留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析

张献民 李梦晓 陈宇 李长辉 徐博庆

张献民, 李梦晓, 陈宇, 等 . 机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(4): 551-559. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0646
引用本文: 张献民, 李梦晓, 陈宇, 等 . 机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(4): 551-559. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0646
ZHANG Xianmin, LI Mengxiao, CHEN Yu, et al. Size of cement concrete pavement slab of airport runway[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(4): 551-559. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0646(in Chinese)
Citation: ZHANG Xianmin, LI Mengxiao, CHEN Yu, et al. Size of cement concrete pavement slab of airport runway[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(4): 551-559. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0646(in Chinese)

机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0646
基金项目: 

中国工程院重点资询项目 2019C1-0002

天津市教委科研计划 2019KJ122

中国民航机场工程研究基地开放基金 205016010411

中国民航机场工程研究基地开放基金 205016010413

中国民航大学科研启动基金 2020KYQD37

详细信息
    通讯作者:

    张献民, E-mail: cauczxm@126.com

  • 中图分类号: V351.11

Size of cement concrete pavement slab of airport runway

Funds: 

Key Consulting Research Project of China Academy of Engineering 2019C1-0002

Tianjin Municipal Education Commission Scientic Research Project 2019KJ122

Scientific Research Foundation of Civil Airport Engineering Research Base of China 205016010411

Scientific Research Foundation of Civil Airport Engineering Research Base of China 205016010413

Scientific Research Foundation of Civil Aviation University of China 2020KYQD37

More Information
  • 摘要:

    中国机场通常采用板宽不超过5 m的水泥混凝土道面板,国际上已有机场采用板宽6 m以上的水泥混凝土道面板。相比大尺寸水泥混凝土道面板,小尺寸道面板容易产生病害。为了研究道面板尺寸对道面性能的影响,基于弹性层状理论体系建立道面结构有限元模型,通过改变水泥混凝土道面板平面尺寸,研究了考虑温度梯度时飞机荷载作用下道面板内的应力变化。通过某机场实例分析了温度梯度和飞机荷载共同作用下道面板平面尺寸对道面使用寿命的影响,结果表明:道面板内应力受温度梯度影响较大,常见机型荷载作用下,夏季道面板内拉应力25%以上是由温度梯度荷载造成;不同尺寸道面板在相同荷载作用下,道面产生的损伤量不同,设计过程中加入道面板温度应力计算,选择合适的道面板尺寸,可以显著提高水泥混凝土道面的预期使用寿命。

     

  • 图 1  轮印形状

    Figure 1.  Wheel tread profile

    图 2  A320和B737-800主起落架构型

    Figure 2.  Main gear configuration of A320 and B737-800

    图 3  临界荷位

    Figure 3.  Critical load position

    图 4  不同尺寸道面板板边应力曲线

    Figure 4.  Edge stress curves of different sizes of pavement slab

    图 5  板边最大应力分布[18-19]

    Figure 5.  Distribution of maximum stress at the edge of pavement slab[18-19]

    图 6  不同尺寸道面板单月最大损伤量

    Figure 6.  Maximum damage of different sizes of pavement slabs in single month

    表  1  道面结构参数[7]

    Table  1.   Parameters of pavement structure[7]

    参数 水泥混凝土面层 水泥稳定碎石基层 土基
    厚度/m 0.38 0.40 10
    弹性模量/MPa 38 000 1 500 90
    密度/(kg·m-3) 2 500 2 000 1 800
    泊松比 0.15 0.25 0.35
    下载: 导出CSV

    表  2  飞机参数

    Table  2.   Aircraft parameters

    参数 A320 B737-800
    最大起飞重量/kN 770.00 790.04
    主起落架荷载分配系数 0.95 0.95
    主起落架个数 2 2
    主起落架间距/m 7.60 5.72
    主起落架构型 双轴双轮 单轴双轮
    主起落架轮距/m 0.78/1.01 0.86
    主起落架胎压/MPa 1.14 1.47
    主起落架单轮荷载/kN 91.44 187.63
    主起落架轮印面积/m2 0.080 0.128
    主起落架轮印长度/m 0.392 0.494
    0.871 2L/m 0.341 0.431
    0.6L/m 0.235 0.296
    下载: 导出CSV

