预制装配式uhpc渔场网箱及其建造方法
技术领域
1.本发明属于海洋工程设施技术领域，具体涉及一种预制装配式uhpc渔场网箱及其建造方法。


背景技术：

2.随着渔业资源的衰退，海洋渔业发生了由捕捞业向养殖业为主的转变，水产养殖区域也从陆地到海洋，并由近海港湾向深水、深远海逐步拓展，海水网箱养殖是水产养殖活动的重要形式之一，目前的渔场网箱主要以钢铁材料为结构主体，使用水泥基材料来建造网箱则极为少见。在使用传统钢结构时仍然存在海洋环境下腐蚀严重，维护费用高的问题，影响了远海渔场的可持续发展。
3.随着对超高性能混凝土(uhpc)材料研究和应用的不断深入，其作为海洋漂浮结构的优越性也逐渐凸显出来。相较于传统钢结构，以uhpc为主要材料的结构具有高强高韧特性，同时对海洋环境中海水的侵蚀反应也具有更强的抵御能力，其作为渔场网箱的结构材料具有广泛的应用前景。
4.公开号为cn 112722178 a的中国专利公开了一种减摇型 uhpc管-箱体组合漂浮结构及其建造方法，这种uhpc管-箱体组合漂浮结构由三层构件组成并通过高强高韧空心管连接，通过对结构浮力和重量的优化配置，使主要的托举应力集中于水面附近，且环绕结构的边沿，同时使其重心降至最低，由此即构成漂浮结构减摇体系，从而使结构具备漂浮、承载、减摇等功能。然而，这种uhpc管-箱体组合漂浮结构，环形浮箱构成了整个上层结构，在限定uhpc材料的使用量的情况下，建造的漂浮结构的长宽尺寸较小，性价比较低。
5.同时，公开号为cn 111846131 a的中国专利也公开了一种装配式uhpc管-箱体组合漂浮结构及其建造方法，这种uhpc 管-箱体组合漂浮结构由若干个预制的中小型uhpc薄壁箱体、连接套筒和uhpc管组装而成，管-箱组合、结构稳定、形式多样、抗腐蚀性强，既可组成单层浅吃水漂浮平台，又可组成两层或多层半潜式骨架结构平台，具有广泛的再开发潜力和应用前景。和上述的减摇型uhpc管-箱体组合漂浮结构相比，在限定uhpc材料的使用量的情况下，建造的漂浮结构的长宽尺寸更大，性价更高。然而，这样的漂浮结构也存在以下问题，每一层漂浮结构中，中空箱体与uhpc管是通过插接的方式连接，纵向连接强度较低，对海洋环境中的波浪冲击的抵抗能力较差。


技术实现要素：

6.鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构合理、对海浪冲击的抵抗能力强、稳定性好的预制装配式uhpc渔场网箱及其建造方法。
7.本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
8.一种预制装配式uhpc渔场网箱，包括上层漂浮框架、下层配重框架、以及将二者连接的中空竖管，所述上层漂浮框架包括拼装成框架结构的若干个中空箱体及若干条上层横梁，所述上层漂浮框架设置有若干条横向的上层张拉孔道，每条上层张拉孔道内均穿设有
预应力筋，所述上层漂浮框架的两端均设置有将所述预应力筋拉紧的上层预应力筋锚具，所述中空箱体的内部和中空竖管的内部均填充有轻质填充物，所述下层配重框架包括拼装成框架结构的若干条下层横梁及若干个下层纵向件，所述下层配重框架设置有若干条横向的下层张拉孔道，每条下层张拉孔道内均穿设有预应力筋，所述下层配重框架的两端均设置有将所述预应力筋拉紧的下层预应力筋锚具。
9.在本发明的一种优选方案中，各个中空箱体呈一列地间隔设置，每两个相邻的中空箱体通过若干条上层横梁连接，所述上层张拉孔道包括设置于所述中空箱体内的第一孔段和设置于所述上层横梁内的第二孔段。
10.在本发明的一种优选方案中，所述的上层横梁与所述的中空箱体插接且二者的插接处通过密封胶固结。
