总弯沉比及其在机场刚性道面板底脱空判定中的适用性

提出了一种板底脱空判定弯沉指标——总弯沉比(RTD),分析了其理论特征;为探究RTD在机场刚性道面板底脱空判定中的适用性,基于Abaqus有限元软件建模,以弯沉比和截距为对比对象,计算分析了道面结构参数、接缝传荷能力和脱空参数等对指标的影响。结果表明:相比弯沉比和截距,RTD与道面结构参数相关性更高,可据此建立相对精确的判定标准;此外,RTD在对脱空参数敏感的同时可避免接缝传荷能力与板底脱空的耦合影响。综合而言,RTD在机场刚性道面板底脱空判定中具有更好的适应性。

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载。采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好地表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。

基于提升道面寿命的云南某机场道面结构优化

为提升云南某机场道面寿命,依据机场前期设计图,利用有限元ABAQUS软件,构建实际机场跑道三维有限元模型,通过计算A319机型加载情况下的道面位移响应,分析实例机场道面结构,并给出优化建议。分析结果表明:云南某机场的土基模量和面层厚度偏小,通过优化分析土基模量增加到80 MPa,面层厚度增加到0.42 m;基层厚度偏大,通过优化分析基层厚度减小到0.2 m。优化分析后的道面允许作用次数显著提升,进而大大提升了道面寿命,为机场道面结构参数的调整提供参考。

大型军用飞机多轮荷载作用下水泥混凝土道面的结构响应

以伊尔-76为例,考虑大型军用运输机复杂起落架构型和多轮荷载的作用特点,基于“地基-道面结构-飞机轮载”的相互作用,并采用弹簧单元模拟道面板的接缝传荷,借助ABAQUS软件建立了足尺9块水泥混凝土道面板的三维有限元分析模型。应用该模型,计算了多轮荷载不同组合作用下水泥混凝土道面的应力和变形,揭示了道面结构的力学响应,即在多轮荷载作用下,道面结构的最大应力位于轮载作用位置的板底部;与8轮荷载组合相比,16轮荷载组合作用下道面结构的应力和变形较小;而且,道面板弹性模量、基层回弹模量和地基反应模量对板底弯拉应力影响显著。

考虑接缝影响的机场水泥混凝土道面结构响应

接缝是机场水泥混凝土道面结构的重要组成部分,通过分析道面接缝传荷机理,考虑大型军用运输机复杂起落架构型和多轮荷载的作用特点,以伊尔-76为例,采用弹簧单元模拟道面板的接缝传荷,基于"地基-道面结构-飞机轮载"的相互作用,利用有限元软件建立了足尺9块板水泥混凝土道面三维有限元模型。应用该模型,计算了飞机多轮荷载作用下水泥混凝土道面结构的力学响应,时比了考虑与不考虑接缝的差异,并与美国EverFE2.0模型计算结果进行了对比。研究表明所建模型可较好地模拟道面接缝的作用机理,计算应力能更合理地反映道面结构的受力状况。

机场刚性道面接缝传荷能力的评价

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面3维有限元分析模型.以重型落锤式弯沉仪(HWD)弯沉测试为基础,针对不同地基强度上的典型道面结构,考虑基层对接缝传荷能力的影响,应用有限元模型,分析了HWD承载板、单轴双轮起落架、双轴双轮起落架和三轴双轮起落架等荷载形式作用在接缝一侧板边中部时道面结构的板边应力和挠度,建立了HWD承载板测试得到的挠度传荷系数与接缝刚度之间的相关关系,以及与不同荷载形式作用的应力折减系数之间的相关关系,成果可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力,以及道面板边应力分析.

机场水泥混凝土道面接缝传荷能力分析

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立并验证了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面三维有限元模型。利用该模型,分析了单轮荷载作用下荷载大小和道面结构参数对混凝土板在接缝附近的力学响应和接缝传荷能力的影响,以及不同构型起落架的多轮荷载作用对道面力学响应和接缝传荷能力的影响。结果表明:接缝传荷能力与荷载大小无关,只与道面结构自身有关;增大混凝土板厚度,板边应力和接缝传荷能力均有明显减小;增大基层厚度、基层与面层的层间黏结性能和土基强度,板边应力和接缝传荷能力仅略有减小;增大接缝刚度,可以提高接缝的传荷能力,并改善接缝附近混凝土板的受力状况。在多轮荷载作用下,轮距越小,板边应力和接缝传荷能力越大;除了三轴三轮起落架的应力折减系数略小于0.25外,其他构型起落架都大于0.25,而以荷载表征的接缝传荷系数随着起落架轴数的增多而减小。

