一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法与流程

1.本发明涉及一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法，属于机场建设技术领域。


背景技术：

2.在机场跑道大修方案中，“中厚层加铺”方案具有可不停航施工，对于机场正常运行的影响小，工程造价低，施工工程经验丰富(两层加铺的实际工程很多)等诸多好处，因而被选为最终方案。对于沥青加铺层厚度，由于其经验性成分较高，同时基础注浆后基层顶面反应模量的提高对加铺层厚度的影响尚不十分明确，因此有必要根据道面结构设计的基本理论进行更加深入的计算与分析，以更合理的确定加铺厚度。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法，用于解决现有技术中在机场跑道维修过程中需要对跑道的沥青加铺层厚度进行计算以确定合理的加铺厚度的问题。
4.一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法包括以下步骤：
5.s1、设定沥青加铺层厚度；
6.s2、计算加铺后机场道面的预估轮辙量；
7.s3、判断沥青加铺层是否满足疲劳开裂控制标准，并计算使用寿命；
8.s4、判断水泥板是否满足疲劳开裂控制标准，并计算使用寿命；
9.s5、比较不同加铺层厚度下的预估轮辙量以及沥青加铺层和水泥板的使用寿命，选取最优的加铺层厚度。
10.所述的计算加铺后机场道面的预估轮辙量的具体方法为：
11.计算飞机对沥青道面的累计作用次数；
12.拟定道面结构参数；
13.利用有限元分析道面结构响应模型得到沥青材料的回弹应变；
14.分析沥青层内部温度分布；
15.根据累计作用次数、道面结构参数、沥青材料的回弹应变以及沥青层道面温度计算沥青道面的总轮辙量。
16.所述的判断沥青加铺层是否满足疲劳开裂控制标准的具体方法为：根据航空交通量、跑道结构参数与道面结构响应分析模型，取设计机型，计算工况下沥青加铺层的最大弯拉应力，并根据最大弯拉应力与沥青加铺层的容许弯拉应力的比较，分析不同加铺厚度下沥青加铺层是否能够满足避免疲劳开裂的控制标准。
17.所述的沥青加铺层使用寿命的计算方法为：将不同工况条件下的沥青面层最大拉应力与不同设计期内对应的容许拉应力相对比，判断出不同工况条件下的使用寿命。
18.所述的判断水泥板是否满足疲劳开裂控制标准，并计算使用寿命的具体方法为：
通过计算出不同工况条件下荷载作用在板边位置时的水泥板底最大拉应力，再进行考虑接缝传荷能力的应力折减，确定板边计算应力，同时，依据不同设计期内的道面累计轴载次数，采用现行设计规范中的混凝土疲劳模型确定混凝土弯拉疲劳应力，比较板边计算应力与混凝土弯拉疲劳应力，当板边计算应力减去混凝土弯拉疲劳应力的绝对值小于等于0.025倍的混凝土弯拉疲劳应力时，认为此时的混凝土弯拉疲劳应力对应的设计期就是道面的使用寿命。
19.所述的水泥板底最大计算弯拉应力的具体计算方法为：通过沥青加铺层厚度、水泥面层形式以及基层顶面反应模量计算出不同工况下水泥板中的最大弯拉应力，然后计算水泥板中的板边计算应力，计算公式为：
20.σ
p
＝(1-lt)σe21.式中：σ
p
——板边计算应力(mpa)；
22.σe——板边应力(mpa)；
23.lt——应力折减率，取0.25。
24.所述的比较不同加铺层厚度下的预估轮辙量以及沥青加铺层和水泥板的使用寿命，选取最优的加铺层厚度的具体方法为：对于轮辙量，判断不同加铺层厚度下的轮辙量，选取最低轮辙量的加铺层厚度，对于沥青加铺层的使用寿命，首先判断各加铺层厚度是否满足最低使用寿命，在最低使用寿命下选取最大拉应力最小的加铺层厚度，对于水泥板的使用寿命，判断水泥板在不同沥青加铺层厚度下是否满足最低使用寿命，选取使用水泥板寿命最长的沥青加铺层厚度。
25.如上所述，本发明的一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法，具有以下有益效果：
26.本发明中有效实现了对不同沥青加铺层厚度的分析计算，便于在机场跑道维修过程中选取最优的沥青加铺层厚度，有效提高了工作人员的工作效率，提高跑道维修质量。
附图说明
27.图1显示为本发明一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法的流程示意图。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.请参阅图1，本发明提供一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法包括以下步骤：
31.s1、设定沥青加铺层厚度；
32.s2、计算加铺后机场道面的预估轮辙量，具体方法为：
33.1、计算飞机对沥青道面的累计作用次数；
34.首先将各机型的起飞架次换算成为评价机型的当量运行次数，计算公式如下：
[0035][0036]
式中：ns——当量设计飞机年运行次数；
