一种变截面立柱的制作方法

本实用新型涉及一种变截面立柱，属于建筑施工领域。

背景技术：

随着城市的快速发展，建筑物越来越密集，交通更加拥挤，于是许多大城市大力发展高架桥。高架桥包括桥面、桥墩、承台及地下基础结构，其中，桥墩往往采取细长的立柱，其截面有矩形、圆形、椭圆形或具有棱角的多边形，立柱下方连接承台，上方直接与桥面连接或通过盖梁与桥面连接。

目前，立柱与桥面的连接存在如下问题：立柱与桥面直接连接时，接触面积较小，存在截面突变、应力突变的问题，不利于结构的稳定；立柱上方通过盖梁与桥面连接时，在立柱与盖梁的连接处，同样存在截面突变、应力突变、不利于结构稳定的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中立柱与上部结构存在应力突变不利于结构稳定的问题，本实用新型提供一种变截面立柱，下部为圆柱体上方为截面扩大的端头，端头为正方体，端头与圆柱体之间为过渡段，过渡段具有表面平顺、结构美观的特点，并很好地传导应力，实现应力的平稳过度，结构稳定。

为解决以上技术问题，本实用新型包括如下技术方案：

一种变截面立柱，所述变截面立柱由下而上依次包括圆柱体段、过渡段、长方体段，其中所述过渡段由底面、顶面、双曲面及曲面围合而成，所述过渡段的顶面为正方形、底面为圆形，所述曲面为所述长方体段的侧面向圆柱体段的过渡面，所述双曲面为所述长方体段的侧边向圆柱体段的过渡面。

进一步，以所述底面圆心为原点、以所述底面上垂直x轴的方向为y轴、以垂直所述底面的方向为z轴建立三维坐标系，所述双曲面满足如下公式1：

其中

其中，m为所述正方形边长的1/2，r为所述圆形半径，h为过渡段高度。

优选为，m∈[1.2r,2.5r]、h∈[2r,5r]。

进一步，所述曲面为双曲线一、双曲线二切割所述公式1中的双曲面所形成的切割面，所述双曲线一满足公式2：

其中

所述双曲线二满足公式3：

其中

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点或积极效果：

(1)本发明提供的变截面立柱，具有较大截面面积的长方体段，可以与上部结构有较大的接触面积，结构稳定，施工方便；本立柱可直接与桥面连接，作为一柱到顶的桥墩使用，也可作为上接盖梁的桥墩使用。

(2)本发明提供的变截面立柱具有截面面积渐变的过渡段，平顺地传导应力，消除了应力突变等不利于结构稳定的因素，同时外表平滑、结构美观。

(3)本发明提供的变截面立柱不仅适用于现浇施工，同时，因具有截面扩大的过渡段及长方体段，使其更适用于预制拼装式桥梁施工，加快了施工进程、缩短了工期，为绿色施工创造了有利的条件。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的一种变截面立柱的结构示意图；

图2为过渡段结构示意图；

图3为双曲面示意图；

图4为过渡段沿xz面的剖视图；

图5为过渡段沿yz面的剖视图；

图6为双曲线一、双曲线二切割双曲面的示意图；

图7为本实用新型另一实施例提供的一种变截面立柱的施工方法流程框图。

图中标号如下：

立柱100；圆柱体段110；过渡段120；底面121；顶面122；双曲面123、123’；曲面124；双曲线一125；双曲线二126；长方体段130。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种变截面立柱作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参阅图1，图1为一种变截面立柱100的结构示意图，变截面立柱100由下而上依次为：圆柱体段110、过渡段120、长方体段130。

请参阅图2，图2为过渡段120的结构示意图。过渡段120包括底面121、顶面122、4个双曲面123及4个曲面124围合而成。过渡段120的底面121为圆形，顶面122为正方形，4个曲面124分别为顶面122正方形的四条边向底面121的过渡面，4个双曲面123为顶面122正方形的四个角向底面121的过渡面。

如图2所示，以过渡段120的底面121的圆心为原点、以与顶面122一边平行的方向为x轴、以底面121上垂直x轴的方向为y轴、以垂直底面121的方向为z轴建立三维坐标系。假定，底面121的半径为r、顶面122的边长为2m、过渡段120高为h，其中，构成双曲面123的双曲线的公式为：

其中

如图3所示，构成双曲面123的双曲线围绕z轴旋转一周，形成双曲面123’，双曲面123’满足如下公式：

其中

为了使顶面121具有较大的面积，同时考虑结构的稳定和美观，优选为m∈[1.2r,2.5r]、h∈[2r,5r]，此时过渡段120既美观又利于上部压力的平稳传递。作为举例，取值：r＝700mm、h＝2850mm、m＝950mm，经计算，a＝1739.723，双曲面123’的公式为：

如图4所示，图4为图2中过渡段120沿xz面的剖视图。其中，双曲线一125满足以下公式：

其中

作为举例，取值：r＝700mm、h＝2850mm、m＝950mm，经计算，b＝3106.211，双曲线一125的公式为：

如图5所示，图5为图2中过渡段120沿yz面的剖视图，剖切面形的为双曲线二126，双曲线二126满足如下公式：

其中

请参阅图6，并结合图4和图5，图6为双曲线一125、双曲线二126切割双曲面123’的示意图。双曲线一125、双曲线二126切割双曲面123’后形成的切割面为曲面124，双曲面123’被切割后剩余的部分为双曲面123，双曲面123’顶部的圆形被切割为正方形。

请参阅图7，图7为本实用新型提供的一种变截面立柱100的施工方法流程框图。结合图1-6，对图7中所示的施工方法作进一步说明。

S1：绑扎圆柱体段110的纵向钢筋及箍筋，圆柱体段110的纵向钢筋延伸至长方体段130。圆柱体段110下方为基础结构，基础结构上设置有预留钢筋，圆柱体段110的纵向钢筋绑扎在基础的预留钢筋上。为了使立柱100更加牢固，圆柱体锻110的纵向钢筋一直延伸至长方体段130，与长方体段130内的钢筋固定为一整体。

S2：绑扎长方体段130的纵向钢筋及箍筋，所述长方体段130的纵向钢筋通过横向定位钢筋固定在圆柱体段130的纵向钢筋上。首先将长方体段130的纵向钢筋和箍筋绑扎在一起，然后再通过横向定位钢筋固定在圆柱体段110的纵向钢筋的延长段。

S3：绑扎过渡段120的纵向钢筋及箍筋，过渡段120的纵向钢筋的两端分别搭接并固定在圆柱体段110的纵向钢筋、长方体段130的纵向钢筋上。过渡段120的纵向钢筋偏离过渡段120的中心轴线向外倾斜一定角度，与曲面124或双曲面123的距离保持在一定的范围内，并将两端分别焊接在圆柱体段110的纵向钢筋、长方体段130的纵向钢筋上。

S4：依次拼接圆柱体段110、过渡段120及长方体段130的模板，并浇筑混凝土。

S5：待混凝土达到规定强度后，由上而下依次拆除模板。

综上所述，本实用新型提供的变截面立柱100，具有较大截面面积的长方体130段，可以与上部结构有较大的接触面积，方便上部结构的施工；同时，变截面立柱100具有截面面积渐变的渐变段120，平顺地传导应力，消除了应力突变等不利于结构稳定的因素，同时外表平滑、结构美观。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。