CN212697237U

CN212697237U - 一种预制装配式uhpc管渔场网箱结构

Info

Publication number: CN212697237U
Application number: CN202021425115.2U
Authority: CN
Inventors: 水中和
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2030-07-17

Abstract

本实用新型提供预制装配式UHPC管渔场网箱结构。其包括UHPC管、用于UHPC管连接的附件和渔网，所述UHPC管用附件连接组装形成UHPC管网骨架结构，UHPC管网骨架结构与渔网结合形成渔场网箱；UHPC管直径、管壁厚度、管实体部分密度和水密度之间满足以下关系：R×ρ_w>2×d×ρ_uhpc，其中，R为UHPC管半径，d为管壁厚，ρ_w为水的密度，ρ_uhpc为UHPC的密度，所述的预制装配式UHPC管渔场网箱结构处于漂浮状态。

Description

一种预制装配式UHPC管渔场网箱结构

技术领域

本实用新型属于海洋工程设施技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种预制装配式UHPC管渔场网箱结构。

背景技术

近年来，国家为了保护海洋渔业资源而采取了一系列的有力措施，推广应用网箱养殖就是其中一个重要举措，而且，为保护生态环境，提高渔业资源的利用效率，发展远海养殖已经成为重要发展趋势。长期以来，渔场网箱的主干结构是用钢铁材料打造的，而用水泥基材料来建造网箱结构则极其少见。金属材料建造的网箱结构受海洋环境影响显著，容易锈蚀，需要频繁地进行防腐蚀维护，所以，维护成本非常高。

作为一种高强高韧的新型水泥基材料，UHPC在力学性能、耐海水侵蚀等方面显示出良好的综合优势，是制造远海网箱的优选材料之一。

实用新型内容

为了实现以上目的，本实用新型提供一种预制装配式UHPC管渔场网箱结构。

预制装配式UHPC管渔场网箱结构,包括UHPC管、用于UHPC管连接的附件和渔网，所述UHPC管用附件连接组装形成UHPC管网骨架结构，UHPC管网骨架结构与渔网结合形成渔场网箱；UHPC管直径、管壁厚度、管实体部分密度和水密度之间满足以下关系：R×ρ_w>2×d×ρ_uhpc，其中，R为UHPC管半径，d为管壁厚，ρ_w为水的密度，ρ_uhpc为UHPC的密度，所述的预制装配式UHPC管渔场网箱结构处于漂浮状态。

按上述方案，所述的附件为管道连接头，所述的管道连接头为两通连接头或多通连接头，所述的两通连接头为直管连接头、直角连接头或弯管连接头，将 UHPC管沿直线、直角或弧线连接；所述的多通连接头的结构为由相应数量的多个短管在二维平面或三维空间汇聚于一个球体而成；如三通或四通连接头的结构为由三个或四个短管汇聚于一个球体而成；

按上述方案，所述的管道连接头端头的直径略小于UHPC管的内径，或略大于UHPC管的外径，UHPC管和管道连接头为内插式连接或外套式连接。

按上述方案,管道连接头伸出的两个或多个连接管段的管径不同，实现不同管径的UHPC管的连接；管道连接头伸出的连接管段可以是变化通过连接头连接管段管径的变化，可使不同管径的UHPC管组装在一起形成管网状构；

按上述方案，所述的管道连接头可以是UHPC材质，也可以是金属材质和高分子材料。

按上述方案，所述的UHPC管网骨架可为立方体、长方体和多面体外形轮廓。 UHPC管网骨架的主要受力部位采用两根或多根UHPC管并排连接。由此有利于保证该结构具有足够的抵御风浪和荷载的能力。

优选的是，所述的UHPC管网骨架结构为两层或多层结构，其中处于水面上的结构层向外延伸，提供空间用于搭建生活和作业平台。

优选的是，UHPC管的端头处内置钢丝笼予以加强，钢丝笼为若干个相互平行的圆环，与纵向直钢丝焊接连接而成，钢丝笼轴心与UHPC管轴心相重叠；钢丝笼在端头1～2倍UHPC管直径的范围内沿管轴方向平行布置，钢丝环与环之间的平面间隔5～10mm。

