專利名稱：金屬板樁的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬板樁(sheet piling)。更具體地但不排它地說，是涉及鋼制的板樁。
鋼制板樁用于作為永久性建筑的普通的和海下的建筑，特別是用于擋土墻、地下室、地下停車場、泵站、橋墩和水下的建筑。上面僅是這些建筑的一些例子。
普通的鋼制板樁包括已知的作為Larssen或LX的板樁，它們大致為“U”形，并包括一壁部，其有一凹部，凹部由一中央突緣限定，其側面與沿自由邊向外傾斜的側壁連接，整體形成為一互鎖機構。該互鎖機構(作為夾緊部分)包括一閉鎖端部，其大致為三角形，被設置突出于沿各板樁側邊延伸的唇部，唇部大致垂直于相鄰的板樁表面。在夾緊端部和唇部之間的空間形成一凹部，用于容納一相鄰板樁的閉鎖端部。唇部形成了凹部的底壁。
其他已知的板樁包括Frodingham板樁，其為大致“Z”形，并典型地包括一壁部，其包括一傾斜的中央輻板，兩側連接于沿自由邊向外延伸的突緣，形成互鎖機構。
上述的板樁和夾緊機構可以進行各種變化和組合。鋼的板樁通常由熱軋進行制造。典型地，由預熱的鋼板、鋼棒或其他合適的材料進行軋制生產所需的外形。在熱軋過程中形成整體的夾緊部分。
熱軋有一個已知的缺點是其限制了由任何給定輥子組生產的板樁的尺寸和外形。
以前已提出了夾緊部分的冷成形，然而，通過冷成形僅能生產較簡單形狀的夾緊部分。這種夾緊部分的一個例子公開于GB-A-1343203中。該文件中公開了一板樁，其包括一細長的輻板，連接于其縱向邊緣的是固定的長的突緣，其縱向邊緣由冷輥向輻板的主平面彎曲，以形成鉤形的夾緊部分，其適于與一相鄰板樁的同樣的夾緊部分互鎖。
在EP-A-164296中公開了一板樁，其包括由所需長度和寬度的金屬板坯冷沖壓形成的壁部。相鄰板樁的邊緣通過由使用沖壓或由螺栓、鉚釘或焊接疊層所形成的連接件進行連接。
現在常常發現在使用時，冷成形的夾緊機構不能在相鄰板樁之間提供所需的互鎖。
本發明的一個目的是提供一金屬板樁，其能克服或至少降低現有板樁中的許多缺點。本發明的另一目的是提供一制造這種改進的金屬板樁的方法。
根據本發明的一個方面，提供了一板樁，其包括一冷成形的金屬板的壁部，在其縱向延伸的側邊緣固定熱成形的夾緊部分。
當用于鋼或其他金屬材料時，術語“冷成形”意味著材料已在低于材料熱成形溫度的溫度進行了一形成作業；術語“熱成形”意味著在材料已在熱成形溫度或高于該溫度進行成形作業。在熱成形的情況下，在一不超過根據自身溫度的退火(recovery)工序比率的比率下進行變形工序，其在更高的溫度下更快；對于冷加工或成形，其逆作用是確實的，其中，退火工序不能跟上變形工序。
如上所述，熱成形的金屬夾緊部分與鋼板分別成形和不為整體。熱成形的夾緊部分可以由例如熱軋或擠壓形成，和最好由例如激光焊、水下電弧焊或電阻焊焊接到底部(pan)或輻板上。也可以使用其他的焊接技術。另一方面，夾緊部分可以通過例如螺栓、鉚釘、粘合劑、或預應力的緊固件固定到壁部。夾緊部分最好由鋼制造。另一方面，夾緊部分可以由具有所需物理特性的有色金屬制造。
來自金屬板的壁部的冷成形可以由一沖壓機或通過壓制在冷彎輥之間或其上的板實現。也可以采用其他的冷成形工序。
