GBT 40749-2021 海水重力式网箱设计技术规范

海水重力式网箱设计技术规范2021-10-11发布2022-05-01实施国家标准化管理委员会I本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中华人民共和国农业农村部提出。本标准由全国水产标准化技术委员会(SAC/TC156)归口。本标准起草单位：大连理工大学、中国水产科学研究院东海水产研究所、大连天正实业有限公司、中国海洋大学、中国水产科学研究院黄海水产研究所、浙江海洋大学。1海水重力式网箱设计技术规范本标准规定了海水重力式网箱的术语和定义、水文环境调查、设计总则、浮架系统设计、网衣系统设计和锚泊系统设计的要求。本标准适用于以高密度聚乙烯管或镀锌钢管材质制作成框架并浮于水面的海水重力式网箱的结构设计，适用于海水深度小于20m,且周长小于120m的聚乙烯管框架网箱或周长小于60m的镀锌钢管框架网箱。其他同类型海水网箱设计可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T549电焊锚链GB/T12763.2—2007海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB/T12763.3—2007海洋调查规范第3部分：海洋气象观测GB/T12763.8—2007海洋调查规范第8部分：海洋地质地球物理调查GB/T17501—2017海洋工程地形测量规范GB/T18673渔用机织网片GB/T18674渔用绳索通用技术条件GB50009建筑结构荷载规范GB50153工程结构可靠性设计统一标准JTS145—2015港口与航道水文规范SC/T4005主要渔具制作网片缝合与装配SC/T4025—2016养殖网箱浮架高密度聚乙烯管SC/T4067—2017浮式金属框架网箱通用技术要求SC/T5022超高分子量聚乙烯网片经编型3术语和定义GB50009和GB50153界定的以及下列术语和定义适用本文件。为了便于使用，以下重复列出了GB50009和GB50153的某些术语和定义。网衣系统nettingsystem由网片、网线、钢索和沉子组成，用于保持养殖空间的重力式网箱设施结构。浮架系统floatingsystem由框架或框架加浮筒组成，用于保持网箱形状并使网箱悬浮于水中的浮式框架结构。2重力式网箱gravitycage由浮架系统、网衣系统和锚泊系统构成，依靠浮架系统的浮力和网衣系统下部沉子的重力张紧网整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。正常使用极限状态serviceabilitylimitstates对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。承载能力极限状态ultimatelimitstates对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载变形的状态。在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。符合规定质量的材料性能概率分布的某一分位值或材料性能的名义值。材料性能的标准值与材料性能分项系数的比值。4水文环境调查4.1总则风速的取值标准应为海面上1m高度处的风速，平均风速和相应风向按GB/T12763.3—2007中3第8章的规定执行。波高、周期和波向按GB/T12763.2—2007中第8章的规定执行。流速和流向按GB/T12763.2—2007中第7章的规定执行。按GB/T17501—2017中第9章的规定执行。4.3水深测量按GB/T12763.2—2007中4.8的规定执行。