[0037]
δ——主起落架构型换算系数；
[0038]
ni——拟换算飞机的年运行次数，由调查和预测确定，每年年运行次数不同时，取设计使用年限内的平均值；
[0039]
pi——拟换算飞机主起落架上的轮载(kn)；
[0040]
ps——设计飞机主起落架上的轮载(kn)；
[0041]
换算时，pi/ps＜0.75的飞机不计入；
[0042]
然后将当量运行次数换算为累计作用次数，计算公式如下：
[0043][0044]
式中：n
ε
——设计使用年限内，设计飞机累计作用次数；
[0045]wt
——设计飞机主起落架一个轮印的宽度(cm)；
[0046]
t——通行宽度(m)，跑道可取11.4m，滑行道和机坪可取2.3m；
[0047]
t——设计使用年限。
[0048]
2、拟定道面结构参数，具体方法为：
[0049]
一、确定结构层厚度，结构层厚度为沥青加铺层厚度总和；
[0050]
二、确定结构层模量与强度，根据现有的文献和国家标准确定沥青结构层模量、水泥结构层模量与强度以及基层顶层反应模量。
[0051]
所述的利用有限元分析道面结构响应模型得到沥青材料的回弹应变的具体方法为：
[0052]
一、建立几何模型，分析模型只建立沥青面层和水泥面层，水泥板以下结构层都不进行实体建模；
[0053]
二、建立荷载模型，在进行有限元分析时，仅考虑一个主起落架作用下对道面的影响，假定主起落架上的轮胎平均分摊所需承受的重量，机轮轮印的形状假定为矩形，机轮与道面的接触应力假定在轮印范围内均匀分布；
[0054]
三、建立材料模型，采用线弹性模型模拟材料的力学特性，通过设定模量和泊松比来表征材料特性；
[0055]
四、建立单元模型，通过对abaqus中单元的分析和遴选，选用8节点三维线性非协调等参单元(c3d8i)进行分析。
[0056]
3、分析沥青层内部温度分布，具体方法为：参考现有的对沥青路面内温度分布的计算方法得到各沥青亚层平均温度。
[0057]
4、根据累计作用次数、道面结构参数、沥青材料的回弹应变以及沥青层道面温度计算沥青道面的总轮辙量，具体方法为：
[0058]
基于kaloush和witczak预估模型对轮辙数量进行预估计算，具体如下：
[0059]
首先计算各沥青亚层的塑性应变，计算公式如下：
[0060][0061]
式中：ε
p
——荷载重复作用n次产生的累积塑性应变；
[0062]
n——荷载重复作用次数；
[0063]
εr——沥青材料的回弹应变；
[0064]
t——道面温度；
[0065]
然后根据各沥青亚层的塑性应变计算得到总轮辙量，计算公式如下：
[0066][0067]
式中：rd——轮辙变形；
[0068]
ε
pi
——荷载重复作用n次在第亚层产生的累积塑性应变；
[0069]hi
——第i亚层厚度；
[0070]
5、将交通量按12个月均匀分配，将计算的各沥青亚层温度和应用有限元分析得到的弹性应变代入，计算得到各沥青亚层在每个月份产生的轮辙量，再将它们累加得到沥青道面的总轮辙量。
[0071]
s3、判断沥青加铺层是否满足疲劳开裂控制标准，并计算使用寿命，具体方法为：根据航空交通量、跑道结构参数与道面结构响应分析模型，取设计机型，计算工况下沥青加铺层的最大弯拉应力，并根据最大弯拉应力与沥青加铺层的容许弯拉应力的比较，分析不同加铺厚度下沥青加铺层是否能够满足避免疲劳开裂的控制标准，将不同工况条件下的沥青面层最大拉应力与不同设计期内对应的容许拉应力相对比，判断出不同工况条件下的使用寿命。
[0072]
s4、判断水泥板是否满足疲劳开裂控制标准，并计算使用寿命，具体方法为：通过计算出不同工况条件下荷载作用在板边位置时的水泥板底最大拉应力，再进行考虑接缝传荷能力的应力折减，确定板边计算应力，同时，依据不同设计期内的道面累计轴载次数，采用现行设计规范中的混凝土疲劳模型确定混凝土弯拉疲劳应力，比较板边计算应力与混凝土弯拉疲劳应力，当板边计算应力减去混凝土弯拉疲劳应力的绝对值小于等于0.025倍的混凝土弯拉疲劳应力时，认为此时的混凝土弯拉疲劳应力对应的设计期就是道面的使用寿命。
[0073]
s5、比较不同加铺层厚度下的预估轮辙量以及沥青加铺层和水泥板的使用寿命，选取最优的加铺层厚度，具体方法为：对于轮辙量，判断不同加铺层厚度下的轮辙量，选取最低轮辙量的加铺层厚度，对于沥青加铺层的使用寿命，首先判断各加铺层厚度是否满足最低使用寿命，在最低使用寿命下选取最大拉应力最小的加铺层厚度，对于水泥板的使用寿命，判断水泥板在不同沥青加铺层厚度下是否满足最低使用寿命，选取使用水泥板寿命最长的沥青加铺层厚度。
[0074]
综上所述，本发明中有效实现了对不同沥青加铺层厚度的分析计算，便于在机场跑道维修过程中选取最优的沥青加铺层厚度，有效提高了工作人员的工作效率，提高跑道
维修质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0075]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。