壁部的底部或輻板外形和夾緊部分的規格可以相互不同。并且，對于鋼的板樁，用于壁部的鋼的等級與用于一或兩個夾緊部分的可以相同或不同。另外，各夾緊部分的長度可以與其要固定在上面的壁部的側邊緣相同或更短。用長度短于相鄰壁部側緣的夾緊部分，可以提供一個以上的夾緊部分，夾緊部分的整體長度等于或小于對應壁部側緣的長度。沿壁部一個側緣定位的夾緊部分外形可以與沿壁部其他側緣定位的夾緊部分外形不同。這種板樁可以例如作為一過渡板樁作用。在另一方面，也提供了一生產金屬板樁的方法，其包括使一金屬板進行冷成形，以在該金屬板中產生成品板樁的壁的所需外形，對金屬的分開的長度進行熱成形作業，以使這些長度形成所需的夾緊部分的外形，并將一個或各冷成形的金屬壁部的縱向邊緣固定到熱成形的夾緊部分上。
要進行冷成形的金屬板可以在冷成形之前切為一定長度和寬度。其寬度可以由軋制實現。另一方面，所需寬度和長度的板可以從一更大的板上切開或切掉。冷成形可以例如在一壓力機中或通過使板經過或圍繞冷彎曲輥而實現。也可以采用其他的冷成形技術。
用于夾緊部分的鋼可以是鋼板，鋼棒或類似形式，或可以從一更大的鋼板上切下。夾緊部分的熱成形可以由例如熱軋或擠壓成形。
對于冷成形的壁部，可以采用普通的合金或非合金結構鋼。夾緊部分也可以采用這樣的鋼。
本發明的一個優點是上述部分的厚度和/或幾何尺寸可以有許多變化。并且，上述部分的整體厚度、突緣的寬度和彎曲的角度可以變化，以提供有特定幾何形狀或有特定工程性能包括慣性截面模量、截面積或單位寬度的成品。可以認為，與普通的有相同強度的熱軋板樁相比，根據本發明的板樁在強度一重量比(其是相對于制品的每米寬度對每平方米重量測量的)上有較大提高。
采用根據本發明的板樁，在這種板樁組件中的一些板樁的長度或高度可以縮短，較長的板樁作為主板樁，和那些長度或高度縮短的板樁作為輔助板樁。縮短的輔助板樁的長度可以是主板樁長度的40％或更多。
下面通過實施例，并參照附圖對本發明進行描述。


圖1a-1g是根據本發明的一對典型的互鎖板樁的熱成形夾緊部分的端部視圖2和3是根據本發明的典型的板樁冷成形的壁部的端部視圖；圖4-10顯示了根據本發明的各種板樁的外形。
在附圖中，相同的標號表示相同或相似的部件。
在圖1a-1g中所示的夾緊部分(clutch section)通常通過熱成形工序與板樁壁部整體成形，沿壁部各側緣提供一個這樣的夾緊部分。通常，一壁部將包括一底部，其由一兩側由向外傾斜的側壁連接的中央突緣形成。在本發明中，在圖1a-1g中所示的夾緊部分分別由熱成形作業形成。
在圖1a中顯示的夾緊部分被熱成形，并且是Larssen式的。其各包括大致三角形截面的閉鎖端部1a，一側向延伸的唇部2a和一突緣3a用于與板樁的壁部橫向連接。在各夾緊部分的閉鎖端部1a，唇部2a和突緣3a之間形成的空間形成一凹部，其能容納相鄰板樁夾緊部分的閉鎖端部。所以，在使用中，夾緊部分形成了相鄰板樁之間的連接。
在圖1b中所示的熱成形的夾緊部分是Frodingham式的，并包括一凸和凹夾緊部分。凸夾緊部分包括一閉鎖端部1b，一唇部2b和一突緣3b。凹夾緊部分的形狀與凸夾緊部分的形狀互補。凹夾緊部分也有一突緣3b。冷成形的壁部然后固定于突緣3b。
圖1c中顯示的熱成形的夾緊部分是Frodingham平輻板式的，并包括相互接合的閉鎖端部1c和突緣3c。關于前面描述的夾緊部分，冷成形的壁部然后固定于突緣3c。
圖1d顯示了另一種Larssen式的熱成形的夾緊部分，其突緣3d旋轉90度，以提供一更牢固的閉鎖。關于圖1a-1c中所示的夾緊部分，其隨后固定于冷成形的壁部的側緣。
圖1e顯示了一另外的熱成形的夾緊部分的形狀，其為平輻板板樁的三點接觸式的，包括一閉鎖端部1e，和一突緣3e，其用于連接根據本發明的板樁的冷成形的壁部的一側。
