基于粒子群优化-熵权无偏灰色马尔可夫模型的沥青道面性能预测

为提高沥青道面使用性能的预测精度,针对道面性能数据累积年限少、波动大的特点,采用熵值法对多个道面单元进行赋权,并利用粒子群算法(PSO)和马尔可夫模型对传统无偏灰色模型残差序列的状态区间和白化系数进行优化,构建可准确预测沥青道面性能的PSO-熵权无偏灰色马尔可夫模型.结合西北某机场沥青道面6个检测单元前7年的道面状况指数进行模型精度检验,结果表明:与传统无偏灰色模型相比,经马尔可夫模型划分残差序列空间并使用PSO算法寻找最佳白化函数后,优化模型第1年~第5年各单元残差和相对误差均减小,且整体预测精度分别提高0.05%、0.28%、0.05%、0.03%和0.14%,第6、7年的整体预测精度分别提高12.9%和19.2%,说明优化后的模型对实际沥青道面的预测结果更具有效性和针对性.

基于MATLAB环境下的沥青道面表观纹理重构和分形特征研究

鉴于道面微观构造对于道面抗滑性能的重要性,文中选取变化关键筛孔的8条曲线,进行试样成型研究。借助纹理激光仪AMES进行表观纹理提取,运用MATLAB软件三维重构技术,并使用分形理论的盒子计数法,研究纹理参数与抗滑性能指标的相关性。研究表明,MATLAB软件重构三维模型高精度还原沥青道面的表观形貌,道面构造参数与抗滑性能之间具有良好的线性关系,可为后续预测道面长期抗滑性提供保障。

不均匀飞机轮载作用下沥青道面结构力学响应

为了研究不均匀飞机轮载作用下沥青道面结构力学响应,基于机轮条纹状接触面积假设和轮胎花纹,确定了轮胎的竖向应力函数,再结合已有研究确定了轮胎的纵、横向接触应力,计算获得了A380-800,B747-400,B777-300ER三维非均布接触应力;基于三维有限元分析模型,得到飞机三维非均布轮载作用下的道面结构力学响应,并分析了三种机型的力学响应的差异。研究结果表明:在三维非均布荷载作用下沥青道面的力学响应大于在均布竖向荷载下的力学响应;荷载的不均匀性对于沥青道面力学响应的影响沿沥青道面面层向土基逐渐减小;在三维非均布荷载作用下,沥青道面的力学响应受飞机的最大滑行质量、起落架构型、胎压、机轮个数等因素影响;随着沥青混合料模量增大,各力学响应参数的变化率也逐渐减小。

基于足尺试验的机场沥青道面轮辙发展与预测

轮辙是引起沥青道面过早破坏的重要因素,飞机地面滑行渠化交通显著,由轮辙病害引起的道面平整度与舒适性问题突出.为此,建立飞机轮组-地基-沥青道面结构体系仿真分析模型,提出适应轮组荷载特征的等效循环加载方式,依托NAPTF (National Airport Pavement Test Facility)足尺沥青道面轮辙试验,验证仿真结果的适用性与可靠性,并开展加载时间间隔与环境温度等多因素分析.研究结果表明:考虑轮载作用横向偏移效应,轮辙总宽度达到轮组宽度的3倍,轮辙断面曲线有多处转折点与以往单一凹陷面特征明显不同;循环加载时间间隔对轮辙发展影响显著,经过150 s间隔后沥青面层回弹变形趋于稳定,可兼顾分析效率需要;前10%循环加载次数对轮辙变形的贡献超过40.4%,可基于初始轮辙建立指数型轮辙发展预测公式,对循环加载全过程拟合度高于96.4%,轮辙分析效率有明显提高.

