拼装式铝道面板下土基变形预测模型

为了分析飞机重复荷载作用时拼装式道面板下土基塑性变形情况,对4种不同厚度、强度的蜂窝铝夹芯道面板进行了足尺通行加载试验,测试了土基在不同轮载作用次数下的塑性变形.通过数据拟合分析确定了特定铝道面板下土基变形关于通行次数及基层强度的简化模型.对简化模型进行修正后,将新模型与其他传统预估模型进行了对比,结果表明:土基变形与通行次数的对数成正比例关系,与土质道面强度成反比例关系,道面板D铺设在高强度基层上时,道面板的疲劳开裂是道面结构失效的主要原因;道面板D铺设在70 MPa的基层上时,采用沥青道面设计公式、美军土质道面设计公式、本文推导公式分别计算得出的最大通行次数为4.071013、288、487990次.      

应急机场土质道面疲劳变形特性模型试验

为分析应急机场快速修建工程的合理道面结构形式,采用人工加载和道面电液伺服疲劳试验机加载2种方式,对由压实土基、稳定土基层（底基层）和功能性面层组成的典型道面结构疲劳变形特性进行了模型试验.研究了土质道面结构的累积塑性变形、回弹弯沉和弯沉盆曲线随飞机荷载、施加荷载频率和荷载作用次数的变化情况及其平面分布规律.试验结果表明:累积塑性变形随加载频率增大而增大,累积塑性变形与加载次数呈对数关系;弯沉盆曲线形状类似“S”型曲线,可采用四次曲线方程进行拟合;道面结构的早期整体回弹模量增长较快,7~60 d龄期内整体回弹模量可达200~500 MPa,在数万次通行次数下,土质道面的回弹弯沉小于1 mm,表明提出的土质道面结构形式能够满足应急机场强时效性的要求.      

飞机荷载下水泥混凝土道面板应力计算方法

采用弹性地基板理论分析了道面板应力的主要影响因素,修正了公路标准轴载下路面板的应力计算公式,得到了飞机荷载下道面板的应力计算公式形式。采用正交设计法对道面结构参数进行安排,计算了不同道面结构在各种类型飞机荷载下道面板的应力。采用非线性回归方法对应力计算值和飞机荷载参数与道面结构参数进行分析,得到了单轮飞机荷载下水泥混凝土道面板的应力计算公式。对单轮飞机荷载应力计算公式引入荷载圆半径修正系数,并采用多元非线性回归方法,得到了双轮和双轴双轮飞机荷载下道面板的应力计算公式。利用荷载叠加原理得到多轴多轮飞机荷载下道面板应力计算公式。误差分析结果表明:回归应力计算值与有限元应力计算值相对误差不超过2%,应力计算公式具有较好的精度。     

简易机场道面结构的疲劳特性试验

为了分析简易机场的合理道面结构,依托陕西西安、湖南耒阳的室内外试验段,利用直径30cm刚性承载板模拟机轮荷载圆,使用反力架、千斤顶及疲劳试验机,通过人工和机械定点重复加载模拟飞机通行,研究了薄层沥青混凝土面层 水泥稳定细粒土基(垫)层道面结构在重复荷载作用下的疲劳特性。试验结果表明:推荐道面结构早期承载能力较高,在60d龄期内,整体回弹模量为200～300MPa,弯沉小于1mm;此时道面可承受飞机荷载几万至十几万次的起降通行而不破坏,并保持良好的使用性能;推荐道面结构的疲劳特性可以满足简易机场的应急使用需求。     

基于累积损伤的机场道面剩余寿命预测模型

通过统计分析道面轮迹和道面板荷载应力横向分布规律,得出了飞机起落架道面通行覆盖次数的计算方法。在道面板中部荷载应力回归公式的基础上,建立了道面板横向应力分布函数。选取NCHRP1-26方程作为疲劳方程,通过对A 机场过去13年飞机起飞架次的历史数据进行分析,得出未来7年2种机型飞机的起飞架次,利用覆盖作用曲线与应力分布函数提出了机场道面累积损伤量的计算方法,并进行实例验证。分析结果表明：2年后机场道面的最大累积损伤趋近于1,即在不采取任何维修措施的情况下,A机场剩余使用寿命为2年,与实际运营状况相符。可见,建立的模型有效。     

