сварного шва. Винтовая свая снабжена усиливающими накладками, расположенными поперек кольцевого сварного шва вдоль продольной оси полого ствола и приваренными к этому стволу и к цилиндрической формы литому наконечнику в зоне, расположенной между кольцевым сварным швом и верхней частью винтовой лопасти. 6 ил.The utility model relates to the field of construction. A screw pile contains a hollow barrel of tubular shape, to which a cast tip is welded with an annular seam, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the hollow barrel and on the surface of which a spiral blade is located. On the side of the weld, the molded tip is made with a section of cylindrical shape, which at the opposite end ends with a section of conical shape. In this tip, in a cylindrical section, the upper part of the helical blade is located at a distance from the upper edge of the tip at the passage of the annular weld. The screw pile is provided with reinforcing pads located across the annular weld along the longitudinal axis of the hollow barrel and welded to this barrel and to the cylindrical shape of the cast tip in the area located between the ring weld and the upper part of the helical blade. 6 ill.

Description

Полезная модель относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использована как при возведении новых, так и при усилении фундаментов ранее возведенных зданий и сооружений, а также при сооружении опор, воспринимающих знакопеременные нагрузки, или при устройстве шпунтового ограждения котлована из труб.The utility model relates to the field of industrial and civil construction and can be used both in the construction of new and in strengthening the foundations of previously erected buildings and structures, as well as in the construction of supports accepting alternating loads, or in the construction of sheet piling of a foundation pit from pipes.

В последние годы в строительстве фундаментов широко применяются стальные винтовые сваи с литыми наконечниками. Конструкции таких свай хорошо описаны в RU 81971, 110763 и 131387.In recent years, steel screw piles with cast tips are widely used in the construction of foundations. The designs of such piles are well described in RU 81971, 110763 and 131387.

В этих патентах описаны технические решения, в соответствии с которыми литой наконечник приваривается к стальной трубе сплошным кольцевым швом. Теоретически прочность кольцевого сварного шва должна быть равна прочности основного металла, однако на практике требуемое качество сварного шва в состояние обеспечить далеко не все производители винтовых свай, что приводит к тому, что при завинчивании свай возможно разрушение сваи по линии сварного шва и отделение наконечника от сваи. В таком случае свая не будет иметь требуемой несущей способности, что может в процессе эксплуатации привести к падению или разрушению стоящей на такой свае строительной конструкции.These patents describe technical solutions in accordance with which a cast tip is welded to a steel pipe with a continuous annular seam. Theoretically, the strength of an annular weld should be equal to the strength of the base metal, but in practice, not all manufacturers of screw piles are able to provide the required quality of the weld, which leads to the fact that when screwing piles, it is possible to destroy the pile along the line of the weld and separate the tip from the pile . In this case, the pile will not have the required bearing capacity, which may during operation lead to the fall or destruction of the building structure standing on such a pile.

Подобной ситуации возможно избежать, установив в области сварного шва усиливающие накладки. Однако в этих патентах, также как и в технической документации остальных производителей винтовых свай, используются литые наконечники, внешняя форма которых не позволяет установить такие накладки, т.к. первый виток лопасти расположен близко к краю наконечника. Очевидно такое техническое решение вызвано желанием снизить массу, а следовательно, и стоимость литого наконечника.A similar situation can be avoided by installing reinforcing pads in the weld area. However, in these patents, as well as in the technical documentation of other manufacturers of screw piles, cast tips are used, the external shape of which does not allow the installation of such overlays, because the first turn of the blade is located close to the edge of the tip. Obviously, this technical solution is caused by the desire to reduce the mass, and hence the cost of the molded tip.

Так, известна свая винтовая, содержащая полый ствол трубчатой формы, к которому кольцевым швом приварен литой наконечник, продольная ось которого совпадает с продольной осью полого ствола и на поверхности которого расположена винтовая лопасть, при этом со стороны сварного шва литой наконечник выполнен с участком цилиндрической формы, которая на противоположном конце оканчивается участком конической формы (RU 81971, E02D 5/56, опубл. 10.04.2009). Это решение принято в качестве прототипа.Thus, a screw pile is known, containing a hollow barrel of a tubular shape, to which a cast tip is welded with an annular seam, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the hollow barrel and on the surface of which a spiral blade is located, while from the side of the weld, the cast tip is made with a cylindrical section , which at the opposite end ends in a section of a conical shape (RU 81971, E02D 5/56, publ. 10.04.2009). This decision is made as a prototype.

