本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种流线形管桩及其制作模具。
背景技术：
随着建筑工程的快速发展，在不同的地基上修建的建筑物也越来越多，预应力混凝土管桩是近年来比较流行的一种新型桩型，因为其与桩侧土的接触面积大，并且桩身截面积小，具有承载力高，材料利用率大的特点而被广泛使用，已在许多工程实践中得到了运用，包括公路、港口、桥梁、码头、工业与民用建筑等的基础建设。
根据桩基理论，当建筑物修筑在软土地基并且基岩持力层较深的地基上时，管桩通常作为摩擦桩受力使用，当管桩作为摩擦性桩使用时，其承载力主要与桩身与周围土体的接触面积有关，在其它条件都相同的情况下，管桩周围土体和管桩桩身侧面接触面积越大，管桩的承载力越高，而管桩桩身侧面的面积很大程度取决于桩身横截面形式和桩身的竖向方向形状。
经过调研，目前市场上预应力混凝土管桩的水平方向外部横截面主要形式为圆、方形和一些非流线型截面的预应力混凝土管桩，圆形桩的比表面积相对较小，材料利用率相对较低，没有充分发挥材料的性能，方桩和其他一些非流线型的异形预应力混凝土管桩横截面虽然比表面积相对较大，但是在截面的转角处容易产生应力集中，应力的增大缩短的桩基的使用寿命。因此，通过改变预应力混凝土管桩的水平方向横截面形状和竖直方向形状，寻求一类即满足预应力混凝土管桩比表面积较大，又满足预应力混凝土管桩没有应力集中的桩型显得尤为重要。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种既满足预应力混凝土管桩比表面积较大、又满足预应力混凝土管桩没有应力集中的流线形管桩及其制作模具。
本发明的实施例提供一种流线形管桩，包括管状的桩身，所述桩身具有外侧壁和内侧壁，所述内侧壁和所述外侧壁之间设置有钢筋笼并填充有混凝土，从所述桩身的横截面看，所述内侧壁包括n段内凸弧和与所述n段内凸弧交叉设置的n段内凹弧，n为大于2的整数，相邻的所述内凸弧和所述内凹弧流线型连接。
进一步地，从所述桩身的纵截面看，所述内侧壁的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，所述外侧壁的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状。
进一步地，所述外侧壁包括n段外凸弧和与所述n段外凸弧交叉设置的n段外凹弧，相邻的所述外凸弧和所述外凹弧流线型连接，且n段所述外凹弧与n段所述内凹弧一一对应，n段所述外凸弧与n段所述内凸弧一一对应，相互对应的所述外凹弧和所述内凹弧具有相同的对称轴，相互对应的所述外凸弧和所述内凸弧具有相同的对称轴。
进一步地，所述钢筋笼包括n个凸弧主筋和n个凹弧主筋，每一所述凸弧主筋和每一所述凹弧主筋纵向延伸且其上下两端分别伸出所述桩身的上下两端，所述凸弧主筋位于与之对应的所述外凸弧和所述内凸弧的中间位置，且处于与之对应的所述外凸弧和所述内凸弧的对称轴上，所述凹弧主筋位于与之对应的所述外凹弧和所述内凹弧的中间位置，且处于与之对应的所述外凹弧和所述内凹弧的对称轴上。
进一步地，所述钢筋笼还包括与所述外侧壁的横截面具有相同形状的若干箍筋，每一所述箍筋横向设置，相邻二所述箍筋上下设置，所述凸弧主筋与所述箍筋的内侧焊接，所述凹弧主筋与所述箍筋的外侧焊接。
进一步地，所述外侧壁的横截面为圆形或者椭圆形，所述钢筋笼包括n个凸弧主筋、n个凹弧主筋和与所述外侧壁的横截面具有相同形状的若干箍筋，每一所述凸弧主筋和每一所述凹弧主筋纵向延伸且其上下两端分别伸出所述桩身的上下两端，所述凸弧主筋位于与之对应的所述内凸弧和所述外侧壁的中间位置，且处于与之对应的所述内凸弧的对称轴上，所述凸弧主筋和所述凹弧主筋均焊接于所述箍筋的内侧。
本发明的实施例还提供一种流线形管桩的制作模具，其特征在于：包括上下设置且相互平行的顶模和底模，还包括设于所述顶模和所述底模之间且其两端分别抵顶所述顶模和所述底模的外模和内模，所述内模位于所述外模的内侧，且所述内模包括n段内模凸弧和与所述n段内模凸弧交叉设置的n段内模凹弧，n为大于2的整数，相邻的所述内模凸弧和所述内模凹弧流线型连接。
进一步地，所述外模的内表面和所述内模的外表面相向设置，所述内模的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，所述外模的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状。
