机场刚性道面接缝设计探讨

基于对现行道面设计规范的分析,同时结合设计经验,对机场刚性道面板的接缝设计进行了探讨,最后给出了几点建议。     

基于ABAQUS的机场刚性道面结构有限元模型

应用有限元软件ABAQUS对Winkler地基上四边自由单块板在飞机轮载作用下的应力和挠度的收敛性进行了分析, 确定了有限元模型应采用的单元类型、网格密度和平面尺寸。按照贡献面积刚度分配原则, 通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元, 模拟接缝集料嵌锁或传力杆的传荷作用, 建立了板-接缝-基础道面结构体系3D有限元模型, 并对比分析了有限元模型计算的接缝传荷系数与已有回归模型的预估结果。比较结果表明: 在基于ABAQUS的刚性道面有限元模型中, 考虑层间接触时, 各结构层宜采用二次积分单元C3D27或C3D27R, 相应的单元尺寸应不超过板厚的1/2, 模型的平面尺寸需大于4倍相对刚度半径, 接缝传荷作用可采用弹簧单元SPRING2进行模拟, 接缝刚度可按照结点贡献面积进行分配。     

刚性路面传力杆接缝传荷能力评价新方法

在考虑传力杆松动量的基础上, 建立了重复荷载作用下刚性路面传力杆接缝模型, 提出了以第一传荷状态临界荷载为特征的传荷能力评价指标和方法, 研究了荷载大小、荷载作用位置及传力杆松动量对传力杆接缝传荷能力的影响, 分析了重复荷载作用下弯沉传荷系数指标的适用性, 并与考虑传力杆松动量的接缝传荷能力指标进行了对比研究。发现重复荷载作用下, 接缝两侧的荷载-弯沉关系曲线具有分段线性的特征, 存在多级传荷状态临界荷载, 实测与计算第一传荷状态临界荷载误差仅为4.2%;重复荷载作用4×10⁴次后, 弯沉传荷系数变化范围为57.3%~71.5%, 而考虑传力杆松动量的传荷能力为0~51.9%。结果表明考虑松动量影响的传力杆接缝力学模型是可靠的, 以第一传荷状态临界荷载为特征的传荷能力评价指标和方法, 能够反映刚性路面传力杆接缝的实际传荷状况, 是评价其传荷能力的有效方法。     

高速公路混凝土路面接缝传荷能力测试分析

对桂（林）柳（州）高速公路部分路段混凝土路面接缝在汽车荷载作用下临界荷位的挠度进行了测定，根据有关公式计算出了不同板长的正交，斜交板的缩缝，纵缝，胀缝的传荷系数及应力折减系数，对不同板长的各种接缝传荷传荷能力进行了分析比较及评价，提出了影响接缝传荷能力的主要因素及结构，并提出了保持提高接缝传荷能力的几种方法。     

混凝土接缝传荷能力与方法分析

混凝土接缝传递荷载性能的好坏直接决定了接缝的使用性能,文中通过分析接缝的各种传荷方法,进而选择出最有效的挠度比值方法为最佳传荷方法,不仅可以明显减少接缝处的变形及裂缝现象的出现,而且可以防止施工后混凝土路面因为缝隙的拉大而出现断裂的安全隐患。     

水泥混凝土路面接缝传荷能力分析

接缝是水泥混凝土路面最薄弱的部分.接缝的传荷能力对于水泥混凝土路面的路用性能和使用寿命以及对旧水泥凝土路面的罩面设计具有较大的影响.因此接缝传荷能力的检测与评价对于水泥混凝土路面的维修和罩面均具有重要意义.     

机场水泥道面切缝倒角应力分析

为比较机场刚性道面切缝槽口不同倒角形状对减小应力集中的效果,评估倒角工艺对道面功能性能的影响,运用ANSYS分析软件建立道面板切缝位置有限元模型,在道面接缝节点间分别设梁单元和弹簧单元模拟接缝传荷作用,以Boeing777作为荷载机型,对6种不同倒角形式切缝边缘位置的荷载应力和温度应力进行对比分析,并通过现场试验对道面的平整度和摩擦系数进行测试。分析结果表明:各种切缝形式均能明显改善切缝位置的应力状况,距离切缝愈近位置,改善程度愈明显,不同切缝形式对减小应力集中的程度相差较大,其中半径为6mm的圆弧倒角效果最佳;各种切缝构造对道面平整度和摩擦系数的影响较小,均满足技术要求。     

机场道面评价体系研究

以ICAO的有关技术文件和中国相关技术规范为依据, 依托上海虹桥国际机场, 从道面调查评价的目的、内容、依据和方法, 道面评价管理的一般流程, 道面性状评价、适应性分析及剩余寿命预估的理论和模型, 道面损坏成因分析和修复对策, 以及道面评价制度等方面, 总结建立了机场道面评价体系, 为中国机场道面管理系统的开发应用提供了技术基础     

