RU212677U1

RU212677U1 - Ригель подпорной стены

Info

Publication number: RU212677U1
Application number: RU2022108276U
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Пупышев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Малые мосты и трубы"
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2022-08-02

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, а именно к ригелю подпорной стены, которая может применяться на любых видах оснований с засыпкой из песчаных, гравийных, дресвяных и щебеночных грунтов, в том числе для гидротехнических сооружений. Ригель (3) подпорной стены выполнен в виде гофрированного в горизонтальном направлении стального листа с симметричным трапецеидальным профилем, который образован параллельными внешними (8) и внутренними (9) полками, соединенными наклонными боковыми сторонами (10). При этом профиль имеет отношение шага (Δh) профиля к его глубине (b) от 1,9 до 2,1 и угол (δ) раскрытия внешней полки (8) от 45° до 47°. Технический результат полезной модели заключается в повышении устойчивости конструкции подпорной стены без увеличения толщины профиля ригеля. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

[01] Область техники

[02] Полезная модель относится к области строительства, а именно к ригелю подпорной стены, которая может применяться на любых видах оснований с засыпкой из песчаных, гравийных, дресвяных и щебеночных грунтов, в том числе для гидротехнических сооружений.

[03] Уровень техники

[04] Подпорная стена представляет собой протяженное сооружение, предназначенное для восприятия горизонтального давления и удержания грунта при перепаде высотных отметок. Конструкция выполняет функцию массивной (гравитационной) подпорной стены, может быть как самостоятельным сооружением, так и частью объекта капитального строительства.

[05] Подпорная стена может выполняться из стальных профилированных конструкций (СПК) в форме гофрированных листов, собранных с помощью метизов в конструкцию ячеистого типа (в форме бездонного ящика). Ячейки (секции) конструкции выполнены в виде параллельных передних и задних граней (ригелей), объединенных между собой боковыми элементами (диафрагмами) и заполненных грунтом. Устойчивость подпорной стены на сдвиг и опрокидывание обеспечивается собственным весом секций подпорной стены. Удерживающими усилиями также являются вертикальные составляющие сил трения по контактной поверхности «стена-грунт» со стороны засыпки грунтом.

[06] Наиболее близким аналогом полезной модели является ригель для профилированной конструкции подпорной стены, раскрытый на сайте ЗАО «Гофросталь» https://www.gofrostal.ru/production/podpornve-steny/ (общедоступность указанного источника информации подтверждена сервисом веб-архив https://web.archive.org/web/20210124113746/https://www.gofrostal.ru/production/podpornye-steny/, дата обхода страницы 24.01.2021 г.). Указанный ригель выполнен в виде гофрированного в горизонтальном направлении металлического листа с трапецеидальным профилем, который образован параллельными внешними и внутренними полками, соединенными боковыми сторонами. При этом отношение шага профиля к его глубине составляет 1,84, а угол раскрытия внешней полки 33°.

[07] Недостатком указанного аналога является низкий коэффициент трения системы ~0,5, что может привести к ограничению несущей способности конструкции и необходимости увеличивать площадь основания и ширину подпорной стены, т.е. увеличивать расход металла, объем грунта засыпки и площадь занимаемых земель. Дополнительными недостатками указанного профиля ригеля являются разная высота полок и наличие отгибов на концах профиля. Полки выполнены не симметричными по высоте с разницей равной толщине стали, что визуально не заметно и доставляет сложности при монтаже. Технологические отгибы, необходимы для обеспечения прямолинейности при изготовлении профиля с помощью прокатки. При изготовлении профиля с помощью холодной гибки в этом усложнении нет практической необходимости.

[08] Раскрытие сущности полезной модели

[09] Основной технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка оптимальной геометрии профиля ригеля.

[010] Технический результат полезной модели заключается в повышении устойчивости подпорной стены без увеличения толщины профиля ригеля.

[011] Указанная проблема решается, а технический результат достигается в полезной модели за счет того, что ригель подпорной стены выполнен в виде гофрированного в горизонтальном направлении стального листа с симметричным трапецеидальным профилем, который образован параллельными внешними и внутренними полками, соединенными наклонными боковыми сторонами. Профиль имеет отношение шага профиля к его глубине от 1,9 до 2,1 и угол раскрытия внешней полки от 45° до 47°.

[012] Кроме того, согласно частным вариантам реализации полезной модели:

[013] - ширина внешней полки больше ширины внутренней полки;

[014] - отношение ширины внешней полки к ширине внутренней полки составляет от 1,9 до 2,3;

[015] - профиль имеет следующие параметры: глубина профиля - 200 мм, ширина внутренней полки профиля - 70 мм, ширина внешней полки профиля - 154 мм, шаг профиля - 400 мм, угол раскрытия внешней полки - 46°;

[016] Для эффективного включения в работу всей ячейки из гофрированных стенок совместно с грунтом засыпки внутри ячеек и снаружи стенки необходимо предусмотреть такие параметры шероховатости внутренней поверхности ячеек, чтобы в системе «поверхность стены - грунт засыпки» угол внутреннего трения грунта максимально соответствовал коэффициенту трения грунта по профилю стенки. Исходя из этого, были определены оптимальные геометрические параметры профиля ригеля, которые обеспечивают высокую устойчивость конструкции с меньшей толщиной профиля и, как следствие, меньшим расходом материала.