优选的是，UHPC管端部的外表面或内壁面设有两条1～2mm深的环向凹槽，用于与其相连接的UHPC管道连接头的内壁面或外表面连接管段上设置的环向凹槽错开，并位于上述两凹槽之间，实现UHPC管和UHPC管道连接头的内插式或外包式连接；当采用内插式连接头时，UHPC管端头处内壁加工环向凹槽，该凹槽距UHPC管端头及两凹槽之间的尺寸为，UHPC管半径1-1.2倍；当采用外包式连接头时，UHPC管端头处外表面加工出环向凹槽，该凹槽距UHPC管端头及两凹槽之间的尺寸为UHPC管半径1-1.2倍。

优选的是，UHPC管内部空间内填充有轻质泡沫材料，轻质泡沫材料在UHPC 管内部整体填充或局部填充；或UHPC管内部空间两端端头附近用轻质防水材料封堵而形成封闭的空气柱；所述的轻质泡沫材料可选聚苯乙烯泡沫或聚氨酯等。这样，将其置于水中，该管件可以自由漂浮；所有管道连接头内部的空间均填充轻质泡沫材料，这样，当漂浮结构在水中拼装和服役时，可避免水灌入或渗入管网结构内部。

上述预制装配式UHPC管渔场网箱结构的建造方法，包括以下步骤：

提供UHPC管；

提供管道连接头，包括两通连接头和多通连接头；

将UHPC管用管道连接头组装成预制装配式UHPC管管网骨架结构，其中：两 UHPC管沿轴线连接时，用直管连接头以内插或外套的方式进行两UHPC管的连接；两UHPC管以一定角度连接时，用直角连接头或弯管连接头以内插或外套的方式进行两UHPC管的连接；多个UHPC管以一定的角度在空间交汇时，采用相应多通连接头将多根UHPC管连接在一起形成管网骨架结构，如三UHPC管以一定的角度在空间交汇时，采用三通连接头；四UHPC管以一定的角度在空间交汇时，采用四通连接头，以此类推；

提供渔网，将渔网和网状漂浮结构结合，形成预制装配式UHPC管渔场网箱结构。

按上述方案，在所述预制装配式UHPC管管网骨架结构上设置不锈钢挂钩；按照预制装配式UHPC管管网骨架的外形剪裁渔网，通过不锈钢挂钩将渔网和预制装配式UHPC管管网骨架结构结合形成渔场网箱结构；

或将预制装配式UHPC管管网骨架结构和渔网用尼龙绳捆绑，形成渔场网箱结构。

按上述方案，根据连接方式为内插式或外包式，在UHPC管端头外表面或内壁面加工1～2mm深的环向凹槽，在用于与其相连接的UHPC管连接头的内壁面或外表面连接管段上设置环向凹槽，并与其错开，且位于上述两凹槽之间，实现 UHPC管和管道连接头的内插式或外包式连接。

所述的管道连接头为金属材料或高分子材料材质时，使用粘结剂固定UHPC 管和管道连接头。

优选的是，UHPC管内部空间采取整体填充或局部填充的方式用轻质泡沫材料(如聚苯乙烯泡沫)进行填充，或者其两端端头附近处用轻质防水材料封堵而形成封闭的空气柱，这样，将其置于水中，该管件可以自由漂浮。按上述方案，若干根UHPC管并排连接时，采用并联UHPC管固定用管套加以横向固定，所述的并联UHPC管固定管套为抗腐蚀金属套环或预制UHPC并联管套，所述的抗腐蚀性金属套环为不锈钢或钛合金材质。

该预制管套包含若干个圆孔，UHPC管可穿过预留孔而在横向得以约束，采用管套进行横向固定后再用水泥浆或粘结剂进一步将两者结合牢固；当采用金属套环时，在金属条与UHPC管外表接触处填塞橡胶块；当采用预制UHPC并联管套时，通过灌浆方式将其与UHPC管连接成一体。

按上述方案，多根UHPC管并行连接时，利用预制UHPC端头罩对UHPC管端头进行连接、封堵和防护。预制UHPC端头罩由一段UHPC板结合若干UHPC管段而成一个整体，端头罩管段可以插入UHPC管端头而对若干个端头进行连接、封堵和防护，端头罩管段也可以包裹住UHPC管端头而达到连接、封堵和防护的目的。

按上述方案，在组装预制装配式UHPC管管网骨架结构的外围结构时，使用外包型UHPC管连接头，将UHPC管和管道连接头进行外包式连接，可提高连接头的力学性能，增强网箱结构抵抗外部冲击的能力，易于发现问题，便于更换。

