8(9)-机场沥青混凝土道面设计

1第九章机场沥青混凝土道面设计（1）道面平整无接缝、飞机滑行平稳舒适；（2）具有足够的强度和耐久性，能满足飞机的使用要求；（3）施工期短、不需要养护、能够迅速交付使用；（5）易于维修，可再利用；（6）强度和稳定性受基层、土基影响较大；（7）沥青混合料力学性能受温度影响大；（8）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。沥青混凝土道面的优缺点与水泥混凝土道面相比第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容机场道面作用的飞机机轮荷载大，对道面表面性能有更高要求，这使得沥青混凝土道面结构组成材料、尤其是对沥青和沥青混凝土提出了更高的要求。一、沥青及性能评价指标沥青：由极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮等）衍生物组成的有机胶凝材料。使用最广泛的是石油沥青。1、沥青的技术要求沥青性能评价指标：1）针入度：沥青稠度指标，反映一定条件下沥青的软硬程度，也可以用来评价沥青的感温性和粘弹性。2）延度：反映沥青的延伸性能、沥青抵抗开裂的能力。3）软化点：评价沥青的高温稳定性，高即高温稳定性好。4）薄膜烘箱试验：耐老化性能5）溶解度：测定沥青筑路有效成分的含量。6）针入度指数：评价沥青感温性的方法之一。7）粘度8）含蜡量1、沥青的技术要求二、沥青的技术要求与沥青路面比，机场沥青道面：——承受荷载大、轮胎压力高——飞机尾喷气流对沥青道面的稳定性和耐久性有较大影响——荷载重复作用次数比公路路面少很多对机场道面沥青的要求：良好的粘结性、耐久性、水稳定性、耐高温稳定性1、沥青的技术要求2民航机场，飞行区指标Ⅱ为D、E、F的道面（飞机荷载大、胎压高）——机场道面石油沥青1、沥青的技术要求飞行区指标Ⅱ为C的道面（飞机荷载小、胎压小）——重交通石油沥青1、沥青的技术要求三、改性沥青1、沥青的技术要求第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容一、对沥青道面的要求1）高温稳定性2）热稳定性3）低温抗裂性4）耐久性5）表面抗滑性6）抗航油侵蚀性2、沥青混凝土的技术要求二、对原材料的要求1）沥青材料机场沥青混凝土道面应采用石油沥青。2、沥青混凝土的技术要求32、沥青混凝土的技术要求2）粗集料——碎石、筛选砾石、破碎砾石等。2、沥青混凝土的技术要求2、沥青混凝土的技术要求3）细集料——天然砂、机制砂及石屑。2、沥青混凝土的技术要求2、沥青混凝土的技术要求4）填料——石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。2、沥青混凝土的技术要求4第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容沥青混凝土混合料：由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青拌和而成的符合技术标准的沥青混合料。配合比设计：1）目标配合比设计阶段2）生产配合比设计阶段3）生产配合比验证阶段——决定沥青混合料的材料品种、矿料级配、沥青用量——采用马歇尔试验设计方法，并对设计的沥青混合料进行浸水马歇尔试验、水稳定性检验及车辙试验进行抗车辙、水稳定性等检验。3、沥青混凝土的配合比设计3、沥青混凝土的配合比设计第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容4、沥青混凝土的力学性能一、应力-应变关系沥青混合料是一种弹-粘-塑性材料，不同外部（温度与荷载）条件下，表现出不同的性质:低温小变形时：线弹性性质高温大变形时：粘塑性性质在过渡范围内：粘弹性性质4、沥青混凝土的力学性能二、劲度反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件下的应力-应变关系的参数，称作劲度S。—施加的应力，MPa；—总应变；t—荷载作用时间，s；T—材料的温度，℃。54、沥青混凝土的力学性能二、劲度4、沥青混凝土的力学性能二、劲度（1）加荷时间短时，曲线接近水平，表明材料处于弹性性状；加荷时间很长时，便表现为粘滞性性状；处于二者之间时则兼有弹-粘性性状。（2）各种温度下的S-t关系曲线具有相似的形状，如果将曲线作水平向移动，则将可将它们近似重合在一起。这意味着温度对劲度的影响同一定量的加载时间对劲度的影响效果相当。（3）温度和加载时间对劲度的影响具有互换性，是沥青材料的一个重要性质。利用这一性质，可以通过采用变换试验温度的方法，把在有限时间范围内得到的试验结果扩大到很长的时段。4、沥青混凝土的力学性能范得保沥青劲度确定诺模图4、沥青混凝土的力学性能三、泊松比沥青混合料的泊松比受温度影响很大。4、沥青混凝土的力学性能四、疲劳特性——沥青混合料疲劳试验方法①现场疲劳破坏试验：AASHTO、WESTRACK试验路；②足尺结构模拟破坏试验：大型环道、直道试验；③试板试验法：④室内小型试件试验：三分点小梁试验、中点加载小梁试验、悬臂梯形梁试验等①应力控制：每次对试件施加的荷载为常量，随着荷载作用次数增多，试件不断受到损伤，劲度随之而降低，实际的弯曲应变则不断增大；②应变控制：测试过程中保持每次荷载下应变值不变，则应力随施加荷载次数的增加而不断减小。