RU207058U1

RU207058U1 - Свая для возведения синусоидальной шпунтовой стенки

Info

Publication number: RU207058U1
Application number: RU2021114008U
Authority: RU
Inventors: Алексей Леонидович Калинин; Анна Васильевна Калинина
Original assignee: Алексей Леонидович Калинин; Анна Васильевна Калинина
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2021-10-11

Abstract

Полезная модель относится к шпунтовым металлическим сваям и выполненным из них шпунтовым стенкам и может быть использована в гидротехнике при сооружении морских и речных причалов, а также в строительстве при возведении в грунте подпорных стенок различного назначения, для которых не нужно дополнительное усиление.Техническим результатом является упрощенный процесс возведения синусоидальной шпунтовой стенки, не требующий дополнительного усиления, устраняется проблема изменения диаметра свай при нагрузках (проблема овальности).Указанный технический результат достигается за счет того, что свая для возведения синусоидальной шпунтовой стенки, представляющая собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом, где на боковых кромках корпуса закреплены элементы замкового соединения, отличающаяся тем, что в средней части сваи приварена накладка, представляющая собой полученный продольным разрезом сегмент цилиндрической металлической трубы того же диаметра, что и используемый в свае, но имеющий меньшую длину, чем сегмент сваи.

Description

Полезная модель относится к шпунтовым металлическим сваям и выполненным из них шпунтовым стенкам и может быть использована в гидротехнике при сооружении морских и речных причалов, а также в строительстве при возведении в грунте подпорных стенок различного назначения, для которых не нужно дополнительное усиление.

Известны металлические шпунтовые сваи различной конфигурации.

Известна шпунтовая стенка (патент RU59083U, опубл. 10.12.2006), содержащая шпунтовые сваи из труб с приваренными к ним шпунтовыми замками и Т-образными шпунтовыми выступами, размещенными во внутренних полостях шпунтовых замков смежных сваи, отличающаяся тем, что каждый упомянутый Т-образный выступ выполнен из двух уголковых профилей, приваренных одними полками к трубе, а другими полками - обращенных в противоположные стороны, при этом между приваренными полками уголковых профилей образован зазор, размер которого выбран из условия обеспечения возможности изгиба приваренных полок под воздействием внешних сил в пределах упругой деформации и составляет не менее 10% от высоты приваренной полки.

Известна свая (патент RU19542U, опубл. 10.09.2001). Корпус сваи имеет форму цилиндрического сегмента с центральным углом не более 180°, вырезанного из круглой трубы по линиям, параллельным ее оси, то есть полученного продольным разрезом. К одной из ее боковых кромок прикреплен охватывающий замковый элемент, к другой - охватываемый замковый элемент.

Изготовление свай такой конструкции, в которой на одну кромку нужно приварить охватываемый замковый элемент - стержень, а на другую охватывающий элемент - трубу с продольной прорезью, ориентированной строго определенным образом, сопряжено с определенными технологическими трудностями. Это вызвано тем, что для формирования каждой из продольных кромок одной сваи нужна своя оснастка. Наличие «разноименных» замковых элементов на одной свае усложняет автоматизацию процесса.

Стенка, описанная в данном аналоге, собрана из одинаковых шпунтовых свай, выполненных из сегментов труб, при этом на одной боковой кромке этой сваи имеются охватываемые элементы, а на другой кромке - охватывающие элементы.

Специалисту понятно, что для повышения прочностных характеристик шпунтовой стенки требуется максимально увеличить площадь опоры. Это можно достигнуть только при формировании волнистой поверхности стенки, то есть при установке свай из цилиндрических сегментов при обращении гребней смежных свай в противоположные стороны, когда стенка в сечении имеет синусообразную форму (а не зубчатую, однонаправленную). В этом случае, для введения охватываемого элемента одной сваи в охватывающий элемент другой (смежной) сваи, каждую вторую сваю, доставаемую из общего штабеля одинаковых свай, нужно переворачивать не только ориентируя гребень, но и разворачивать по длине, то есть опускать другим торцом. Для свай длина до 6 и более метров вызывает при монтаже существенные трудности, а при ограниченных площадках для монтажа вообще может быть исключено. Таким образом, проблемы с технологичностью монтажа свайной стенки вытекают из конструкции применяемых свай.

Повышение технологичности изготовления и сборки за счет унификации формы кромок свай и разделение их на два типа конструкции несет решение (патент RU118648U, опубл. 27.07.2012). Решение выбрано за прототип.

В прототипе описана шпунтовая свая синусоидальной формы, характеризующаяся тем, что имеет корпус, представляющий собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом, на боковых кромках корпуса закреплены идентичные продольные охватывающие элементы замкового соединения.

Однако, данная свая (как в прототипе) редко применяется в таком виде для возведения шпунтовых стен без усиления.

Сегмента труб могут усиливаться любым элементом, играющим роль усиливающей сваи: тавром, балкой, сегментами этой же трубы или других труб, полосой, большим кругом, и т.д., по аналогии с тем, как описано в RU59083U.

Но усиление свай подобными способами существенно усложняет процесс установки шпунтовой стенки, требует больших затрат на дополнительный шпунт, сварку и его установку для усиления стенки.

Кроме того, наблюдается так называемая "проблема овальности" (изменение диаметра свай при нагрузках), которая возникает из-за разных нагрузок на разные участки стенки.

Задачей полезной модели является устранение указанных технических проблем.

