企口接缝在刚性道面横向施工缝中应用的可行性研究

以某4F机场三期扩建工程机坪联络道道面为例,基于Winkler地基理论分别建立企口接缝和传力杆接缝形式的混凝土板有限元模型,分析道面板在不同温度和不同基层顶面反应模量下不同接缝形式的传荷系数,研究企口接缝在刚性道面横向施工缝中应用的可行性。结果表明,在不考虑温度变化的条件下,两种构造形式接缝在不同基层顶面反应模量下的传荷系数均大于规范要求,荷载传递能力为“优”;考虑温度的条件下,增大基层顶面反应模量并不会对传荷系数产生较大影响,企口形式接缝同样具有较好的传荷能力;对于非主轮作用区道面,横向施工缝采用企口接缝构造可达到良好的传荷效果。

基于感知应变的刚性道面结构强度评价方法

刚性道面结构强度实时准确评价,是保障机场设施耐久与适航安全的重要工作,其中决定性因素为基层顶面反应模量K。依托西南某国际机场智能跑道系统,采集C类飞机通过事件下的刚性道面板动态应变响应状态;通过HWD弯沉测试获取道面初始结构参数,建立机场刚性道面9块板足尺有限元模型,通过考虑轮迹偏移和基层顶面反应模量K值对道面板中监测点位动态应变的影响,建立K值与动态应变响应峰值期望ε值的函数关系曲线;采用桥渡原理,补偿机场刚性道面仿真模型与实际结构之间的偏差,将模拟仿真函数关系转换至实际感知函数关系,基于实测感知应变实时评价基层顶面反应模量。在此基础上,采用当量单轮荷载法建立机场道面强度评价指标PCN值与K值的关系,最终实现基于感知应变的刚性道面结构强度实时评价。

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。

温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响

为研究温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响,依据我国华东某机场实测数据,分析温度影响下刚性道面接缝传荷系数、板边及板角弯沉比的变化规律。结果表明,1 d之内,接缝传荷系数波动较大,弯沉比受温度变化影响显著,且板角位置变化更大;温度影响可能导致截然相反的板底脱空评价结果。温度梯度是引起弯沉比变化的主要因素,可依据二者间良好相关性修正温度对板底脱空评价的不利影响。

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.

刚性道面上水泥混凝土加铺层的结构分析和设计方法

本文提出了弹性地基上考虑夹层作用的三维有限元分析程序，对比分析了刚性道面上对缝和不对缝布置的水泥混凝土加铺层的荷载应力、接缝处理和经济效益等因素，论证了刚性道面上分离式不对缝水泥混凝土加铺层的施工方式和适用范围，并提出了实用的设计图表。

考虑荷载应力分布的机场刚性道面累积损伤优化模型

分析美国FAA道面设计法和利用通行覆盖率计算道面累积损伤存在的缺陷,提出刚性道面累积损伤模型须考虑道面板荷载应力分布的影响。提出飞机对道面的作用以覆盖作用曲线表示,且服从正态分布规律,根据主起落架构型的等效原则,得到覆盖作用曲线和总通行覆盖次数的确定方法;研究道面板荷载应力的分布规律,以荷载作用位置中心点至道面板纵向中心线的横向距离与板宽的比例为参数,将道面板纵向上各点的荷载应力的最大值映射到板的横边,建立道面板横向应力分布函数;利用覆盖作用曲线与应力分布函数建立道面板的累积损伤优化模型,实例验证模型的正确性,该模型可应用于刚性道面结构和道面分块的优化设计。

脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态

基于层间弹簧模型提出支承状态模拟方法,构建刚性道面板数值仿真模型。考虑不同飞机荷载和接缝状态,分析脱空影响下的道面板荷载应力增幅、位置偏移及重分布规律。结果表明:层间弹簧模型可准确地模拟脱空导致的刚性道面板支承损失以及不同脱空状态;随着脱空加剧,脱空区边缘的荷载应力增大,最大荷载应力在板厚方向上的位置由板底转移至板顶;当脱空区内最大荷载应力超过健康状态(即无脱空)下临界荷位的峰值应力时,该脱空状态即为临界脱空状态。相比传统弯沉指标,临界脱空状态能够更准确地反映脱空对道面结构的影响。

