复合式机场道面荷载应力

为了分析复合式机场道面的荷载应力,建立了9块板的复合式机场道面三维有限元模型,以B777-200飞机荷载为计算荷载,选取沥青混凝土层底拉应力、沥青混凝土剪应力、水泥混凝土板底拉应力为考察指标,分析复合式机场道面的最不利荷位;利用正交设计分析结构参数对荷载应力影响的显著性,指导复合式机场道面结构设计。研究表明:水泥混凝土板底拉应力应该作为复合式机场道面荷载应力分析的关键指标,复合式机场道面基于多板分析的最不利荷位位于三轴双轮荷载的中轴荷载与板边中点相切处;增加水泥混凝土板模量对板底拉应力负面影响显著,增强土基模量可以明显减小水泥混凝土板底拉应力和沥青混凝土层底拉应力;复合式机场道面结构设计过程中,必须重视土基处理,提高土基强度;不能过分强调增加水泥混凝土板的模量,应该综合考虑其弯拉强度,合理选择水泥混凝土配合比。     

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.     

飞机水平荷载作用下水泥混凝土道面结构响应

针对飞机在起飞状态和着陆滑跑时对水泥混凝土道面结构产生较大的水平荷载,采用ANSYS软件建立足尺9块道面板三维有限元分析模型,研究了2种典型飞机起飞时轮载作用于6种荷载位置时道面结构的力学响应,并分析了着陆时水平力系数对道面结构响应的影响.结果表明:起飞时,2种机型对道面结构的应力峰值分别变化了0.12MPa和0.05 MPa;道面板应力峰值与水平荷载呈线性变化,仅在单轮主起落架作用在荷位1时呈非线性关系;轮载作用于板中和纵缝板边时,水平荷载对道面板应力影响较小;轮载作用于板角和横缝中部时,道面板应力峰值同水平荷载方向有关.     

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。     

大型飞机荷载作用下SEA道面结构响应分析

利用Bisar及ANASYS建立新型环氧沥青混凝土道面(SEA)结构模型,通过分析A380-800飞机主起落架构造及多项荷载参数,对飞机荷载作用下SEA机场道面面层应力、应变及弯沉等结构响应进行分析,并拟合Bisar三阶差值三维弯沉图。结果表明,A380飞机荷载作用在SEA道面上时,A380飞机主起落架前六轮主要承受载荷,应力应变分布较为均匀,出现双峰值现象;后四轮纵向应力应变较横向大,易出现应力集中现象。大型飞机荷载作用于SEA环氧沥青混凝土道面弯沉值较小,相比普通SAA沥青道面,SEA沥青混凝土道面具有较好的路面力学效应。     

镐头机拆除工况下机场水泥道面的力学行为

以ABAQUS作为分析平台,建立了考虑接缝传荷以及层间接触效应的双板有限元分析模型,可用于模拟镐头机拆除工况下水泥道面的力学行为.针对机场典型拆除工艺参数及道面结构参数,系统分析了镐头机拆除工况下拆除板和周边保留板的变形、拉应力以及层间剪应力的分布特征,揭示了镐头机拆除工况下周边保留板发生破坏的力学机理.分析了面层厚度、接缝传荷能力等参数对拆除时道面力学响应的影响规律,提出了镐头机拆除施工应注意的问题.     

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。     

飞机荷载重复作用次数的简化计算方法

对力学-经验型沥青道面结构设计方法中的飞机交通荷载分析方法进行研究,探讨了一种简化的荷载重复作用次数计算方法.通过理论分析,提出了以应力(应变)扩散斜率和等效宽度为中心的荷载重复作用次数简化计算概念.双层体系的结构响应分析表明,等效宽度是结构厚度和上下层结构相对刚度的函数.经过回归分析,给出了等效宽度和结构厚度的线性关系式,回归计算结果与基于道面空间响应得到的等效宽度之间的误差在5%以内.对于多层的道面结构,建议按照力学等效的方法转换成双层结构后进行计算.在此基础上,提出了单轮的荷载重复作用次数计算方法,并详细分析了横向多轮和纵向多轴的影响.基于单机型的计算分析,进一步扩展提出了混合交通条件下的荷载重复作用次数简化计算方法.     

水泥混凝土机场道面企口接缝应力分析

利用三维有限元分析软件ANSYS ,对飞机荷载作用下以未设拉杆企口缝形式连接的两块水泥混凝土机场道面板进行了应力分析 ,计算了不同缝隙宽度企口缝的传荷能力及槽口应力分布状态 ,得出了飞机荷载作用下企口缝的破坏形式及可能发生的位置 ,为合理设置机场道面纵向接缝提供理论依据     

基于板底脱空的水泥混凝土道面结构理论分析

地基的不均匀沉降将使水泥混凝土道面处于不利受力状态,当板下产生脱空时,板在自重作用下将产生相当于恒载的附加应力,影响道面结构的疲劳寿命.针对盾构穿越机场水泥混凝土道面导致板底脱空的现象,构建了自重作用下水泥混凝土道面板底脱空的力学模型,并利用板壳力学有关理论推演了面层板的应力和挠度公式     

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.     

