一种注浆区域道面寿命预测系统及方法

本发明属于机场工程，尤其是涉及一种注浆区域道面寿命预测系统及方法。

背景技术：

1、我国幅员辽阔，在沿海区域以及内陆部分地区地下水水位较高，在温度的影响以及飞机荷载作用下容易使机场道面地基产生脱空病害，对机场场道以及飞机安全造成较大影响。

2、机场跑道属于线性层状结构，包括道面板(混凝土材料或沥青混凝土材料)、水稳层和土基层。土基层是容易产生脱空病害的区域，为了降低脱空病害对道面产生的影响，常采用注浆法对脱空区域进行修复。为检测注浆区域道面承载能力，目前主要通过重锤式弯沉仪(hwd)对道面进行冲击加载试验，对所测区域进行实地检测。

3、上述方法的问题在于：虽然hwd测试较为直观，但测试周期过长，不利于机场在合适时间采取措施。因此，需要开展进一步研究，提高跑道注浆区域道面寿命预测能力，使得所测结果更加直观，实现机场管理的信息化。

4、为此，结合机场工程领域的科技发展，提出一种简单易行、结果可靠的一种注浆区域道面寿命预测系统的评价方法，对提高机场跑道安全管理能力具有实际应用意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种注浆区域道面寿命预测系统及方法，以解决现有注浆区域道面寿命预测方法测试周期过长，不利于机场在合适时间采取措施的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面

4、本发明提供了一种注浆区域道面寿命预测系统，包括：

5、中央处理器；用于接收、记录、处理、以及存储数据；

6、飞机检测模块；用于获取飞机机型数据和飞机质量数据；

7、作用架次换算模块；用于根据所述飞机机型数据和飞机质量数据，换算飞机的当量作用架次；

8、土基检测模块；用于获取土基位移数据、土基加速度数据、以及土基弹性模量数据；

9、道面检测模块；用于获取道面高程数据、道面面层平整度数据、以及道面面层加速度数据；

10、道面使用寿命次数预测评价模块；用于计算道面剩余作用次数，以得到道面使用寿命次数预测评价结果。

11、进一步的，所述飞机检测模块包括飞机机型检测单元和飞机质量检测单元。

12、进一步的，所述土基检测模块包括土基位移检测单元、土基加速度检测单元、以及土基弹性模量检测单元。

13、进一步的，所述道面检测模块道面高程检测单元、道面面层平整度检测单元、以及道面面层加速度检测单元。

14、第二方面

15、本发明还提供了一种注浆区域道面寿命预测方法，包括：

16、系统启动并自检后，等待用户指令；

17、接收所述用户指令，并根据所述用户指令进行注浆区域道面寿命预测；

18、获取机场跑道的各结构层参数，并根据所述机场跑道的各结构层参数，计算得到各个机型在标准荷载情况下的道面变形量；

19、获取航班进出港信息中的航班架次数据、飞机机型数据、以及各个机型飞机对应的质量数据，并根据所述航班架次数据，选取运行次数最多且对机场道面厚度要求最高的飞机作为标准机型；

20、根据所述航班架次数据、飞机机型数据、以及各个机型飞机对应的质量数据，将各个机型飞机在不同荷载情况下的实际降落架次，换算成所述标准机型在标准荷载情况下的标准降落架次；

21、获取注浆道面区域与飞机接地位置之间的距离，并根据所述标准机型对应的飞机作用架次系数、以及所述注浆道面区域与飞机接地位置之间的距离，计算注浆后土基反应模量kn；

22、根据所述注浆后土基反应模量kn，计算注浆后道面的理论变形量；

23、获取所述注浆后道面的实际变形量，并利用所述理论变形量与所述实际变形量进行对比，以判断测得注浆区域道面变形实测值是否处于安全区间内；其中，若所述实际变形量小于所述理论变形量，则所述测得注浆区域道面变形实测值处于安全区间内，否则不再安全区间内；

24、当所述测得注浆区域道面变形实测值在安全区间内时，增加道面使用寿命次数，并根据所述实际变形量与所述理论变形量的比值，计算道面结构剩余使用次数；其中，若所述实际变形量与所述理论变形量的比值小于0.7，则增加0.5次剩余使用次数，否则增加0.2次剩余使用次数；

25、当所述测得注浆区域道面变形实测值不在安全区间内时，减少道面使用寿命次数，并根据所述实际变形量与所述理论变形量的比值，计算道面结构剩余使用次数；其中，若所述实际变形量与所述理论变形量的比值大于1.3，则减少0.5次剩余使用次数，否则减少0.2次剩余使用次数；

