沥青路面表面水膜厚度试验

汽车在有水膜覆盖的路面上行驶时,轮胎与路面之间的附着力降低程度与道路表面水膜厚度有关,道路表面的水膜厚度越厚,附着力降低越多。道路表面的水膜厚度和下面几个因素有关:降雨强度,坡面的构造深度、长度以及坡度。本项目修建9个试验段,包括3种不同的沥青混合料级配和3种不同的坡度,并且进行了人工降雨试验,实测了表面的水膜厚度。根据测得的试验数据,回归了水膜厚度的计算公式,该式和英国的经验公式相比,能够反映出坡面粗糙程度对水膜厚度的影响,可以用于工程实践,预估道路表面的水膜厚度。     

排水性沥青路面排水层最佳空隙率研究

通过水膜厚度试验得到了水膜厚度与降雨强度的经验公式,结合西安成阳国际机场高速公路某路段,计算出其有效水膜厚度为27 mm.根据排水要求、疲劳寿命、空隙率随时间衰减的规律,得到了排水层最佳空隙率为22％,连通空隙率不小于14％.     

排水沥青路面排水能力分析及目标空隙率确定

为提高排水沥青路面的设计可靠性,通过分析排水沥青路面的渗流特性,建立排水沥青路面的渗透计算模型,利用渗透计算模型计算特定降雨强度下排水沥青路面的排水能力,并依据实际降雨强度初步提出排水沥青路面目标空隙率的确定方法。研究结果表明:增加排水面层的厚度、增大路面坡度、提高排水面层的渗透系数、缩短排水长度都能降低路表发生径流的可能。联合渗透系数与降雨强度的关系式,可确定特定降雨强度下排水沥青路面的目标空隙率。     

湿滑条件下基于真实纹理道面的机轮着陆滑水行为解析

湿滑条件下的着陆滑跑是航空事故的高发区。为较为真实地反映湿滑条件下机轮的滑跑行为，需要建立包含真实道面纹理特征的滑跑模型。在提取真实道面形貌特征的基础上，通过解析湿滑条件下的机轮滑跑行为进一步反算其遵循的摩擦关系，以获得更加接近真实条件的摩擦模型；然后运用欧拉-拉格朗日（CEL）算法建立基于真实纹理形貌特征的道面-水膜-轮组的流固耦合模型，以摩擦因数、动水压力为分析指标来探讨速度、滑移率、水膜厚度以及道面类型对机轮滑水行为的作用规律，进而为提高飞机着陆的安全性提供理论参考。研究结果表明：A320型飞机着陆可能滑漂的危险区段为刚刚着陆阶段，随着速度的降低，道面支撑力会逐渐增大，而动水压力将逐渐减小；随着滑移率的增加，动水压力呈现出先减小后增大的趋势，当滑移率为0.15时，动水压力达到最小；关于水膜厚度的影响，水膜厚度小于3 mm时不会发生滑漂，而水膜厚度大于10 mm时极可能发生滑漂；当水膜厚度为7 mm时动水压力与飞机滑行速度、滑移率的相关性较大，可视为机轮发生滑漂的临界状态；最后，在其他条件一致的情况下，各道面类型的抗滑性排序为SMA > OGFC > AC > 平滑道面。因此，湿滑条件下，控制飞机着陆的初始速度和滑移率是减小航空事故、提高机场安全运行的有力保障。     

3S-OER生态防护边坡抗暴雨冲刷试验研究

通过模拟边坡和人工降雨试验,研究了坡面在3S-OER生态防护条件下,两种坡度经大暴雨冲刷的防护效果;研究分析了不同降雨强度对3S-OER生态防护边坡和常规植被边坡的水土流失、养分变化及抗冲刷指数。实验证明在同样的坡度和降雨强度条件下,3S-OER生态防护坡面完好无损,抗暴雨冲刷能力强,而常规植被坡面随降雨强度的增大,坡面出现裂缝、垮塌,抗暴雨冲刷能力弱。     

