[发明专利]堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置及其设计方法

权利要求书

1.一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，设置在混凝土面板堆石坝面板下的挤压边墙内，其特征在于，自动保护装置由三个部分组成：保护气囊、气体发生器及自动触发装置，其中的保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内；所述的气体发生器通过通气管与该保护气囊相连；所述的自动触发装置中设有脱空量探测器电点火机构，该电点火机构和所述气体发生器连接，控制该气体发生器的启动。

2.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述的保护气囊折叠于气囊盒中，并用铝质盖板保护。

3.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述的保护气囊由聚酰胺织物缝制，并以氯丁橡胶或硅酮作为涂层材料。

4.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述的“保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内”是指：所述的保护气囊安装在堆石料较为深厚、面板易于发生脱空且可能脱空量较大的河谷中央部位，并向两岸坡延伸一定距离。

5.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述气体发生器中产气药剂是叠氮化钠为主体，其氧化剂采用三氧化二铁或者氧化铜。

6.根据权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述自动触发装置中，一组为气体发生器电点火机构供电的电池通过高强钢丝与混凝土面板相连；该电池组阴极与气体发生器阴极线缆相连；其阳极正对一组铜片，该铜片与气体发生器阳极线缆相连；当面板与垫层料紧密贴合时，电池阳极与阳极铜片处于断开状态，自动保护装置不工作；当脱空量达到预定阈值时，电池组阳极与阳极铜片接触，电点火机构通电触发气体发生器工作。

7.根据权利要求1-6之一所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，其特征在于，所述自动触发装置中还设有警报器，该警报器置于坝顶与所述电点火机构并联。

8.权利要求1所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置的设计方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.自动保护装置安装位置的确定之一：根据荷载条件、面板混凝土材料强度、面板尺寸及其配筋方式确定面板临界脱空深度；

⑵.自动保护装置安装位置的确定之二：根据脱空点处的受压条件并考虑构造要求确定安装位置；

⑶.安全气囊的强度参数的确定之一：根据面板脱空深度、安全气囊尺寸、安装位置以及安全气囊个数确定气囊工作时的内部压力；

⑷.安全气囊的强度参数的确定之二：根据气囊内部压力、气囊端部尺寸及其平衡条件，确定气囊经向和纬向抗拉强度。

9.根据权利要求8所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置的设计方法，其特征在于，步骤⑴、⑵所述的自动保护装置安装位置应满足下述条件：

其中，设临界脱空状态时面板沿坡向长度为L，气囊安装位置为x。

10.根据权利要求8或9所述的混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置的设计方法，其特征在于，步骤⑶、⑷所述的安全气囊的强度参数应满足下述条件：

L＝面板沿坝坡的脱空长度；x＝安全气囊安装位置；W＝气囊宽度；H＝气囊高度；N＝单块面板下气囊个数；p＝气囊内部压力；T,T'＝气囊经向和纬向强度；a,b,c＝气囊端部椭圆半轴的长度；

根据脱空段面板绕脱空点的力矩平衡条件可以得到气囊的内部压力，即

故

设气囊端部在内部压力p作用下形状是椭圆，并记该椭圆的两个半轴长度分别为a和b，则根据气囊端部平衡条件得到单位长度气囊所受到的最大拉力T，即

T＝max{a·p,b·p} (11)

式(11)给出了气囊在A-A剖面内的最大拉力值；气囊沿另一方向的最大拉力值根据相同的原则确定，即：

T′＝max{a·p,c·p} (12)

单位宽度的气囊在经向和纬向的抗拉强度不得低于由式(11)和式(12)所确定的量值。