11.在本发明的一种优选方案中，所述上层横梁包括交错设置的若干中空段和若干实心段，所述中空段内部填充有轻质填充材料，所述实心段设置有第一插孔，所述的中空竖管包括小口径uhpc管，所述小口径uhpc管的上端部与所述第一插孔插接配合且二者之间通过密封胶固结。
12.在本发明的一种优选方案中，下层横梁和下层纵向件均为实心uhpc杆件，所述下层横梁设置有与所述第一插孔对应的第二插孔，所述小口径uhpc管的下端部与所述第二插孔插接配合且二者之间通过密封胶固结。
13.在本发明的一种优选方案中，所述上层横梁内预埋有沿着其长度方向布置的上层张拉管道，上层张拉管道依次穿过所有的中空段和实心段，上层张拉管道的内孔即构成上述的第二孔段。
14.在本发明的一种优选方案中，所述的下层纵向件包括分别位于下层配重结构两端的实心底板，所有下层横梁均连接在两个实心底板之间，所述的下层预应力筋锚具设置于所述实心底板的外侧部。
15.在本发明的一种优选方案中，所述的下层张拉孔道包括设置于所述实心底板内的第三孔段和设置于所述下层横梁内的第四孔段。
16.在本发明的一种优选方案中，所述下层横梁内预埋有沿着其长度方向布置的下层张拉管道，下层张拉管道的内孔即构成上述的第四孔段。
17.在本发明的一种优选方案中，所述下层横梁的数量为2条，所述的下层纵向件还包括连接在2条下层横梁之间的下层纵杆。
18.在本发明的一种优选方案中，所述下层纵杆与所述的下层横梁插接，所述下层纵向件的插接位置与小口径uhpc管的插接位置错开，避免出现应力薄弱处。
19.在本发明的一种优选方案中，中空箱体的数量为3个及以上，位于所述上层漂浮框架两端的中空箱体为端部箱体，位于两个端部箱体之间的中空箱体为中部箱体，所述的上层预应力筋锚具设置于所述端部箱体的外侧部，所述的中空竖管包括连接在实心底板和对应的端部箱体之间的大口径uhpc管。
20.在本发明的一种优选方案中，所述大口径uhpc管的上端与所述的端部箱体插接，所述大口径uhpc管的下端与所述的实心底板插接。
21.一种预制装配式uhpc渔场网箱的建造方法，用于建造如上所述的预制装配式uhpc渔场网箱，包括以下步骤：
22.s1、制作配件，分别制作中空箱体、上层横梁、中空竖管、下层横梁、以及下层纵向件；
23.s2、组装成型上层漂浮结构，将中空箱体呈一列地间隔设置，在相邻的中空箱体之间安装上层横梁，使中空箱体内的第一孔段和上层横梁内的第二孔段对齐，构成若干条上层张拉孔道，然后在每条上层张拉孔道内穿入预应力筋，使用上层预应力筋锚具对这些预应力筋进行张拉，将预应力筋拉紧，然后在上层张拉孔道内灌入水泥浆，使预应力筋、上层横梁、中空箱体构成一个整体；
24.s3、组装成型下层配重结构，将所有的下层横梁均安装在两个实心底板之间，使实心底板内的第三孔段和下层横梁内的第四孔段对齐，构成若干条下层张拉孔道，然后在每条下层张拉孔道内穿入预应力筋，使用下层预应力筋锚具对这些预应力筋进行张拉，将预应力筋拉紧，然后在下层张拉孔道内灌入水泥浆，使预应力筋、下层横梁、实心底板构成一个整体；
25.s4、上下层拼装，所述中空竖管包括小口径uhpc管和大口径uhpc管，通过小口径uhpc管将上层横梁和下层横梁连接，通过大口径uhpc管将实心底板与对应的中空箱体连接。
26.在本发明的一种优选方案中，在实施步骤s4之后，实施步骤s5，在所有部件的连接处采用灌浆或注胶的方式进行密封固结。
27.本发明的有益效果是：
28.1、本发明采用uhpc材料预制的上层漂浮框架、下层配重框架、以及中空竖管组装而成，上层漂浮框架由中空箱体、和上层横梁组装而成，下层配重框架由下层横梁、实心底板、下层纵杆组装而成，保证结构的受力合理，整体性强，对海洋环境中的波浪冲击的抵抗能力强，稳定性好。
