第十三章机场道面设计方法

第十三章机场道面设计方法第一节CBR机场沥青混凝土道面设计第二节美国地沥青学会(AI)机场沥青混凝土道面设计方法第三节美国波特兰水泥协会(PCA)水泥混凝土道面设计方法第四节美国工程师兵团设计方法第五节我国机场水泥混凝土道面设计方法第一节CBR机场沥青混凝土道面设计根据布辛尼斯客理论，路面厚度表达式为：其中（23.1lg+14.4)一项，是表示道面设计厚度与全面通过次数之间的经验关系，C为全面通过次数，上式适用于CBR值小于12的情况。陆军工程兵1958年发表的设计手册，给出了根据各种轮载、轮胎压力、起落架构型和各种交通区域的设计曲线。将机场分为3类荷载，如下图所示。1123.1lg14.40.5710~12zhCPCBRpCBR式中要求道面结构设计1.土基CBR的选择工程兵的机场柔性道面设计方法，其土基样品是在实验室按典型道面所代表的情况进行试验，规定要求按三种压实功能进行压实试验。当土基多余一种土时，每个区都要选择一个CBR值，如果土壤区域是清楚地隔开并能分辨的话，则每个区域都要单独进行设计，对于随意分布的土壤区，建议按照最低的CBR值取统一的设计厚度。2.基层和垫层材料垫层采用的材料有很多种，有时土基本身就符合垫层对材料的要求，有时按垫层的功能要求对土基进行稳定处治，并且规定只有用天然土基土壤做成的垫层符合液限和塑性指数要求时，才允许利用土基和外掺剂制备垫层材料。基层材料的CBR值如下表所示，使用这些数值无须加以限制，只有稳定集料除外，稳定集料只有在承受0.69MPa以下的轮胎压力地区和D类交通区才采用。设计方法规定了各种轮载的面层和基层最小厚度，用最小厚度要求结合CBR设计厚度曲线一起，便可确定道面各组成部分的厚度。陆军工程兵机场道面防止冰冻作用的措施基于两种不同的概念：①以足够的道面结构厚度来减少或消除冰冻作用，以控制不同的表面变形；②按融冻期土壤强度下降设计。第二节美国地沥青学会机场沥青混凝土道面设计方法设计理论：全厚度沥青道面是一种多层弹性体，按多层弹性系统理论求解。在机轮荷载作用下，道面中产生两种临界弹性应变，包括沥青混泥土层底部的水平拉应变和土基顶部的垂直压应变，在设计分析中，每种应变都要分别检验。以两种临界应变的最大容许值为依据，在沥青混凝土的临界模量为E时，建立了评定的设计的设计标准，并用作选择设计厚度的根据。1.温度分布状态道面的全部月平均温度与月平均气温的关系如下。MMPT=1.05MMAT+5MMPTMMAT式中：沥青混凝土道面月平均温度的平均值；月平均气温。标准差的研究结果如图13-2所示。2.沥青混凝土模量沥青混凝土的模量是温度和荷载频率的函数，通常采用典型混合料的动模量回归研究结果来表示，以代替直接试验沥青混凝土混合料表示特点模量的关系。相应于温度q的沥青混凝土模量E1的公式为：3.破坏标准地沥青学会法根据AASHTO试验路的厚沥青道面试验段得出的疲劳标准，在进行拉应变分析的应用中略加修改，使疲劳标准公式变为下式的形式。在已知的混合温度下的Ntq，以达到损坏的容许反复次数与容许拉应变之比表示，即：1011011qdKEKKKd式中：、、回归常数，分别等于3.810、1.0046、1.45为了设计工作的需要，选择了一个标准机型（DC-8-63F)进行分析研究，得出多层回归分析的最大主拉应变表达式如下：下表用于建立疲劳设计曲线的限制拉应变标准。1tq1cqdNab31201112=AAAMhEE下表所示为一定荷载重复次数N作用下，限制土基压应变的标准：根据上述所述公式和表格标准，可为DC-8-63F标准机型分别绘制出设计厚度T的疲劳曲线和厚度设计曲线。如下图所示第三节美国波特兰水泥协会水泥混凝土道面设计方法计算参数混凝土的弯拉弹性模量E=27594MPa(4000000psi);混凝土的泊松比μ1=0.15混凝土的设计弯拉强度R，采用Packard建议的公式计算：变异系数是标准差与平均值之比。混凝土施工控制优良的CV10%；控制得好的为10%~15%；控制的一般的为15%~20%，控制的不良的20%。Vs901.11100CRR安全系数跑道端、滑行道、停机坪、机库地坪：1.7~2.0；跑道中部、高速出口滑行道：1.4~1.7地基模量采用文克勒地基模型，地基反应模量K用承载板试验测定，并进行修正。疲劳设计波特兰水泥协会通过试验发现，混凝土小梁承受弯拉变形的极限重复次数取决于混凝土的特性和荷载的大小。在一般情况下，采用各种混凝土小梁试验的平均疲劳数据。因此，荷载应力的大小是决定混凝土道面板寿命的主要因素。将飞机的实际通过次数除以容许通过次数，即得该飞机使用道面的疲劳率。如果在混合交通条件下各种飞机的疲劳率满足下式条件，则道面不会损坏，能够满足交通使用要求。12n'''12nii1.0~1.1NNNNNNNN式中：实际荷载反复次数；容许荷载反复次数。漫行原理和荷载反复次数飞机在机场道面上滑行一般不可能完全在准确的横向位置上进行，这就是所谓飞机的漫行特征。波特兰水泥协会采用的机场道面按疲劳损坏的设计方法，考虑了飞机的横向漫行作用而引进了一个荷载重复系数（LRF）。LRF=1.0表示每通过一次都是满载的重复。各种飞机的荷载重复系数都预先计算出来，有了荷载重复系数，实际荷载反复次数N就很容易计算了，将各种飞机的预计通过次数乘以其荷载重复系数即可。第三节美国工程师兵团设计方法设计参数1.混凝土弯拉强度2.荷载分级（轻、中、重）3.道面交通分区美国陆军工程兵将机场道面按受载条件分为A、B、C、D四个交通区域。土基模量土基模量采用土基反应模量，并进行必要的修正。从下图查得降低的K值，用此K值重新设计道面。冰冻作用美国陆军工程兵的研究成果指出，小于0.02mm颗粒含量超过3%的所有无机土都属于冻敏土。冻敏土按冰冻敏感程度分为4类，见下表所示。第五节我国机场水泥混凝土道面设计方法设计参数1.飞机轮载2.累计作用次数3.基层顶面反应模量tcwGpPnnt0.751000wesnWnNtT4.水泥混凝土设计弯拉强度和弯拉弹性模量机场道面的水泥混凝土设计弯拉强度用28d龄期的弯拉强度，且不得低于4.5MPa。水泥混凝土弯拉弹性模量可参考下表选用。板厚计算1.临界荷位飞机荷载在混凝土板内产生最大应力时的临界荷位，可取机轮位于板缝处且与板缝相切或垂直的位置，主起落架为单轮、双轮、双轴双轮以及三轴双轮时，其临界荷位如下图所示：2.板边应力计算按下式确定飞机主起落架一个轮印的长度和宽度。计算混凝土道面的刚度半径求板边弯矩4tttt105.2270.6PLqWL334p210121ccjEhlk21010cpbMqlN求板边计算应力①板边应力②板边计算应力飞机的容许作用次数板厚计算32610eeMh1pe14.04815.117/10pcmfeN10.80~1.1meiieinN