圖1f顯示了另一種凸/凹的熱成形夾緊部分，其中閉鎖端部1f為球形，并與凹座接合。凸部有一唇部2f，和一突緣3f。凹部也有一突緣3f。
圖1g顯示了一熱成形的夾緊部分的形狀，其與圖1d所示的相似，但包括一附加的柱4g，以便于安裝在板部。圖1f和1g的夾緊部分的突緣或柱隨后固定到分別冷成形的壁部側緣上。
也可以提供其他外形的熱成形的夾緊部分。
如上所述，為了形成所需的夾緊部分外形，對鋼板、棒或其他合適部分的節段進行熱成形。另一方面，也可以從更大的鋼板上切下一定的節段。用于結構應用的鋼的成份典型地為合金或非合金鋼。在實際上，所用的鋼的特定等級被選擇以適合要生產的板樁的要求。
夾緊機構的幾何形狀的熱成形保證了相連的鄰接板樁之間的所要求的相互作用，以維持一互鎖的連接，其能承受在設置和使用期間所施加的負載，特別是在如果無阻礙則會打開相鄰板樁之間連接的作用方向的負載。互鎖連接也要求通過物理作用或磨擦傳遞應力經過接頭，以提供一復雜的通路，以在使用中防止水流過。已經發現，由冷成形產生的夾緊部分的幾何形狀不能滿意地實現所需的作用。
沿傳統冷成形板樁(槽板或類似物)側緣整體形成的互鎖或夾緊部分通常為簡單的鉤形，其允許相鄰的元件相互對齊，但在使用中，有一打開或松散的傾向，從而導致連接的松開。一簡單的鉤形結構在相鄰板樁之間提供了一有限的相互作用，并導致只能有限地防止水從相鄰板樁之間流過，并對連接的應力傳遞實現有限的結構優勢。
所以，使用冷成形的夾緊部分會產生一些基本的缺點。相反，使用熱成形的夾緊部分能實現很大的好處。
在圖2中所示的冷成形的板樁壁部典型地為“U”形的Larssen和LX板樁，并包括一由突緣5和向外傾斜的輻板6形成的底部。
在圖3中顯示了典型的“Z”形的冷成形壁部，其包括一中央輻板7，兩側連接于向外傾斜的突緣8。其他冷成形的壁部的形狀也可以使用，例如下面將要描述的。
根據本發明的壁部通過對所要求成份、寬度、長度和規格的金屬板(最好是鋼板)進行冷成形作業而形成。鋼的成份典型地為用于結構用途的合金或非合金鋼。然而，也可以使用或多或少改進的鋼的品種。其尺寸和成份可以進行選擇以滿足要生產的板樁的特定的使用要求。
在進行冷成形之前或之后，鋼板典型地被切為一定長度和寬度。通過軋制可以實現所需的板的尺寸；另一方面，所要求長度和寬度的板可以從一更大的板上切開或切下。
通過任何已知的技術可以實現冷成形。在一個實施例中，是在一壓力機中實現板的形狀。另一方面，或另外，可以使板通過或繞過一個或多個冷彎曲輥而生產。
通過壓力和/或彎曲形成壁部能使要加工的成品外形特征適合板樁最終使用者的特定需要。
冷成形也使相同的外形能在一定規格、寬度和/或長度范圍內進行生產。當要滿足特定的條件例如難于釘入的狀態或有抗腐蝕要求時，其使所用的材料可以任意選擇，而不必影響成品板樁的外觀。
生產上述有相同外形但鋼的厚度或規格不同的部分的能力使之能通過將一組壁部端對端地相連而生產板樁。于是，通過例如電阻焊、水下電弧焊或激光焊可將單個的壁部固定在一起。也可以采用其他的焊接技術。另一方面，可以通過例如螺栓、鉚釘、粘合劑和預應力的緊固件使冷成形的壁部連接在一起。其優點是通過加入更厚的部分或有增加強度特性的部分，使成品部分的強度分布可以沿其長度變化。同樣加入更厚的部分或由抗腐蝕鋼種類制造的部分，能在板樁特定位置有增加的抗腐蝕能力。
由于軋鋼廠的能力和現有的原料尺寸，由普通熱軋生產的板樁的幾何形狀被限制了。反之，冷成形不會對外形的幾何尺寸進行限制。