Недостаток этого решения повторяет недостатки всех свай с кольцевым сварным швом в части ненадежности и возможности отрыва наконечника от ствола. Несмотря на то, что на иллюстрации к этому патенту наконечник выполнен с удлиненной цилиндрической частью, то есть имеет свободный участок между краем винтовой лопасти и самим кольцевым сварным швом, но этот участок не используется в силу того, что это удлинение выполнено не для посадки каких-либо усилительных элементов, а для высвобождения зоны проварки соединяемых швов частей для возможности использования автоматизированных или роботизированных сварных аппаратов, которым необходимо свободное место для размещения сварочной руки аппарата в зоне сварки.The disadvantage of this solution repeats the disadvantages of all piles with an annular weld in terms of unreliability and the possibility of separation of the tip from the trunk. Despite the fact that in the illustration to this patent, the tip is made with an elongated cylindrical part, that is, it has a free section between the edge of the helical blade and the ring weld itself, this section is not used due to the fact that this extension is not designed to fit any or reinforcing elements, and to release the weld zone of the connected seams of the parts for the possibility of using automated or robotic welders, which need free space to accommodate the welding arm of the appliance weld in the welding zone.

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности и несущей способности сваи за счет исключения отрыва литого наконечника от трубчатого тела сваи.This utility model is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the operational reliability and bearing capacity of the pile by eliminating the separation of the molded tip from the tubular body of the pile.

Указанный технический результат достигается тем, что в свае винтовой, содержащей полый ствол трубчатой формы, к которому кольцевым швом приварен литой наконечник, продольная ось которого совпадает с продольной осью полого ствола и на поверхности которого расположена винтовая лопасть, при этом со стороны сварного шва литой наконечник выполнен с участком цилиндрической формы, которая на противоположном конце оканчивается участком конической формы, на участке цилиндрической формы литого наконечника верхняя часть винтовой лопасти расположена на расстоянии от верхнего обреза наконечника в месте прохождения кольцевого сварного шва, при этом винтовая свая снабжена усиливающими накладками, расположенными поперек кольцевого сварного шва вдоль продольной оси полого ствола и приваренными к этому стволу и к цилиндрической формы литому наконечнику в зоне, расположенной между кольцевым сварным швом и верхней частью винтовой лопасти.The specified technical result is achieved by the fact that in a screw pile containing a hollow barrel of a tubular shape, to which a cast tip is welded with an annular seam, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the hollow barrel and on the surface of which a helical blade is located, while from the side of the weld there is a cast tip made with a cylindrical section, which at the opposite end ends with a conical section, on the cylindrical section of the molded tip, the upper part of the screw blade is located It is made at a distance from the upper edge of the tip at the passage of the annular weld, the screw pile provided with reinforcing pads located across the annular weld along the longitudinal axis of the hollow barrel and welded to this barrel and to the cylindrical shape of the molded tip in the area located between the ring weld seam and the upper part of the screw blade.

При этом усиливающие накладки могут быть выполнены из сегментов стальной трубы или из отрезков стальных швеллеров, или из отрезков стальных уголков.In this case, reinforcing pads can be made from segments of a steel pipe or from segments of steel channels, or from segments of steel corners.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.This utility model is illustrated by specific examples of execution, which clearly demonstrate the possibility of achieving the desired technical result.

На фиг. 1 - общий вид сваи с литым наконечником по первому примеру исполнения;In FIG. 1 is a general view of a pile with a cast tip according to the first embodiment;

фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1;FIG. 2 is a section AA in FIG. one;

фиг. 3 - общий вид сваи с литым наконечником по второму примеру исполнения;FIG. 3 is a general view of a pile with a cast tip according to the second embodiment;

фиг. 4 - сечение Б-Б по фиг. 3;FIG. 4 - section BB in FIG. 3;

фиг. 5 - общий вид сваи с литым наконечником по третьему примеру исполнения;FIG. 5 is a general view of a pile with a cast tip according to the third embodiment;

фиг. 6 - сечение В-В по фиг. 5.FIG. 6 is a section BB of FIG. 5.

Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция винтовой сваи с литым приваренным наконечником, сварное соединение которых усилено для повышения повышении эксплуатационной надежности и несущей способности сваи за счет исключения отрыва литого наконечника от трубчатого тела сваи.According to this utility model, the design of a screw pile with a cast welded tip is considered, the welded connection of which is strengthened to increase the operational reliability and bearing capacity of the pile by eliminating the separation of the molded tip from the tubular body of the pile.

Предлагается техническое решение по исключению случаев отрыва литых наконечников винтовых свай, состоящее в том, что при изготовлении свай с литыми наконечниками, используются наконечники с удлиненной верхней частью, в которых верхняя лопасть начинается на расстоянии от верхнего обреза наконечника, позволяющем установить в области кольцевого сварного шва, соединяющего наконечник со сваей, дополнительные усиливающие накладки.A technical solution is proposed for the elimination of cases of tearing off of cast tips of screw piles, consisting in the fact that in the manufacture of piles with cast tips, tips with an elongated upper part are used, in which the upper blade starts at a distance from the top edge of the tip, which allows installation in the area of the annular weld connecting the tip to the pile, additional reinforcing pads.

Таким образом, в рамках настоящей заявки речь идет о свае винтовой, представляет собой полый ствол 1 трубчатой формы (например, стальная труба), к которому кольцевым сварным швом 2 приварен литой наконечник 3, продольная ось которого совпадает с продольной осью полого ствола и на поверхности которого расположена винтовая лопасть 4.Thus, in the framework of this application we are talking about a screw pile, it is a hollow barrel 1 of a tubular shape (for example, a steel pipe), to which a cast tip 3 is welded with an annular weld seam 2, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the hollow barrel and on the surface which is located screw blade 4.

Со стороны кольцевого сварного шва литой наконечник выполнен с участком 5 цилиндрической формы, которая на противоположном конце оканчивается участком 6 конической формы. В этом наконечнике на участке цилиндрической формы верхняя часть винтовой лопасти расположена на расстоянии от верхнего обреза наконечника в месте прохождения кольцевого сварного шва. То есть, цилиндрический участок выполнен удлиненным. Винтовая свая снабжена усиливающими накладками 7, расположенными поперек кольцевого сварного шва вдоль продольной оси полого ствола и приваренными к этому стволу и к цилиндрической формы литому наконечнику в зоне, расположенной между кольцевым сварным швом и верхней частью винтовой лопасти.On the side of the annular weld, the molded tip is made with a section 5 of a cylindrical shape, which at the opposite end ends with a section 6 of a conical shape. In this tip, in a cylindrical section, the upper part of the helical blade is located at a distance from the upper edge of the tip at the passage of the annular weld. That is, the cylindrical portion is elongated. The screw pile is provided with reinforcing pads 7 located across the annular weld along the longitudinal axis of the hollow barrel and welded to this barrel and to a cylindrical shaped cast tip in the area located between the ring weld and the upper part of the screw blade.

Для всех примеров исполнения конструкция ствола и наконечника и их соединение с применением кольцевого сварного шва одинаковы.For all examples of execution, the design of the barrel and tip and their connection using an annular weld are the same.

По первому примеру, представленному на фиг. 1 и 2, усиливающие накладки 5 выполнены из сегментов стальной трубы, по второму примерку исполнения (фиг. 3 и 4) усиливающие накладки 5 выполнены из отрезков стальных швеллеров, а на фиг. 5 и 6 показан третий пример исполнения, в котором дополнительное укрепление сварного соединения осуществлено за счет использования накладок из отрезков стальных уголков.In the first example shown in FIG. 1 and 2, reinforcing plates 5 are made of steel pipe segments, according to the second example of execution (Figs. 3 and 4), reinforcing plates 5 are made of steel channel sections, and in FIG. 5 and 6 show a third embodiment, in which additional reinforcement of the welded joint is achieved through the use of overlays from pieces of steel corners.

Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена в промышленных условиях. Такая винтовая свая обладает повышенной прочностью, что обеспечивает ее не разрушение и исключается отсоединение литого наконечника от трубчатого ствола.This utility model is industrially applicable and can be manufactured in an industrial environment. Such a screw pile has increased strength, which ensures its non-destruction and eliminates the disconnection of the molded tip from the tubular trunk.

Результаты всесторонних исследований усталостных характеристик кольцевых сварных швов стальных труб [Newman, R. P.: The influence of weld faults on fatigue strength with re- ference to butt joints in pipelines, Trans. Inst. Marine Engineers, Vol. 68, No. 6, 1956, pp. 153/172], служат главной отправной точкой при создании норм проектирования по выполнению односторонних стыковых сварных швов без подкладки. При исследовании образцов на резонансном испытательном стенде, где применяется переменный (коэффициент асимметрии цикла R=-1) вращающий изгибающий момент, установлено, что высококачественные сварные швы с полным проплавлением могут демонстрировать приемлемые усталостные характеристики.A comprehensive study of the fatigue characteristics of ring welds in steel pipes [Newman, R. P .: The influence of weld faults on fatigue strength with reference to butt joints in pipelines, Trans. Inst. Marine Engineers, Vol. 68, No. 6, 1956, pp. 153/172], serve as the main starting point in creating design standards for the implementation of unilateral butt welds without lining. When examining samples on a resonant test bench, where a variable (cycle asymmetry coefficient R = -1) rotational bending moment is used, it was found that high-quality weld seams with full penetration can demonstrate acceptable fatigue characteristics.

Но для качественной проварки кольцевого сварочного шва необходимо обеспечить доступ к месту стыка как с наружи, так и изнутри трубы, что практически невозможно для длинномерных винтовых свай. Для этого вида изделий возможно наложение только наружного кольцевого шва. В ходе подобных исследований было установлено, что даже мелкие дефекты проплавления корня, находящиеся в труднодоступной области, могут иметь существенное значение. Важной особенностью кольцевых сварных соединений является необходимость их выравнивания (подгонки). Любой перекос в данном случае приведет к возникновению локального вторичного изгиба в случае нагрузки на соединение в поперечном направлении относительно сварного шва. В отдельных случаях перекос становился причиной сравнительно низких усталостных характеристик, но изображения поперечного сечения позволяли сделать вывод, что он являлся не основной проблемой. Другим существенным моментом сварки кольцевых швов является характер остаточного напряжения. Не существует жестких и установленных правил, определяющих природу остаточного напряжения в сварных кольцевых швах, но практический опыт, основанный на результатах измерений, совместно с анализом, проводимым методом конечных элементов [Leggatt, R. Н.: Residual stresses at girth welds in pipes, WIC/ISC Int. Conf. Welding in Energy-Related Projects, Toronto, 1983], показывает, что оно будет растягивающим в прикорневой зоне кольцевых сварных швов и достаточно большим (>200 Н/мм²). В этом случае, даже если бы внешнее напряжение циклически изменялось от растяжения до сжатия, фактический диапазон напряжений был бы растягивающим. Полученные данные свидетельствуют о том, что прочность стали и диаметр трубы не оказывали существенного влияния. Метод сварки также не играл практически никакой роли. В качестве существенной переменной в данном случае выступает толщина стенки. Результаты усталостных испытаний, которые были получены после исследования сварных соединений с дефектами кромки лицевой поверхности шва, в целом показывают снижение усталостной прочности по мере увеличения толщины листа. Ширина наплавленного валика сварного шва также играет существенную роль при выполнении стыкового сварного соединения [Maddox, S. J.: The effect of plate thickness on the fatigue strength of fillet welded joints Abington Publishing, Cambridge, 1987]. Размеры не имеют особого значения, если ширина наплавленного валика сварного шва меньше толщины стенки листа, что имеет место практически всегда при работе с конструкциями с большой толщиной стенки. Во всех описанных выше случаях важными условиями являются достижение полного проплавления при выполнении сварного шва и допуски (при расчете на стадии проектирования напряжения, действующего на соединение) на вторичный изгиб, который может возникнуть при малейшем перекосе соединения.But for high-quality welding of the annular weld, it is necessary to provide access to the junction both from the outside and from the inside of the pipe, which is almost impossible for long screw piles. For this type of product, only an outer circumferential seam is possible. In the course of such studies, it was found that even small defects of penetration of the root, located in the hard-to-reach area, can be of significant importance. An important feature of ring welded joints is the need for their alignment (adjustment). Any skew in this case will lead to local secondary bending in the case of a load on the joint in the transverse direction relative to the weld. In some cases, skewing caused relatively low fatigue characteristics, but cross-sectional images allowed us to conclude that it was not the main problem. Another significant point in the welding of circumferential joints is the nature of the residual stress. There are no strict and established rules that determine the nature of the residual stress in welded annular welds, but practical experience based on the results of measurements, together with the analysis performed by the finite element method [Leggatt, R. N .: Residual stresses at girth welds in pipes, WIC / ISC Int. Conf. Welding in Energy-Related Projects, Toronto, 1983], shows that it will be tensile in the root zone of annular welds and large enough (> 200 N / mm ² ). In this case, even if the external stress cyclically varied from tension to compression, the actual stress range would be tensile. The data obtained indicate that the strength of the steel and the diameter of the pipe did not have a significant effect. The welding method also played almost no role. In this case, the wall thickness acts as an essential variable. The results of fatigue tests, which were obtained after studying welded joints with defects in the edges of the weld face, generally show a decrease in fatigue strength with increasing thickness of the sheet. The width of the weld bead weld also plays a significant role in butt welds [Maddox, SJ: The effect of plate thickness on the fatigue strength of fillet welded joints Abington Publishing, Cambridge, 1987]. The dimensions do not matter much if the width of the weld bead is less than the thickness of the sheet wall, which is almost always the case when working with structures with a large wall thickness. In all the cases described above, important conditions are the achievement of full penetration during the weld and the tolerances (when calculating the stress acting on the joint at the design stage) for secondary bending, which may occur at the slightest misalignment of the joint.