飞机轮载作用下沥青道面荷载影响范围分析

为了探究飞机轮载作用下沥青道面荷载影响范围,分别选取柔性基层(flexible base,FS)和半刚性基层(simi-rigid base,SR)沥青道面结构,构建三维有限元模型,计算获取了B737-300、B767-300ER、B777-300ER这3种机型轮载作用下沥青道面结构力学响应,分别以各力学响应量峰值的1%、5%、10%为界限,从道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、沥青面层底部拉应力3个方面分析了不同机型荷载作用于沥青道面荷载的影响范围。结果表明:3种机型荷载作用下,道面表面弯沉按峰值的1%、5%、10%得到的最大影响范围分别偏离中心线约12.793、11.354、10.515 m;土基顶面竖向压应变按峰值的1%、5%、10%得到的最大影响范围分别为7.457、6.479、5.705 m;沥青面层底部拉应力按峰值的1%、5%、10%得到的最大影响范围均为7.734 m;选取道面表面弯沉和土基顶面竖向压应变分析时,不同的道面结构对荷载范围具有明显影响,而选取沥青面层底部拉应力分析时,不同的道面结构对荷载范围几乎没有影响。

机场跑道沥青道面平整度控制措施探析

围绕机场跑道沥青道面平整度控制措施展开研究,旨在提出一种有效的措施来保证跑道的平整度。通过分析现有的控制措施,包括基于激光测量、图像处理和惯性导航系统的平整度评估方法。在节点评估技术方面,讨论了沥青道面病害识别与分类、纵向和横向平整度评估以及路面纹理检测与分析。对修复技术进行探讨,包括沥青路面的加固、修补和病害修复方案。通过这些研究,提出了一种综合评估现有控制措施、节点评估和修复技术的沥青道面平整度控制策略。

考虑飞机制动力的机场沥青道面力学响应分析

针对飞机在降落制动过程中所产生的制动力对道面结构产生显著影响,并借助ABAQUS三维有限元软件,建立了柔性道面结构和半刚性道面结构有限元模型,分析在常用的民用飞机和新一代大型飞机荷载作用下,考虑水平制动力作用时对道面结构产生的力学响应.同时分析了以B777-300ER、A380-800为代表的新一代大型飞机,在考虑不同的水平制动力、土基模量、面-基层接触状况条件下时对道面力学响应的影响.计算结果表明:考虑制动力后,面层最大拉应力出现在道面表面;水平制动力超过0.5倍单轮荷载后,使得面层内部的拉应力急剧增大;层间的不良接触对半刚性道面结构影响较大,当面-基层的接触系数大于0.5后,对面层内部的最大剪应力和面层底部的拉应力影响不显著.

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。

机场沥青道面碾压机械配置方法

为了做到碾压机械配置合理有效,分析了常用碾压机械的性能和沥青道面铺筑的特点,提出了从沥青拌和厂的产量、摊铺机的生产效率和摊铺厚度、施工气候条件等因素综合选择并确定碾压机械的类型与型号。结合机场跑道沥青铺筑实践,对碾压作业段长度、碾压速度与压实度的关系、压路机有效工作时间系数等影响碾压机械配置的因素进行了系统试验研究,提出了计算压路机生产率的方法,并给出了从压路机的轮宽、碾压遍数、有效作业段长度、摊铺机的速度及宽度等参数合理配置碾压机械的方法与计算公式。通过三个机场工程的实际应用,计算结果表明碾压机械配置效果良好。

机场沥青道面结构设计方法与指标探讨

详细分析了现有沥青道面结构类型、损坏模式、设计方法发展趋势和设计指标的选取,对适应新一代大型飞机的机场沥青道面设计方法与设计指标进行分析探讨。结果表明道面结构设计主要考虑疲劳开裂、轮辙和低温开裂等损坏模式;以CBR法为代表的经验法已不能适应新一代大型飞机复杂起落架的要求,力学经验法已成为道面设计方法发展的趋势;柔性沥青道面与半刚性道面设计指标的选取应该独立,分别采用相应结构层的应力、应变等指标控制对应损坏的出现。研究结果能满足B777、A380等新一代大型机的荷载要求,可为中国构建新的沥青道面设计方法提供参考。