    表  3  不同公路自然区划38 cm水泥混凝土面层温度梯度

    Table  3.   Temperature gradient of 38 cm cement concrete pavement with different natural zoning for highways

    公路自然区划 Ⅱ、Ⅴ Ⅳ、Ⅵ
    温度梯度/(℃·m-1) 52.3 56.7 54.2 58.0
    下载: 导出CSV

    表  4  A320飞机荷载作用下不同尺寸道面板板边应力

    Table  4.   Edge stresses of different sizes of pavement slabs under load of A320 aircraft

    板宽/m 温度梯度0℃/m 温度梯度52.3℃/m 温度梯度56.7℃/m 温度梯度54.2℃/m 温度梯度58.0℃/m
    横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa
    4.5 1.819 2.121 2.756 3.324 2.835 3.425 2.790 3.367 2.858 3.455
    5 1.829 2.093 3.026 3.290 3.126 3.390 3.069 3.333 3.156 3.420
    5.5 1.839 2.115 3.263 3.539 3.382 3.658 3.314 3.590 3.417 3.693
    6 1.837 2.081 3.451 3.695 3.586 3.830 3.509 3.753 3.626 3.870
    6.5 1.842 2.105 3.605 3.868 3.753 4.016 3.669 3.932 3.797 4.060
    7 1.847 2.106 3.722 3.981 3.879 4.138 3.79 4.049 3.926 4.185
    7.5 1.852 2.092 3.805 4.045 3.97 4.21 3.876 4.116 4.018 4.258
    8 1.854 2.081 3.858 4.085 4.027 4.254 3.931 4.158 4.074 4.301
    下载: 导出CSV

    表  5  B737-800飞机荷载作用下不同尺寸道面板板边应力

    Table  5.   Edge stresses of different sizes of pavement slabs under load of B737-800 aircraft

    板宽/m 温度梯度0℃/m 温度梯度52.3℃/m 温度梯度56.7℃/m 温度梯度54.2℃/m 温度梯度58.0℃/m
    横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa
    4.5 2.388 3.462 3.325 4.665 3.404 4.766 3.359 4.708 3.427 4.796
    5 2.404 3.432 3.601 4.629 3.701 4.729 3.644 4.672 3.731 4.759
    5.5 2.436 3.507 3.860 4.931 3.979 5.050 3.911 4.982 4.014 5.085
    6 2.428 3.464 4.042 5.078 4.177 5.213 4.10 5.136 4.217 5.253
    6.5 2.431 3.448 4.194 5.211 4.342 5.359 4.258 5.275 4.386 5.403
    7 2.434 3.441 4.309 5.316 4.466 5.473 4.377 5.384 4.513 5.520
    7.5 2.437 3.457 4.390 5.410 4.555 5.575 4.461 5.481 4.603 5.623
    8 2.436 3.441 4.440 5.445 4.609 5.614 4.513 5.518 4.656 5.661
    下载: 导出CSV

    表  6  道面板板边最大拉应力

    Table  6.   Maximum tensile stress at the edge of pavement slab

    板宽/m A320 B737-800
    横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa 横向边应力/MPa 纵向边应力/MPa
    4.5 2.581 3.106 3.150 4.447
    5 2.807 3.071 3.382 4.410
    5.5 3.008 3.284 3.605 4.676
    6 3.169 3.413 3.760 4.796
    6.5 3.304 3.567 3.893 4.910
    7 3.408 3.667 3.995 5.002
    7.5 3.483 3.723 4.068 5.088
    8 3.531 3.758 4.113 5.118
    下载: 导出CSV

    表  7  不同尺寸道面板最大损伤量和损伤位置

    Table  7.   Maximum damage and its occurrence position of different sizes of pavement slabs