道基不均匀分布下通用机型轮载对机场道面力学性能影响研究

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用时基顶反应模量变化和道面板厚度对道面板力学性能以及接缝传荷系数的影响,同时基于缩尺试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：对于A320机型,当道基水平不均匀分布时混凝土板弯拉应力增大,基顶反应模量变化率由0%增加至65.46%时,轮载作用于传力杆接缝板边时道面板弯拉应力由4.06 MPa增加至5.73 MPa,超过极限弯拉应力;增加板厚能够有效地提升刚性道面板受力安全时基顶反应模量变化率的取值范围;道面板接缝传荷系数随着基顶反应模量变化率的增加而增大,基顶反应模量变化率从6.84%增加至56.30%时,道面板传荷系数增加2.44%;室内缩尺试验验证了道基不均匀分布对传荷系数的影响规律。在道面板设计时,应充分考虑道基水平方向不均匀分布对道面板力学性能的影响,避免在服役期间过早出现结构破坏。     

机场道面基层顶面当量回弹模量的计算方法

应用弹性层状体系理论与弯沉等效原则,研究了道面结构参数、飞机荷载作用半径及主起落架构型对基层顶面当量回弹模量的影响.通过分析126种典型道面结构,建立了机场道面基层顶面当量回弹模量的回归公式,并根据弹性层状体系理论的当量回弹模量反算解验证了回归公式的准确性.分析结果表明:考虑飞机荷载作用半径和主起落架构型修正系数,荷载...     

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度数值仿真

采用ABAQUS建立了基于CEL算法的飞机轮胎与积水道面流固耦合分析模型,推导了轮胎接触面动水压强与道面竖向支撑力表达式,对比了飞机起飞与着陆过程中的滑行状态,提出了临界滑水速度的上下限解概念,校核了轮胎模型静态变形与动态滑水特征,研究了胎压、胎纹与水膜厚度的影响规律,分析了轮胎接地面积与动水压强分布。仿真结果表明:在76.6kN轴载作用下,轮胎模型接地面积为0.076m2,轮胎中心竖向变形约为3.27cm,轮胎临界滑水速度为128.5~222.4km·h~(-1),与NASA轮胎滑水试验数据一致,验证了仿真模型的合理性和适用性;在胎压为1 140kPa时,减速冲击条件下飞机轮胎临界滑水速度为163km·h~(-1),小于加速冲击时的上限226km·h~(-1),轮胎接地面积明显减小,道面支撑力低于机轮轴载的10%;在450~1 109kPa胎压范围内,减速冲击时临界滑水速度下限较NASA经验公式计算结果更为保守,两者相差30~70km·h~(-1);轮胎纵向沟槽排水可降低轮胎前缘动水压强峰值,增大轮胎接地面积,减速冲击时带纹轮胎临界滑水速度较光滑轮胎提高了26.9%~28.8%,增幅约为加速冲击时的2倍;当道面水膜厚度由3mm增加至13mm时,胎压为1 140kPa的飞机轮胎临界滑水速度上下限分别降低了85km·h~(-1)和43km·h~(-1);在低胎压、厚水膜与减速冲击条件下,临界滑水速度下限仅为127km·h~(-1),低于常见飞机进近接地速度205~250km·h~(-1),因此,滑水事故风险增加。     

利用无损探测技术研究机场道面错台成因

依托无损检测方法对某机场道面错台区域进行综合检测,得到引起该机场道面错台的原因：由于错台区域两侧道面修建历史不同,所采用的道面结构和材料不同,2种不同道面在飞机荷载和环境因素的长期作用下引起道面基层不均匀沉降,基层的不均匀沉降进一步反射到面层引起错台区域道面脱空,道面脱空和基层的不均匀沉陷最终引起道面错台．     

西南某机场水泥混凝土道面板应力计算分析

为了对西南某机场水泥混凝土道面板进行应力分析,通过现场钻芯取样和劈裂实验得出劈裂强度值和基层顶面反应模量。应用ANSYS软件建立三维有限元模型,计算不同飞机荷载作用下的板边应力。由应力折减系数得出板边计算应力,判断道面能够运行的最大飞机重量。比较板边自由与不自由两种状态下道面产生的应力和位移,发现高温作用下道面的受力变化与低温状态下不同,对机场道面在夏季和冬季运行时提出建议。     