基于弯沉的刚性道面板底脱空判定方法综述

为促进刚性道面板底脱空判定相关研究的发展,基于广泛文献调研和分析,系统梳理了国内外有关研究的发展现状、存在问题及研究方向。首先,介绍了弯沉法的起源及常用检测设备;其次,对基于弯沉的板底脱空判定方法进行了综述,详细分析和阐述了现有研究中发现的问题,并进一步指出各方法在实际应用中的局限性;最后,总结归纳了刚性道面板底脱空判定研究中存在的关键问题及研究方向,提出接缝传荷能力和脱空对弯沉影响的区别可作为今后研究的重点。

刚性道面弯沉盆重心距离法及回归模型

提出一种刚性道面弯沉盆重心距离法(MAREA)及回归模型,在系统建模和分析传统弯沉盆面积指数法(AREA)的基础上,从综合利用各个测点弯沉值信息的角度,以弯沉盆重心距离指标替代弯沉盆面积指数,推算相对刚度半径;并以实测弯沉盆误差最小为准则,计算板下地基反应模量,从理论上解决结构参数反演的多解性.在典型的刚性道面结构形式下,分析改进方法采用最佳的传感器数量以及可靠性.结果表明,改进后的方法可较大提升反演结果的可靠性,能有效处理测量误差.基于落锤式弯沉仪(FWD)实测数据的模型验证结果也表明,该改进方法相对于其他方法能减少拟合误差.采用五次多项式建立了无偏的回归模型,大大提高了反演的效率.

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。

机场刚性道面地基的工作区深度研究

以附加应力等于地基自重应力的10%为标准,应用有限元软件分析了飞机荷载类型、道面板厚度、道面混凝土材料以及道面土基回弹模量对于道面地基的工作区深度的影响。结果表明:飞机荷载类型对工作区深度的影响较为显著,轻型飞机工作区深度在1.5 m左右,而重型飞机工作区深度可达6.0 m。道面板厚度在0.2～0.5 m范围内变化时,对于重型飞机,其影响深度在4.4～6.0 m范围内变化,变化幅度达36.4%;面层材料弯拉模量对影响深度影响很小。对于重型飞机作用下,土基回弹模量在18～80 MPa内变动时,路基工作区深度由4.4 m增为5.4 m,增幅为18.5%。上述结论对于场道地基处理及分析计算具有参考价值。

镐头机拆除刚性道面动力损伤分析

为合理确定刚性道面的拆除工艺参数,采用ABAQUS软件,建立了刚性道面的实体有限元模型,对镐头机钎杆半正弦波冲击荷载作用初期刚性道面的动态响应进行了模拟,系统分析了镐头机荷载参数和道面结构参数对刚性道面竖向位移和板底拉应力响应的影响规律.模拟结果表明:镐头机冲击荷载的大小及其作用位置对刚性道面动态响应有显著影响;板底最大拉应力受面层厚度影响较大,而道面竖向位移对面层厚度变化不敏感.在算例条件下,当接缝传荷能力小于80%时,结构动态响应才发生显著变化;为减小对保留板的动力损伤,拆除板板边30 cm范围内不宜使用镐头机拆除.

基于可靠度的机场刚性道面剩余寿命预测方法

介绍了机场刚性道面疲劳破坏模型,编写了道面可靠度计算程序;基于M iner定律和可靠性理论,提出了道面疲劳损坏度的概念和计算方法,基于疲劳损坏度,提出了机场刚性道面剩余寿命预测方法,并将该方法与机场水泥混凝土道面设计规范中的方法进行了比较。

机场刚性道面下土基模量取值方法研究

本文论述了用三轴试验测定机场刚性道面下土基模量的方法,通过对土的模量影响因素的试验研究与分析,提出了机场刚性道面下土基模量取值的新方法.

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。

机场刚性道面沥青罩面延缓反射裂缝措施研究

在旧刚性道面上加铺沥青面层较以往的刚性罩面具有很大的优越性。但由于温度应力及荷载周期性重复作用,沥青加铺层易产生反射裂缝。在分析了旧刚性道面上沥青加铺层反射裂缝产生机理的基础上,结合工程实例提出了延缓反射裂缝出现的综合技术措施。

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。

移动载荷下刚性道面上加铺层系统的弯沉计算理论研究

针对移动载荷下E地基上刚性道面水泥混凝土加铺层系统建立了力学模型，采用三维Fourier积分变换及反应换求得到解析解，采用数值积分求得了数值解，为加铺层系统的动态设计及评估 提供了理论基础。