所以，通過使用冷成形的壁部能實現很大的優點。
一旦被成形，夾緊部分通過其突緣或柱3固定到壁部縱向延伸的側緣上。夾緊部分和壁部之間的連接可以在壁部冷成形為所需形狀之前或之后進行。在壁部由焊接或其他方法將單個壁部端對端固定在一起而制造壁部的情況下，夾緊部分最好在所制造的板樁的整個高度上延伸。另一方面，夾緊部分可以僅在壁部長度的一個部分上延伸，夾緊部分固定在該部分上從而減少了材料的重量，并在將板樁釘入地面時能提高效率。這是因為，根據本發明，僅要求夾緊部分保持對準和防止土壤和/或水的通過。這對于普通的板樁是不可能的，因為這要求這種板樁的整個長度通過成形輥子。采用根據本發明的板樁，其能保證兩個或多個間隔的較短的熱成形的夾緊部分固定到一個或各冷成形壁部的側邊上。
典型地，熱成形的夾緊部分被焊接到壁部。焊接可以例如通過電阻焊、水下電弧焊或激光焊進行。然而，也可以采用任何合適的焊接技術。當要進行焊接時，當然需要保證夾緊部分和壁部的金屬能相容。
也可以采用其他的連接技術。于是，夾緊部分可以例如通過螺栓、鉚釘、粘合劑或預應力的緊固件連接到壁部。
如上所述，本發明的一個基本的特征是壁部由冷成形工序生產，和互鎖或夾緊部分由熱成形工序生產，從而，具有兩種成形技術的優點。
根據本發明的典型的鋼板樁的外形如圖4-10中所示。然而，可以理解，其僅是本發明可以實現的外形的一些例子。
在圖4中所示的板樁有一典型的單“Z”形，其包括一中央傾斜的輻板10，其兩側連接于向外延伸的突緣11，夾緊部分12固定在突緣上。
通過沖壓或冷軋操作，能容易地實現板樁壁部的形狀，然后將熱成形的夾緊部分焊接到壁部的縱向延伸的邊緣上。
圖5中所示的板樁為一雙“Z”形。以前，其是通過使兩個單一“Z”形板樁互鎖在一起而實現連接的。本發明能使雙“Z”外形被實現而不需要附加的夾緊部分。與現有的板樁比較，制造有最小數目夾緊部分的外形能使其性能提高。于是，減少了水通過組裝結構滲漏的可能性。
圖6中顯示了典型的“U”形冷成形的板樁，其包括一底部，包括一中央突緣14，其連接于向外傾斜的輻板15，熱成形的夾緊部分12固定在輻板上。
圖7和8分別顯示了雙和三“U”形的板樁。關于雙“Z”形狀，其通常僅通過夾緊部分將兩個或三個單“U”板樁連接在一起而實現。上述的優點適用于這些雙重和三重的形狀。上述外形通過冷成形能容易地實現。
圖9顯示了一種板樁，其簡單地包括一冷成形的平的鋼輻板16，其兩側連接于熱成形的夾緊部分12。圖9中顯示的板樁的輻板16是彎曲的，通過冷壓或冷軋能容易地形成所需的曲率度。
圖10中顯示了一拱形的外觀，通過冷成形能容易地形成其外形。
通過所述板樁形狀的組合，能容易地實現板樁的許多其他的組合。并且，當設計這種板樁結構時，通過板樁冷成形定制外形的能力是非常有用的。
根據本發明的板樁的包括下述優點有用最少數目的夾緊部分制造外形的能力；這提高了其性能；有增加壁部寬度的能力；這減少了對于給定壁平面長度所要求的設置操作的數目；因為減少了夾緊部分的數目，所以，減少了水從相鄰板樁滲透的可能性；有從鋼板制造壁部的能力，互鎖機構固定在其上；這使要為最終使用者生產的板樁能進行互鎖設計；有通過彎曲而形成壁部的能力，這使成品形狀的特性能被加工以適合最終使用者的要求，即，有設計特定板樁的能力，而不需要從現有范圍中選擇最合適的部分；有在厚度范圍中形成壁部的能力。