中美机场沥青混凝土道面设计方法对比分析

针对中国民航机场沥青混凝土道面设计方法 (MH法)和美国联邦航空局沥青混凝土道面设计方法 (6E法)之间的差异,在不同飞机类型和交通量(包括单一机型和混合交通)、不同面层厚度的条件下,对沥青混凝土道面基层厚度进行计算分析。结果表明:在单一机型和混合交通下,中国MH法计算的基层厚度比美国6E法要厚;在单一机型下,中国MH法与美国6E法计算出的基层厚度差值随着交通量的增加而变大,随着CBR值的增大而减小;中国民航机场沥青混凝土道面设计方法已无法适应新一代大型飞机的运行要求。     

混凝土路面行车荷载疲劳应力影响因素的研究

我国目前路面设计采用的力学经验法,在设计基准期内满足承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。本文通过对现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D20-2011)的理解,结合工程经验,研究设计轴载、板底地基当量回弹模量、基层类型及厚度、面层混凝土弯拉强度等设计参数对路面结构的影响,结果表明：合理设计轴载对荷载应力影响较大;设置粒料层可有效提高地基回弹模量;半刚性基层不宜过厚,刚性基层需与面层协同设计,使二者受力最佳;提高面层材料弯拉强度,能承担较高荷载应力。本研究结论为路面设计提供合理建议,供设计参考。     

多轮荷载作用下的沥青道面结构响应敏感性分析

分析飞机多轮荷载作用下沥青道面表面弯沉、土基顶面竖向压应变、面层底面水平应力、基层或底基层底面水平应力对面层、基层或底基层厚度与模量、土基模量变化的敏感性。依托三维有限元平台对敏感性进行分析,选择B-777作为分析机型;以传统柔性类、沥青稳定类和半刚性道面作为分析结构。52种组合的分析结果表明:各力学响应量对土基都具有较高的敏感性,土基模量由30增至60 MPa的影响要大于60增至80 MPa;除传统柔性道面的面层底面水平应力外,底基层厚度对其他各响应量也具有较高的敏感性;层底的水平拉应力主要受上下层模量比影响,随着模量比的增加,上层底面开始出现拉应力,并逐渐增大,所以最大水平拉应力出现在传统柔性道面结构的面层底,沥青稳定基层的层底,以及半刚性基层的底基层底。     

基于多轮叠加效应的A380-800响应深度研究

以飞机荷载引起的附加应力与结构层自重应力的比值等于10%作为飞机荷载响应深度的判定标准,通过建立A380-800的主起落架模型和刚性道面的全宽度模型,采用数值计算来探讨面层模量、基层模量、垫层模量、土基模量、面层厚度、基层厚度、垫层厚度对A380-800响应深度的影响。结果表明:A380-800主起落架构型复杂,叠加效应显著,应将整个主起落架布置于道面进行响应深度的分析;道面结构层参数一定时,随着距土基顶面距离的增加,A380-800的附加应力呈非线性减小;垫层厚度和模量对A380-800响应深度影响甚微,基层厚度和面层模量对A380-800响应深度影响较小,面层厚度和基层模量对A380-800响应深度影响较大,土基模量对A380-800响应深度影响显著。     

沥青路面路基结构组合优化力学数值探析

采用ABAQUS建立了沥青路面结构的三维有限元模型,对典型沥青路面的动力学特征进行了模拟计算,通过分析路面结构动力响应量和结构参数的关系,获得了两者的正负相关性,并提出了改善路面结构受力状态的有效途径。研究结果表明:面层模量一定时,随基层模量的增加,路表弯沉下降,半刚性路面和组合式路面基层层底应力增加;当基层模量一定时,随面层模量的增加,半刚性路面路表弯沉的变化较小,倒桩式路面和组合式路面路表弯沉变化明显,且组合式路面的基层层底应力明显提高;随基层模量增大,半刚性路面收底基层层底应力变化显著,受面层模量影响较小;当面层模量达到2 000 MPa后,基层模量对倒桩式路面底基层层底应力影响可忽略;面层模量较高时,基层模量和面层模量的增加,组合式路面的底基层底应力减小;随基层厚度的增加,路面各力学响应指标逐渐减小,基层厚度大于40 cm时,通过增加基层厚度来改善路面疲劳开裂效果减弱;基层厚度小于20 cm时,底基层的弯拉应力较大,路面基层为主承重层,承担较大的荷载作用,因而可通过提高基层厚度来抑制弯拉破坏,改善基层受力。     

