本实用新型涉及增养殖渔业工程设施领域，特别是涉及一种多层立体人工鱼礁。
背景技术：
随着人类对于海洋的过度捕捞和开发，近海坏境逐渐恶化，海洋生物赖以生存的空间越来越小，近海渔业资源濒临崩溃的边缘，人们越来越关注近海环境及近海渔业资源的恢复和保护，海洋牧场、人工鱼礁等逐渐成为人们研究的热点。
人工鱼礁是置于天然水域中用于修复水域生态环境的人工构造物。为了营造海洋牧场，人们陆续在近海投放了各式各样的人工鱼礁，为海洋生物提供索饵、繁殖、生长、发育等栖息场所，从而达到改善近海生态环境以及增殖海洋水产资源的目的。
传统的一些小型人工鱼礁对海洋洋流的降速效果并不明显，因此，目前具有洋流减速效果的大型预制钢筋混凝土人工鱼礁被较多的应用于广阔的海域，但在海洋环境中，海水中的氯离子会通过混凝土内部缝隙进入人工鱼礁内部，长期使用会对钢筋造成腐蚀，而现有一些FRP筋混凝土鱼礁，混凝土碱性环境也会对FRP筋材造成腐蚀，从而造成人工鱼礁设计基准期内的使用寿命降低，后期维护成本较高。另外，当前使用的人工鱼礁多为混凝土制成的单层空心多面体，这种结构的人工鱼礁主要问题是：一是稳固性较差，在多个方向的洋流或风浪冲击下容易翻滚；二是空间结构狭小，无法满足大量多种海洋生物的繁殖和生存的需求。
技术实现要素：
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种多层立体人工鱼礁，不仅具有耐海水腐蚀性，提高人工鱼礁的使用寿命，而且稳固性好，抗风浪能力强，对流速较大的洋流减速效果明显，同时又具备较大的容纳空间，易于海洋生物快速附着生长。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种多层立体人工鱼礁，其特征在于，包括多根水平横梁相连组成的多层工字型构件和多根竖直棱柱，每根所述竖直棱柱均与每层所述工字型构件竖直连接，从而形成内部镂空的多层立体鱼礁结构；所述水平横梁及所述竖直棱柱均由FRP筋及混凝土一次浇筑制成；所述FRP筋采用渐扩型锚固端头连接，以增强其与混凝土之间的锚固强度。
优选地，所述工字型构件的数量至少为三层，包括水平分布的顶层工字型构件、中层工字型构件及底层工字型构件。
优选地，所述水平横梁包括相固定的横向水平横梁及纵向水平横梁，所述顶层工字型构件由五根顶层横向水平横梁及六根顶层纵向水平横梁组成，所述中层工字型构件由四根中层横向水平横梁及六根中层纵向水平横梁组成，所述底层工字型构件由四根底层横向水平横梁及六根底层纵向水平横梁组成。
优选地，所述竖直棱柱的数量为十八根，每根所述竖直棱柱的一端固定于所述顶层横向水平横梁与所述顶层纵向水平横梁的交节点，另一端固定于所述底层横向水平横梁与所述底层纵向水平横梁的交节点，每根所述竖直棱柱的中部固定于所述中层横向水平横梁与所述中层纵向水平横梁的交节点。
优选地，所述FRP筋包括纵向受力筋及箍筋，每根所述水平横梁及所述竖直棱柱的内部均设有四根纵向受力筋及沿所述纵向受力筋长度方向间隔分布且箍紧所述纵向受力筋的箍筋；所述箍筋的间距为200mm。
优选地，所述顶层横向水平横梁包括四根顶层横向水平主梁及一根顶层横向水平肋梁，所述顶层横向水平肋梁内部的箍筋的间距为100mm。
优选地，所述渐扩型锚固端头由热固型聚合物水泥制成，其端头部的最大外径为杆体直径的三倍；所述渐扩型锚固端头的横向截面均为圆形，由头至尾逐渐变小。
本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型的多层立体人工鱼礁具有如下优点：
