高性能沥青混凝土机场道面结构

为增强机场沥青道面的抗轮辙性能,提出了一种基于新型环氧沥青混凝土的高性能机场道面结构.将新型环氧沥青混凝土EAC20作为机场道面的中面层,SMA13型沥青混凝土作为上面层,AC20型沥青混凝土作为下面层,由此构成SEA机场道面结构.分析了新一代大型客机A380荷载作用下SEA机场道面结构的力学响应,针对机场道面各层沥青混凝土进行永久变形试验,并采用多元线性回归得到各层材料的蠕变参数,以模拟SEA机场道面结构的永久变形.研究结果表明,将新型环氧沥青混凝土作为中面层应用于机场道面,可以减小机场道面结构的应变,沥青面层底部最大拉应变和最大压应变分别约为传统机场沥青道面结构的68%和72%.在1×105次荷载作用下,SEA机场道面结构的永久变形仅为6 mm,约为传统SAA机场沥青道面结构的42.9%.     

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.     

机场柔性道面结构的飞机当量单轮荷载

通过引入机场柔性道面结构的飞机当量单轮荷载系数ζ和旁邻轮影响系数φ;明确了当量单轮荷载的概念和计算公式。分别基于结构层层底弯拉应力、应变和土基顶面压应变设计指标,分析了主起落架构型分别为双轮、双轴双轮和三轴双轮的飞机当量单轮荷载系数ζ随机场道面结构参数的变化规律。研究表明:计算沥青面层层底弯拉应变,刚性、半刚性基层层底弯拉应力的当量单轮荷载系数ζ时仅考虑计一根(或一排)轴载的影响;计算土基顶面压应变的ζ时可计入所有旁邻轮的影响。最后,给出了基于结构层层底弯拉应力、应变和土基顶面压应变的40余种飞机的当量单轮荷载系数ζ的近似回归公式。     

飞机滑行荷载对机场道面的随机振动效应分析#$NL 魏保立1,2郭成超2崔璨2

为了保障机场跑道的安全和使用性能,掌握飞机荷载作用于机场道面的机理和机场跑道的损伤失效模式。将机场道面结构视为弹性层状地基上的半无限板,采用振动理论,建立飞机-道面结构的耦合振动分析模型,对飞机滑行荷载所产生的振动作用力进行了计算,并对道面-基础结构在飞机滑行荷载作用下的工况进行了随机振动响应分析。分析结果表明飞机滑行振动荷载中高频作用力更容易引起道面结构的振动,随着频率的增大,振动能量也在不断增加,道面板弯沉值显示出高频振动为主的特性;并且道面结构在飞机-道面耦合作用荷载下产生的弯拉应力在低频附近出现峰值,随着频率的增大,其弯拉应力不再增加,道面结构的弯拉应力主要反映出低频振动特性,道面板弯拉应力出现极限值时,道面板部分出现开裂,开裂部分退出工作状态,其弯拉应力对于高频振动力的响应也随之减小。     

飞机滑行荷载对机场道面的随机振动效应分析

为了保障机场跑道的安全和使用性能,掌握飞机荷载作用于机场道面的机理和机场跑道的损伤失效模式。将机场道面结构视为弹性层状地基上的半无限板,采用振动理论,建立飞机-道面结构的耦合振动分析模型,对飞机滑行荷载所产生的振动作用力进行了计算,并对道面-基础结构在飞机滑行荷载作用下的工况进行了随机振动响应分析。分析结果表明飞机滑行振动荷载中高频作用力更容易引起道面结构的振动,随着频率的增大,振动能量也在不断增加,道面板弯沉值显示出高频振动为主的特性;并且道面结构在飞机-道面耦合作用荷载下产生的弯拉应力在低频附近出现峰值,随着频率的增大,其弯拉应力不再增加,道面结构的弯拉应力主要反映出低频振动特性,道面板弯拉应力出现极限值时,道面板部分出现开裂,开裂部分退出工作状态,其弯拉应力对于高频振动力的响应也随之减小。     

基于道面响应的飞机荷载作用次数计算方法

对力学-经验法道面结构设计中的飞机交通荷载分析方法进行研究,探讨荷载重复作用次数的计算方法.以Monismith提出的通用铺面设计概念为基础,结合道面结构的疲劳开裂和轮辙损坏模式,分别推导荷载重复作用次数的分析方法.针对疲劳开裂分析,详细给出了单轴单轮的应力和应变重复作用次数计算公式;并根据实际的多轴起落架,建议了考虑多轴影响的荷载重复作用次数分析方法;结合A380等复杂起落架构型,提出了适应新一代大型飞机复杂起落架的荷载重复作用次数计算方法.对于轮辙分析,柔性道面的荷载重复作用次数计算方法与疲劳分析类似;半刚性道面的荷载重复作用次数计算方法可结合飞机轮载的最大通过位置和总荷载时间综合确定.     

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的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。     

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.     