當需要滿足特定場合時，例如困難的釘入條件或有抗腐蝕的要求，這能使設計者任意選擇所使用的材料，而不影響結構的外觀；有產生相同外形但厚度或金屬規格不同的部分的能力，從而能通過將一組壁部端對端地連接在一起而制造板樁的能力；該優點是通過加入一更厚的部分，使成品壁部的強度分布能在其長度/重量范圍上進行變化。同樣，通過加入一更厚的部分或由抗腐蝕金屬種類制造的部分，能使板樁具有很好的抗腐蝕能力；有形成壁部外形的能力，否則，這將需要由多個熱軋部分(例如雙“Z”或“U”或三“U”形)形成；對多板樁有發展設計的能力，其保證了壁部的中軸線不會與板樁結構的中軸線偏置，從而提高了單元的彎曲性能；有將板樁形成為任何寬度的能力，以適合特定的需要，從而減少夾緊部分的數目，從而減少給定結構所需的鋼的重量，并當板樁被設置時，涉及較少的設置操作；有設置板樁的能力，從而其主軸相互成一角度；有在互鎖機構之間使用一彎曲板的能力，而不需要在夾緊部分轉動相鄰的板樁，而在建筑時形成圓圈。隨后，所有拉力將沿夾緊部分的軸線作用，而不是成一角度，這改進了其效率。
要制造鋼板樁的鋼板的厚度范圍是開放的。該成形工序應用于所有板材料的厚度。
本發明可以有許多變形，都在本發明的精神范圍之中。
權利要求
1．一種金屬板樁，其包括一冷成形的金屬板的壁部，在其縱向延伸的側緣上固定有熱成形的夾緊部分。
2．如權利要求1所述的板樁，其特征在于夾緊部分通過熱軋形成。
3．如權利要求1所述的板樁，其特征在于夾緊部分被擠壓成形。
4．如前面權利要求中任一所述的板樁，其特征在于夾緊部分被焊接到壁部的側緣上。
5．如權利要求4所述的板樁，其特征在于夾緊部分通過激光焊、水下電弧焊或電阻焊進行焊接。
6．如權利要求1-3中任一所述的板樁，其特征在于夾緊部分通過螺栓、鉚釘、粘合劑或預應力的緊固裝置固定到壁部。
7．如前面權利要求中任一所述的板樁，其特征在于壁部由金屬板制造，并且，在一壓力機中或使金屬板通過或圍繞冷彎曲輥進行冷成形。
8．如前面權利要求中任一所述的板樁，其特征在于壁部的規格(gauge)與夾緊部分的規格不同。
9．如前面權利要求中任一所述的板樁，其特征在于所述金屬是鋼。
10．如權利要求9所述的板樁，其特征在于壁部所用的鋼的種類(grade)與夾緊部分所用的鋼的種類不同。
11．生產金屬板樁的方法，包括使金屬板冷成形，以在金屬板中形成所需的成品板樁的壁部外形，對分開的金屬段進行熱成形，以在這些金屬段中形成所需的夾緊部分外形，并將冷成形的壁部的一個或各縱向邊緣固定到熱成形的夾緊部分。
12．如權利要求11所述的方法，其特征在于在冷成形之前，將要進行冷成形的金屬板切割成一定長度和寬度。
13．如權利要求11或12所述的方法，其特征在于在一壓力機中或使板通過或圍繞一個或多個冷彎曲輥實現冷成形。
14．如權利要求11-13中任一所述的方法，其特征在于通過熱軋或擠壓進行該或各夾緊部分的熱成形。
15．基本如上面描述和參照圖1-10進行描述的金屬板樁。
16．基本如上面描述的生產鋼板樁的方法。
全文摘要
一種金屬板樁,其包括一冷成形的金屬板的壁部,在其縱向延伸的側緣上固定有熱成形的夾緊部分。生產金屬板樁的方法,包括:使金屬板冷成形,以在金屬板中形成所需的成品板樁的壁部外形,對分離的金屬段進行熱成形,以在這些金屬段中形成所需的夾緊部分外形,并將冷成形的壁部的一個或各縱向邊緣固定到一熱成形的夾緊部分。
文檔編號E02D5/08GK1311839SQ9980924
公開日2001年9月5日 申請日期1999年7月23日 優先權日1998年7月31日
發明者邁克爾·J·霍蘭, 戴維·羅博托姆, 詹姆斯·R·達丁 申請人:克里斯英國有限公司