4.4地形测量按GB/T17501—2017中第11章的规定执行。4.5底质测量按GB/T12763.8—2007中第6章的规定执行。5设计总则5.1设计程序结构设计应按下列程序进行：a)确定设计极限状态；b)选取水文环境设计参数；c)荷载计算。5.2极限状态设计5.2.1极限状态设计分类极限状态设计一般包括正常使用极限状态设计和承载能力极限状态设计。5.2.2正常使用极限状态设计结构或构件正常使用极限状态设计应符合式(1)要求：Sa——正常使用极限状态设计值；C——设计对荷载、材料性能等规定的相应限值。5.2.3承载能力极限状态设计5.2.3.1结构或结构一部分作为刚体失去静力平衡的承载能力极限状态设计应符合式(2)要求：Y₀Sa.dst≤Sa.sh (2)4Y₀——结构重要性系数(宜采用1.1);Sa.ds——不平衡作用效应的设计值；Sa.sh——平衡作用效应的设计值。5.2.3.2结构或构件的疲劳破坏，承载能力极限状态设计应按GB50153的规定执行。5.2.3.3结构或构件因过度的塑性变形而不适于继续承载的极限状态设计应符合式(3)要求：式中：γ₀——结构重要性系数(宜采用1.1);Sa.e——作用组合效应(如轴力、弯矩等)设计值；Ra.——结构或结构构件的抗力设计值。5.3水文环境设计参数选取5.3.1参数选取原则设计参数包括海面风、海浪、海流及潮位，重现期宜不小于50年，并应考虑海面风、海浪、海流同时出现的情况。应取目标海区范围内可能出现的最大风速值，计算方法按JTS145—2015中第7章的规定执行。应包括设计波浪的重现期和波列累计频率，计算方法按JTS145—2015中第6章的规定执行。应取目标海区范围内可能出现的最大流速值，计算方法按JTS145—2015中第11章的规定执行。5.3.5设计潮位应包括设计高水位、设计低水位、极端高水位和极端低水位，统计和计算方法按JTS145—2015中第5章的规定执行。网箱荷载包括永久荷载和环境荷载，其中，永久荷载包括重力和浮力，环境荷载包括风载荷、海浪载荷和海流载荷；计算时应考虑结构特征、构件形状和尺寸，以及环境荷载强度、组合形式和入射角度，对网箱各个构件所受荷载进行矢量叠加。物的重力，依据附着程度按0.3～1.0倍网衣在空气中的重力取值：5GB/T40749—2021W——重力，单位为牛(N);W₁——浮架重力，单位为牛(N);W₂——网衣系统在空气中的重力，单位为牛(N);W₃——网衣水下部分附着物的重力，单位为牛(N);W₄——沉子重力，单位为牛(N);W₅——网箱浮架其他承重之和(包括永久性设备重力、最大数量人员体重和饵料重力等),单位为应包括浮架、浮筒、网衣和沉子等所能提供的浮力，应按式(5)计算，且不小于网箱重力的1.5倍：F=F₁+F₂+F₃+F₄…………(5)式中：F——浮力，单位为牛(N);F₁——浮架浮力，单位为牛(N);F₂——浮筒浮力，单位为牛(N);F₃——网衣浮力，单位为牛(N);F₄——沉子浮力，单位为牛(N)。5.4.3环境荷载作用于浮架构件上的风载荷应按式(6)计算，浮架系统中圆形构件的风阻力系数宜取1.2,其他截面构件的风阻力系数应由物理模型试验确定：F——作用于单位长度浮架构件上的风荷载，单位为牛每米(N/m);Car——风阻力系数；p——空气密度，单位为千克每立方米(kg/m²);up——设计风速，单位为米每秒(m/s);Ap——单位长度构件在垂直于风向上的投影面积，单位为平方米每米(m²/m)。