装配式铝道面板结构力学响应分析

采用ANSYS有限元软件建立了多层弹性地基上装配式铝道面板道面结构的三维有限元模型,为装配式铝道面板道面结构的设计提供计算方法。同时,利用有限元模型计算所使用飞机在典型道面结构上的力学响应。分析发现道面板类型对力学响应影响不大,而道面板与基层间的接触状态影响较大,接触系数从0.01增至10时单双板的弯沉分别减少17.2%和9.9%,基层层底弯拉应力减少21.7%和27.1%,说明改善道面板与基层间状态至关重要。最后完成了现场承载板试验和通行试验,得到的试验结果验证了有限元模型的正确性,为同类型道面结构提供了分析计算方法。     

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%.     

快速装配钢框-预应力混凝土道面承载性能的影响因素分析

为满足机场与道路改扩建的临时交通需求,需要在一般土基上快速修筑临时道面来满足飞机或车辆通行,采用ABAQUS分析了一种新型快速装配钢框-预应力混凝土道面结构的力学响应行为。结果表明:土基反应模量在中低强度范围(5～80 MN/m~3)变化时,对减小道面板板底变形十分明显,而板底应力几乎没有变化。道面板板厚变化对板底应力的影响较为显著,当板厚增加到14 cm后,增加板厚对于板底变形影响较小。板间铰接件位置越靠近板厚下部时,应力扩散效应越明显,道面板内混凝土应力集中现象发生在结构边角处。     

机场水泥混凝土道面加铺层厚度敏感性

为了分析机场水泥混凝土道面加铺层各计算参数的取值对加铺层厚度的影响,采用《军用机场水泥混凝土道面设计规范》(GJB 1278A-2009)的方法对机场水泥混凝土加铺层厚度进行计算分析。研究结果表明:新、旧水泥混凝土道面间的结合系数对加铺层厚度有明显的影响,特别是结合系数从0增大到0.2时,加铺层厚度减少17.98%~47.54%;加铺层厚度随着加铺层道面板尺寸的增大而增大;增加加铺层混凝土强度可以明显减少隔离式双层道面加铺层的厚度,而增加旧道面混凝土强度可以明显减少结合式双层道面加铺层的厚度;在进行机场水泥混凝土道面加铺层设计、施工时,需要综合考虑各结构参数对加铺层厚度的影响。     

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。     

水泥混凝土路面加铺沥青层结构应力分析

为了指导旧路加铺工程合理设计,对加铺结构在交通荷载作用下的受力状态进行了分析。基于路面力学弹性层状体系理论,建立了旧路加铺路面的轴对称有限元模型。主要考虑交通荷载作用,分析了沥青加铺层层底拉应力、剪应力和旧水泥路面层底的拉应力等指标。考虑加铺层和应力吸收层模量的影响对路面结构的力学响应进行了分析计算。为了快速计算材料力学性能对路面结构受力的影响,基于数值计算结果给出一个路表弯沉和沥青加铺层底拉应力的简易计算公式。结果表明:在车辆轴载作用下,增设应力吸收层会减小路表弯沉、沥青层底拉应力、新旧层间的剪应力和水泥层底拉应力各项指标,对于改善路面结构受力状态有积极影响;随着沥青面层模量的增加,路表弯沉、沥青层底剪应力和水泥层底拉应力都趋于减小,但是沥青层底拉应力会增大。由此建议在旧水泥路面加铺沥青面层设计时,应适当选用高模量的沥青混凝土材料,可以缓解路面新旧层之间的剪切脱层破坏,进而延长旧路改造路面的服役寿命。     

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。     

中美机场水泥混凝土道面设计方法对比分析

对中国民航混凝土道面设计方法与美国联邦航空局（Federal Aviation Administration，FAA）混凝土道面设计方法进行对比分析，评价相互之间的差别．对不同飞机类型和交通量（包括单一机型和混合交通）条件下，不同基层厚度和面层强度的60组混凝土道面结构进行了厚度计算分析．结果表明，单一机型条件下FAA弹性层状体系法计算的厚度比我国民航的设计方法要厚，厚度差随交通荷载的增长而增加，随面层弯拉强度的增加而减少；在混合交通条件下，FAA弹性层状体系法计算的厚度比我国的略薄；我国民航的设计方法无法适应新一代大型飞机的荷载要求．     

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.