雨天道路表面薄层水流特性的影响因素分析

道路表面水流受坡长、坡度、路表粗糙度、降雨强度等因素影响,薄层坡面水流流场比较复杂,很难用数学计算反映各因素之间的关系。文中利用FLUENT软件,采用水气两相流中的DPM方法,结合EWF模型模拟道路表面薄层水流情况,探究路表水膜厚度在不同水力特性参数下的变化规律。分析发现,坡长、横坡度、降雨强度对路表最大积水厚度影响明显,纵坡和路表构造深度与路表最大积水厚度相关性不大。     

基于表面性能导向的机场道面混凝土最优配合比设计

为了解决基于材料力学强度准则设计的混凝土道面面层不能满足新型飞机使用要求的问题,提出了基于表面性能导向1的机场道面混凝土配合比设计的思想。分析了影响混凝土表面性能的参数,设计了冻融循环试验和耐磨耗试验,研究了含泥量、砂的细度模数、砂率和水灰比对道面混凝土表面性能的影响规律。结果表明:混凝土抗冻性和耐磨耗性能随水灰比和含泥量的增大而降低,细度模数和砂率对混凝土抗冻性和耐磨耗性能的影响存在极值,当细度模数为2.8,砂率为29%时,混凝土的抗冻性和耐磨耗性能最好。水灰比对表面性能的影响最大,其次是含泥量和细度模数,再次是砂率,得到的道面混凝土最优配合比为:水泥,320 kg·m~(-3),水,137.6 kg·m~(-3),砂,585 kg·m~(-3),粗集料中5~20 mm为639 kg·m~(-3),20~40 mm为781 kg·m~(-3)。     

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。     

轮胎/路表间水膜受力和排出特征及其受刻槽参数的影响分析

为研究轮胎作用下水泥混凝土路表水膜受力特征及其受刻槽的影响,采用SolidWorks和Ansys WorkBench,构建了轮胎-水膜-路表有限元模型,基于CFD控制方程和流固耦合理论,分析轮胎作用下路表水膜流动规律以及水膜厚度、行车速度、刻槽宽度、间距和方向对轮胎所受动水升力的影响。结果表明：轮胎迎水面所受动水升力随水膜厚度的增加而增大;当水膜厚度超过轮胎花纹深度后,动水升力增幅明显变大;增加路面刻槽宽度或减小刻槽间距,能够有效地降低轮胎所受的动水升力;在相同的刻槽参数下,路面横向刻槽的排水性能和对动水升力的降低幅度要优于纵向刻槽。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响.试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定.     

沥青混凝土用于简易机场道面的动稳定度研究

用水泥代替矿粉作为填料的沥青混凝土可用于简易机场道面铺设,对其在60℃环境不同机型不同胎压下的动稳定度进行了试验研究。结果表明：在同样作用次数下,掺水泥的沥青混合料比掺矿粉的混合料变形小,掺水泥的混合料动稳定度变化趋势与掺矿粉混合料相似;但随胎压增大,掺水泥混合料动稳定度下降幅度小,比掺矿粉混合料稳定。因此,用水泥代替矿粉作为填料的沥青混凝土用于简易机场道面铺设,动稳定度符合标准,且优于掺矿粉的混合料。     

水灰比对机场水泥道面强度的影响分析

通过对比同一坏境下不同水灰比混凝土试样的弯拉强度和劈裂强度,研究了水灰比对机场水泥道面强度的影响。结果表明:混凝土水灰比为0.35~0.55时,试样的劈裂强度出现显著的峰值,当水灰比为0.46左右时,试样的劈裂强度达到最佳,当水灰比大于或小于0.46时,试样的劈裂强度会出现明显的下降;当混凝土水灰比为0.35~0.55时,随水灰比增大,试样的弯拉强度不断减小,无峰值。采用二次多项式对混凝土试样的水灰比-弯拉强度、水灰比-劈裂强度进行拟合,得到的关系式可为国内通用机场飞行区水泥道面建设提供建议和指导。     