作用在网箱构件上的海浪载荷应按式(7)计算，浮架系统中漂浮于水面的圆形构件的水阻力系数宜取1.0,附加质量系数宜取0.2,其他截面构件的水阻力系数应由物理模型试验确定；网衣的海浪载荷宜取网线为计算对象，相应的水阻力系数应按附录A确定：式中：F——单位长度构件上的海浪载荷，单位为牛每米(N/m);Fp——单位长度构件上的水阻力，单位为牛每米(N/m);F₁——单位长度构件上的惯性力，单位为牛每米(N/m);波浪作用下，网衣惯性力可以忽略不计；p——海水密度，单位为千克每立方米(kg/m³);6GB/T40749—2021Aw——单位长度构件在垂直于矢量(u-x')方向上的投影面积，单位为平方米每米(m²/m);C₄——水阻力系数；Cm——附加质量系数；V——单位长度构件的体积，单位为立方米每米(m³/m);u——垂直于构件轴线的水质点速度分量，单位为米每秒(m/s);u′——垂直于构件轴线的水质点加速度分量，单位为米每二次方秒(m/s²);x′——垂直于构件轴线的单位长度构件速度分量，单位为米每秒(m/s);x”——垂直于构件轴线的单位长度构件加速度分量，单位为米每二次方秒(m/s²)。作用在网箱构件上的海流载荷应按式(8)计算，浮架系统中漂浮于水面的圆形构件的水阻力系数宜取1.0,其他截面构件的水阻力系数应由物理模型试验确定；网衣的海流载荷宜取网线为计算对象，相应的水阻力系数应按附录A确定：式中：F。——作用于单位长度构件上的海流力，单位为牛每米(N/m);A。——单位长度构件在垂直于海流方向上的投影面积，单位为平方米每米(m²/m);u。——设计流速，单位为米每秒(m/s)。6浮架系统设计6.1设计原则浮架系统的设计应考虑下列内容：a)满足当地养殖的操作要求；b)能承担所有荷载和变形，并具有抗疲劳能力；c)设计寿命内能抵抗材料老化、化学腐蚀及生物附着的不利影响；d)网衣、锚绳、养殖工作船及其他辅助设施与浮架系统之间的相互影响。6.2荷载计算浮架系统荷载计算应包括重力、浮力、风载荷、海浪载荷、海流载荷以及网衣系统和锚泊系统对其的作用力，应符合第5章的要求；浮架系统的荷载设计值应考虑荷载的不确定性，荷载的设计值应按式(9)确定，浮架系统荷载分项系数见附录B中的B.1:Fa——浮架系统荷载的设计值，单位为牛(N);F——浮架系统荷载的标准值，单位为牛(N);Yn——浮架系统荷载分项系数。6.3结构强度分析浮架系统材料性能的设计值应考虑材料的不确定性，材料性能的设计值应按式(10)确定，浮架系统材料分项系数见B.2:7式中：far——浮架系统材料性能的设计值，单位为帕(Pa);fr——浮架系统材料性能的标准值，单位为帕(Pa);Ymt——浮架系统材料分项系数。6.4系统选择依据荷载计算和结构强度分析结果，按下列要求进行浮架系统选择：a)高密度聚乙烯网箱浮架系统应符合SC/T4025—2016中第4章的要求；b)镀锌钢管网箱浮架系统应符合SC/T4067—2017中5.3和5.4的要求。6.5装配工艺高密度聚乙烯网箱浮架系统的装配应符合SC/T4025—2016中第5章的要求，镀锌钢管网箱浮架系统的加工与装配应符合SC/T4067—2017中5.5的要求。7网衣系统设计7.1设计原则网衣系统的设计应考虑下列内容：a)满足养殖对象的要求；b)保证足够的养殖空间和充足的水体交换；c)避免受到刮擦或机械磨损；d)考虑日照、化学品等对网衣强度的影响。7.2荷载计算网衣系统荷载计算应包括重力、浮力、海浪载荷、海流载荷以及浮架系统对其的作用力，按第5章的要求计算。7.3结构强度分析7.3.1强度分析经荷载计算和验证，应对网衣系统结构强度进行分析，包括网线、钢绳在浸湿状态下的强度分析，宜采用集中质量法、有限元法等方法，分析结果应符合GB/T18673或SC/T5022的要求。7.3.2变形分析采用物理模型实验方法和数值计算方法确定：a)物理模型实验方法：网衣水动力物理模型实验应充分考虑环境荷载作用条件和结构尺寸，确定网衣模型相似准则及缩尺比；b)数值计算方法：宜采用集中质量法建立数学模型，通过计算集中质量点在海流和波浪条件作用下的受力及位移特性，得到网衣的作用载荷与变形形状。