Таким образом, достаточно затруднительно выполнить гарантированно качественный кольцевой сварной шов по наружной поверхности стыка, что и приводит к проявлению дефектов при переменных изгибных напряжениях, приводящих к разрушению сварного шва и отрыву литого наконечника. Применение накладок с направлением линий сварного шва 8 поперечно линии кольцевого сварного шва приводит к тому, что часть изгибных нагрузок, приходящихся на наконечник и передаваемых через кольцевой сварной шов, передается на накладки, которые выступают в функции ребер жесткости и компенсаторов напряжений. Таким образом, уровень напряжений в кольцевом сварном шве серьезно уменьшается, что приводит к исключению отрыва наконечника даже в случаях частичного (локального) разрушения кольцевого сварного шва. Таким образом, повышается эксплуатационная надежность и, соответственно, несущая способность винтовой сваи за счет исключения отрыва литого наконечника от трубчатого тела сваи.Thus, it is rather difficult to perform a guaranteed high-quality annular weld along the outer surface of the joint, which leads to the manifestation of defects at variable bending stresses, leading to the destruction of the weld and the separation of the cast tip. The use of overlays with the direction of the lines of the weld 8 transverse to the line of the annular weld leads to the fact that part of the bending loads that fall on the tip and transmitted through the annular weld are transmitted to the overlays, which act as stiffeners and stress compensators. Thus, the stress level in the annular weld is seriously reduced, which leads to the elimination of tip separation even in cases of partial (local) destruction of the annular weld. Thus, the operational reliability and, accordingly, the bearing capacity of the screw pile are increased by eliminating the separation of the molded tip from the tubular body of the pile.

Claims

1. A screw pile containing a hollow barrel of tubular shape, to which a molded tip is welded with an annular seam, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the hollow barrel and on the surface of which a screw blade is located, while on the weld side the molded tip is made with a cylindrical section, which at the opposite end ends with a conical shaped portion, and in the cylindrical shaped portion of the cast tip, the upper part of the helical blade is located at a distance from the upper edge of the tip at the place of passage of the annular weld, characterized in that the screw pile is provided with reinforcing pads located across the annular weld along the longitudinal axis of the hollow barrel and welded to this barrel and to a cylindrical shaped tip in the area located between the annular weld and the upper part of the screw the blades.

2. A pile according to claim 1, characterized in that the reinforcing pads are made of segments of a steel pipe or of pieces of steel channels, or of pieces of steel corners.