进一步地，还包括设于所述顶模和所述底模之间的连接部，所述连接部包括内连接部和位于所述内连接部外侧的外连接部，所述内模可拆卸的固定于所述内连接部的外表面，所述外模可拆卸的固定于所述外连接部的内表面，所述连接部的相对两端均固定于固定部，所述固定部靠近所述顶模或者所述底模的一端通过螺栓结构可拆卸的固定于所述顶模或者所述底模。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明所述的流线形管桩：(1)所述内侧壁由n段内凸弧和与所述n段内凸弧交叉设置的n段内凹弧组成，即所述内侧壁为花瓣状的异形壁，相对于内侧壁为圆形或者方形等标准壁而言，具有更大的表面积，从而从整体上增加了管桩的比表面积，能够在一定程度上满足管桩应力集中的现象；(2)相邻的所述内凸弧和所述内凹弧流线型连接，从而能够进一步满足管桩的应力集中；(3)所述内侧壁的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，所述外侧壁的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，从而进一步增加了管状的比表面积；(4)所述外侧壁由n段外凸弧和与所述n段外凸弧交叉设置的n段外凹弧组成，且相邻的所述外凸弧和所述外凹弧流线型连接，更进一步增加了管状的比表面积，能够更加有效地防止应力集中。
本发明所述的流线形管桩的制作模具，能够制作上述流线形管桩，一方面使上述的流线形管桩具有上述有益效果，另一方面因为方便拆卸而方便运输、且方便进行浇筑，从而更加方便制作上述流线形管桩。
附图说明
图1中图(a)、图(b)、图(c)、图(d)是本发明流线形管桩的不同的桩身的横截面一种结构形状的示意图；
图2中图(a)、图(b)、图(c)、图(d)是本发明流线形管桩的不同的桩身的横截面另一种结构形状的示意图；
图3是本发明流线形管桩的桩身的纵截面的一种结构形状的示意图；
图4是本发明流线形管桩的桩身的纵截面的另一种结构形状的示意图；
图5是本发明流线形管桩的制作模具的纵截面的一种结构形状的示意图；
图6是本发明流线形管桩的制作模具的纵截面的另一种结构形状的示意图；
图7是图5的局部放大图；
图8是图6的具体放大图；
图9是本发明流线形管桩的制作模具的横截面的一种结构形状的示意图；
图10是本发明流线形管桩的制作模具的横截面的另一种结构形状的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图4，本发明的实施例提供了一种流线形管桩，包括管状的桩身1、1′，还包括设于所述桩身1、1′头端的桩头金属板31、31′、设于所述桩身1底端的桩底金属板32、32′，所述桩头金属板31、31′和所述桩底金属板32、32′的内外表面光滑，所述桩头金属板31、31′和所述桩底金属板32、32′上均开设有n个凹弧主筋孔和n个凸弧主筋孔，所述桩底金属板32、32′的外侧安装有桩尖(未图示)。
所述桩身1、1′为管状，其内有贯穿所述桩身上两端的空腔，所述桩身1、1′具有外侧面12、12′和内侧面11、11′，所述内侧面11、11′为所述空腔的腔壁，所述内侧壁11、11′和所述外侧壁12、12′之间设置有钢筋笼并填充有混凝土，从而所述内侧壁11、11′和所述外侧壁12、12′之间为实心。所述混凝土采用等级较高的混凝土，至少为c60以上，因为混凝土等级越高，所述桩身1、1′的承载力越大。
从所述桩身1、1′的横截面看，所述内侧壁11、11′包括n段内凸弧111、111′和与所述n段内凸弧111、111′交叉设置的n段内凹弧112、112′，n为大于2的整数，从而所述内侧壁11、11′为花瓣状，花瓣状的所述内侧壁11、11′相对常规的圆形、方形、椭圆形等，具有更大的表面积，从而提高了所述内侧壁11、11′与土体的侧摩擦阻力并提高了与本发明所述的流线形管桩的承载力，还提高了本发明所述的流线形管桩的材料的利用率。相邻的所述内凸弧111、111′和所述内凹弧112、112′流线型连接，用流线型连接代替具有折痕的弯折连接，能够防止应力集中于折痕处，从而进一步增加本发明所述的流线形管桩的承载力，而且采用流线型连接进一步提高了所述内侧壁11、11′的表面积，提高了所述桩身1、1′截面的周长面积比。
实施例一
请参考图1和图3或者图4，所述外侧壁12的横截面为标准形状，例如：圆形、方形或椭圆形等，所述钢筋笼包括n个凸弧主筋221、n个凹弧主筋222和与所述外侧壁12的横截面具有相同形状的若干箍筋21，每一所述凸弧主筋221和每一所述凹弧主筋222纵向延伸且其上下两端分别伸出所述桩身1的上下两端，并分别穿过所述桩头金属板31、31′和所述桩底金属板32、32′上的n个所述凹弧主筋孔和n个所述凸弧主筋孔，所述凸弧主筋221穿过所述凸弧主筋孔后，在所述桩头金属板31、31′和所述桩底金属板32、32′的外侧面对所述凸弧主筋进行焊接固定，所述凹弧主筋222穿过所述凹弧主筋孔后，在所述桩头金属板和所述桩底金属板的外侧面对所述凹弧主筋进行焊接固定，从而使所述桩身1与所述桩头金属板31、31′和所述桩底金属板32、32′连接成一个整体。