基于HWD的公路飞机跑道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33368118次。     

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。     

高胎压下机场环氧沥青道面结构动力响应分析

新一代飞机(B787和A350/380)轮胎充气压力普遍达到了1.5 MPa,这进一步加剧了重载高胎压对沥青道面结构响应的影响,而热固性环氧沥青混合料因其优异的力学性能成为重载高胎压条件下的理想选择.基于ABAQUS建立了考虑竖向接触应力不均匀分布的机场环氧沥青道面结构动力响应三维有限元模型,并利用现场足尺加速加载试验结果对模型进行了验证.在此基础上,就接触应力分布、轮胎充气压力大小、温度场分布和道面结构材料特性等因素对道面结构响应的影响进行了分析.结果表明:不均匀接触应力增大了道面结构响应量;重载高胎压条件下,从减少车辙和开裂的角度而言,环氧沥青铺装材料较沥清玛蹄脂混合料具有更好的适用性,但要注意防止中、下面层的塑性变形累积和环氧沥青层底的弯拉疲劳开裂.     

冻融作用对环氧沥青混凝土复合梁抗裂性能的影响

在中国北方季节性冰冻地区,反复的冻融作用对环氧沥青混凝土的抗裂性能影响较大。本文分别对7组环氧沥青混凝土试件进行0到30次冻融作用,研究了冻融作用对弯曲劲度模量及复合梁平面应变断裂韧度（KIC）的影响,分析了不同冻融重复作用下带裂缝的复合梁发生裂缝扩展时的横向应力应变响应和层间粘结状况。研究结果表明:弯曲劲度模量随冻融循环作用的升高而降低;复合梁平面应变断裂韧度（KIC）、裂缝尖端最大横向拉应力/应变随着冻融重复作用的增加先降低后增高;不同冻融重复作用下带裂缝复合梁断裂不会发生在环氧沥青粘结层。     

基层模量对路面性能的影响分析

利用弹性层状理论计算程序Bisar分析了基层模量对沥青层内部竖向压应力、剪应力、面层底部拉应力和表面湾沉的影响,进而计算了基层模量对路面稳定性,疲劳寿命和永久变形的影响,分析表明,基层和模量必须保持在一个合理的范围内,才能从整体上获得好的路用性能,较高的基层模量会增加面层竖向压应力,易于引起路面车辙,但过低的基层模量会增大路面表面的剪应力并沥青底部受拉,进而降低沥青面在行车荷载作用下的疲劳寿命,由此提得出了沥青路面合适的基层模量范围在0．8－1．2GPa之间。     

大跨径连续钢箱梁钢桥面铺装设计研究

采用三阶段力学分析方法对崇启大桥大跨径连续钢箱梁钢桥面铺装受力特点进行分析,结合崇启大桥的使用环境和国内钢桥面主要铺装类型的调研,推荐双层环氧沥青铺装作为崇启大桥的钢桥面铺装方案.针对崇启大桥大跨径连续钢箱梁桥面铺装的受力特点,进行了崇启大桥钢桥面铺装关键材料及性能、防水黏结层性能以及钢桥面铺装组合结构疲劳性能研究,同时从崇启大桥桥面铺装疲劳耐久性角度对富沥青环氧沥青混凝土进行了研究.结果表明:铺装下层采用富沥青环氧沥青混凝土能够更好地满足崇启大桥钢桥面铺装的性能要求.     

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.     

横观各向同性的半刚性基层沥青路面结构

为了分析土基和沥青面层材料的横观各向同性特性对半刚性基层沥青路面结构的影响,基于建立的横观各向同性沥青路面设计理论,运用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,利用沥青面层及土基横观各向同性特性,对半刚性基层沥青路表(路表面)弯沉进行了研究。同时运用ANISOLAYER程序分析了在不同厚度沥青面层及不同半刚性基层弹性模量情况下,土基横观各向同性特性对路面结构关键性设计指标的影响(路表弯沉、半刚性基层底部拉应力及路基顶部压应变,沥青层底应变为压应变或较小的拉应变,故未考虑)。研究结果表明:无论是面层还是土基,其各向异性度(水平弹性模量与垂直弹性模量之比)对路表弯沉的影响曲线变化趋势是一致的;随着土基水平模量的增加,延长了路面的寿命;随着半刚性基层弹性模量的增大,土基水平模量的变化对路表弯沉及基层底部拉应力的敏感性将降低,对路基顶部压应变的敏感性更加显著,但其绝对值较小。     

不同类型基层沥青路面设计指标的控制

以西安—铜川高速公路改扩建工程为依托,分析半刚性基层沥青路面、复合式基层沥青路面及柔性基层沥青路面的破坏形式,并建立与之相对应的设计指标体系。采用壳牌计算软件Bisar3.0分析材料参数对路面力学响应的敏感性,从路面受力均衡角度验证各类沥青路面设计指标的合理性。结果表明:对柔性路面采取弯拉应变与面层剪应力指标进行双控,可实现基层模量的合理取值;半刚性路面与复合式路面采取基层拉应力与面层剪应力指标进行双控,可对半刚性基层模量起到牵制作用;沥青路面设计增加抗剪指标尤为必要,可对材料参数起到制约作用,实现结构设计与材料设计的双重优化。