物理学知识表明，当表面封闭的物体的排水量大于其自重时，物体就不会沉没，此时：R²×π×L×ρ_w>2×π×R×L×d×ρ_uhpc，其中，R为UHPC管半径，L为管的长度，d为管壁厚，ρ_w为水的密度，ρ_uhpc为UHPC的密度。将上述关系式简化，可得到R×ρ_w>2×d×ρ_uhpc，即当管半径和管厚度这两个变量满足上述关系时，UHPC 管道的封闭空间就可以提供额外的浮力。本实用新型基于UHPC管围成的封闭空间的排水量大于UHPC管的自重；UHPC管渔场网箱结构的排水量大于UHPC管渔场网箱各部分的总重量。由此，UHPC管道的封闭空间不但可以提供浮力，同时， UHPC管本身又是性能极佳的结构构件，可以胜任梁、柱、肋等厚重结构的功能。预制UHPC管与管之间经过适当的组装，可以形成耐腐蚀性能优异、维护成本较低、承载能力强的网箱结构，然后结合渔网可获得渔场网箱。

本实用新型至少包含以下有益效果：

1.本实用新型采用UHPC管进行组合，利用管网组合结构，提供的UHPC管渔场网箱结构，充分利用了纤维增强水泥管、杆(UHPC)优异的力学性能，集结构主体和浮体于一体，不但可以降低水泥制品的结构自重，也可以实现多种结构形式的灵活变化，抵抗海洋风浪冲击能力强，维护成本低，对于提高渔场网箱经济效益和社会效益具有重要作用。

2.本实用新型提供的预制装配式UHPC管渔场网箱，基于UHPC材料的结构致密、高强高韧和光滑高碱特性，显著提升渔场网箱的抗腐蚀、抗附着能力，降低网箱的维护成本，尤其适合于海洋工程领域。

3.外围结构使用外包型UHPC管连接头，可以提高连接头的力学性能，增强网箱结构抵抗外部冲击的能力，易于发现问题，便于更换。

附图说明

图1为预制装配式UHPC管渔场网箱首层平面结构示意图；

图2为预制UHPC管结构特征示意图；

图3为外包式两管连接头结构及管端头构造示意图；

图4为内插式三通、四通及多通道连接头结构示意图；

图5为UHPC管并排连接用金属套环和预制UHPC并联管套示意图；

图6为并排UHPC管端头封堵用端头罩结构示意图；

图7为双层UHPC管装配式渔场网箱实例平面及立面示意图；

图8为预制装配式UHPC管渔场网箱的主体结构立体示意图；

图中：10—UHPC薄壁管；11—直管连接头(两通连接头)；12—弯管(二通) 连接头；13—直角(二通)连接头；14—三通连接头；15—四通连接头；16—UHPC 并联管套；17——UHPC并联端头罩；101—内部有填充或封堵的UHPC薄壁管； 102—UHPC管端头钢丝笼；103—整体填充用轻质材料；105—局部封堵用轻质材料；109—UHPC管端头处凹槽；111—UHPC连接头处凹槽；141—三通连接头内部空间；151—四通连接头内部空间；161—UHPC管并排连接用金属套环；162—UHPC 管并排连接用管套；171—UHPC端头罩内插式连接管段；172—内插式端头罩端头板；173—UHPC端头罩外包式连接管段；174—外包式端头罩端头板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域的技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述材料和配件，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图8所示，本实用新型提供一种预制装配式UHPC管渔场网箱结构，包括：

UHPC薄壁管10，UHPC管直径、管壁厚度、管实体部分密度之间满足以下关系：R×ρ_w>2×d×ρ_uhpc，其中，R为UHPC管半径，d为管壁厚，ρ_w为水的密度，ρ_uhpc为UHPC的密度，其由水泥、砂子、钢纤维和高效减水剂等原材料，经过水泥制品制备过程而得到的结构致密、高强高韧和光滑高碱的水泥管。

其可采用以下建造方法，包括以下步骤：

提供UHPC管；

提供管道连接头，包括两通连接头和多通连接头；

如图2所示，为保证本实用新型提供的渔场网箱结构具有足够的承载力和安全性，对预制UHPC管10内部空间加以封闭或填充轻质发泡材料103和105，且用钢丝笼102对UHPC管端头进行加强处理，并在端头内壁加工1～2mm深环向凹槽109两条，该凹槽距管端头及两凹槽109之间的尺寸约等于管半径；上述凹槽也可能加工在管端头的外表面，以便与外部连接装置相配套。