[017] Краткое описание чертежей

[018] Полезная модель иллюстрируется фигурами, где:

[019] На фиг. 1 показан состав профилированной конструкции для подпорной стены;

[020] На фиг. 2 показано оптимальное сечение профиля заявленного ригеля;

[021] Элементы конструкции и другие объекты обозначены на фигурах следующими позициями:

1 - передняя грань стены;

2 - задняя грань стены;

3- ригель;

4 - диафрагма;

5 - стойка;

6 - опорный элемент стойки;

7 - накладка;

8 - внешняя полка профиля;

9 - внутренняя полка профиля;

10 - боковая сторона профиля.

При этом на фигурах и в тексте использованы следующие обозначения:

b - глубина профиля;

с - ширина внутренней полки;

c₁ - ширина внешней полки;

d - ширина раскрытия внутренней полки

d₁ - ширина раскрытия внешней полки,

δ - угол раскрытия внешней полки;

β - угол отклонения боковой стороны профиля;

ϕ_n - угол внутреннего трения грунта;

ϕ₁ - угол внутреннего трения грунта для расчетов по I группе предельных состояний;

Δh - шаг профиля по высоте;

γdk - коэффициент условий работы на контакте «стена - грунт».

[022] Осуществление полезной модели

[023] Профилированная конструкция для подпорной стены представляет собой конструктивно единое устройство, включающее ригели (3) и диафрагмы (4) из гофрированного листового профиля, объединенные в коробчатые секции (ячейки) подпорной стены.

[024] Заявленный ригель (3) - это элемент, воспринимающий изгибающий момент от активного давления грунта на подпорную стену как от внутренней засыпки, так и от внешней засыпки и всех приложенных нагрузок. Ригели могут быть установлены в передней грани (1) секции (ячейки) подпорной стены, когда одна сторона ригеля остается открытой. Ригели могут быть установлены в задней грани (2) стены, в этом случае, ригель засыпан с обеих сторон.

[025] Диафрагма (4) - элемент, объединяющий переднюю и заднюю грань ячейки в конструкцию. Диафрагмы (4) засыпаны и равномерно обжаты с обеих сторон и выполняют роль жесткой вертикальной пластины.

[026] Для соединения ригелей (3) и диафрагм (4) в конструкции предусмотрены стойки (5) с опорными элементами (6). В верхней части ригелей (3) и диафрагм (4) размещаются накладки (7).

[027] Ригели и диафрагмы (3) и (4) в поперечном сечении имеют симметричный относительно продольной и поперечной осей трапецеидальный профиль. Указанный профиль образован чередующимися внешними (8) и внутренними (9) (по отношению к ячейке) полками (основаниями трапеции), соединенные симметричными боковыми сторонами (10). Ширина (с) внутренней полки (9) меньше ширины (c₁) внешней полки (8). При этом соотношение c₁/c составляет, предпочтительно, 1,9-2,3.

[028] Для заявленного ригеля (3) (фиг. 2) отношение шага (Δh) профиля к его глубине (b) должно удовлетворять условию: Δh/b=1,9-2,1, а угол (δ) раскрытия внешней полки (8) составляет 45-47°.

[029] Геометрия профиля была определена исходя из следующих параметров

[030] - Угол внутреннего трения грунта для ригелей - ϕ_n=34-43°. Принят, как интервал для рекомендуемых грунтов засыпки ячеек (пески средние, крупные, песчано-гравийная смесь (ПГС), гравий);

[031] - ϕ₁=0.95ϕ_n/1,1 - угол внутреннего трения грунта для расчетов по первой группе предельных состояний насыпного и уплотненного с коэффициентом уплотнения 0,95 песчаного грунта.

[032] - Коэффициент трения «сталь-грунт» f_c-г=0,3;

[033] - Коэффициент трения «грунт-грунт» f_г-г=tg(ϕ_n);

[034] Исходили из того, что контактная система «стена-грунт» имеет две локальные контактные поверхности. Контактная поверхность «сталь-грунт» имеет участок соприкосновения с грунтом высотой (Δh-d), контактная поверхность «грунт-грунт» - участок высотой d. Исходя из этого определили значение γdk - коэффициент условий работы на контакте «стена - грунт».

[035] При этом использовались следующие расчетные предпосылки:

[036] - рабочая поверхность полки b со стороны удерживаемой насыпи должна быть полностью нагружена за счет распределения нагрузки при использовании общих правил построения эпюр давления грунта;

[037] - рабочая поверхность полки b со стороны засыпки секции (ячейки) должна быть полностью нагружена за счет распределения нагрузки правил построения эпюр давления грунта по методу Кульмана.

