[发明专利]热轧U型钢板桩锁口结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种热轧U型钢板桩锁口结构，即热轧U型钢板桩最关键部位——桩体联接接头。

背景技术

我国基础工程施工领域近年新出现的热轧钢板桩是一种生产与应用技术含量均较高的异型型材。根据外形形状的差异，热轧钢板桩分为U型钢板桩、Z型钢板桩及直线型钢板桩三种类型，其中U型钢板桩已开始在我国应用。热轧U型钢板桩生产的主要技术难点是锁口部位成型较困难，由于轧制工艺技术尚待突破，目前我国尚未具备工业化生产热轧U型钢板桩的条件。

冷弯钢板桩是热轧钢板桩的简化替代产品，由冷弯成型机组加工而成（称为冷弯钢板桩），国内现有数家冷弯型钢生产厂家开展此项加工业务。现有国产冷弯钢板桩的锁口结构存在下述缺点：

1、冷弯钢板桩采用板厚一定的卷板进行冷弯成型加工，桩体各部无法根据需要进行加厚或减薄处理，锁口部位的截面厚度无法优化（见附图1），连接部只能是线接触，联接时卡扣不严，难以实现应用所需的耦合（见附图2）。

2、以卷板为原料的冷弯钢板桩成型加工的形变应力很大，加工变形最剧烈的锁口部位更蕴含了高残余应力，放置一段时间后锁口端部将产生局部变形，无法保证每一根钢板桩的弧状锁口角度始终一致。

3、冷弯钢板桩通常采用厚度6～14mm不等的热轧卷板进行成型加工，厚度的变化致使锁口形状差异较大（弯曲圆弧半径随板厚而变化），难以保持锁口形状稳定。

4、冷弯钢板桩经卷板开平后进行冷弯加工，变形最为剧烈的锁口处加工硬化程度最高、聚集残余应力，造成锁口韧性差而易脆断（力学性能试验表明：延伸率衰减高达70%以上），无法实现反复多次使用。

国际上，热轧U型钢板桩仅有德国、卢森堡、美国、日本、韩国等为数不多的国家能生产，这些厂家生产所依据的产品标准最多仅规定钢板桩外轮廓的尺寸偏差，而对钢板桩最关键的部位——锁口，标准均均未明确规定形状与尺寸。如：美标ASTM A328/A328M《钢板桩》未涉及任何规格、尺寸内容，日标JIS A5528《热轧钢板桩》、欧标EN10248《非合金钢热轧钢板桩》也仅对外形尺寸的偏差作了要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种集结构受力最佳、接触面耦合良好、轧制成型易现、用钢量较省等优点于一体的U型钢板桩锁口形状，以解决上述不足。

实现上述目的U型钢板桩锁口结构设计是这样的：

结合型钢轧制工艺设计经验与钢板桩施工应用实践，通过对以轧辊脱槽所须的锁口外侧倾角α≯90°作为必须满足的边界条件，以接触面耦合度、结构体积（用钢量）与截面模量等作为变形协调条件，建立U型钢板桩锁口结构的有限元模型。经计算，获得U型钢板桩锁口结构的控制要素如下（详见附图3）：

（1）锁口端头至外侧面圆弧曲面（附图3之A曲线）与锁口根部内侧面圆弧曲面（附图3之B曲线）相互吻合良好。

（2）锁口外侧倾角α=75～88°。

（3）锁口接触面斜角β=35～55°。

（4）锁口端头外圆半径R₁=3～6mm，对应锁口根部内圆半径R₂=R₁+（0.5～1.0）mm。

（5）锁口侧端外圆半径R₃=15～22mm，对应的锁口根部内圆半径R₄=R₃-（0～1.0）mm。

本发明U型钢板桩锁口结构的优点：

1、结构呈简洁的推拔式外轮廓面，轧制生产时易于脱离轧槽成型，轧辊重车修复量较小；

2、锁口拉伸强度高、截面模量大且用钢量较节省，可满足较深基坑结构工程及施工应用质量要求；；

3、钢板桩处于咬合状态时，锁口中心点自然处于钢板桩墙体中性轴位置，打桩时易于控制钢板桩沿法线前行；

4、钢板桩锁口部位可形成较理想的接触面（见附图4、附图5），可保证打桩时相接两桩沿施工法线有±8°的大角度转动范围，锁口吻合程度高、间隙小，能很好的相互咬合，不必借助其它专业止水材料，钢板桩自身即拥有较强的止水防渗功能。

附图说明

图1为冷弯钢板桩锁口部位形状示意图；

图2为冷弯钢板桩连接耦合情况示意图；

图3为热轧U型钢板桩锁口结构示意图；

图4为热轧U型钢板桩锁口处于内侧紧咬合形状的连接示意图；

图5为外向分离到极端情况下热轧U型钢板桩锁口的咬合形状示意图。

具体实施方式