如图3和图4所示，利用UHPC管组装时所采用的外包式或内插式连接头，包括直管连接头11、弯管连接头12和直角连接头13；三管连接时，采用三通连接头14；四管连接时，采用四通连接头15，以此类推；三通连接头14或四通连接头15由二维平面或三维空间的三个或四个短管汇聚于一个圆球体；连接头伸出的两个或多个连接管段的管径可以是不同的，因此，UHPC网箱结构可用不同管径的UHPC管组合装配而成；连接头管段和UHPC管端头的接触面处有相配套的环向凹槽109和111，通常，作为结构主干的UHPC管端头凹槽109为两条，对应的连接头管段处凹槽111为一条；连接头可以是UHPC材质，也可以是金属材质和高分子材料。

上述所有的管与管之间的连接均采用C60强度等级以上聚合物改性水泥砂浆填充连接处的接触面，以使连接头和UHPC管端头固结为一体。用砂浆对接缝进行处理后7天内，网箱结构应原地静置，不得挪动，环境温度保持在10～30℃左右。

如图5所示，当数根UHPC管并排连接时，可采用横向连接件16，包括金属套环161或预制UHPC并联管套162加以横向固定。金属套环161可用抗海洋腐蚀性金属条带(不锈钢、钛合金等)制成方格状套环连接装置，从横向固定UHPC 管；预制UHPC管套162在模具中浇筑成型，该管套包含若干个并排圆孔，UHPC 管可穿过预留孔而在横向得以固定；当采用金属套环161时，在金属条与UHPC 管外表接触处填塞橡胶块；当采用预制UHPC管套162时，通过灌浆方式将其与 UHPC管连接成一体。

如图6所示，当多根UHPC管并行连接时，可能会出现若干“终端”，即不再与其他管段连接的端头，此时可利用端头罩17对UHPC管端头进行封堵和防护，并加以横向加强。预制UHPC端头罩17由一段UHPC板结合若干UHPC管段而成一个整体，其中172为内插式端头罩，174为外包式端头罩。端头罩管段171插入到UHPC管端头101内而实现连接即为内插式端头罩172，端头罩管段173从外部包裹住UHPC管端头101而实现连接即为外包式端头罩174。

本发明提供的横向连接装置UHPC管套162和内插式端头罩172或外包式端头罩174，用于横向连接UHPC管或封堵其端头时，在连接处接触面均应采取注浆方式填充缝隙，并使之达到固化。所用固化材料为C60以上聚合物改性浆，对接缝进行注浆处理后7天内，网箱结构应原地静置，不得挪动，且环境温度保持在10～30℃左右。

本实用新型提供的渔场网箱结构，由上述UHPC管与各种连接头、金属套环或UHPC管套进行连接，可形成各种预先设计的网箱骨架结构，该骨架结构与渔网结合即成为网箱渔场；按上述要求建造的结构的浮力大于结构各部分的总重量，因此其可漂浮于水中并提供一定的承载力。

如图7所示，本实用新型就一种预制装配式UHPC管渔场网箱结构提供一个具体实施例：

本例是一个双层的UHPC管组合框架结构，即以UHPC管10为主要结构构件，利用不同类型的连接头(11、12、13、14和15)、UHPC并联管套16以及端头罩17拼装连接而成。其上层所用UHPC管的内径300mm、壁厚15mm，下层采用内径200mm、壁厚15mm的UHPC管为主要结构构件，上下层之间的连接管也采用内径200mm、壁厚15mm的UHPC管。连接组装之前，主要的UHPC管内部用轻质多孔材料103或105进行填充或封堵，但为连接预留必要的空间；采用UHPC连接头时，连接管段交接处用钢丝笼102加强端头和开槽109或111 处理以加强连接；对于相邻并排的UHPC管的连接，可选用不锈钢并联管套161 或UHPC并联管套162进行横向连接；对于相邻并排的UHPC管的端头部分，可采用内插式端头罩172或外包式端头罩174将其端头密封并结合牢固。上层结构中间的长方形部分向下延伸即与下层结构相衔接，并由此组成一个立方体网箱骨架。上层结构的长方形以外的轮廓为扩展部分，系搭建生活和作业平台所预留的空间。实例中下层和侧面结构中管件交叉处均采用了不同类型的连接头。然后将渔网和上述网箱骨架结构进行结合，具体可为：在所述预制装配式UHPC管管网骨架结构上设置不锈钢挂钩；按照预制装配式UHPC管管网骨架的外形剪裁渔网，通过不锈钢挂钩将渔网和预制装配式UHPC管管网骨架结构结合形成渔场网箱结构；或将预制装配式UHPC管管网骨架结构和渔网用尼龙绳捆绑，形成渔场网箱结构