29.2、上层漂浮框架和下层配重框架组装成型后，通过上层预应力筋锚具将上层张拉孔道内的预应力筋拉紧，通过下层预应力筋锚具将下层张拉孔道内的预应力筋拉紧，能够增强整体结构的横向强度和刚度。
30.3、本发明网箱结构的主要结构材料为uhpc，其强度高、韧性好，具有抗腐蚀、抗冲击等一系列优异性能；中空竖管和中空箱体中具有大量的空腔，可为结构提供足够的浮力；空腔内填充了轻质填充材料，可在结构表面出现裂缝等缺陷的情况下，保持原有的工作状态。
31.4、本结构使用的uhpc构件均为工厂预制，相较于传统网箱，其质量能更好的控制，也可以节约材料；减少施工强度，缩短结构制造的整体工期，更利于推广使用；可降低网箱的维护成本，延长网箱的使用寿命。
附图说明
32.图1是本发明的结构示意图；
33.图2是本发明的主视图；
34.图3是端部箱体和上层横梁的连接结构示意图；
35.图4是中部箱体与上层横梁的连接结构示意图；
36.图5是实心底板与下层横梁的连接结构示意图；
37.图6是上层横梁的结构示意图；
38.图7是下层纵杆与下层横梁的连接结构示意图。
具体实施方式
39.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
40.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
…
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“优选”、“次优选”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“优选”、“次优选”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
41.参照图1至图7，一种预制装配式uhpc渔场网箱，包括上层漂浮框架、下层配重框架、以及将二者连接的中空竖管1。
42.上层漂浮框架包括拼装成框架结构的若干个中空箱体2及若干条上层横梁3，中空箱体2的内部具有箱体空腔202，上层漂浮框架设置有若干条横向的上层张拉孔道41，每条上层张拉孔道41内均穿设有预应力筋42，上层漂浮框架的两端均设置有将预应力筋42拉紧的上层预应力筋锚具43，中空箱体2的内部和中空竖管1的内部均填充有泡沫塑料等轻质填充物，如聚苯或聚氨酯泡沫塑料。
43.下层配重框架包括拼装成框架结构的若干条下层横梁5及若干个下层纵向件6，下层配重框架设置有若干条横向的下层张拉孔道71，每条下层张拉孔道71内均穿设有预应力筋42，下层配重框架的两端均设置有将预应力筋42拉紧的下层预应力筋锚具72。
44.中空箱体2、上层横梁3、中空竖管1、下层横梁5、以及下层纵向件6均采用以uhpc为主要材料的高强高韧水泥基复合材料制备得到。
45.上层漂浮框架和下层配重框架组装成型后，通过上层预应力筋锚具43将上层张拉孔道41内的预应力筋42拉紧，通过下层预应力筋锚具72将下层张拉孔道71内的预应力筋42拉紧，能够增强整体结构的横向强度和刚度。
46.参照图1与图2，在本发明的一种优选方案中，各个中空箱体2呈一列地间隔设置，每两个相邻的中空箱体2通过若干条上层横梁3连接，上层张拉孔道41包括设置于中空箱体2内的第一孔段411和设置于上层横梁3内的第二孔段412。
47.上层横梁3与中空箱体2插接且二者的插接处通过密封胶固结。具体地，中空箱体2上设置有横向的插孔203，上层横梁3的端部设置有与该插孔203插接配合的插块。