    板宽/m 最大损伤位置/m 损伤量
    4.5 4.5 0.035
    5 5.0 0.018
    5.5 5.5 0.015
    6 0.0 0.013
    6.5 2.9 0.019
    7 2.9 0.026
    7.5 2.9 0.033
    8 2.9 0.037
    下载: 导出CSV
  • [1] 翁兴中, 谭麦秋, 黄小明, 等. 机场水泥混凝土道面板尺寸的确定方法[J]. 空军工程大学学报(自然科学版), 2002, 3(6): 4-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJGC200306003.htm

    WENG X Z, TAN M Q, HUANG X M, et al. A calculating method of size of large cement concrete slab[J]. Journal of Air Force Engineering University(Natural Science Edition), 2002, 3(6): 4-6(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJGC200306003.htm
    [2] 孙道胜, 黄小明, 邓敏, 等. 道面水泥混凝土高性能化和放大道面板尺寸问题初探[J]. 混凝土, 2004(5): 21-25. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLTF200405005.htm

    SUN D S, HUANG X M, DENG M, et al. The discuss of pursuing high performance of the pavement cement concrete and magnifying dimension of the pavement slab[J]. Concrete, 2004(5): 21-25(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLTF200405005.htm
    [3] 傅明国, 陈岩, 黄业坤, 等. 机场道面大尺寸板块混凝土配合比设计与施工技术[J]. 施工技术, 2007, 36(2): 103-106. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SGJS2007S2032.htm

    FU M G, CHEN Y, HUANG Y K, et al. Mixture ratio design and construction technology of large size plate concrete at airport pavement[J]. Construction Technology, 2007, 36(2): 103-106(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SGJS2007S2032.htm
    [4] 黄凯健, 邓敏, 何大贵, 等. 高原地区纤维混杂微膨胀混凝土大尺寸面板[J]. 建筑材料学报, 2010, 13(4): 474-477. doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2010.04.011

    HUANG K J, DENG M, HE D G, et al. Big dimensional pavement slabs with hybrid fiber reinforced micro expansion concrete in plateau[J]. Journal of Building Materials, 2010, 13(4): 474-477(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-9629.2010.04.011
    [5] 高志斌. 温度应力对机场道面板厚度与分块设计影响研究[J]. 建筑结构, 2011, 41(1): 1068-1072. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCJG2011S1254.htm

    GAO Z B. Study on the impact of temperature stress on the airport pavement panel thickness and block design[J]. Building Structure, 2011, 41(1): 1068-1072(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCJG2011S1254.htm
    [6] 张献民, 刘小兰, 张子文. 基于振动特性的机场刚性道面传荷性能[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(9): 1787-1796. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0687

    ZHANG X M, LIU X L, ZHANG Z W. Rigid pavement load transfer ability of airport based on vibration characteristics[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(9): 1787-1796(in Chinese). doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0687
    [7] 中国民用航空局. 民用机场水泥混凝土道面设计规范: MH/T5004—2010[S]. 北京: 人民交通出版社, 2010: 23-24.

    CACC. Specifications for airport cement concrete pavement design: MH/T5004—2010[S]. Beijing: China Communications Press, 2010: 23-24(in Chinese).
    [8] 刘文, 凌建明, 赵鸿铎. 考虑接缝影响的机场水泥混凝土道面结构响应[J]. 公路交通科技, 2007, 24(12): 15-18. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLJK200712005.htm

    LIU W, LING J M, ZHAO H D. Analysis on mechanical responses of rigid airport pavement with load transfer of joints[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2007, 24(12): 15-18(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLJK200712005.htm
    [9] 蒋应军, 戴经梁. 刚性路面中关于温度应力计算问题[J]. 岩土工程学报, 2007, 29(6): 837-842. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC200706008.htm

    JIANG Y J, DAI J L. Computation of thermal stresses in rigid pavement[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 2007, 29(6): 837-842(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC200706008.htm
    [10] 李新凯, 侯相深, 马松林. 轴载与温度作用下水泥路面板的变形与应力分析[J]. 重庆建筑大学学报, 2008, 30(5): 53-57. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JIAN200805013.htm

    LI X K, HOU X S, MA S L. Deflection and stress analysis of a pavement slab under temperature gradient and axial loading coupling[J]. Journal of Chongqing Jianzhu University, 2008, 30(5): 53-57(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JIAN200805013.htm
    [11] 翁兴中. 机场道面设计[M]. 3版. 北京: 人民交通出版社, 2017: 34-39.