机场复合式道面力学响应敏感性分析

为了研究不同边界条件对飞机轮载作用下机场复合式道面力学响应的影响,基于三维有限元模型,考虑临界荷位到水泥混凝土板接缝的传荷能力,获取了不同起落架构型的3种飞机(B737-300,B767-300ER和B777-300ER)轮载作用下复合式道面各层的力学响应,并对不同层间结合系数、不同沥青加铺层厚度、不同水泥板厚度及有无制动力下复合式道面的力学响应做了对比分析。结果表明:多轴起落架荷载下的力学响应呈多应力峰值,力学响应随轮轴数增加显著增大且呈现出叠加效应;随着层间结合系数的减小,沥青加铺层表面应力峰值和沥青加铺层层底应力峰值均增大,水泥板底拉应力峰值减小,机型越大,力学响应对层间结合系数的敏感性就越强;随着沥青加铺层厚度的增加,沥青加铺层层底拉应力峰值逐渐增大,板底部拉应力峰值均匀减小;沥青加铺层层底应力峰值随着水泥板厚度的增加而减小;水泥板厚度在25～35 cm时,水泥板底应力峰值随厚度增加而减小,厚度在35～40 cm时,板底应力峰值随厚度增加反而增大;飞机制动过程中,沥青加铺层表面的纵向压应力增加显著,解释了跑道两端车辙比较严重的现象;沥青加铺层层底,在起落架前方表现为压应力,在起落架后方表现为拉应力,拉应力峰值沿着飞机运动方向呈阶梯形减小,除单轴双轮的B777-300外,其他机型作用下沥青加铺层层底拉应力增加显著,很好地解释了跑道两端滑移裂缝、疲劳裂缝严重的现象。     

降雨作用下坡面水流对松散颗粒的侵蚀机理

以水力学公式为基础,从坡面颗粒侵蚀的水分环境角度入手,分析了坡面松散颗粒处于浸泡状态下的侵蚀机理,揭示降雨作用下的坡面水流与松散颗粒侵蚀之间的相互关系,同时给出松散颗粒发生侵蚀时临界降雨强度的计算公式。算例分析表明,随坡度减小粒径增大,坡面松散颗粒侵蚀发生时所需的,临界降雨强度也大为增加。     

现行中美民用机场刚性道面设计方法对比分析

运用现行中国民航总局的刚性道面设计方法(力学经验法)与美国联邦航空局(FAA,Federal Aviation Administration)的刚性道面设计方法(FAARFIELD法),在两种单一飞机条件下,分别对不同基层厚度、面层设计强度、交通量的情况进行刚性道面面层的厚度设计,对得出的54组数据进行对比分析;同时,为反映机场实际交通情况,拟定两组多种飞机进行设计对比。结果表明:在单一飞机条件下,民航总局力学经验法的面层设计厚度明显大于FAA的FAARFIELD法,厚度差值随基层厚度和面层设计强度的增加而增加,随交通量的减小而减小;在多种飞机条件下,民航总局的力学经验法面层设计厚度亦明显大于FAA的FAARFIELD法,中国现行民航机场刚性道面设计方法趋于保守。另外,中国机场设计方法计算繁琐,受制于板边弯矩影像图,精确度受到一定影响,建议引入计算机程序和三维有限元理论。     