Техническим результатом является упрощенный процесс возведения синусоидальной шпунтовой стенки, не требующий дополнительного усиления, устраняется проблема изменения диаметра свай при нагрузках (проблема овальности).

Указанный технический результат достигается за счет того, что свая для возведения синусоидальной шпунтовой стенки имеет корпус, представляющий собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом, где на боковых кромках корпуса закреплены элементы замкового соединения, отличающаяся тем, что в средней части сваи приварена накладка, представляющая собой полученный продольным разрезом сегмент цилиндрической металлической трубы того же диаметра, что и используемый в свае, но имеющий меньшую длину, чем сегмент сваи.

Допустимо, что сегмент сваи сформирован углом от 90° до 270°.

Предпочтительно, накладка приварена торцами к поверхности сегмента трубы сваи.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показан принцип соединения накладки к сегментной свае.

На Фиг.2 - Фиг.4 показаны диаграммы сравнения шпунтовых стен, согласно заявленного способа и шпунтовых стен согласно прототипа.

На Фиг.5 показан пример выполнения синусоидальной шпунтовой стенки из свай с углом сегмента 180°.

На Фиг.6 показан пример выполнения синусоидальной шпунтовой стенки из свай с углом сегмента 270°.

На Фиг.7 показан пример выполнения синусоидальной шпунтовой стенки из свай с углом сегмента 120°.

На Фиг.8 показан пример выполнения синусоидальной шпунтовой стенки из свай с углом сегмента 90°.

На чертежах: 1 - сегмент шпунтовой сваи, 2 - сегмент накладки, 3 - зона сварного соединения, 4 и 5 - элементы замкового соединения «гнездо и шарик», соответственно.

Осуществление полезной модели

Шпунтовая стенка монтируется из шпунтовых свай (см. Фиг.1), корпус которых представляет собой сегмент 1 цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом, где на боковых кромках корпуса закреплены элементы замкового соединения 4 и 5, которыми соединяются шпунтовые сваи 1 между собой.

При монтаже стенки фиксируемый элемент следующей сваи 1 вводится в фиксирующий элемент предыдущей. При монтаже осуществляют поворот каждой сваи так, чтобы гребни сегментов смежных свай были ориентированы в противоположные стороны, и формировалась стенка, симметричная относительно продольной плоскости симметрии (в сечении - синусоида) - (см. Фиг.5-Фиг.8).

Новым является то, что в средней части шпунтовой сваи приварена накладка 2, представляющая собой полученный продольным разрезом сегмент цилиндрической металлической трубы того же диаметра, что и используемый в свае, но имеющий меньшую длину, чем сегмент сваи 1.

Данные накладки 2 обеспечивают упрощенный процесс возведения синусоидальной шпунтовой стенки, не требующий дополнительного усиления.

Диаграммы сравнения шпунтовых стен согласно полезной модели и шпунтовых стен, согласно прототипа, показаны на Фиг.2 - Фиг.4 при различных диаметрах труб и различных нагрузках с однотипными элементами замкового соединения «шарик в гнезде».

Диаграммы показывают, что применение накладок 2 позволяет достичь таких прочностных характеристик, которые невозможно достичь существующими на данный период шпунтовыми стенами в их рабочем диапазоне диаметров и толщин труб.

Из диаграмм Фиг.2 - Фиг.4 следует, что для любого выбранного решения шпунтовой стенки всегда найдётся множество решений с накладками, у которых каждый кг массы м² шпунтовой стены даст больше единиц упругого момента, чем у соразмерного решения для стены без накладок (т.е. как в прототипе).

Для погружения шпунтовой стенки с накладками даже с большим диаметром можно использовать менее мощную технику для погружения, чем это требуется для равнопрочных стен без накладок, поскольку вес шпунтовой сваи с накладкой больше и процесс ее погружения становится проще. Соответственно, это позволяет вести упрощенный процесс возведения синусоидальной шпунтовой стенки.

Перевозка компактно упакованных сегментных шпунтовых стен с накладками, также быстра и требует столько же транспорта как и перевозка шпунта по прототипу, поскольку отсутствует «перевозка воздуха», так как накладки помещаются внутрь сегментов основного шпунта.

Важным является то, что для получения накладки используют полученный продольным разрезом сегмент цилиндрической металлической трубы того же диаметра. Поскольку для шпунтовых свай используются трубы диаметров 1420, 1520, 1620, 1820, 2020 мм, произвести наложение сегмента накладки на трубу можно без больших зазоров между сегментами (чтобы обеспечивался их плотный контакт друг к другу) только в отношении сегментов труб одинакового диаметра.

Чем меньшую сегмент накладки имеет длину при формировании, тем меньше напряжение изгиба стенки трубы, которое формировалось при изготовлении трубы на трубопрокатном цехе изготовителя, и напряжение уменьшается тем меньше, чем меньше сегмент нарезается.

Таким образом, при наложении на сваю сегмента накладки меньшей длины, чем длина сегмента самой сваи, сегмент накладки имеет уже больший диаметр, чем имеет сегмент самой сваи. А сам сегмент сваи, соответственно, имеет меньший диаметр, чем диаметр неразрезанной трубы.

Вышесказанное обеспечивает условие плотного контакта сегментов накладки к сегменту сваи. А это в свою очередь, устраняет проблему овальности, которая может присутствовать в шпунтах по прототипу, поскольку плотное прилегание сегмента накладки к сегменту сваи исключает изменение диаметра обоих при нагрузках.