基于BOTDA的机场道面半刚性基层裂缝扩展规律

通过室内试验与现场水泥稳定碎石基层裂缝监测试验, 采用分布式BOTDA光纤监测技术, 研究了传感光纤的应变与裂缝宽度的关系、半刚性基层早期裂缝扩展规律以及裂缝发展速率。研究结果表明: 当裂缝宽度分别为3、6、9mm时, 聚氨酯封装的传感光纤应变分别为5.9×10^-3、7.7×10^-3、10.3×10^-3, 金属基封装的传感光纤应变分别为1.5×10^-3、1.6×10^-3、2.1×10^-3, 光纤应变随着裂缝宽度的增加而增大; 当裂缝宽度为9mm时, 聚氨酯与金属基封装的光纤应变分别为内定点铝合金铠装光纤平均应变的33.2、6.8倍, 因此, 聚氨酯与金属基封装的传感光纤裂缝监测效果较好; 在现场基层施工完成后第13d, 80m长的路段出现了3处微裂缝, 此期间最大温差为2.1℃, 说明基层裂缝的产生和发展主要在第1个月, 且主要是干缩裂缝, 干缩应力是裂缝产生及裂缝间距的主要影响因素; 在施工完成后第20、77、139d, 基层底面温度分别为10.3℃、2.5℃、9.4℃, 基层底面K24+656位置裂缝处光纤应变分别为4.2×10-4、9.5×10-4、4.3×10-4, 在139d之内, 没有新的裂缝出现, 说明温缩应力对早期裂缝间距的影响较小, 主要影响裂缝宽度, 温缩裂缝主要出现在干缩阶段干缩应力较大的位置; 当上、下基层连铺时, 基层上表面与底面的裂缝位置一致, 表明水泥稳定碎石基层横向裂缝为贯穿裂缝; 基层上表面裂缝发展速率分别是基层中间和底面的3.8、2.8倍, 基层上表面的裂缝发展速率最大。     

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.      

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.     

刚架拱静载试验加载效率研究

以某刚架拱桥为背景,利用影响线法进行刚架拱静载试验,发现在主节点（L/4截面）附近内力和挠度加载效率存在差异,同时对比了同矢跨比的普通拱桥在L/4截面的内力和变形加载效率,结果表明以内力主控时刚架拱在主节点附近处挠度的加载效率需要增加测试工况来满足要求.     

机场混凝土道面封缝材料疲劳特性

为了提高机场道面的防水密封效果, 对道面封缝材料的受力性能进行了疲劳特性试验, 分别考虑了接缝宽度、拉伸压缩和冻融对封缝材料疲劳特性的影响。在试验中封缝材料同时受到拉伸(压缩) 和剪切的作用, 并模拟了材料在胀缝和横向缩缝中的受力情况。经50次冻融循环处理后的材料较未经处理的材料破坏加载次数小, 应力状态均有较大降低, 最大值达78%, 聚硫密封胶相对于聚氨酯密封胶有较好的疲劳性能, 在温差较大的机场建议采用聚硫密封胶。     

基于飞行员主观评价的机场道面优化设计

日本东京羽田国际机场第4跑道规划建于东京湾东侧,2/3位于填海造地的人工岛上,其余1/3位于多摩川河口上,为了疏散河水,该部分采用桥梁结构。对于桥梁部分机场跑道,荷载作用下桥面的变形和桥路基过渡段的不均匀沉降是影响飞机乘坐舒适性和飞行操作安全性的2个主要因素。借助飞行模拟试验,根据飞行员主观评价的调查结果对桥面混凝土板厚度和过渡段沉降标准进行优化。结果表明,桥面板弯沉和过渡段不均匀沉降的增大会降低飞行操作安全性和乘坐舒适性,尤其对舒适性的影响更为明显。依据50%以上的飞行员对道面性能的评价为不舒服或更差这一标准,最终对羽田机场第4跑道桥面板厚度和过渡段不均匀沉降标准进行了优化。     

动载作用下沥青路面三维力学响应有限元分析

为更好地利用沥青路面结构和提高它的耐用性、安全性,利用ANSYS7.0对采用沥青路面结构的公路进行建模,分析沥青路面结构在动载作用下的三维受力情况.通过对公路结构各个界面在动载作用下所受的竖向应力、剪应力、矢量位移、弯沉值、应力时程等的提取、整理及分析,得出沥青路面在动载受力下损伤机理等重要研究结论.同时,采用的动力分析有效地弥补了静力计算的不足,使得分析结果及研究结论更具合理性、科学性.     

三角形波动载作用下半刚性沥青路面动态响应量三维有限元分析

针对动载条件下半刚性沥青路面结构破坏问题,采用三角形波激励加载,考虑车辆超栽以及车速变化对路面结构动态响应量的影响,利用三维有限元数值法对超载、快速、慢速条件下的路面各结构层动竖向位移和层底动弯拉应力分布规律进行数值分析计算。结果表明,动载条件下,路表所形成的横向弯沉盆影响范围为6．2m,而基层层底沿横向0．35m范围内均承受动拉应力;车速越慢,超载越严重,路表、路基顶面的竖向动位移峰值及动弯拉应力峰值越大,在交通堵塞、长大纵坡的行驶环境中,路面材料的要求更高。     

钢纤维混凝土快速修补机场道面的应用研究

近年来,钢纤维混凝土凭借其较好的抗拉、抗折和阻裂增韧等性能,被越来越广泛地应用于机场道面、桥面和公路路面等工程中。目前,人们对钢纤维混凝土的基础理论（本构关系、阻裂机理等）和在道面或路面工程中的应用研究得较多,且已取得较大进展,但对钢纤维混凝土道面的薄层研究、钢纤维混凝土的综合经济评价研究甚少,需要进一步的完善。