基于“移动水坝”的高速公路雨天行车安全性研究

为了减少雨天交通安全隐患,保障高速公路行车安全,根据雨天高速公路实际行车状态、路面径流特点和车辆水膜相互作用探究雨天安全行车速度。首先,提出“移动水坝”概念,并分析“移动水坝”现象出现的原因和形成机理;依据水力学基本理论探究“移动水坝”现象中水膜厚度和车辆滑水限速值的变化规律;然后,利用Fluent软件仿真车辆对水流的阻挡作用,依据外侧车道大车行车间距的水压力探究连续“移动水坝”形成的条件,并确定外侧车道大车在不同行驶速度下相应的临界车头时距;最后,应用流体力学原理仿真分析车辆行驶速度和水膜厚度与轮胎受到的动水压力之间的关系,确定不同降雨强度下内侧车道小客车的滑水限速值。研究结果表明：雨天在高速公路外侧车道行驶的大车会对路面径流产生阻挡作用,出现“移动水坝”现象;“移动水坝”作用下水膜厚度较正常排水状态下增加,导致内侧车道行驶的小客车滑水限速值降低;设定试验条件下外侧车道大车间距40 m时,两车的水坝作用连续,增加大车车头时距可以减弱连续“移动水坝”作用;车辆行驶过程中轮胎受到的动水压力随水膜厚度及行驶速度的增加而增大,小客车在“移动水坝”作用下发生滑水的概率增加,根据轮胎动水压力值和滑水值确定不同降雨强度对应的临界滑水速度,可相应作为雨天高速公路小客车行驶速度限值。     

山区陡坡水泥混凝土路面的应力分析

根据水泥混凝土路面的受力特点,运用三维有限元方法,分析在标准荷载作用下,不同道路纵坡面层层底最大拉应力、层底最大剪应力的变化规律,以及不同超载率对不同坡度下面层力学指标的影响。分析结果表明,拉应力和剪应力都随道路纵坡的增大而增加。其中,剪应力影响幅度较大,更易使面层开裂;超载情况下,应力指标均显著上升。因此,应尽量提高水泥混凝土面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制陡坡路段车辆超载。     

高性能道面混凝土配合比设计

为了做到不增加一次性投资也能够推广应用高性能道面混凝土,在现有施工水平与可能获得的材料的条件下,通过大量试验研究,采用独立设计法,建立了高性能道面混凝土抗折强度公式和配合比设计方法,提供了不同水灰比下的粉煤灰最佳掺量及配制不同抗折强度时的水泥用量,并对高性能道面混凝土的组成材料提出相应的要求。按所建立的掺优质粉煤灰混凝土配合比设计方法,可以配制出抗折强度在6.0~10.0 MPa的高性能道面混凝土,若掺加硅灰、钢纤维等,则可配制出强度更高的高性能道面混凝土。     

沥青隔离层对水泥混凝土道面荷载响应的影响研究

为研究沥青隔离层对荷载作用下的水泥混凝土道面力学响应产生的影响,依托现场实体工程,通过在道面中埋设光纤光栅应变传感器并进行车辆加载试验,实测不同车速、不同荷载作用位置下的道面板底拉应变,分析设置沥青隔离层对水泥道面板受力的影响。结果表明,在水泥混凝土道面中设置沥青隔离层会增大荷载作用下板底拉应变;荷载移动速度越大,设置沥青隔离层对板底拉应变的影响程度也越大;设置沥青隔离层可以起到应力缓冲作用。     

基顶支撑不均匀度对道面板厚度影响分析

为研究土基基顶反应模量不均匀性对机场跑道结构力学性能的影响规律,针对基顶反应模量分布不均匀度及交通荷载耦合作用对混凝土道面板的受力进行有限元分析,分析相同轮载下为保证刚性道面板受力安全时基顶支撑不均匀度对混凝土道面板厚度的影响,探讨不同机型轮载对应不同道面板厚度情况下的基顶支撑不均匀度控制的临界参数。分析结果表明:混凝土板弯拉应力随着基顶支撑不均匀度的增加而增大,其影响随飞机轮载不同而存在差异,为避免道面产生严重损伤,需要增大道面板厚度。对于需要运行A320飞机的跑道,当道面铺设厚度为0.36、0.38和0.40 m时,基顶支撑不均匀度最大值分别不宜超过38%、57.5%和70%。对于拟运行B737-800飞机的跑道,当板厚为0.36 m时板的弯拉应力超过限值而发生弯拉破坏;道面铺设厚度分别为0.38、0.40 m时,为保证道面板受力安全的基顶支撑不均匀度最大值分别不宜超过33%和62%。