С помощью сегментных шпунтовых стен с накладками можно с выгодой заместить любое решение усиленной шпунтовой стенки на множество решений, согласно заявленного решения в следующих вариантах

с бо́льшим упругим моментом W(см³/м) при сохранении массы м²;

со значительным уменьшением массы м² при сохранении упругого момента W(см³/м);

с одновременным уменьшением массы м² и увеличением упругого момента W(см³/м).

Сегментные шпунтовые стены с накладками успешно решают задачу замещения многих классических шпунтов не только со значительной экономией по массе м², но одновременно и с существенным уменьшением количества погружений.

Так, например, дорогой г/к шпунт Л5УМ можно заместить множеством уникальных решений, согласно заявленного способа, с максимальной экономией по массе до 45,41% с одновременной экономией по числу погружений до 142,2%. Или заместить вариантом с экономией массы м² до 40,68%, но при этом с экономией по числу погружений до 182% (см. далее таблицу замещения классических шпунтов).

Широкая возможность выбора формирования усиления шпунтовой стенки обусловлена возможностью манипуляций выбора угла сегмента как при формировании шпунтовой сваи, где сегмент сваи может быть сформирован с углом от 90° до 270°, так и при формировании размера сегмента самих накладок.

При формировании шпунтовой сваи, сегмент остатка цилиндрической металлической трубы, полученный после ее продольного разреза, можно использовать в качестве накладки либо целиком, либо путем продольного разреза на равные части. Причем выбор количества разделения на равные части сегментов остатка для формирования накладок также произволен. Все это позволяет манипулировать размерами сегментов шпунта стенки и сегментов накладок совершенно произвольно.

Фиксацию накладки к сегменту шпунтовой сваи осуществляют сваркой - путем приваривания торцами накладки к поверхности сегмента трубы сваи.

Накладки фиксируют в средней части шпунтовых свай так, чтобы от одного края накладки до края сегмента сваи было такое же расстояние, как и от другого края накладки до другого конца сегмента сваи. Без такого расположения расчет степени усиления шпунтовой стенки будет невозможен из-за неравномерного усиления стенок и невозможности прогнозировать степень будущих нагрузок с высокой точностью.

Для шпунтовых сегментных стен с накладками, согласно заявленного решения, характерны следующие свойства.

При использовании шпунтовых стен с накладками:

моменты сечений (прочностные параметры) W и J растут быстрее, чем масса м²,

моменты инерции растут быстрее, чем упругие моменты,

повышения упругого момента стены можно быстрее добиться увеличением диаметра трубы, нежели увеличением ее толщины,

увеличение толщины сегмента синусоидальных шпунтовых стен с накладками имеет существенно меньшее влияние на возрастание упругих моментов, чем увеличение диаметров труб.

Использование синусоидальных стен без накладок (как в прототипе) или без усиления не дает возможности замещения всех типов российских шпунтовых стен.

Замещение сразу всей номенклатуры шпунтовых стен синусоидальными шпунтами стенками с накладками возможно только с центральным углом сегмента не менее 240° (из

всей номенклатуры не будет замещено только 1 решение).

Результаты исследования взаимного влияния центральных углов сегментов сваи (α) и сегментов накладки (β) на результаты решений при формировании шпунтовых стен.

Исходные данные и пояснения по результатам проведенного исследования.

Центральный угол трубы α однозначно определяет сегмент выбранной шпунтовой сваи для синусоидальной шпунтовой стены с накладками.

Центральный угол β такой же трубы однозначно определяет другой сегмент, который характеризует накладку усиления.

Накладка с углом β усиливает сегмент с углом α.

Выводы о свойствах решений в зависимости от углов α и β получены на основе исследования решений синусоидальной шпунтовой стены с накладками (СШСТ-Н) из трубы 1420×20 для всех углов α и β, представленных в Таблице 1.

Таблица 1.

Сегмент	Накладки
	β α	0	60	90	120	150	180	210	240	270
	90	Х	Х	Х
	120	Х	Х	Х	Х
	150	Х	Х	Х	Х	Х
	180	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	210	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	240	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
	270	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х

Для исследования взаимовлияния углов α и β на параметры решений сегментных шпунтов удобно использовать общепринятый коэффициент эффективности (полезности) Kэфф, связывающий одновременно два основных параметра Mкг/м² и W см³/м.

Коэффициент Kэфф показывает, сколько единиц упругого момента доставляет каждый кг массы 1 м²стены.

Результаты исследований

Об изменении коэффициента эффективности с ростом сегментов свай и сегментов накладок.

Во всех семи исследуемых сегментах решения с нулевой накладкой (β=0) имеют самый низкий коэффициент эффективности относительно решений в своих сегментах, что подтверждает неэффективность применения сегментных решений в синусоидальных шпунтовых стенах без накладок (СШСТ).

В каждом сегменте коэффициент эффективности решений непрерывно растёт вместе с ростом угла накладки β, но только до определенного его значения. В каждом сегменте значение этого параметра индивидуально и зависит от угла α: β=α/2. При дальнейшем увеличении угла накладки β значение параметра Kэфф в исследуемом сегменте падает.

Самый низкий Kэфф в каждом сегменте получим тогда, когда угол накладки β станет равным углу α исследуемого сегмента (α=β).

При сравнении двух сегментов с углами α₁<α₂ все решения из сегмента α₂ всегда более эффективны, чем все решения из сегмента α₁ при одинаковых накладках, включая даже самые эффективные решения сегмента α₁и неэффективные решения из сегмента α₂ (при β=0 и β=α).