低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面结构力学分析

针对低剂量水泥稳定碎石基层沥青路面,选择我国当前高速公路和干线公路半刚性基层沥青路面典型结构型式,采用弹性层状体系力学分析软件Bisar3．0分析计算路面结构层底拉应力,并考虑基层厚度和模量、不同面层厚度对其的影响。计算结果表明：增加底基层厚度对于层底拉应力影响较小,底基层厚度增加10cm,基层层底拉应力仅降低0．023MPa;底基层模量对基层层底拉应力有显著影响,其模量越高,基层层底拉应力就越小;面层厚度对基层层底拉应力影响较大,基层层底拉应力随面层厚度的增加逐渐减小,当面层厚度在18～20cm时,水泥稳定层层底拉应力为0．086～0．082MPa。     

动载作用下半刚性沥青路面力学响应分析

为了解决陕西省高速公路沥青路面早期病害严重问题,选取陕西省典型的半刚性基层沥青路面结构,研究在动载作用下不同结构组合的沥青路面的力学响应。利用Ansys有限元分析软件对动荷载作用下的沥青路面进行仿真模拟,并提取数据进行分析,得到以下结论:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力、沥青层剪应力和半刚性基层拉应力均逐渐减小;随着沥青面层模量的增加,沥青层拉应力逐渐增加,而半刚性基层拉应力逐渐减小;该文建议沥青面层在18~20cm之间取值,半刚性基层厚度取值40cm以上。     

重载交通半刚性基层条件下沥青面层的力学响应研究

为研究重载条件下半刚性基层沥青面层的结构力学响应,运用ABAQUS有限元软件计算半刚性基层沥青路面的弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力,分析轴重、基层模量及厚度对力学响应的影响规律,并通过多因素方差分析研究各因素的影响敏感性。结果表明:轴重对弯沉、层底拉应力与拉应变、沥青面层最大剪应力的影响最明显,基层厚度次之,基层模量的影响最小。     

硫磺改性沥青路面的力学响应研究

采用ABAQUS有限元软件对半刚性基层硫磺改性沥青路面进行力学响应计算,将计算结果与SBS改性与基质沥青路面进行对比,结果表明:硫磺改性沥青路面层底弯拉应力显著大于SBS沥青及基质沥青路面,弯沉值小于SBS沥青及基质沥青路面;随着硫磺改性剂掺量增加,路面层底弯拉应力逐渐增大,弯沉值逐渐减小;并且随着沥青面层厚度的增加,面层底部主拉应力减小,弯沉值呈减小趋势。     

结构参数对沥青路面结构设计的影响分析

应用现行设计规范提出的公路沥青路面结构厚度计算理论和方法,通过实例计算,分析了路面结构厚度随设计弯沉、土基模量的变化关系,分析了土基模量、半刚性基层厚度对路面各结构层层底拉应力的影响,得出通常情况下会以底基层层底拉应力控制结构厚度设计,以及提高土基模量、增加半刚性层厚度可以减小（底）基层层底拉应力从而减少疲劳开裂的结论。     

行车荷载下半刚性基层沥青路面结构响应及参数分析

文中将车辆荷载分为正向荷载和偏向荷载2种,并利用ABAQUS有限元软件建立基层含裂缝的沥青路面结构,重点对行车荷载下基层反射裂缝受力特性及其对参数敏感性进行分析,得到以下结论:正荷载和偏荷载作用下在路基面层裂缝位置处拉剪应力均发生突变,正荷载作用下基层反射裂缝因受压而不会扩展,而偏荷载是影响基层裂缝扩展的主要因素;正荷载下裂缝尖端的正应力及偏荷载下的裂缝尖端的正剪应力随着面层厚度和面层模量的增加而增大,随着基层模量的增加其应力减小;正偏荷载下的裂缝尖端张开型应力强度因子随面层厚度和面层模量的增加而增大,而随基层模量的增加而减小;偏荷载下的裂缝尖端剪切型应力强度因子随面层厚度和基层模量的增加而减小,随面层模量的增加而缓慢增加。     

设置层间功能层的刚性基层水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

针对我国水泥混凝土路面设计与施工中很少关注在刚性基层和水泥混凝土面层之间设置功能层等相关问题,通过动态分析有限元方法,揭示了设置功能层的刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下,各因素对力学响应的影响程度.并采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析.结果表明:对路面结构力学响应的影响顺序依次为面层厚度＞基层厚度＞面层模量＞功能层模量＞基层模量＞功能层厚度＞地基模量＞行车速度,最后通过回归分析得到了路面结构力学响应的计算公式.     