机场沥青道面管理与预防性维护对策

为了提高机场沥青道面的使用寿命,降低其养护与管理费用,分析了其类型、特性与应用现状,研究了其主要影响因素与破坏机理,提出了相应的管理与预防性维护对策。研究发现:建立严格的管理机制,禁止超载,加强日常维护与培训飞行员正确使用道面是减少破损的有效方法;对现有病害类型,提出了表面处治及改性稀浆封层等薄层修补维护方法;根据不同季节的气候特点与水温条件的变化规律,按照"预防为主,防治结合"的原则,针对季节性病害根源,因地制宜地采取有效的技术措施,做好季节预防性养护工作;加强道面状况评估,把握最佳养护时机和制定合理的养护标准可有效提高机场沥青道面的使用性能。

沥青道面摩擦系数随水膜厚度的变化规律

对沥青道面在不同湿滑状态下的抗滑性能进行研究.利用遥感式路面状况传感器和摆式摩擦仪测量3种不同沥青表面在不同厚度水膜覆盖情况下的摩擦系数,试验结果表明：水膜厚度为0～1 mm时,3种表面的摩擦系数均呈下降趋势;水膜厚度为1 ～5 mm时,摩擦系数基本保持不变.结合试验数据分析水膜厚度对摩擦系数的影响机理,建立水膜厚度为0～5 mm时摩擦系数随水膜厚度变化的模型.模型表明随着水膜厚度增加,轮胎与道面的摩擦过程经历3个不同的润滑阶段,其中混合润滑阶段摩擦系数与水膜厚度存在对数关系.水膜厚度对摩擦系数影响规律主要受表面微观构造控制,在低速摩擦情况下水膜厚度的增加对摩擦系数影响较小.

基于重落锤式弯沉仪法(HWD)的公路飞机跑道沥青道面承载能力测试分析

为了对北方某公路飞机跑道的承载能力进行分析评定,根据设计使用飞机主起落架及其滑行轨迹横向分布规律;并综合考虑汽车轮迹规律,提出了现场测试方案。选取重型落锤式弯沉仪法(HWD)和承载板法进行了现场试验。通过对沥青道面的弯沉和模量等指标进行对比分析,发现弯沉值存在相关性,与公路相关研究结论吻合,动模量数值约为静模量的2倍。又用HWD测得的结果按民航规范推荐的方法计算出该道面的PCN值,依此作为承载能力的评价结果,计算当量道面剩余累计作用次数为33 368 118次。

材料非线性对沥青道面结构力学响应的影响

借助三维有限元软件,建立半刚性基层沥青道面和柔性基层沥青道面结构模型,分析了B737,B767,B777飞机荷载作用下,土基材料非线性、粒料材料非线性、土基和粒料材料均为非线性三种情况时对道面结构力学响应的影响.结果表明,在三类不同起落架荷载作用下,随着轮载的增加,材料非线性对道面结构力学响应的影响逐渐增加,土基非线性对两种道面结构的力学响应影响不明显.半刚性基层沥青道面结构,粒料非线性与土基和粒料均为非线性时对道面表面弯沉和土基顶面竖向压应变影响不显著,但对沥青面层底部的拉应变和半刚性基层底部的拉应力影响较为明显.柔性基层沥青道面结构,粒料非线性对表面弯沉的影响不显著,但对土基顶面竖向压应变影响较大,土基和粒料均为非线性时对沥青面层底部拉应变的影响明显.