Об изменении масс и упругих моментов с ростом сегментов свай и сегментов накладок.

В каждом сегменте у всех решений с накладками при увеличении угла β (для накладок) упругие моменты W (см³/м) и массы м² (кг/м²) только растут.

В каждом сегменте, несмотря на самый низкий коэффициент эффективности, решение при α=β всегда имеет самый большой среди решений в своём сегменте упругий момент W и массу М.

При сравнении решений двух сегментов с углами α₁<α₂ все упругие моменты и массы решений из сегмента α₂всегда больше упругих моментов и масс из сегмента α₁при одинаковых накладках, включая решения с углами β=0 и β=α.

Самое большое увеличение упругого момента (до 92%) внутри каждого сегмента наблюдается при сравнении решения без накладки (β=0) с решением с самой минимальной накладкой (60°) из этого же сегмента.

Это еще раз подчеркивает низкую эффективность решений без накладок (СШСТ).

При увеличении угла накладки внутри одного и того же сегмента массы растут примерно в среднем вдвое медленней, чем растет упругий момент W.

О значениях и взаимовлиянии параметров W, M, k_эфф в сегментных решениях СШСТ-Н 1420хt при изменении параметра t=[10,11..20].

Сравнение с решениями СШСТ 1420хt

Таблица 2

Исследование сегментных решений СШСТ-Н 1420х20 по всем сегментам и накладкам

Исходные данные и пояснения для исследования.

Сегмент α⁰	Накладка β⁰	Wсм³/м	М кг/м²	k_эфф	Рост Кэфф
90	0	2531	187,79	13,48	До β=45⁰ β/α=0,5
90	45	4445	269,6	16,49
90	60	4853	297,79	16,3
90	90	5141	354,18	14,51
120	0	4595	201,33	22,82	До β=60⁰ β/α=0,5
120	60	8156	292,83	27,85
120	120	9048	339,45	26,66
150	0	7457	223,71	33,33	До β=75⁰ β/α=0,5
150	60	12446	307,18	40,52
150	75	13366	328,28	40,71
150	90	14069	349,37	40,27
150	150	15023	433,74	34,64
180	0	11361	258,05	44,03	До β=90⁰ β/α=0,5
180	60	18091	340,21	53,18
180	90	20566	381,29	53,94
180	100	21180	395,00	53,162
180	110	21688	408,68	53,07
180	120	22093	422,37	52,31
180	150	22772	463,45	42,14
180	180	22914	504,54	45,42
210	0	16760	310,94	53,9	До β=105⁰ β/α=0,5
210	60	25772	397,95	64,76
210	90	29305	440,86	66,47
210	105	30673	462,3	66,33
210	120	31767	483,74	65,67
210	150	33182	526,62	63,01
210	180	33772	569,5	59,3
210	210	33888	612,38	55,34
240	0	24579	396,31	62,02	До β=120⁰ β/α=0,5
240	60	36869	496,41	74,27
240	90	41847	544,7	76,83
240	120	45561	592,98	76,83
240	150	47982	641,26	74,82
240	180	49285	689,55	71,47
240	210	49795	737,83	67,49
240	240	49891	786,11	63,46
270	0	37008	547,54	67,59	До β=135⁰ β/α=0,5
270	60	54677	675,94	80,89
270	90	61915	735,86	84,14
270	120	67540	795,78	84,87
270	135	69710	825,74	84,42
270	150	71466	855,7	83,52
270	180	73857	915,61	80,66
270	210	75060	975,53	76,94
270	240	75500	1035,45	72,92
270	270	75580	1095,36	69,00

Значения упругих моментов шпунтовых стен СШСТ-Н с сегментами и накладками из трубы 1420хt при максимальных коэффициентах эффективности.

Сравнение * с решениями шпунтовых стен СШСТ 1420хt показаны в Таблице 3.

* для сравнения выбирались только те решения СШСТ-Н с элементами труб 1420хt, у которых Кэфф был самый высокий.

Таблица 3

Dxt	max K_эфф СШСТ	max K_эфф СШСТ-Н	Wmax СШСТ, см³/м	Wmax СШСТ-Н, см³/м
1420х20	42,98	84,42	20 514	69 710
1420х19	42,99	84,42	19 529	66 293
1420х18	43,00	84,41	18 541	62 868
1420х17	42,99	84,39	17 548	59 437
1420х16	42,98	84,35	16 551	55 998
1420х15	42,96	84,30	15 549	52 553
1420х14	42,93	84,23	14 543	49 100
1420х13	42,89	84,14	13 533	45 640
1420х12	42,82	84,01	12 519	42 173
1420х11	42,74	83,85	11 500	38 699
1420х10	42,63	83,63	10 477	35 217

Выводы: при условии достижения решениями сегментных шпунтов СШСТ-Н максимальных коэффициентов эффективности можно с сегментами и накладками из труб 1420хt достичь таких упругих моментов, которые в 3,4 раза больше, чем упругие моменты решений СШСТ 1420хt.

Значения упругих моментов шпунтовых стен СШСТ-Н с сегментами и накладками из трубы 1420хt.

Сравнение * с решениями шпунтовых стен СШСТ 1420хt показаны в Таблице 4.

* для сравнения выбирались только те решения с элементами трубы 1420хt, у которых упругий момент был наивысший, невзирая на значение коэффициента эффективности.