相邻二所述箍筋21上下设置且相互平行，每一所述箍筋21均为闭合箍筋，所述凸弧主筋221与所述内凸弧111一一对应，所述凹弧主筋222与所述内凹弧112一一对应，且所述凸弧主筋221位于与之对应的所述内凸弧111和所述外侧壁12的中间位置，且处于与之对应的所述内凸弧111的对称轴上，同时，所述凸弧主筋221和所述凹弧主筋222均焊接于所述箍筋21的内侧。所述箍筋21的中心与所述桩身1的横截面的中心重合，并且所述外侧壁12与所述箍筋21外侧之间的距离满足钢筋混凝土保护层规范设计，这种主筋(包括所述凸弧主筋221和所述凹弧主筋222)的布置方式有利于使本发明所述的流线形管桩的受力更加均匀。
实施例二
请参考图2和图3或者图4，实施例二与实施例一的区别在于：所述外侧壁12′包括n段外凸弧121′和与所述n段外凸弧121′交叉设置的n段外凹弧122′，从而所述外侧壁12′为花瓣状，花瓣状的所述外侧壁12′相对常规的圆形、方形、椭圆形等，具有更大的表面积，从而提高了所述外侧壁12′与土体的侧摩擦阻力并提高了与本发明所述的流线形管桩的承载力，还提高了本发明所述的流线形管桩的材料的利用率。相邻的所述外凸弧121′和所述外凹弧122′流线型连接，且n段所述外凹弧122′与n段所述内凹弧112′一一对应，n段所述外凸弧121′与n段所述内凸弧111′一一对应，相互对应的所述外凹弧122′和所述内凹弧112′具有相同的对称轴，相互对应的所述外凸弧121′和所述内凸弧111′具有相同的对称轴。
所述凸弧主筋221′位于与之对应的所述外凸弧121′和所述内凸弧111′的中间位置，且处于与之对应的所述外凸弧121′和所述内凸弧111′的对称轴上，所述凹弧主筋222′位于与之对应的所述外凹弧122′和所述内凹弧112′的中间位置，且处于与之对应的所述外凹弧122′和所述内凹弧112′的对称轴上。这种主筋分布方式有利于使使本发明所述的流线形管桩的受力均匀，不会出现使本发明所述的流线形管桩的单侧强度大或者单侧强度弱的情况。
实施例三
请参考图1、图3和图4，实施例三与实施例一的区别在于：从所述桩身1的纵截面看，所述内侧壁11的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，如波浪形、正弦波形或者余弦波形等。所述外侧壁12的外表面为平滑的直线型。
所述内侧壁11纵向的内表面的波浪形等流线型有助于增加所述内侧壁11的内表面与位于所述空腔中的土体的接触面积，增加本发明所述的流线形管桩与土体之间的侧摩擦阻力从而提高管桩的承载力。
实施例四
请参考图1、图3和图4，实施例四与实施例三的区别在于：所述外侧壁12的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状。
从而有助于增加所述外侧壁12的外表面与位于所述桩身1外的土体的接触面积，进一步增加本发明所述的流线形管桩与土体之间的侧摩擦阻力从而进一步提高管桩的承载力。
实施例五
请参考图2、图3和图4，实施例五与实施例二的区别在于：从所述桩身1′的纵截面看，所述内侧壁11′的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，如波浪形、正弦波形或者余弦波形等。所述外侧壁12′的外表面为平滑的直线型。
实施例六
请参考图2、图3和图4，实施例六与实施例五的区别在于：所述外侧壁12′的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状。
请参考图5至图10，本发明的实施例还提供了一种流线形管桩的制作模具，能够用来制作上述的流线形管桩，包括上下设置且相互平行的顶模41、41′和底模42、42′，还包括外模44、44′和内模43、43′，所述外模44、44′和所述内模43、43′均纵向延伸且均设于所述顶模41、41′和所述底模42、42′之间，所述外模44、44′和所述内模43、43′的相对两端分别抵顶所述顶模41、41′和所述底模42、42′。所述内模43、43′与所述外模44、44′之间具有容纳所述混凝土、所述钢筋笼的空间，且所述内模43、43′位于所述外模44、44′的内侧。请参考图9和图10，所述内模43、43′包括n段内模凸弧和与所述n段内模凸弧交叉设置的n段内模凹弧，相邻的所述内模凸弧和所述内模凹弧流线型连接，即所述内模43、43′的横截面为花瓣形。