机场水泥混凝土道面土基强度和变形标准分析

为了确定机场水泥混凝土道面土基的合理强度,运用美国联邦航空局（Federal Aviation Administration,FAA）基于弹性层状理论的道面设计方法（LEDFAA）,对比分析了土基反应模量等道面结构参数对混凝土板厚的影响.为了确定土基的容许残余变形,分析了土基均匀沉降对道面使用性能的影响,以及通过有限元数值模拟方法分析了不均匀沉降对道面结构性能的影响.结果表明,土基强度对混凝土板厚度的影响较其他设计参数更为明显,反应模量宜控制在40-60 MN.m^-3;土基的均匀沉降主要影响道面的标高和排水性能,应小于10 cm;土基的不均匀沉降使道面结构与土基出现脱空,应控制其变形断面的曲率.

基于挠度传荷系数的机场道面接缝刚度模型

基于ABAQUS有限元软件,以"贡献面积"为刚度分配原则,研究机场混凝土道面板接缝的挠度传荷系数及其与接缝刚度的关系。结果表明:挠度传荷系数受地基反应模量、荷载作用、板厚等的影响不明显,而与接缝刚度对数存在稳定的显著关系。进一步结合混凝土道面板模型试验,实测了板接缝处传力杆的弯曲应力、剪切应力以及受荷板和传荷板的挠度变形,并确定道面板模型的接缝刚度与传荷系数。通过与理论结果比较,最终建立了基于挠度传荷系数的道面接缝刚度反演模型,为机场刚性道面接缝设计提供参考依据。

飞机-跑道耦合作用下刚性跑道振动响应研究

基于飞机-跑道耦合分析,建立了飞机主起落架四自由度模型,得出飞机在不同平整度道面激励下的随机荷载;建立了考虑接缝的跑道三维有限元模型,将前述飞机动荷载作用于跑道,研究了飞机随机荷载作用下跑道结构的振动响应,分析了跑道各结构层及土基不同深度处跑道振动响应的变化规律,面层中心动位移、振动响应、跑道远端振动响应随跑道土基强度变化规律。结果表明:在跑道整个宽度范围内,面层中心处振动基频与道面远端振动基频基本一致,振幅呈“W形”变化;同一位置沿跑道深度方向,振动基频不变,仅振幅逐渐变小,该飞机荷载作用下,振幅衰减集中于土基3 m11 m范围内,面层至土基3 m深度处的衰减仅为10%左右;土基强度对场道动位移峰值、振动基频影响较大,动位移峰值与土基动模量呈乘幂关系;当土基动模量由90 MPa增加至240 MPa时,跑道振动基频呈线性增大趋势,但土基模量增加至240 MPa后,随动模量增大,振动基频增加放缓。

Winkler地基上机场刚性道面接缝传荷能力评价模型

基于Winkler地基模型,应用ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面三维有限元分析模型。应用该模型,针对不同地基强度上的典型道面结构,分析了重型落锤式弯沉仪(HWD)承载板、单轴双轮和双轴双轮三种荷载形式作用在接缝一侧板边中部时,道面结构的板边应力和挠度;建立了承载板测得的挠度传荷系数与接缝刚度之间的关系模型,以及与不同形式荷载作用的应力折减系数之间的关系模型,可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力。

机场刚性跑道沥青加铺层厚度计算方法改进

厚度设计是跑道沥青加铺设计的重要内容。目前,中国机场沥青加铺厚度一般根据民航规范进行计算。但是,由于现有规范在考虑原有刚性道面状况及其开裂影响等方面不够完善,加之取值有较大的幅度,遂使加铺厚度计算不够精确。在规范方法基础上,通过统计软件SPSS17.0进行数值模拟分析,得到了改进的加铺层厚度计算解析式,大大简化了计算过程。另外,公式中用PCI替代原规范中的道面状况系数,使得对原有道面状况的考虑更为合理。通过实际算例,验证了改进公式的准确性。