Таблица 5

Dxt	max K_эфф СШСТ	max K_эфф СШСТ-Н	Wmax СШСТ, см³/м	Wmax СШСТ-Н, см³/м
1420х20	42,98	69	20 514	75 580
1420х19	42,99	69	19 529	71 858
1420х18	43,00	69	18 541	68 130
1420х17	42,99	68,99	17 548	64 397
1420х16	42,98	68,97	16 551	60 657
1420х15	42,96	68,94	15 549	56 912
1420х14	42,93	68,89	14 543	53 161
1420х13	42,89	68,84	13 533	49 403
1420х12	42,82	68,76	12 519	45 640
1420х11	42,74	68,65	11 500	43 733
1420х10	42,63	68,53	10 477	38 095

Выводы: с помощью сегментных решений СШСТ-Н с элементами трубы 1420хt (без требований максимальной эффективности сегментных решений) можно достичь таких упругих моментов, которые в 3,6 раза больше, чем у решений СШСТ с такой же трубой 1420 и с теми же толщинами t.

Типичные результаты замещения шпунтов СШСТ на сегментные решения СШСТ-Н.

В качестве примера замещается одно решение СШСТ 1420х20 на различные варианты сегментных шпунтовых стен с различными углами сегментов α и накладками с различными углами β.

Параметры замещаемого решения СШСТ 1420х20: М=477,26 кг/м²; W=20 514 см³/м показаны в Таблице 5.

Замещения осуществляются с целью

Получить максимально возможный упругий момент W при сохранении или незначительном повышении массы решения СШСТ 1420.

Минимизировать массу шпунтовой стены при сохранении или незначительном увеличении W, являющимся решением СШСТ 1420х20.

Одновременно минимизировать и массу, и увеличить упругий момент для замещения решения СШСТ1420х20.

Таблица 5

	Замещающие решения СШСТ-Н 1420хt			Параметры замещающих решений СШСТ-Н 1420х20						Результаты замещения*
	α	β	Dхt	W см³/м	ΔW	ΔW%	М кг/м²	ΔМ	ΔМ%
Вариант б)	180	90	1420х20	20566	32	+0,16%	381,29	-95,97	-20,11	При чуть большем упругом моменте W экономия на массе м² 20,11%
Вариант б)	240	60	1420х11	20537	23	+0,11%	279,02	-198,24	-41,54	При чуть большем упругом моменте W экономия на массе м² 41,54%
Вариант а)	270	120	1420х14	38586	+18072	+88,1%	478,08	+0,82	+0,17	При чуть большей массе увеличение упругого момента W на 88,10%
Вариант с)	240	120	1420х??	27574	+7065	+34,44%	361,11	-116,15	-24,34	Одновременно уменьшение массы на 24,34% с увеличением упругого момента W на 34,44%

* Данные замещения показаны как пример. Сегментный метод позволяет сделать аналогичные замещения сотнями различных способов.

Исследование изменения параметров W, М и Кэфф в решениях СШСТ-Н 1420хt с ростом параметра t.

Сравнение решений СШСТ-Н 1420хt с решениями СШСТ 1420хt показаны в Таблице 6 для сегмента сваи 270° + сегмента накладки 135°.

Таблица 6

Dxt	K_эффСШСТ	MAX K_эффСШСТ-Н	W СШСТ	W СШСТ-Н	ΔW см³/м	ΔW%	W_СШСТ-Н/ MAX W_СШСТ	M кг/м² СШСТ	M кг/м² СШСТ-Н	ΔM кг/м²	ΔM %	M_СШСТ-Н/ M_СШСТ
1420х20	42,98	84,42	20514	69710	49196	240,0	3,398	477,26	825,74	348,48	73,02	1,730
1420х19	42,99	84,42	19529	66293	46764	239,1	3,395	454,26	785,26	331,00	72,87	1,729
1420х18	43,00	84,41	18541	62868	44327	239,1	3,391	431,23	744,79	313,56	72,71	1,727
1420х17	42,99	84,39	17548	59437	41889	238,7	3,387	408,16	704,32	296,16	72,56	1,726
1420х16	42,98	84,35	16551	55998	39447	238,3	3,383	385,06	663,85	278,79	72,40	1,724
1420х15	42,96	84,30	15549	52553	37004	238,0	3,380	361,93	623,39	261,46	72,24	1,722
1420х14	42,93	84,23	14543	49100	34557	237,6	3,376	338,76	582,92	244,16	72,07	1,721
1420х13	42,89	84,14	13533	45640	32107	237,3	3,373	315,56	542,46	226,90	71,90	1,719
1420х12	42,82	84,01	12519	42173	29654	236,9	3,369	292,33	502,00	209,67	71,72	1,717
1420х11	42,74	83,85	11500	38699	27199	236,5	3,365	269,06	461,54	192,48	71,54	1,715
1420х10	42,63	83,63	10477	35217	24740	236,1	3,361	245,76	421,08	175,32	71,34	1,713

Исследование изменений максимальных параметров W, М и Кэфф в решениях СШСТ-Н 1420хt с ростом параметра t.

Сравнение решений СШСТ-Н 1420хt с решениями СШСТ 1420хt показано в Таблице 7 для сегмента сваи 270° + сегмента накладки 210°.