4、沥青混凝土的力学性能四、疲劳特性——沥青混合料疲劳试验方法劈裂疲劳试验悬臂梯形梁疲劳试验三分点疲劳试验64、沥青混凝土的力学性能四、疲劳特性——沥青混合料疲劳方程—取决于沥青混合料组成和特性的系数；—坡度因素。通常，对大多数沥青混合料=5～6英国诺丁汉大学疲劳方程SHRP疲劳方程4、沥青混凝土的力学性能沥青混合料疲劳方程图4、沥青混凝土的力学性能——沥青混合料疲劳影响因素1）加载条件：加载大小、加载方式、加载速度、加载间隔试件、加载波形；2）材料性质：影响沥青混合料劲度的因素（沥青种类、用量，集料级配类型、性质），混合料的孔隙率、压实度等；3）环境温度：第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容5、弹性层状体系理论概述沥青道面各结构层应力位移分析：弹性层状体系理论——机场道面结构强度较高，飞机荷载作用下产生的塑性变形很小——飞机荷载作用具有瞬时性弹性层状体系：弹性半空间体上有一层或多层厚度有限的弹性层。5、弹性层状体系理论概述力学计算模型：1）各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、形变微小；2）最下一层（土基）在水平方向和垂直方向无限大，其上各层厚度有限，水平方向无限；3）各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形变、位移为零；4）层间接触情况或完全连续（连续体系）或仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）；5）不计自重。75、弹性层状体系理论概述轴对称课题：平衡方程应力应变关系几何方程变形连续方程5、弹性层状体系理论概述表面作用圆形均布垂直荷载的双层连续体系——体系表面荷载作用轴线上的垂直位移（即弯沉）为：可改写为：5、弹性层状体系理论概述第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容6、沥青道面的损坏形式及设计标准一、损坏形式1）裂缝：横向裂缝、纵向裂缝、网裂及龟裂2）局部沉陷、凹坑3）搓板4）车辙5）推移和拥起6）反射裂缝和低温开裂7）松散和坑槽8）油料腐蚀与高温气流烧伤6、沥青道面的损坏形式及设计标准二、设计标准——多种临界状态、多种设计标准1）疲劳开裂沥青层底面的拉应变（或拉应力）作为指标，以最大拉应变（或拉应力）小于或等于该层材料的容许拉应变（或拉应力）作为标准。水泥（石灰）稳定类基层：控制底面的最大拉应变（或拉应力）小于或等于该层材料的容许疲劳拉应变（或拉应力）86、沥青道面的损坏形式及设计标准2）车辙荷载作用下土基和道面结构层内塑性应变的总和小于等于容许塑性变形作为设计指标：有些设计方法提出：采用路基顶面的竖向压缩应变作为指标以控制路面的车辙深度。6、沥青道面的损坏形式及设计标准3）表面回弹弯沉道面在一次荷载作用下的回弹弯沉量，反映了道面结构的整体刚度。荷载作用下的道面回弹弯沉小于容许回弹弯沉4）面层剪切垂直和水平荷载共同作用下，面层结构中的最大剪应力小于等于特定环境（主要是温度）下材料的抗剪强度。6、沥青道面的损坏形式及设计标准5）面层断裂路面受到紧急制动所产生的水平力作用时，面层将受到很大的径向拉应力和水平位移，从而使面层断裂并产生推移。设计指标：上述径向应力小于面层材料的抗拉强度6）低温缩裂低温时面层材料因收缩受阻产生的温度应力小于等于该温度时材料的抗拉强度。第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容7、结构组合设计结构组合设计应考虑：——机场等级——飞机荷载——交通量——环境因素对道面结构和材料的影响——土基与道面各结构层之间的相互关系——施工要求和工作特性7、结构组合设计1、按荷载特点和各结构层的功能选择结构2、按应力和应变沿深度分布与各结构层的刚度和强度相适应的规律组合3、要顾及各结构层本身的结构特性97、结构组合设计4、良好的稳定性7、结构组合设计5、适当的结构层数和层厚7、结构组合设计7、结构组合设计第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容8、当量单轮荷载（ESWL）设多轮起落架在已知深度（道面结构层厚度）的最大界面弯沉与当量单轮荷载ESWL产生的最大弯沉相等。道面体系视作弹性半空间体，用Boussinesq公式计算深度等于道面厚度处的弯沉假定ESWL的接触面积Ae与多轮中一个轮胎的接触面积相等。Boussinesq弯沉计算公式（μ=0.5）：108、当量单轮荷载（ESWL）Boussinesq弯沉计算公式（μ=0.5）：第一节沥青的技术要求第二节沥青混凝土的技术要求第三节沥青混凝土的配合比设计第四节沥青混凝土的力学特性第五节弹性层状体系理论概述第六节沥青道面的损坏形式设计标准第七节结构组合设计第八节当量单轮荷载（ESWL）第九节民航机场沥青混凝土道面结构层厚度计算方法主要内容9、结构层厚度计算方法一、道面分区及结构厚度（一）道面分区：4区9、结构层厚度计算方法（一）道面分区：4区Ⅰ区：跑道端部，设计飞机全重通过的滑行道、站坪、等待坪Ⅱ区：跑道中部、快速出口滑行道Ⅲ区：过夜停机坪、维修机坪，通向维修机坪的滑行道Ⅳ区：防吹坪、道肩9、结构层厚度计算方法（二）各区道面结构厚度1)各区道面结构厚度的确定9、结构层厚度计算方法（二）各区道面结构厚度2)