考虑接缝影响的机场水泥混凝土道面结构响应

接缝是机场水泥混凝土道面结构的重要组成部分，通过分析道面接缝传荷机理，考虑大型军用运输机复杂起落架构型和多轮荷载的作用特点，以伊尔-76为例，采用弹簧单元模拟道面板的接缝传荷，基于“地基-道面结构-飞机轮载”的相互作用，利用有限元软件建立了足尺9块板水泥混凝土道面三维有限元模型。应用该模型，计算了飞机多轮荷载作用下水泥混凝土道面结构的力学响应，对比了考虑与不考虑接缝的差异，并与美国EverFE2．0模型计算结果进行了对比。研究表明所建模型可较好地模拟道面接缝的作用机理，计算应力能更合理地反映道面结构的受力状况。     

新一代大型飞机荷载作用下沥青道面多轮叠加效应研究

为了研究复杂起落架飞机A380荷载作用下沥青道面多轮叠加效应,建立了机场沥青道面结构三维有限元模型,分析土基材料和粒料材料非线性对半刚性基层和柔性基层沥青道面结构力学响应的影响。研究结果表明:随着轮组数的增加,轮载在道面结构内产生的响应不断增加;随着轮组数的增加,材料非线性效应对道面结构力学响应的影响逐步减弱,多轮荷载叠加效应表现明显。半刚性基层沥青道面,不同轮载组合作用时,土基非线性对道面结构的力学响应影响与线弹性的差异在5%以内;粒料非线性与土基和粒料皆为非线性时,两者之间的力学响应差异不到5%;柔性基层沥青道面,土基非线性对道面表面弯沉影响较大外,对于其他力学响应指标影响差异在5%以内;粒料非线性与粒料和土基皆为非线性两者之间的差异在5%以内,建议分析过程同时考虑土基和粒料材料的非线性特性。     

典型飞机起落架荷载作用下机场水泥砼道面结构响应分析

采用有限元软件ABAQUS建立机场水泥砼道面结构三维有限元模型,分析单轴双轮、双轴双轮和三轴双轮3种典型飞机起落架荷载作用在不同位置时道面结构响应,结果表明飞机荷载作用下水泥砼道面板底的应力分布及大小与起落架构型密切相关,并得到了3种典型飞机起落架荷载作用的不利荷位和最大应力。     

机场复合道面受多轮荷载作用的力学特性分析

建立机场水泥混凝土道面结构加铺沥青层前后的两种三维有限元模型。在A380-800F和B737-800两种通用机型轮载作用下,考虑多轮荷载的影响,分析道面结构的力学特性:包括道面表面弯沉、沥青层底及水泥混凝土层底拉应力、土基顶面压应变。结果表明:3个力学量的分布规律与轮载的布置位置相关,且受到多轮荷载效应的影响;加铺沥青层后改善了道面结构的受力状况,加铺层设计时可将沥青层底及水泥混凝土层底拉应力作为设计控制指标。     

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%。     

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%。     

基于力学分析的隧道复合式路面设计指标

基于ABAQUS三维有限元分析方法,构建了矩形荷载作用下的隧道复合式路面力学分析模型,计算了不同沥青层厚度、沥青层模量、水泥混凝土层厚度、基岩模量、荷载大小以及层间接触状况等参数下的复合式路面结构响应,分析了复合式路面结构组合、材料性质与荷载参数对复合式路面力学特征的影响,提出了隧道复合式路面设计关键控制指标,以期为复合式路面结构设计提供理论依据。     

跑道动荷载与国际平整度指数关系研究

跑道平整度是体现机场道面性能的重要参数,该文基于公路路面平整度与动荷系数之间的关系,通过建立飞机在道面滑跑状态下的力学平衡方程,得到了考虑飞机升力作用下国际平整度指数IRI与动荷系数之间的定量关系.结合某机场的平整度实测结果,分析了跑道不同区域的力学状态,研究成果可为机场道面性能评估与维护以及道面力学性能的研究提供参考.     

南苏丹朱巴国际机场跑道道面层间工作状态

为了评价机场跑道道面层间工作状态,建立适用于非洲热带地区机场的典型柔性道面加铺结构模型,依托南苏丹朱巴国际机场改扩建项目,借助ABAQUS有限元软件分析道面在B767-200飞机荷载作用下的层间工作状态,并与BZZ-100标准荷载计算结果进行对比。结果表明:在2种荷载作用下,道面受剪最不利位置均出现在轮印前缘附近;加铺层材料的模量和及其厚度的增加均能降低最大剪应力的数值,且厚度较模量对最大剪应力的影响更为显著;设置柔性层可有效降低层间剪应力。     

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。     

沥青混凝土桥面铺装层力学性能的理论与数值研究

应用层状弹性体系力学理论,对沥青混凝土铺装层结构体系在轮载作用下的应力响应进行了分析,然后结合河南重阳水库大桥实际工程,应用ANSYS有限元程序进行数值分析。得到铺装上、下层不同厚度及模量组合对铺装结构应力响应的影响,研究结果可为混凝土桥面沥青混凝土铺装层设计及施工提供理论依据。     