Таблица 7

Dxt	K_эффСШСТ	K_эффСШСТ-Н	W СШСТ	MAX W СШСТ-Н	ΔW см³/м	ΔW%	MAX W_СШСТ-Н/ W_СШСТ	M кг/м² СШСТ	MAX M кг/м² СШСТ-Н	ΔM кг/м²	ΔM %	MAX M_СШСТ-Н/ M_СШСТ
1420х20	42,98	69,00	20514	75580	55066	268,43	3,684	477,26	1095,36	618,1	129,51	2,295
1420х19	42,99	69,00	19529	71858	52329	267,96	3,680	454,26	1041,4	587,14	129,25	2,293
1420х18	43,00	69,00	18541	68130	49589	267,46	3,675	431,23	987,44	556,21	128,98	2,290
1420х17	42,99	68,99	17548	64397	46849	266,98	3,670	408,16	933,49	525,33	128,71	2,287
1420х16	42,98	68,97	16551	60657	44106	266,49	3,665	385,06	789,54	494,48	128,42	2,284
1420х15	42,69	68,94	15549	56912	41363	266,02	3,660	361,93	825,58	463,65	128,10	2,281
1420х14	42,93	68,89	14543	53161	38618	265,54	3,655	338,76	771,64	432,88	127,78	2,278
1420х13	42,89	68,84	13533	49403	35870	265,06	3,651	315,56	717,69	402,13	127,43	2,276
1420х12	42,82	68,76	12519	45640	33121	264,57	3,646	292,33	663,75	371,42	127,06	2,271
1420х11	42,74	68,65	11500	41870	30370	264,09	3,641	269,06	609,81	340,75	126,64	2,266
1420х10	42,63	68,53	10477	38095	27618	263,61	3,636	245,76	555,87	310,11	126,18	2,262

Ниже показаны примеры замещения решений СШСТ с использованием заявленного способа.

Пример 1. Заместить решения СШСТ с небольшой трубой 820хt на сегментные решения СШСТ-Н 820хt с этой же трубой, но с максимально возможными упругими моментами.

Выбираем сегмент α=270°, β=120°.

Таблица 8

Решения СШСТ 820хt			Решения СШСТ-Н 820хt			Приращения в %
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	%ΔМ	%ΔW
820х9	228,83	5226	526,39	20466	38,88	130,04	291,6
820х10	245,27	5785	581,65	22710	39,04	137,15	292,6
820х11	267,65	6340	636,91	24947	39,17	137,96	293,5
820х12	289,97	6891	692,19	27179	39,27	138,71	294,4
820х13	312,24	7438	747,47	29405	39,34	139,39	295,3
820х14	334,45	7981	802,75	31625	39,40	140,02	296,2
820х15	356,61	8520	858,05	33840	39,44	140,61	297,2
820х16	378,71	9054	913,35	36048	39,47	141,17	298,1

В сравнениях с решениями СШСТ 820х16 с небольшой трубой у сегментных решений с такой же небольшой трубой:

Массы м² выросли в 2,3-2,4 раза;

Упругие моменты выросли в 3,3-3,8 раза;

Коэффициент эффективности вырос в 1,73 раза.

Упругие моменты сегментных решений росли быстрее масс в 1,65 раз.

Упругие моменты восьми представленных выше решений СШСТ-Н 820хt намного превышают упругие моменты старшего решения СШСТ1420х20.

Пример 2. Заместить решения СШСТ с небольшой трубой 820хt на сегментные решения с любыми параметрами, но с максимальной экономией по массе м² и без потери исходных упругих моментов.

Таблица 9

Решения СШСТ 820хt			Решения СШСТ-Н
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	Dхt	α	β	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	% экономии по массе м²	Экономия по числу забивок
820х9	228,83	5226	1420х10	180	0	134,72	5758	42,74	41,13	60,2
820х10	245,27	5785	1420х11	180	0	147,05	3625	43,01	40,04	60,1
820х11	267,65	6340	1220х9	180	0	148,50	6599	44,43	44,52	32,3
820х12	289,97	6891	1420х12	180	0	159,38	6891	43,23	45,03	60,8
820х13	312,24	7438	1420х10	180	0	161,39	8483	52,57	48,31	54,0
820х14	334,45	7981	1420х10	180	0	161,39	8483	52,57	51,74	54,0
820х15	356,61	8520	1420х10	180	60	175,80	9192	52,28	50,70	60,2
820х16	378,71	9054	1420х10	180	60	175,80	9192	52,28	53,58	60,2

Результат:

Экономия по массе достигает ≈41-54%.

Упругие моменты – не ниже исходных.

В связи с тем, что в замещающих решениях используются сегмента труб с бóльшими диаметрами, возникает экономия до 60% по числу забивок на м².

Пример 3. Заместить решения СШСТ со средней трубой 1020хt на сегментные решения СШСТ-Н 1020хt с более высокими упругими моментами.

Выбираем сегмент α=270°, β=120° и замещаем решения СШСТ1020хt на решения СШСТ-Н только из этого сегмента.

Таблица 10

Решения СШСТ 1020хt			Решения СШСТ-Н 1020хt			Приращения в %
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	%ΔМ	%ΔW
1020х9	222,65	6631	281,47	15096	53,63	26,42	127,7
1020х10	245,49	7346	310,67	16748	53,91	26,55	128,0
1020х11	268,29	8057	339,86	18359	54,12	26,68	128,3
1020х12	291,05	8764	369,06	20037	54,29	26,8	128,6
1020х13	313,76	9466	398,27	21674	54,42	26,93	128,9
1020х14	336,42	10164	427,47	23306	54,52	27,06	129,3
1020х15	359,04	10858	456,67	24933	54,60	27,19	129,6
1020х16	381,61	11548	485,88	26555	54,65	27,32	129,9
1020х17	404,14	12233	515,08	28173	54,70	27,45	130,3
1020х18	426,62	12915	544,29	29785	54,72	27,58	130,6
1020х19	449,05	13592	573,5	31393	54,74	27,71	130,9
1020х20	471,44	14265	602,72	32996	54,75	27,85	131,3

Увеличение масс (в среднем) на 27,13% позволило сегментным шпунтам с трубой 1020хt увеличить упругий момент на 131% для каждого значения параметра t.