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。     

干线公路沥青路面水平裂缝破坏力学机理研究及对策

以干线公路半刚性基层沥青路面产生的水平裂缝为研究对象,采用力学分析软件计算在标准轴载和超载作用下的力学响应。通过对路面结构层应力应变特性及最大剪应力随深度变化特点分析,结合路面实际破坏现象,揭示了干线公路半刚性基层破坏的根本原因在于:沥青面层薄,高剪应力区位于半刚性基层上,半刚性基层竖向受剪超过其抗剪强度就产生水平裂缝。为提高半刚性基层疲劳寿命,避免路面早期病害,应采取如下措施:结构层中沥青路面厚度至少提高到12cm,施工中基层应采用一次压实成型,形成整体性好的高性能半刚性基层,同时养生期严格控制车辆通行。     

大型飞机荷载作用下站坪结构对地基土附加应力的影响分析

基于轴对称荷载层状弹性理论,可得垂直均布荷载作用下分层地基土的解析解;利用BISAR3软件进行计算,分析了在大型飞机多轮荷载作用下,刚性及柔性道面各结构层刚度及厚度变化时,对地基土附加应力的影响。分析结果表明:刚性道面相对于柔性道面,土基内应力扩散较大,土基顶部附加应力相对小了46 %左右;无论对于刚性道面或柔性道面,各结构层厚度变化的影响均要大于刚度变化的影响。此分析方法,可为机场站坪沉降及道面设计提供参考。     

基于加速加载的SMA沥青道面轮辙特性分析

对某军用机场试验段两种SMA道面结构在60℃条件下,展开加速加载试验,研究SMA道面轮辙变形特性。通过两种结构道面轮辙变形发展特性对比分析,探究环氧沥青道面结构的轮辙变形值、变形速率、变形面积及隆起变形比例。试验结果表明,由于不同下卧层对沥青面层的应力状态影响,致使两种道面结构轮辙特性及发展规律明显不同;两种道面结构的轮辙发展可分为3个阶段,但SMA复合道面较SMA半刚性基层沥青道面变形发展速度和数值都小。SMA半刚性基层沥青道面车辙凹陷面积始终都大于隆起面积,而SMA复合道面在加载前期,凹陷面积大于隆起面积,但加载到一定次数后隆起面积大于凹陷面积;隆起比例系数与道面结构有关,初期两种道面的隆起比例系数有所波动,但随后基本稳定。SMA半刚性基层沥青道面的隆起比例系数的最终的建议取0.45,而SMA复合道面的隆起比例系数的最终的建议取0.6。     

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。     

基于动力特性的典型沥青路面性能评价与结构优化

为研究动态荷载作用下沥青路面的力学特性及其使用性能,以Abaqus有限元软件为平台,建立沥青路面三维有限元动力分析模型,对比分析3种典型沥青路面结构的动力行为特征,进行路面性能评价,并开展沥青路面的结构组合优化分析。研究结果表明:随基层厚度增加,各动力响应量表现为路表弯沉、底基层层底应力和路基顶压应变逐步递减;面层层底应变和层间剪应力逐渐减小,并且随厚度增加,其变化逐渐减弱;当基层厚度20cm,底基层承担较大弯拉应力,随基层厚度增大,基层逐渐成为主要承重层;半刚性路面(S1)整体刚度大,并能较好地抑制沥青层开裂及路基永久变形,倒装式路面(S2)的各项动力力学指标均处于不利状态,组合式路面(S3)的沥青层剪应力指标最优;采用动力指标与结构参数之间的正、负相关性及其显著性分析方法可更直观判别路面结构优化方向,为改善路面受力状态,对S1结构应提高基层厚度、降低面层模量,对S2结构应提高基层厚度,对S3结构应提高基层厚度与面层模量。     

军用机场沥青混凝土道面交通量换算

将飞机的主起落架的形式分为单轮、双轮和双轴双轮，双轴双轮按轮径比分为3种类型；建立以飞机作用下道面结构层最不利位置的应力疲劳等效和道面结构厚度一致的交通量换算原则，推导出了不同起落架之间交通量的换算公式；经设计验证，其交通量换算公式是正确的。     

适应不同交通量的冷再生基层沥青路面结构厚度研究

为了全面掌握冷再生基层沥青路面结构的厚度组合,在对现有的国内冷再生基层沥青路面结构厚度组合进行调研的基础上,将原路面结构作为路基,冷再生层作为基层,对车辆荷载作用下三层路面结构体系的力学响应进行了分析,采用面层底部拉应变和再生基层底部的拉应力为控制指标,研究了不同交通量条件下,冷再生基层沥青路面结构的厚度要求,提出了适应不同交通条件下的冷再生基层沥青路面结构厚度组合,并绘制了厚度诺模图,为冷再生基层沥青路面结构的设计提供理论指导.