波音777型飞机稳态转弯滑行时道面侧向荷载研究

为分析B777-300ER飞机转弯滑行时侧向荷载的分布规律,基于速度瞬心法对其转弯滑行时的侧向荷载进行计算与分配。计算过程中,将单个六轮小车式起落架简化为一个整体性的轮胎,计算出相应转弯条件下B777-300ER稳态转弯滑行时对沥青道面的总侧向荷载,同时将总侧向荷载有效分配到各个轮胎,考虑不同速度与前轮操作角对飞机各个轮胎侧向荷载的影响。计算结果表明:滑行速度和前轮操作角均对低速转弯时轮胎的侧向荷载有影响,且随着速度和前轮操作角的增加其影响越来越显著;B777-300ER的最大侧向荷载出现于前轮或主起落架靠近转弯中心的内侧轮胎,应将这两者作为沥青道面极限侧向荷载的重点分析对象,这对于确保滑行道面的安全运营具有重要价值。     

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。     

适应大型飞机的机场半柔性道面的力学数值分析

目前国内机场道面主要为水泥混凝土道面、较少的沥青混凝土道面,而半柔性道面在国内机场尚未得到应用。为了研究此类道面的实用性,研究了半柔性道面在具有复杂起落架的大型飞机多轮荷载下的力学响应规律。基于A380飞机,运用ANSYS,建立道面结构模型,在4轮、6轮、10轮、12轮、16轮和20轮荷载组合下进行结构的分析,获取应力、应变、弯沉的变化。经分析得出,多轮荷载组合下存在明显的叠加效应;6轮荷载组合是结构设计中的最不利组合;应多指标控制道面结构分析:以6轮荷载组合控制面层应变、基层应力、底基层应力,以10轮荷载组合控制土基顶面竖向应变,以16轮荷载组合控制弯沉。     

基于ANSYS对机场半柔性道面的计算尺寸分析

理想状态下,对机场半柔性道面设计时,分析模型采用道面结构的实际几何尺寸,这样可最大程度模拟道面的真实情况,以获取精确的计算结果,但在计算机资源有限的条件下,这样反而会导致相反的结果,因此需确定出合理的计算尺寸。在此基于A380飞机,运用ANSYS,拟建15 m×15 m为平面尺寸的道面模型,在4轮、6轮、10轮-a、10轮-b、12轮、16轮布载下进行结构的力学响应分析。结果表明,在满足运算速度和结果精度的条件下,确定道面结构模型的计算尺寸为15 m×15 m是合理的。     

垂直非均布移动轮载作用下沥青路面结构数值分析

为揭示沥青路面结构在垂直非均布移动轮载下的力学响应规律,运用3D-Move Analysis程序,开展相同轮载不同轮胎-路面接触应力分布情况下的沥青路面结构动力学分析,并与圆形垂直均布荷载进行对比。结果表明,垂直非均布轮载对沥青面层层底拉应变的影响远大于土基顶压应变,沥青面层底最大拉应变位置随胎压降低向轮隙中心处转移;随着车速增大,高压轮胎与均布轮载作用下沥青面层底的最大拉应变位置变化不大,但低压轮胎作用下的最大拉应变位置向轮隙中心靠近。     

非均布轮载下钢桥面铺装力学响应分析

为了对非均布轮栽作用于不同钢桥面系的效应进行预估,在构造理想传力垫层建立三维有限元接触分析模型的基础上,计算了均匀分布、凸形分布、凹形分布3种荷栽分布下铺装层的力学响应。计算分析表明,构造传力垫层加栽的接触分析方法是分析正交异性桥面系作用复杂荷栽模式的一种有效方法,特别是当要考虑多种复杂荷栽模式、多个作用位置时。不同荷栽下铺装层力学响应的对比显示：3种荷栽模式下横向拉应变沿横断面的分布规律相当一致,但凸形分布的计算结果最大、均匀分布次之、凹形分布的计算结果最小;轴载一定时,高胎压轮胎服从凸形分布,所以高压轮胎对铺装层有更大的破坏作用。     

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。     

CRC+AC复合式路面荷载应力分析

针对CRC+ AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用力学理论和有限元法,建立了基于裂缝模式的CRC+ AC复合式路面的有限元模型,确定了不同裂缝间距下CRC+ AC复合式路面的临界荷位,分析了模量、配筋率、配筋位置等因素变化下,结构层厚度与CRC层最大主应力之间的关系.研究结果表明:临界荷位可能出现在横向裂缝边缘的中部和纵向自由边中部；AC层的模量增加40％左右与AC层的厚度增加1 cm作用基本等效；CRC层的模量减少8.5％左右与板厚增加2 cm的作用基本等效；配筋位置对板内荷载应力的影响不大,建议布筋位置在CRC层的1/2处；基层的模量和厚度对荷载应力的影响较大,模量增加25％板内荷载应力约减小4％.研究结果可为CRC+ AC复合式路面的合理设计提供参考依据.     

复合道面弯沉特性影响的数值分析及实验验证

对复合式道面芯样进行了马歇尔稳定性试验和劈裂试验,利用有限元分析软件数值模拟了道面材料力性衰退后不同飞机轮载作用下的道面变形,总结了局部脱空对复合道面弯沉特性的影响规律。作为对比试验,进行了震动映像与瞬态面波测试、探地雷达测试和重锤弯沉测试,测试了沥青面层同水泥混凝土基层间的粘结状况、水稳层局部脱空状况及道面结构性能。结果表明,长期使用后材料性能衰退不是影响道面结构性能的主要因素,旧水泥混凝土道面刚度大,对道面抗变形能力起控制作用;但由于沥青混凝土面层性能劣化严重影响了道面功能性,需要进行封层处理;未考虑加铺层与旧道面间粘结状况的数值模拟结果较现场实测结果偏小,解释了重锤测试难以发现位置远、范围小的脱空,反映了局部脱空影响弯沉盆形状变化的内在机理;震动映像与瞬态面波测试、探地雷达测试能直观反应脱空断面深度,是辅助重锤测试的有效手段。