В абсолютном выражении упругие моменты в среднем выросли в 2,94 раза, а массы в среднем в 1,72 раза, т.е. упругие моменты росли в 2,3 раза росли быстрее, чем массы.

Восемь решений СШСТ-Н1020хt (t=13..20) способны заместить старшие решения СШСТ1420х20 с существенно большими упругими моментами и коэффициентами эффективности.

Пример 4. Заместить решения СШСТ со средней трубой 1020хt на сегментные решения СШСТ-Н с любыми параметрами, но с максимальной экономией по массе м² и без потери исходных упругих моментов.

Таблица 11

Решения СШСТ 1020хt			Решения СШСТ-Н
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	Dхt	α	β	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	% экономии по массе м²	Экономия по числу забивок
1020х10	245,49	7346	1020х9	240	0	191,58	8127	42,42	21,96
1020х12	291,05	8764	1020х10	180	60	192,07	10554	54,95	34,01	60,2
1020х14	336,42	10164	1420х10	180	60	192,07	10554	54,95	42,91	60,2
1020х16	381,61	11548	1420х10	240	0	204,78	12431	60,71	46,34	37,5
1020х18	426,62	12915	1420х10	210	60	204,92	13080	63,83	51,97	53,5
1020х20	471,44	14265	1420х11	210	60	224,29	14366	64,07	52,44	53,4

Результат

При возрастании значения параметра t экономия по массе растёт от 21,6% до 52,44%

Упругие моменты – выше, чем у исходных, СШСТ1020хt.

В связи с тем, что в замещающих решениях используются сегмента труб с большими диаметрами, возникает экономия до 53,4% по числу забивок на м².

Пример 5. Чтобы получить (самые) высокие упругие моменты с любой трубой нужно искать решения СШСТ-Н с этой трубой в (самых) старших сегментах.

Для трубы 1020хt выбираем самый старший сегмент α=270°, β=269°.

Таблица 12

Решения СШСТ 1020хt			Решения СШСТ-Н 1020хt			Приращения в %
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	%ΔМ	%ΔW
1020х9	222,65	6631	514,87	25075	48,70	131,25	278,1
1020х10	245,49	7346	569,5	27831	48,87	131,99	278,8
1020х11	268,29	8057	624,14	30581	49,00	132,64	279,5
1020х12	291,05	8764	678,78	33324	49,09	133,22	280,2
1020х13	313,76	9466	733,42	36062	49,17	133,75	280,9
1020х14	336,42	10164	788,08	38794	49,23	134,25	281,6
1020х15	359,04	10858	842,73	41520	49,27	134,72	282,3
1020х16	381,61	11548	897,39	44240	49,30	135,16	283,1
1020х17	404,14	12233	952,06	46954	49,32	135,58	283,8
1020х18	426,62	12915	1006,73	49662	49,33	135,98	284,5
1020х19	449,05	13592	1061,4	52365	49,34	136,37	285,2
1020х20	471,44	14265	1116,08	55062	49,34	136,74	285,9

Массы у замещающего решения СШСТ-Н 1020хt выросли в диапазоне 2,31-2,36 раза.

Упругие моменты при этом выросли в существенно более высоком диапазоне 3,78-3,86 раза.

С увеличением значения параметра t упругие моменты в среднем растут в 1,63 раза быстрее, чем растут массы (при каждом значении параметра t).

Пример 6. Замещение * решений шпунтовых стен СШСТ с большой трубой 1420хt на решения сегментных шпунтов с тем же самым диаметром СШСТ-Н 1420хt с экономией по массе без понижения значений упругих моментов.

* замещаемый ряд шпунтов уже имеет высший коэффициент эффективности (k=43) среди всех решений СШСТ.

Таблица 13

Решения СШСТ 1420хt			Решения СШСТ-Н 1420хt
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	Dxt	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	α	β	%ΔМ экономия массы м²
1420х10	245,76	10477	1420х10	192,07	10554	54,95	240	60	21,85
1420х11	269,06	11500	1420х10	204,78	12431	60,71	240	0	22,44
1420х12	292,33	12519	1420х10	226,36	13080	63,83	210	60	29,90
1420х13	315,56	13533	1420х11	223,93	13659	61,00	240	0	29,04
1420х14	338,76	14543	1420х10	226,36	14841	65,56	210	90	33,18
1420х15	361,93	15549	1420х12	243,53	15649	64,26	210	60	32,71
1420х16	385,06	16551	1420х10	254,87	18697	73,36	240	60	33,81
1420х17	408,16	17548	1420х12	269,26	17763	65,97	210	90	34,03
1420х18	431,23	18541	1420х10	279,01	21184	75,92	240	90	35,30
1420х19	454,26	19529	1420х10	279,01	21184	75,92	240	90	38,58
1420х20	477,26	20514	1420х10	279,01	21184	75,92	240	90	41,54

Выводы: ряд шпунтов СШСТ1420хt (с высшим коэффициентом эффективности среди решений СШСТ) замещён на сегментные решения с теми же диаметрами с экономией по массе от 21,85% до 41,5% на м² без понижения упругих моментов.

Пример 7. Заместить решения СШСТ 1420хt на более эффективные сегментные решения.