    WENG X Z. Design of airport pavement[M]. 3rd ed. Beijing: China Communications Press, 2017: 34-39(in Chinese).
    [12] KANDEH D S, LUO J H. Analysis of airport cement concrete pavement structure response under the load of typical aircraft landing gear[J]. Highways and Automotive Applications, 2019(6): 55-57(in Chinese).
    [13] 吴爱红, 蔡良才, 顾强康, 等. 适应未来大型飞机的水泥混凝土道面设计方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2011, 37(9): 1169-1175. https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/Y2011/V37/I9/1169

    WU A H, CAI L C, GU Q K, et al. Airport concrete pavement design for large aircraft in future[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2011, 37(9): 1169-1175(in Chinese). https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/Y2011/V37/I9/1169
    [14] 孙建斌, 翁兴中. 军用机场沥青混凝土道面结构设计指标确定[J]. 空军工程大学学报(自然科学版), 2005, 6(1): 8-10. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJGC200501002.htm

    SUN J B, WENG X Z. Research on structure design criteria of asphalt concrete pavement for military airport[J]. Journal of Air Force Engineering University(Natural Science Edition), 2005, 6(1): 8-10(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJGC200501002.htm
    [15] BRILL D R, PARSONS I D. Three-dimensional finite element analysis in airport pavement design[J]. International Journal of Geomechanics, 2001, 1(3): 273-290.
    [16] 杨光. 寒区机场水泥混凝土道面剩余寿命评估预测研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017.

    YANG G. Research on evaluation and prediction of residual life of cement concrete pavement of airport in cold region[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2017(in Chinese).
    [17] TODINOV M T. Necessary and sufficient condition for additivity in the sense of the palmgren-miner rule[J]. Computational Materials Science, 2001, 21(1): 101-110.
    [18] 蔡良才, 王海服, 张罗利, 等. 基于累积损伤的机场道面剩余寿命预测模型[J]. 交通运输工程学报, 2014, 14(4): 1-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JYGC201404002.htm

    CAI L C, WANG H F, ZHANG L L, et al. Prediction model of remaining life for airport pavement based on cumulative damage[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2014, 14(4): 1-6(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JYGC201404002.htm
    [19] 王振辉, 蔡良才, 顾强康, 等. 考虑荷载应力分布的机场刚性道面累积损伤优化模型[J]. 土木工程学报, 2011, 44(11): 143-150. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TMGC201111025.htm

    WANG Z H, CAI L C, GU Q K, et al. Airport rigid pavement cumulative damage optimization model considering load stress distribution[J]. China Civil Engineering Journal, 2011, 44(11): 143-150(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TMGC201111025.htm
    [20] 纪伦, 张锐, 徐慧宁, 等. 季冻区道路结构温度场分布特性研究[J]. 中外公路, 2013, 33(3): 57-63. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWGL201303016.htm

    JI L, ZHANG R, XU H N, et al. Research on temperature field distribution characteristics of road structure in seasonal frozen area[J]. Journal of China and Foreign Highway, 2013, 33(3): 57-63(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWGL201303016.htm
    [21] 李巧生, 赵鸿铎, 凌建明. 适应大型特种飞机的机场水泥混凝土道面结构设计方法[J]. 土木工程学报, 2011, 44(1): 121-126. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TMGC201101021.htm

    LI Q S, ZHAO H D, LING J M. Method of airport concrete pavement design for large military transport aircrafts[J]. China Civil Engineering Journal, 2011, 44(1): 121-126(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TMGC201101021.htm
    [22] RISITANO A, RISITANO G. Cumulative damage evaluation in multiple cycle fatigue tests taking into account energy parameters[J]. International Journal of Fatigue, 2013, 48(48): 214-222.
  • 加载中
图(6) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  1086
  • HTML全文浏览量:  274
  • PDF下载量:  244
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-20
  • 录用日期:  2020-12-11
  • 网络出版日期:  2022-04-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答