1、本实用新型的多层立体人工鱼礁的水平横梁及竖直棱柱均由FRP筋及混凝土一次浇筑制成；采用耐腐蚀性能优良的FRP筋，有效地避免了海水对人工鱼礁的腐蚀。同时，相比于传统的FRP筋材，本实用新型使用的FRP筋具有更好的耐碱性能，在长期混凝土碱性环境中可保持良好的性能，使得FRP筋在海洋环境100年设计基准期内强度保证率在85％以上，从而提高了人工鱼礁的使用寿命。另外，本实用新型的耐腐蚀性FRP筋的树脂基体为环境友好型树脂，在海洋环境不会造成污染和对海洋生物有害的物质。
2、本实用新型的多层立体人工鱼礁的FRP筋与混凝土之间采用渐扩型锚固端头锚固，有效增强了FRP筋与混凝土之间的锚固强度。
3、本实用新型的多层立体人工鱼礁包括多根水平横梁相连组成的多层工字型构件和多根竖直棱柱，竖直棱柱均与每层工字型构件竖直连接，从而形成内部镂空的多层立体鱼礁结构。轴对称的工字型构件不仅在两个轴向都具有很强的惯性矩，在海洋复杂的流体环境下具有较好的稳固性，而且其两个侧立面外轮廓均为凹入的矩形结构，侧立面的凹入处在海洋环境中对高速的洋流具有较好的减速效果，非常有利于海洋生物的繁殖。另外，本实用新型采用多层立体镂空结构，具备了较大的空间容纳能力，为海洋生物提供了宽裕的索饵、繁殖、生长、发育等栖息空间，满足了大量多种海洋生物的繁殖和生存的需求，进而提高了改善近海生态环境以及增殖海洋水产资源的效果。
4、本实用新型采用浇筑的混凝土为粉煤灰硅酸盐水泥混凝土，粉煤灰硅酸盐水泥混凝土的溶出物对海洋生物有很好的吸附效果，提高了人工鱼礁海洋附着生物的种类和数量。
附图说明
图1为本实用新型的多层立体人工鱼礁的立体结构图；
图2为图1中顶层工字型构件的结构示意图；以及
图3为图1中水平横梁与竖直棱柱的锚固示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制为所述的实施例范围内。
请参阅图1-图3，本实用新型提供一种多层立体人工鱼礁，包括多根水平横梁101相连组成的多层工字型构件1和多根竖直棱柱2，每根竖直棱柱2均与每层工字型构件1竖直连接，从而形成内部镂空的多层立体鱼礁结构；水平横梁101及竖直棱柱2均由FRP筋3及混凝土(图中未示)一次浇筑制成；水平横梁101包括相固定的横向水平横梁及纵向水平横梁；FRP筋3采用渐扩型锚固端头4连接，以增强其与混凝土之间的锚固强度。
具体地，如图1及图2所示，工字型构件1的数量至少为三层，在本实施例中，工字型构件1包括水平分布的顶层工字型构件1-a、中层工字型构件1-b及底层工字型构件1-c。顶层工字型构件1-a由五根顶层横向水平横梁101a1及六根顶层纵向水平横梁101a2组成，中层工字型构件1-b由四根中层横向水平横梁101b1及六根中层纵向水平横梁101b2组成，底层工字型构件1-c由四根底层横向水平横梁101c1及六根底层纵向水平横梁101c2组成。
请进一步参阅图1及图2，在本实施例中，竖直棱柱2的数量为十八根，每根竖直棱柱2的一端固定于顶层横向水平横梁101a1与顶层纵向水平横梁101a2的交节点，另一端固定于底层横向水平横梁101c1与底层纵向水平横梁101c2的交节点，每根竖直棱柱2的中部固定于中层横向水平横梁101b1与中层纵向水平横梁101b2的交节点。