机场混凝土道面板底竖向脱空量分析模型

通过设定不同温度梯度使道面板翘曲以模拟道面不同脱空程度,采用有限元方法分析了板底竖向脱空量与道面板厚度h、基层厚度、接缝传荷能力、基层反应模量及道面板材料参数、道面板角中弯沉比、边中弯沉比的相关关系,并通过大量数据分析得到了道面板竖向脱空量的理论分析模型。经机场道面钻芯及弯沉测试数据验证表明,本经验公式预测值完全符合实际情况,可以作为脱空量的判定公式。

计算民用机场刚性道面面层厚度的疲劳消耗方法

现行民航机场刚性道面计算方法需要先选定设计飞机,然后将其他机型的运行架次都折算成设计飞机架次再进行板厚计算。由于机轮荷载应力与起落架构型、几何参数、胎压、轮载等存在复杂的关系,实际上很难导出不同机型间运行架次的换算关系。根据计算,现行架次换算式存在不能实现等效疲劳换算的重大缺陷。鉴此,本文提出了根据疲劳损耗确定道面面层厚度的计算方法。其优点是无需选用设计飞机,从而避免了架次换算方法不完善带来的问题或设计飞机选取不当可能引起的错误。此外,本方法还具有计算可靠性高、能分辨每种机型在道面疲劳损耗中所占份额和便于道面剩余寿命估算等优点。

机场薄层沥青道面荷载应力和位移分析

采用三维等参有限元法,分析了简易机场薄层沥青道面各层间完全连续接触时土基回弹模量、基层回弹模量和厚度等因素对荷载应力和表面弯沉的影响。分析表明,半刚性基层底面拉应力随土基回弹模量、基层回弹模量和厚度近似呈线性变化;面层底面受压,应力值变化很小,基本不受影响;表面弯沉随基层厚度呈线性变化,随土基回弹模量和基层回弹模量呈曲线变化。

现行刚性道面计算方法的局限性及其改进

介绍了中国民航现行机场水泥混凝土道面的设计计算方法。指出了道面应力计算方法的局限性。对现行飞机运行次数换算方法进行了详细分析,发现该方法具有不能实现不同飞机运行架次间等效疲劳换算的缺陷。针对这一问题,提出了根据等效疲劳原理确定道面面层厚度的计算方法。

埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工方法

为实现埋入式传感器与机场刚性道面的协同施工,分析了两者的协同工作特点,从工程的角度提出了两者在施工质量和进度上存在冲突。将道面安全,安装精度和存活率作为施工质量评价要素,通过分析道面浇筑过程总结了传感器损伤源,提出了兼顾结构安全和测量要求的传感器支护方法。从时间和空间两个角度细化了施工进度上的冲突,并通过支护装置设计、线路规划、安装流程协调等方面实现了传感器同步安装。介绍了评价两者协同工作效果的方法,并用浦东机场在线监测项目作为示范,证明了所述工法切实可行。

机场刚性道面地基参数识别研究

提出一种机场刚性道面无损检测中的地基反应模量K的动态识别方法,以运动荷载作用下的粘弹性Winkler地基上的板系统的动态力学计算模型的方程解析解为基础,应用最小二乘方准则来拟合实测动挠度和理论动挠度,从而识别出地基反应模量K。通过实例计算,表明识别结果可靠。

机场刚性道面PCN计算方法的对比分析研究

文章对我国机场刚性道面的两种不同的PCN计算方法进行对比研究,分析了同等道面情况下二者之间的差异,并对二者的主要影响因素进行了敏感性分析。研究结果表明:当量单轮荷载计算方法较设计飞机法计算结果偏大,主要受道面厚度及地基强度影响;设计飞机计算方法综合考虑道面自身及航空交通量双方面因素,计算结果更加接近实际情况,但因根据评价机型的选取不同,所得结果并不唯一。

寒区机场刚性道面薄层修补材料性能试验分析

选取了2类新型道面快速修补料,测试了不同厚度(6、12、18、24、30 mm)薄层修补试件在-15℃低温养护环境下的水化反应温度变化曲线,研究了修补厚度和回弹冲击强度对薄层破坏的影响及规律,分析了薄层修补失效的破坏特征演变。结果表明,尽管低温抑制快速修补材料水化作用,材料B仍表现出初始水化反应剧烈、入模温度较高、有效水化反应时间较长等优点;在冻融循环和冲击荷载作用下,修补层破坏特征随着修补厚度增加由强度破坏演变为粘接能力失效而整体脱落;为保证修补层与原道面变形协调一致以及充分发挥材料自身强度和界面强度,建议超薄层修补时材料B修补厚度不超过4 mm。