48.作为本发明的进一步改进，上层横梁3包括交错设置的若干中空段31和若干实心段32，中空段31内部填充有泡沫塑料等轻质填充材料，实心段32设置有第一插孔301，中空竖管1 包括小口径uhpc管11，小口径uhpc管11的上端部与第一插孔301插接配合且二者之间通过密封胶固结。上层横梁3内预埋有沿着其长度方向布置的上层张拉管道，上层张拉管道依次穿过所有的中空段31和实心段32，上层张拉管道的内孔即构成上述的第二孔段412。
49.下层横梁5为实心uhpc梁，下层横梁5设置有与第一插孔301对应的第二插孔501，小口径uhpc管11的下端部与第二插孔501插接配合且二者之间通过密封胶固结。
50.进一步地，下层纵向件6还包括分别位于下层配重结构两端的实心底板61，所有下
层横梁5均连接在两个实心底板61之间，下层预应力筋锚具72设置于实心底板61的外侧部。优选地，实心底板61上设置有插孔612，下层横梁5的端部插入该插孔612中且二者之间通过密封胶固结。
51.参照图1与图2，在本发明的一种优选方案中，下层张拉孔道71包括设置于实心底板61内的第三孔段711和设置于下层横梁5 内的第四孔段712。具体地，下层横梁5内预埋有沿着其长度方向布置的下层张拉管道，下层张拉管道的内孔即构成上述的第四孔段712。
52.参照图1，下层横梁5的数量一般设置为为2条，下层纵向件6还包括连接在2条下层横梁5之间的下层纵杆62。
53.下层横梁5上设置有与下层纵杆62对应的插孔502，下层纵杆62的两端分别与两根下层横梁5的插孔502插接，用于加强下层配重框架的纵向强度和刚度。在下层横梁5上，下层纵向件6的插接位置应与小口径uhpc管11的插接位置错开，避免出现应力薄弱处。
54.中空箱体2的数量为2个及以上，当中空箱体2的数量为3 个及以上，位于上层漂浮框架两端的中空箱体2为端部箱体，位于两个端部箱体之间的中空箱体2为中部箱体，上层预应力筋锚具43设置于端部箱体的外侧部，当中空箱体2的数量为2 个时，两个中空箱体2均位于上层漂浮框架的两端，二者均为端部箱体。
55.进一步地，中空竖管1还包括连接在实心底板61和对应的端部箱体之间的大口径uhpc管12。端部箱体的下表面、实心底板61的上表面均设置有稍大于大口径uhpc管12的插孔202，大口径uhpc管12的上端插入端部箱体下表面的插孔202，大口径uhpc管12的下端插入实心底板61上表面的插孔611以将端部箱体和实心底板61连接，大口径uhpc管12与端部箱体的插接处、大口径uhpc管12与实心底部的插接处均通过密封胶固结。
56.整个装配式uhpc渔场网箱的平均密度需小于海水的密度，使装配式uhpc渔场网箱能够漂浮在海水中。上层漂浮框的平均密度应低于下层配重框架的平均密度，一般将下层配重框架的实心底板61、下层横梁5、下层纵杆62均设置为实心结构，用于降低重心，增强网箱在海洋复杂环境中对各种工况的适应能力，在海浪的冲击下可降低摇晃幅度，防止倾翻。
57.用于建造上述的预制装配式uhpc渔场网箱的建造方法，包括以下步骤：
58.s1、制作配件，分别制作中空箱体2、上层横梁3、大口径 uhpc管12、小口径uhpc管11、下层横梁5、以及下层纵杆 62以及实心底板61；
59.s2、组装成型上层漂浮结构，将中空箱体2呈一列地间隔设置，在相邻的中空箱体2之间安装上层横梁3，使中空箱体2 内的第一孔段411和上层横梁3内的第二孔段412对齐，构成若干条上层张拉孔道41，然后在每条上层张拉孔道41内穿入预应力筋42，使用上层预应力筋锚具43对这些预应力筋42进行张拉，将预应力筋42拉紧，然后在上层张拉孔道41内灌入水泥浆，使预应力筋42、上层横梁3、中空箱体2构成一个整体；