7.4系统选择依据荷载计算和结构强度分析结果，按下列要求进行网衣系统选择：8a)网目大小依据养殖对象及其规格而定，以破一目不逃鱼为准；b)网目断裂强力应符合GB/T18673或SC/T5022的要求；c)钢索断裂强力应符合GB/T18674的要求；d)沉子的重量与数量应依据海流流速和网箱尺寸确定。7.5装配工艺7.5.1网片网片缝合与装配应符合SC/T4005的规定。7.5.2箱体网衣水平尺寸应与网箱浮架尺寸相匹配，最大箱体高度应按式(11)计算，浮式网箱的设计下潜深度应取0:H——网箱高度，即主浮管中心至沉子底部高度，单位为米(m);D——目标海域水深，单位为米(m);T——设计大潮潮差，单位为米(m);B——设计波高，单位为米(m);G——网箱底部至海底的富余深度，单位为米(m),在极端低潮位时不宜小于4m;K网箱设计下潜深度，单位为米(m)。8锚泊系统设计8.1设计原则锚泊系统的设计应考虑下列内容：a)满足网箱系统定位、附属设施系泊及船只通航等功能需求；b)海区水文条件、底质条件、网箱布局及周边结构影响；c)避免受到刮擦或机械磨损；d)材料腐蚀、腐烂、生物附着及老化等不利因素。8.2荷载计算锚泊系统荷载计算应包括重力、浮力、海浪载荷、海流载荷以及浮架系统和网衣系统对其的作用力，应符合第5章的要求；锚泊系统的荷载设计值应考虑荷载的不确定性，荷载的设计值应按式(12)确定，锚泊系统荷载分项系数见附录C中的C.1:式中：Fam——锚泊系统荷载的设计值，单位为牛(N);Fm——锚泊系统荷载的标准值，单位为牛(N);Ym——锚泊系统荷载分项系数。8.3结构强度分析锚泊系统材料性能的设计值应考虑材料的不确定性，材料性能的设计值应按式(13)确定，锚泊系统9GB/T40749—2021材料分项系数见C.2:fam——锚泊系统材料性能的设计值，单位为帕(Pa);f——锚泊系统材料性能的标准值，单位为帕(Pa);γmm——锚泊系统材料分项系数。8.4系统选择依据荷载计算和结构强度分析结果，按下列要求进行锚泊系统选择：a)锚绳应根据荷载计算的最大载荷，选取分项系数，确定锚绳材料和规格，锚绳的最低断裂强力应符合GB/T18674的规定；b)锚链应保证足够的拖曳长度和重量，应符合GB/T549的规定；c)锚碇应根据目标海区的底质类型和荷载分析结果确定，常用形式有铁锚、重力块和锚桩等；d)缓冲浮子应确保系泊锚绳最大负载时，浮子不完全浸没水中。8.5系统布局8.5.1布局原则根据海区条件和功能需求遵循下列原则：a)单个网箱养殖系统，宜采用单点或多点锚泊系统；b)整体组合式网箱养殖系统，宜采用多点锚泊系统；c)海流较急的海区，应考虑将网箱成组紧密布置，宜采用水上网格式锚泊系统；d)海流较为平缓、风浪较大的海区，应将网箱分散布置，宜采用水下网格式锚泊系统。8.5.2布局型式锚泊系统布局主要有单点、多点、水上网格式和水下网格式4种型式，布局图详见图1。浮球储碇浮球缆绳a)单点锚泊系统b)多点锚泊系统图1锚泊系统型式c)水上网格式锚泊系统d)水下网格式锚泊系统GB/T40749—2021(规范性附录)网衣水阻力系数A.1纤维网衣的水阻力系数渔业设施常用的纤维网衣(聚酰胺网、聚乙烯网)的水阻力系数，宜采用式(A.1)进行计算：C₄=3(Re²)-0.04……………(A.1)……………(A.3)……………(A.4)Re²——雷诺数；v——流体运动黏性系数，单位为平方米每秒(m²/s);u。——设计流速，单位为米每秒(m/s)。E——网目水平缩结系数；Ev——网目垂直缩结系数；Wne——网衣装配后水平方向的长度，单位为米(m);Hn——网衣装配后垂直方向的长度，单位为米(m);nh——水平方向的网目个数，单位为个；