[038] - вертикальное давление грунта принято среднеарифметическим между двумя ограничивающими углами. Это связано с тем, что необходимо учесть возможный угол наклона стены к вертикали и учета его влияния на коэффициент трения.

[039] При выборе оптимальной геометрии сравнивались параметры профилей рассматриваемой подпорной стены и стены, выбранной в качестве наиболее близкого аналога с параметрами, указанными в СТО 33027391-02-2007.

[040] Анализ ближайшего аналога показал, что γdk для данного профиля следует принимать равным: 0,50 - для подпорных стен из СПК сооружений, воспринимающих динамическую нагрузку; 0,50 - для подпорных стен из СПК гидротехнических сооружений, мостов и водопропускных труб; 0,55 - для остальных подпорных стен из СПК. С учетом того, что минимальное нормированное значение γdk составляет 0,5 для повышения устойчивости гравитационной подпорной стены требуется увеличение коэффициента трения.

[041] Поэтому для профиля ригеля коэффициент γdk принимался равным: 0,50 - для подпорных стен из СПК сооружений, воспринимающих динамическую нагрузку; 0,67 - для подпорных стен из СПК гидротехнических сооружений, мостов и водопропускных труб; 0,80 - для остальных подпорных стен из СПК.

[042] При расчете оптимальных параметров определяли угол β для различных углов трения и грунтов для ригелей, который соответствует половине угла раскрытия δ, и вычисляли коэффициент γdk исходя из возможных грунтов

[043] При расчетах геометрии профиля диафрагмы удерживающая вертикальная сила от воздействия грунта не учитывалась, так как вектор результирующих удерживающих сил направлен перпендикулярно плоскости опрокидывания. Ввиду малого плеча такая удерживающая сила невелика и ей следует пренебречь. Соответственно, для диафрагмы нет необходимости в повышенном коэффициенте трения. Т.е. высоту диафрагмы можно уменьшить в целях экономии материала. Ввиду того, что диафрагма всегда устанавливается вертикально, угол трения по контакту равен нулю, при этом угол внутреннего трения принимался 40-45°.

[044] Исходя из этого были определены приведенные выше оптимальные параметры заявленного ригеля и используемой в комбинации с таким ригелем диафрагмы.

[045] В таблице 1 приведены параметры наиболее оптимального сечения профилей ригеля (3) и диафрагмы (4).

[046] При этом было установлено, что возможны отклонения значений геометрических параметров профиля от расчетного наиболее предпочтительного варианта в пределах заявленных соотношений, что не будет приводить к ухудшению рабочих характеристик подпорной стены.

[047] В таблице 2 показаны результаты сравнения рабочих характеристик подпорной стены для различных параметров профиля

[048] Результаты показывают, что заявленные интервалы значений Δh/b и δ для ригеля являются наиболее оптимальными. При этом оптимизация размеров профиля обеспечивает увеличение коэффициента трения до нормативных величин и приводит к повышению устойчивости стен из СПК. Так конструкция стены имеет больший запас устойчивости по сдвигу (на 15%) и по опрокидыванию (на 25%) по отношению к ближайшему аналогу.

[049] Кроме того, при одинаковой толщине профилей может уменьшиться расход металла. По результатам сравнения весовых характеристик рассматриваемой конструкции и аналога при одинаковых размерах подпорных стен экономия стали может составить около 15%. В общих условиях применения подпорных стен из СПК при условии обеспечения минимальной несущей способности расход стали для профилей снижается на 19%.

[050] Также в предлагаемой конструкции нет необходимости в изготовления разновысоких полок, поскольку гибкости конструкции достаточно чтобы не учитывать толщину профиля. При этом исключается отгибы на концах полок. Таким образом, конструкция является полностью симметричной и простой в изготовлении и монтаже.

Claims

1. Ригель (3) подпорной стены, выполненный в виде гофрированного стального листа с симметричным трапецеидальным профилем, который образован параллельными внешними (8) и внутренними (9) полками, соединенными наклонными боковыми сторонами (10), отличающийся тем, что трапецеидальный профиль имеет отношение шага (Δh) профиля к его глубине (b) от 1,9 до 2,1 и угол (δ) раскрытия внешней полки (8) от 45° до 47°.

2. Ригель по п.1, отличающийся тем, что ширина (с₁) внешней полки (8) больше ширины (с) внутренней полки (9).

3. Ригель по п.2, отличающийся тем, что отношение ширины (с₁) внешней полки (8) к ширине (с) внутренней полки (9) составляет от 1,9 до 2,3.

4. Ригель по п.1, отличающийся тем, что его профиль имеет следующие параметры: глубина профиля (b) - 200 мм, ширина внутренней полки профиля (с) - 70 мм, ширина внешней полки профиля (с₁) - 154 мм, шаг профиля (Δh) - 400 мм, угол раскрытия внешней полки (δ) - 46°.