实施例七
请参考图4至图8和图10，所述外模44、44′的横截面为圆形、方形或者椭圆形等一些标准形状，所述流线形管桩的制作模具还包括设于所述顶模41、41′和所述底模42、42′之间的连接部，所述连接部包括内连接部45、45′和位于所述内连接部45、45′外侧的外连接部46、46′，所述内模43、43′可拆卸的固定于所述内连接部45、45′的外表面，所述外模44、44′可拆卸的固定于所述外连接部46、46′的内表面，具体的，所述内连接部45、45′和所述外连接部46、46′上设有若干螺栓孔，所述内模43、43′通过螺栓49、49′与对应的所述螺栓孔的配合而固定于所述内连接部45、45′，同理，所述外模44、44′通过螺栓49、49′与对应的所述螺栓孔的配合而固定于所述外连接部46、46′。
所述连接部的相对两端均固定于固定部47、47′，所述固定部47、47′靠近所述顶模41、41′或者所述底模42、42′的一端通过螺栓结构48、48′可拆卸的固定于所述顶模41、41′或者所述底模42、42′。
实施例七所述的流线形管桩的制作模具用来制作实施例一所述的流线形管桩。
实施例八
请参考图4至图8和图9，实施例八与实施例七的区别在于：所述外模44、44′包括n段外模凸弧和与所述n段外模凸弧交叉设置的n段外模凹弧，相邻的所述外模凸弧和所述外模凹弧流线型连接，即所述外模44、44′的横截面为花瓣形。
实施例八所述的流线形管桩的制作模具用来制作实施例二所述的流线形管桩。
实施例九
请参考图4至图8，实施例九与实施例七的区别在于：所述外模44、44′的内表面和所述内模43、43′的外表面相向设置，所述内模43、43′的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，所述外模44、44′的内表面为纵向延伸的直线型形状。
实施例九所述的流线形管桩的制作模具用来制作实施例三所述的流线形管桩。
实施例十
请参考图4至图8，实施例十与实施例九的区别在于：所述外模44、44′的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状。
实施例十所述的流线形管桩的制作模具用来制作实施例四所述的流线形管桩。
实施例十一
请参考图4至图8，实施例十一与实施例八的区别在于：所述外模44、44′的内表面和所述内模43、43′的外表面相向设置，所述内模43、43′的外表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状，所述外模44、44′的内表面为纵向延伸的直线型形状。
实施例十一所述的流线形管桩的制作模具用来制作实施例五所述的流线形管桩。
实施例十二
请参考图4至图8，实施例十二与实施例十一的区别在于：所述外模44、44′的内表面为纵向延伸的且凹凸起伏的流线型形状。
实施例十二所述的流线形管桩的制作模具用来制作实施例六所述的流线形管桩。
利用所述流线形管桩的制作模具来制作所述流线形管桩时：
(1)按照应用要求，即所需的流线形管桩的形状、尺寸等制作相应的流线形管桩的制作模具的顶模41、41′和底模42、42′、外模44、44′和内模43、43′、内连接部45、45′和外连接部46、46′等；
(2)按照应用要求制作钢筋笼；
(3)制作所述桩底金属板31、31′和所述桩头金属板32、32′，将制作好的所述钢筋笼的底部插入所述桩底金属板32、32′预留的n个所述凹弧主筋孔和n个所述凸弧主筋孔内，然后在所述桩底金属板32、32′的外部进行焊接，得到带底板的钢筋笼；
(4)所述内连接部45、45′和所述外连接部46、46′固定于所述底模42、42′，然后将所述内模43、43′和所述外模44、44′分别固定于所述内连接部45、45′和所述外连接部46、46′，形成竖直向上设置的半模；
(5)将带底板的钢筋笼按照对应的方向垂直竖向放入上述半模中，从上往下浇筑所述混凝土，边浇筑边搅拌，并对钢筋进行张拉处理，得到预应力钢筋；
(5)将所述顶模41、41′通过所述内连接部45、45′和所述外连接部46、46′盖设在所述半模上，对所述混凝土进行离心处理，离心时在钢筋混凝土的一端预留所述桩头金属板31、31′高度的位置用于对所述桩头金属板31、31′的焊接，采用蒸汽养护，得到成型的钢筋混凝土桩体后脱模；
(6)脱模后，将成型的钢筋混凝土桩移入水池在浸泡养护，若混凝土的等级大于c80，还需对成型的钢筋混凝土桩进行高压蒸养；
(7)焊接所述桩头金属板。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。