本实例共计使用UHPC管46根，各种连接头36个，且这些管件、连接头和附件均由UHPC预制而成。组成本例网箱结构的各种管件、连接头和附件如表1所示。管件的重量经计算而得，其余连接附件的重量均为估算而得，其中 UHPC密度按2600kg/m³计。

表1 UHPC管网架结构网箱实例材料列表

由上表的结果可见，以管内径为300mm和200mm的UHPC管为结构主体和浮力供体的网箱结构，自重约4500kg，可提供承载力约7600kg。如对各构件、附件的结构和构造做进一步优化，承载力比可获得进一步的提高。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施案例中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.预制装配式UHPC管渔场网箱结构,其特征在于：包括UHPC管、用于UHPC管连接的附件和渔网，所述UHPC管用附件连接组装形成UHPC管网骨架结构，UHPC管网骨架结构与渔网结合形成渔场网箱；UHPC管直径、管壁厚度、管实体部分密度和水密度之间满足以下关系：R×ρ_w>2×d×ρ_uhpc，其中，R为UHPC管半径，d为管壁厚，ρ_w为水的密度，ρ_uhpc为UHPC的密度，所述的预制装配式UHPC管渔场网箱结构处于漂浮状态。

2.根据权利要求1所述的渔场网箱结构,其特征在于：所述的附件为管道连接头，所述的管道连接头是UHPC材质或金属材质或高分子材料，所述的管道连接头为两通连接头或多通连接头，所述的两通连接头为直管连接头、直角连接头或弯管连接头，将UHPC管沿直线、直角或弧线连接；所述的多通连接头的结构为由相应数量的多个短管在二维平面或三维空间汇聚于一个球体而成；

所述的管道连接头端头的直径略小于UHPC管的内径，或略大于UHPC管的外径，UHPC管和管道连接头为内插式连接或外套式连接。

3.根据权利要求2所述的渔场网箱结构,其特征在于：管道连接头伸出的两个或多个连接管段的管径不同，实现不同管径的UHPC管的连接。

4.根据权利要求1所述的渔场网箱结构,其特征在于：所述的UHPC管网骨架结构为两层或多层结构，其中处于水面上的结构层向外延伸，提供空间用于搭建生活和作业平台。

5.根据权利要求1所述的渔场网箱结构,其特征在于：所述的UHPC管网骨架具有立方体、长方体和多面体外形轮廓结构。

6.根据权利要求1所述的渔场网箱结构,其特征在于：UHPC管的端头处内置钢丝笼予以加强，钢丝笼为若干个相互平行的圆环，与纵向直钢丝焊接连接而成，钢丝笼轴心与UHPC管轴心相重叠；钢丝笼在端头1~2倍UHPC管直径的范围内沿管轴方向平行布置，钢丝环与环之间的平面间隔5~10mm。

7.根据权利要求1所述的渔场网箱结构,其特征在于：UHPC管端部的外表面或内壁面设有两条1~2mm深的环向凹槽，用于与其相连接的UHPC管道连接头的内壁面或外表面连接管段上设置的环向凹槽错开，并位于上述两凹槽之间，实现UHPC管和UHPC管道连接头的内插式或外包式连接；当采用内插式连接头时，UHPC管端头处内壁加工环向凹槽，该凹槽距UHPC管端头及两凹槽之间的尺寸为，UHPC管半径1-1.2倍；当采用外包式连接头时，UHPC管端头处外表面加工出环向凹槽，该凹槽距UHPC管端头及两凹槽之间的尺寸为UHPC管半径1-1.2倍。

8.根据权利要求1所述的渔场网箱结构,其特征在于：UHPC管内部空间内填充有轻质泡沫材料，轻质泡沫材料在UHPC管内部整体填充或局部填充；或UHPC管内部空间两端端头附近用轻质防水材料封堵而形成封闭的空气柱。

9.根据权利要求8所述的渔场网箱结构,其特征在于：所述的轻质泡沫材料为聚苯乙烯泡沫或聚氨酯。