Таблица 14

Решения СШСТ 1420хt			Решения СШСТ-Н 2020хt
СШСТ Dxt	М_СШСТ	W_СШСТ	Dxt	α	β	М_СШСТ-Н	W_СШСТ-Н	K_эфф _СШСТ-Н	%ΔМ экономия массы м²
1420х10	245,76	10477	1420х10	270	90	376,15	31331	83,29	31,53
1420х11	269,06	11500	1420х11	270	150	478,01	39656	82,96	30,31
1420х12	292,33	12519	1420х12	270	150	519,97	43220	83,12	35,86
1420х13	315,56	13533	1420х13	270	150	561,93	46775	83,24	40,58
1420х14	338,76	14543	1420х14	270	150	603,89	50329	83,33	40,24
1420х15	361,93	15549	1420х15	270	150	645,85	53864	83,40	43,29
1420х16	385,06	16551	1420х16	270	150	687,82	57399	83,45	43,55
1420х17	408,16	17548	1420х17	270	150	729,78	60926	83,48	43,73
1420х18	431,23	18541	1420х18	270	150	771,75	64446	83,51	44,70
1420х19	454,26	19529	1420х19	270	60	642,96	52014	80,90	47,51
1420х20	477,26	20514	1420х20	270	60	675,94	54677	80,89	50,07

Увеличение диаметров сегментных решений позволяет заместить СШСТ 1420хt с большей экономией по массе от 32 до 50% без понижения упругих моментов.

Диапазоны основных параметров решений СШСТ-Н во всех сегментах приведены в Таблице 15.

Таблица 15

№ сегмента	α	Кэфф	М	W	J
1	90	4,67-14,41	94,51-286,5	442-4128	4849-100977
2	120	8,26-24	94,54-386,07	781-9,267	13871-369217
3	150	12,41-34,64	100,4-433,74	1246-15023	31758-855334
4	180	16,72-45,42	112,24-504,54	1877-22914	63112-1721390
5	210	20,77-55,34	132,3-612,38	2748-33888	114366-315736
6	240	24,16-63,46	166,08-786,11	4012-49891	196255-54800
7	270	26,53-69	227,5-1095,36	6035-75580	332117-9371900

По результатам всех исследований пришли к выводу, что самые эффективные решения в сегменте α=270°, β=120°.

Для них характерно:

Выводы в абсолютном выражении

Упругие моменты в решениях СШСТ-Н 1420хt в среднем в 3,38 раз выше, чем у решений СШСТ1420хt (для каждого значения t).

Массы в решениях СШСТ-Н 1420хt в среднем в 1,73 раза больше, чем в СШСТ 1420хt (для каждого значения t).

Упругие моменты в решениях СШСТ-Н 1420хt растут в 1,96 раз быстрее, чем массы м² шпунтовой стены (для каждого значения t.

Решения СШСТ-Н 1420хt эффективнее решений СШСТ 1420хt в 1,98 раза (при всех значениях t).

Выводы в процентном отношении

Упругие моменты в решениях СШСТ-Н 1420хt в среднем на 238% больше, чем у решений СШСТ1420хt (для каждого значения t).

Массы сегментных решений СШСТ-Н 1420хt в среднем на 72,22% больше, чем в СШСТ 1420хt (для каждого значения t).

Решения СШСТ-Н 1420хt эффективнее решений СШСТ 1420хt на 96,3% (при всех значениях t).

Для решений в сегментах максимально возможных при α=270°, β=269°.

Выводы в абсолютном выражении

Упругие моменты в решениях СШСТ-Н 1420хt в среднем в 3,66 раз больше, чем у решений СШСТ1420хt (для каждого значения t).

Массы в решениях СШСТ-Н 1420хt в среднем в 2,26 раза больше, чем в СШСТ 1420хt (для каждого значения t).

Упругие моменты в решениях СШСТ-Н 1420хt растут в 1,6 раза быстрее, чем массы м² шпунтовой стены (для каждого значения t.

Решения СШСТ-Н 1420хt эффективнее решений СШСТ 1420хt в 1,6 раза (при всех значениях t).

Выводы в процентном отношении

Упругие моменты в решениях СШСТ-Н 1420хt в среднем на 266% раз больше, чем у решений СШСТ1420хt (для каждого значения t).

Массы сегментных решений СШСТ-Н 1420хt в среднем на 128% больше, чем в СШСТ 1420хt (для каждого значения t).

Решения СШСТ-Н 1420хt эффективнее решений СШСТ 1420хt на 66,65% (при всех значениях t).

Проведенные исследования показывают, что заявленное решение позволяет осуществлять возведение синусоидальной шпунтовой стенки с качественным упругим моментом только за счет оптимального подбора углов сегментов для сваи и накладки без потребности дополнительного усиления.

Claims

1. Свая для возведения синусоидальной шпунтовой стенки, имеющая корпус, представляющий собой сегмент цилиндрической металлической трубы, полученный ее продольным разрезом, где на боковых кромках корпуса закреплены элементы замкового соединения, отличающаяся тем, что в средней части сваи приварена накладка, представляющая собой полученный продольным разрезом сегмент цилиндрической металлической трубы того же диаметра, что и используемый в свае, но имеющий меньшую длину, чем сегмент сваи.

2. Свая по п.1, отличающаяся тем, что сегмент сваи сформирован углом от 90° до 270°.

3. Свая по п.1, отличающаяся тем, что накладка приварена торцами к поверхности сегмента трубы сваи.