如图1所示，本实用新型为工字型横截面的多层立体鱼礁结构，沿工字型截面两个轴向均成轴对称分布，在两个轴向上都具有很强的惯性矩，因此，本实用新型的多层立体人工鱼礁在海洋复杂的流体环境下具有较好的稳固性，抗风浪能力强。另外，如图1所示，本实用新型的多层立体人工鱼礁的六个面均为内部镂空结构，形成数十条相互连通的透通道102，因此，相比于常见采用单层空心多面体的人工鱼礁，本实用新型的透通道102数量大大增加，空间容纳能力也大大提高，为海洋生物提供了宽裕的索饵、繁殖、生长、发育等栖息空间，满足了大量多种海洋生物的繁殖和生存的需求，进而提高了改善近海生态环境以及增殖海洋水产资源的效果。同时，如图1所示，本实用新型的多层立体人工鱼礁的两个侧立面的外轮廓均为凹入的矩形结构，高速流动的洋流流经侧立面的凹入处103时速度大大减缓，因此，侧立面的凹入处103在海洋环境中对高速的洋流具有较好的减速效果，非常有利于海洋生物的繁殖。
如图3所示，在本实施例中，FRP筋3的基体树脂为环境友好型树脂，从而保证在海洋环境中人工鱼礁不会释放对海洋生物有害的物质，避免海水被污染。
FRP筋3采用GFRP、CFRP、AFRP及BFRP中的一种。在本实施例中，优选采用耐腐蚀性能优良的GFRP筋，相比于传统的FRP筋材，本实用新型使用的FRP筋具有更好的耐碱性能，在长期混凝土碱性环境中可保持良好的性能，使得FRP筋在海洋环境100年设计基准期内强度保证率在85％以上，从而提高了人工鱼礁的使用寿命。
在本实施例中，混凝土为粉煤灰硅酸盐水泥混凝土，粉煤灰硅酸盐水泥混凝土的溶出物对海洋生物有很好的吸附效果，从而提高了人工鱼礁海洋附着生物的种类和数量。
请进一步参阅图1及图3，在本实施例中，FRP筋3包括纵向受力筋301及箍筋(图中未示)，每根水平横梁101及竖直棱柱2的内部均设有四根纵向受力筋301及沿纵向受力筋301长度方向间隔分布且箍紧纵向受力筋301的箍筋，箍筋的数量间距为200mm。
如图3所示，FRP筋3与混凝土之间采用渐扩型锚固端头4锚固，渐扩型锚固端头4由热固型聚合物水泥制成，其端头部的最大外径为杆体直径的三倍；渐扩型锚固端头4的横向截面均为圆形，由头至尾逐渐变小。渐扩型锚固端头在筋材生产过程中被浇筑在FRP筋3的端头，经高温硬化后达到满足测试要求的强度后方可使用。这种结构的端头有效增强了FRP筋3与混凝土之间的锚固强度。其中，本实用新型的FRP筋3均为工厂预制而成，FRP筋3和混凝土现场浇筑为多层立体人工鱼礁，其过程大致如下：先用四根纵向受力筋301及箍筋形成支撑体，再将混凝土填充到每个支撑体之间，待混凝土凝固后即完成人工鱼礁的制作，大大降低了人工劳动强度，具有制作简单及劳动强度低等优点。
特别地，如图2所示，在本实施例中，顶层横向水平横梁101a1包括四根顶层横向水平主梁101a11及一根顶层横向水平肋梁101a12，顶层横向水平肋梁101a12内部的箍筋的间距为100mm。顶层横向水平肋梁101a12既可以增强顶层工字型构件1-a水平横向的刚度，同时也可以作为鱼礁吊装的支撑结构。
本实用新型的多层立体人工鱼礁包括多根水平横梁相连组成的多层工字型构件和多根竖直棱柱，竖直棱柱均与每层工字型构件竖直连接，从而形成内部镂空的多层立体鱼礁结构。轴对称的工字型构件不仅在两个轴向都具有很强的惯性矩，在海洋复杂的流体环境下具有较好的稳固性，而且其两个侧立面外轮廓均为凹入的矩形结构，侧立面的凹入处在海洋环境中对高速的洋流具有较好的减速效果，非常有利于海洋生物的繁殖。另外，本实用新型采用多层立体镂空结构，具备了较大的空间容纳能力，为海洋生物提供了宽裕的索饵、繁殖、生长、发育等栖息空间，满足了大量多种海洋生物的繁殖和生存的需求，进而提高了改善近海生态环境以及增殖海洋水产资源的效果。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。