60.s3、组装成型下层配重结构，通过下层纵杆62将所有的下层横梁5连接在一起，并将所有的下层横梁5均安装在两个实心底板61之间，使实心底板61内的第三孔段711和下层横梁5内的第四孔段712对齐，构成若干条下层张拉孔道71，然后在每条下层张拉孔道71内穿入预应力筋42，使用下层预应力筋锚具72 对这些预应力筋42进行张拉，将预应力筋42拉紧，然后在下层张拉孔道71内灌入水泥浆，使预应力筋42、下层横梁5、实心底板61构成一个整体；
61.s4、上下层拼装，通过小口径uhpc管11将上层横梁3和下层横梁5连接，通过大口径
uhpc管12将实心底板61与对应的中空箱体2连接。
62.s5、在所有部件的连接处采用灌浆或注胶的方式进行密封固结。
63.上述步骤s1中，制作中空箱体2、上层横梁3、大口径uhpc 管12、小口径uhpc管11的方法是：首先采用高强高韧水泥基复合材料制作中空箱体2、上层横梁3、大口径uhpc管12、小口径uhpc管11的胚体，待胚体硬化，向中空箱体2、上层横梁3、大口径uhpc管12、小口径uhpc管11的内腔中注入泡沫塑料等轻质填充物，然后将注入轻质填充物的灌注口封闭。
64.上述的5个步骤，最先实施s1，s2、s3可同时实施，也可以先实施s2，或者先实施s3，s2、s3完成后，再实施s4，最后实施s5。
65.实施例1
66.本实例提供的预制装配式uhpc渔场网箱由中空箱体2、上层横梁3、大口径uhpc管12、小口径uhpc管11、下层横梁5、以及下层纵杆62以及实心底板61相互插接组装而成。
67.本例中采用中空箱体2的尺寸为5000
×
2000
×
500mm,侧壁厚度为30mm，箱体空腔202位于箱体中心位置，尺寸为2500
ꢀ×
1500
×
400mm，中空箱体2上竖直的插孔的半径为600mm，高度为400mm。实心底板61尺寸为5000
×
2000
×
200mm，内部开设与中空箱体2位置对应、半径相同的竖直的插孔，高度为100mm。上层横梁3尺寸为5000
×
500
×
500mm，下层横梁5 尺寸为12000
×
500
×
500mm，下层纵杆62尺寸为4000
×
500
×ꢀ
200mm。大口径uhpc管12半径取600mm，高度为1000mm；小口径uhpc管11半径取200mm,高度为1000mm。结合各构件尺寸，可得结构整体长度为16m，宽度为5m，整体长宽比约为3：1，具体参数详见表1。
68.表1预制uhpc网箱构件尺寸参数表
69.名称长
×
宽
×
高/mm壁厚/mm数量/个体积/m3质量/kg中空箱体25000
×
2000
×
5003032.34966109.09箱体空腔2022500
×
1500
×
400 34.50000实心底板615000
×
2000
×
200 23.887010106.2上层横梁35000
×
500
×
5002040.80202084.83下层横梁512000
×
500
×
5002020.63941662.67下层纵杆624000
×
500
×
2002040.43401128.86小口径uhpc管11r＝200,l＝100020 0.3968332.06大口径uhpc管12r＝600,l＝150025 0.3346300.69结构总重
ꢀꢀꢀꢀ
21724.4
70.由表1可得，结构总重量为21724.4kg，根据图1-7，可计算得出结构排水量为34280kg，该结构可提供的净浮力为 34280-21724.4＝12555.6公斤。故该结构在水中处于漂浮状态，且具有相当的承载力。在实际生产过程中，可承受一定的网箱网衣、人工活动等荷载，相较由传统围栏式网箱，其应用范围及承载能力更加优越。
71.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。