考虑温度荷载的机场沥青道面复杂应力状态研究及性能评估

飞机在跑道上进行低速滑行转弯时,对道面同时作用竖向力与水平推力,同时温度也是影响机场沥青道面结构特性的主要因素之一。在此道面区域有竖向力、水平力和温度共同作用,从而加重了沥青道面的损坏并影响其运行安全。针对此问题,利用有限元软件ABAQUS建立机场沥青道面结构的温度场分析模型及温度与复杂荷载耦合分析模型,分析东北和华北地区不同气候条件下道面结构内部温度场的变化规律。华北、东北地区气候条件下,随着道面结构深度的增加,温度变化由剧烈趋于平缓,较之跑道表面其下每层最高温度不断延后;进而开展跑道转弯区和直线区复杂应力与温度耦合作用下沥青道面结构内部应力状态及变形规律分析。分析表明,在转弯区和直线区道面中面层底部剪应力大于上面层底部及下面层底部,面层竖向应力随深度衰减;随着荷载作用次数的增加,竖向变形量与剪切强度前期增加较快,尤其是在道面出现中等损坏之前增加最快,中等损坏后直到严重损坏两者增加均变缓。进一步,设计模型试验模拟沥青道面在复杂应力与温度耦合作用下的受力状态,获得道面结构剪切强度及其变形规律,与上述数值分析结果相一致。在上述数值分析和试验研究基础上,提出基于道面结构应力和变形的道面性能评估量化指标。

无核密度仪在机场沥青道面面层检测中的应用研究

为保证沥青道面施工过程中控制压实度满足设计要求,减少后期钻芯检测对道面的破坏,采用无核密度仪进行密度测试,并与钻芯测试密度及换算压实度数据对比分析,进而研究了标定后用于现场动态控制压实度随碾压遍数的变化规律,得到无核密度仪在沥青面层检测时压实度的控制精度及误差.试验结果显示：无核密度仪必须针对不同结构层、级配类型和不同材料,结合钻芯法测试值进行合理标定,同时建议适量增加标定数量为10～15点,以降低选点误差和测试误差,使其精度控制在2％以内.研究了无核密度仪与水中重法测试压实度之间的换算关系.

飞机滑行转弯对沥青道面作用的侧向力分析

应用动力学原理,建立了飞机滑行转弯时的动力学方程,研究了飞机在沥青混凝土道面上滑行转弯对道面产生的侧向力。结果表明,影响飞机转弯侧向力的主要因素为转弯速度、前轮操纵角和前轮操纵角速率。侧向力是飞机滑行转弯时引起道面产生破坏的主要原因。

基于起落架构型的沥青道面交通量换算

为了解决沥青道面混合交通的计算问题,提出了用荷载圆半径、胎压、轮径比和轴径比表示单轮、双轮和双轴双轮起落架荷载的特性。应用概率统计理论,统计分析现有飞机起落架的轮径比和轴径比的特性,双轮起落架的轮距特性可用轮径比3.32表示,用轴径比6.791,轮径比4.0和5.0为界将双轴双轮起落架分为3类。运用疲劳等效原理,以底基层的拉应力和相应的疲劳方程作为换算标准,选取7种典型结构,计算不同胎压和半径的同型和异型起落架荷载作用下底基层的最大拉应力,得到各型起落架的换算系数,建立了设计飞机与其它飞机间的交通量换算关系,满足了交通量换算中按不同飞机作为设计飞机时,进行道面结构设计所得的厚度是相同的原则。

基于分时叠加的机场沥青道面结构设计方法

现有机场沥青道面结构设计方法以损伤的线性叠加为基础,各结构层采用单一模量进行设计,未考虑材料的季节变化和衰变特性.鉴于此,提出了分时叠加的设计思想,分阶段考虑环境因素、交通荷载和结构性能衰变对沥青道面结构层厚度的影响.基于分时叠加原理,给出了环境因素和性能衰变影响下各层材料模量的预估模型,建立了相应的设计指标和标准,通过整理和对比推荐了合理的使用性能预估模型,最终形成了完整的基于分时叠加的机场沥青道面结构设计方法.

基于神经网络理论的机场沥青道面状况评定

为了简便、有效地进行机场沥青道面状况的评定,应用神经网络理论建立了道面平整度、摩擦系数与道面状况指数PCI的网络模型。通过对国内12个机场道面平整度、摩擦系数的实测和道面损坏状态的调查,所得数据作为样本对网络进行训练。结果表明,当目标误差为1×10-4时,计算值与实测值间的相对误差均小于1.8%。