军用机场沥青混凝土道面设计方法

为了合理设计军用机场沥青混凝土道面,以设计飞机作为计算荷载,按照疲劳等效原理,分析了不同飞机之间的交通量换算关系,根据军用机场道面使用特点、组成结构材料特性和损坏现象,采用面层、基层、底基层底部的拉应力和面层的剪应力作为结构设计指标,应用弹性层状体系理论设计了军用机场沥青混凝土道面。在H-6、MD-82和B727-100组成的混合交通中,分别用H-6和MD-82作为设计飞机,采用道面结构设计程序Pave2000进行结构层厚度计算。计算结果表明,以H-6为设计飞机,下基层设计厚度为34 cm,以MD-82为设计飞机,下基层设计厚度为33 cm,两者相对误差仅为3.03%,说明此设计方法是正确的。     

纤维格栅增强机场双层道面荷载应力分析

为了分析纤维格栅增强机场水泥混凝土双层道面加铺层的荷载应力,采用ANSYS建立机场双层道面三维有限元模型,以J-8飞机荷载为计算荷载,选取机场水泥混凝土道面加铺层层底最大拉应力、层间剪应力、旧水泥混凝土道面板底最大拉应力、加铺层表面弯沉为考察指标.计算了机场双层道面层间接触对荷载应力的影响,并利用正交设计分析机场道面结构参数对荷载应力影响的显著性.研究表明：层间摩擦系数对机场水泥混凝土加铺层层底拉应力与层间剪应力影响较大;机场水泥混凝土双层道面各结构参数对加铺层层底最大拉应力都显著相关,应该作为机场水泥混凝土加铺层设计的主要分析指标;加铺层厚度和基础弹性模量与所考察的4个指标都显著相关.因此,在进行机场水泥混凝土道面加铺层设计时,必须重视基础处理技术并合理控制加铺层厚度.     

基于ADAMS仿真确定飞机着陆道面动荷载

为了合理确定机场刚性道面设计中的动载系数,减少道面荷载现场测试的工作量,利用ADAMS软件进行仿真研究,分析了飞机着陆时道面的竖向荷载、纵向水平荷载和横向水平荷载的动态响应规律.通过改变飞机着陆时的俯仰角、滚转角、初始下降速率和初始机轮离地距离4个主要参数,分析道面受载情况的敏感性,并利用白噪声线性滤波法生成不同等级道面,研究了不同平整度下道面的动态响应规律.研究结果表明:初始下降速率从0 m/s增大到3 m/s时,动载系数从0.677增大到1.623;着陆水平荷载主要为纵向水平荷载;飞机对H级道面的动荷载最大值比A级道面增大68.71%.     

飞机主起落架构型对道面力学响应的影响

为给飞机和跑道的优化设计提供参考和理论依据,基于弹性层状体系理论,建立了水泥混凝土跑道的三维有限元模型;选取了2组荷载水平相当、主起落架构型差异明显的飞机,对比分析了飞机主起落架构型变化对跑道全宽度位移、应变、板底拉应力以及土基响应深度的影响.模拟结果表明:当荷载相同时,主起落架上机轮总数越多,水泥混凝土道面板位移峰值、板底最大拉应力越小,起落架构型差异导致的道面板位移峰值相差13%左右,板底拉应力相差达35%;起落架间距越小,荷载作用区位移曲线越平缓,荷载作用区拉应变越小,土基响应深度越大,起落架构型变化导致的荷载作用区拉应变相差12%,土基响应深度相差14%;主起落架构型变化对距离荷载作用位置较远区域的竖向位移基本无影响.      

制动力作用下桥上道岔区纵连无砟轨道受力与位移

为系统分析纵连无砟轨道与桥上无缝道岔在制动力作用下的受力与变形规律,以武汉—广州客运专线雷大桥铺设博格纵连式无砟道岔为例,将客专18号渡线、纵连式无砟轨道、桥梁和墩台视为整体,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析制动力作用下道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律.分析结果表明:在制动力作用下,基本轨制动附加力及位移随道床板伸缩刚度的减小而增大,但板轨相对位移未超过1 mm;限位器和间隔铁的纵向力及心轨、尖轨处板轨相对位移受无砟轨道结构的影响较小,限位器未贴靠,间隔铁力最大未超过13 kN;道床板制动附加力随伸缩刚度的降低而减小,减小量最大达到3 832.9 kN,位移则增大,最多达到17.4 mm;道床板伸缩刚度和滑动层摩擦因数减小对桥墩受力不利;当滑动层摩擦因数μ≤0.2时,取消固结机构,桥墩纵向力减小值接近500 kN.     