26、根据所述道面结构剩余使用次数生成注浆区域道面寿命预测报告。

27、进一步的，所述获取机场跑道的各结构层参数，并根据所述机场跑道的各结构层参数，计算得到各个机型在标准荷载情况下的道面变形量，包括：

28、基于经典winkler弹性地基模型，考虑横向主起落架荷载p和轴向温度力t时道面变形控制微分方程，公式如下：

29、

30、式中：ei为抗弯刚度；k为土基反应模量；δ(x)为狄拉克δ函数；

31、根据实地检测或实验室试验所得的跑道各结构层参数，并利用初参数法求解上式计算各个机型在标准荷载作用下道面变形量y，公式如下：

32、

33、其中，hi(i＝1，2，3，4)为广义krylov函数，具体表达式如下：

34、

35、上式中，β为特征系数，量纲为1/长度，其表达式如下：

36、

37、α为无量纲参数，其表达式如下：

38、

39、其中，y0，θ0，m0，q0为o点的初始参数，即分别表示挠度，转角，弯矩及剪力；θ0＝0，q0＝-0.5p，y0和m0根据如下公式计算：

40、

41、

42、进一步的，所述获取机场道面的实际变形数据，并根据所述航班架次数据、飞机机型数据、以及各个机型飞机对应的质量数据，将各个机型飞机在不同荷载情况下的实际降落架次，换算成所述标准机型在标准荷载情况下的标准降落架次，包括：

43、根据所述飞机机型数据、以及所述各个机型飞机对应的质量数据，得到各个机型飞机降落架次的荷载情况数据；

44、获取机场道面的实际变形数据，并根据所述各个机型飞机降落架次的荷载情况数据与所述实际变形数据进行时刻匹配后，得到各个机型飞机在不同荷载情况下对应的机场道面变形数据；

45、分别计算所述各个机型飞机在不同荷载情况下对应的机场道面变形数据与所述标准机型在标准荷载情况下对应的机场道面变形量的比值，并将所述比值作为对应机型降落架次的换算标准；

46、根据所述航班架次数据，得到各个机型飞机在不同荷载情况下的实际降落架次，并利用所述换算标准将所述各个机型飞机在不同荷载情况下的实际降落架次分别换算成标准机型在标准荷载情况下的标准降落架次。

47、进一步的，所述获取所述注浆道面区域与飞机接地位置之间的距离，并根据所述标准机型对应的飞机作用架次系数、以及所述注浆道面区域与飞机接地位置之间的距离，计算注浆后土基反应模量kn，包括：

48、获取所述注浆道面区域与飞机接地位置之间的距离d；

49、获取所述标准机型对应的飞机作用架次系数t；其中，中型机的飞机作用架次系数为1，小型机的飞机作用架次系数为0.7，大型机的飞机作用架次系数为1.5；

50、根据所述标准机型对应的飞机作用架次系数t、以及所述注浆道面区域与飞机接地位置之间的距离d，计算注浆后土基反应模量kn，计算公式如下：

51、

52、其中，k为土基反应模量。

53、进一步的，所述根据所述注浆后土基反应模量kn，计算注浆后道面的理论变形量，包括：

54、获取所述注浆后土基反应模量，并根据所述注浆后土基反应模量，计算注浆后道面的理论变形量ys，计算公式如下：

55、

56、其中，ηi(i＝1，2，3，4)为广义krylov函数，具体公式如下：

57、

58、上式中，β为特征系数，量纲为1/长度，其表达式如下：

59、

60、α为无量纲参数，其表达式如下：

61、

62、其中，y0，θ0，m0，q0为o点的初始参数，即挠度，转角，弯矩及剪力，θ0＝0，q0＝-0.5p，y0和m0根据如下公式计算：

63、

64、

65、进一步的，在所述根据所述道面结构剩余使用次数生成注浆区域道面寿命预测报告之后，所述方法还包括：

66、获取所述注浆区域道面寿命预测报告，并存储于中央处理器。

67、相对于现有技术，本发明所述的一种注浆区域道面寿命预测系统及方法具有以下优势：

68、(1)本发明所述的一种注浆区域道面寿命预测系统，可基于机场道面注浆区域的实际变形情况，通过换算当量作用架次的方法，能够准确预测道面的寿命，有助于机场管理部门采取合适的措施，降低了机场道面的维修和更换成本。

69、(2)本发明所述的一种注浆区域道面寿命预测方法，具有准确性高、实时性好的优点，通过直接以道面使用寿命次数预测，并将道面寿命预测以飞机作用次数体现，寿命预测结果更加直观便捷，易于机场管理部门对道面使用情况更加清楚的理解。同时，这种寿命预测方法，可基于道面实时变形数据进行预测，能够及时反映道面状况的变化，有助于机场管理部门及时掌握道面的状况，并做出相应的维修和保养计划，以保证道面的安全和可靠性。此外，这种方法不仅计算飞机架次对跑道寿命的影响，而且也对不同机型进行区分，将不同机型对道面的影响进行量化，有利于提高注浆区域道面寿命预测的准确性。