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.      

网状聚酯道面结构有限元计算及优化设计

网状聚酯道面结构是一种供飞机临时滑行的特种结构,由聚酯网穿插聚酯棒组成.采用有限元法对该结构在飞机荷载作用下的力学行为进行了计算机仿真分析.将聚酯网简化成弹性薄板,聚酯棒按照实体模型处理,建立了整体结构的有限元模型;根据实际使用情况,分别针对三种工况分析了结构在飞机静载作用的应力和位移,并采用简化方法计算了飞机在动荷载作用下的应力和位移;对道面结构的聚酯棒间距进行了优化设计.     

适应大型飞机的沥青道面结构有限元模型

借助ABAQUS通用有限元软件,建立了3层道面结构有限元模型,分析了模型的几何尺寸、边界条件、层间接触条件、单元类型、网格的划分对大型飞机荷载作用下道面结构力学响应的影响,提出了适应大型飞机的机场沥青道面结构有限元模型参数,并用实测力学响应数据对模型的有效性进行了验证。研究结果表明:在大型飞机全起落架荷载作用下,有限元模型几何尺寸宜为30m×30m×10m,层间完全连续选用tie连接;单元类型宜采用C3D8R,荷载区域的单元大小控制在不大于0.05m×0.05m;模型底部所有位移全部约束,模型四周约束对应水平方向的位移。实测数据验证结果表明有限元模型有效。     

基于沥青路面结构力学行为的车辙深度控制标准

为了进一步规范沥青路面车辙深度的控制标准, 研究了车辙深度对路面结构的影响; 考虑车辙断面特征, 建立了车辆跨越车辙时的动荷载计算模型, 并以冲击系数量化了车辆对路面结构的冲击效应; 通过数值仿真研究了车辆荷载作用下路面结构的内部损伤, 探索了不同车辙深度下路面使用性能的衰减规律。研究结果表明: 车辙深度对路面结构的冲击效应不可忽视, 冲击系数随着车辙加深线性增加, 基于冲击效应的车辙深度应不大于11 mm; 沥青混合料层的最大拉应变位于上面层层底, 与车辙深度正相关, 中面层和下面层的拉应变与车辙深度负相关, 但应变水平显著低于上面层, 基于面层弯拉破坏的车辙深度应不大于15 mm; 最大剪应力出现在上面层层底, 随着车辙深度的增加缓慢增大; 车辙深度处于5~10 mm, 各面层的剪应力整体变化较小, 当其从10 mm增加到25 mm时, 上面层0~1 cm深度处的剪应力增加了14.5%, 增速明显超过中面层和下面层剪应力的减小速度, 基于面层剪切破坏的车辙深度应不大于10 mm; 车辙深度对无机结合料稳定层拉应力的影响不大; 车辙深度超过15 mm后应关注路基顶面压应变的变化, 防止路基出现大的变形。      

中美机场水泥混凝土道面加铺厚度设计方法对比分析

通过计算不同荷重级别的设计飞机类型(波音-737、空客-300、波音-747)、不同厚度和模量的既有道面结构(面层、基层)、不同既有道面条件(主要状况为轻微或严重损坏)、不同加铺类型(水泥混凝土、沥青层)等256种工况下的加铺层厚度,对中国民航机场道面设计规范中既有水泥混凝土道面加铺设计方法与美国联邦航空管理局、陆军工程兵团、Rollings等加铺设计方法进行对比分析。结果表明,在繁重交通荷载作用下加铺水泥混凝土时,我国民航设计方法厚度在既有水泥道面结构较强计算结果相对保守;加铺沥青层时,在既有水泥道面结构不强时计算结果较为保守,不符合经验预估范围。其它工况下与其它方法厚度设计结果相差不大。