机场道面沥青加铺层受力特性与裂缝修复研究

发布时间：2020-07-07 22:57

【摘要】：在不停航、快速施工等条件下,沥青加铺层已被有效地应用于机场道面的建设中,使得复合式结构道面的使用日益广泛。鉴于大型飞机产生的荷载作用以及外界环境因素与内部材料特性的综合作用,在沥青加铺层服役期间,工程人员需重点考察基于结构层间接触下的力学响应,并对道面状况进行实时检测和动态评估,以便及时处治病害和恢复加铺层的使用性能。因此,从复合结构的受力特性分析角度,针对性地开展加铺层道面病害的修复研究具有重要的工程指导意义与实践应用价值。本文针对水泥混凝土加铺沥青层后形成的复合式结构道面,从理论分析、结构试验与数值模拟三方面展开病害处治的研究。首先,本文调研了国内机场设有沥青加铺层的道面结构形式并统计其使用情况,数据表明在不同的病害类型中裂缝类占比最大,并且反射裂缝与滑移裂缝的存在较普遍;因此将其作为病害研究的主要对象,相应给出了后续计算分析中所需针对的结构层力学指标—沥青加铺层层底拉应力和层间最大剪应力。其次,依据工程实际确定了不同结构层的材料参数和边界约束条件,建立了包括拉杆、传力杆在内的复合式结构道面整体有限元模型;在此基础上结合大型飞机的起落架分布与荷载参数,综合研究不同横纵向荷载位置组合下的力学响应情况,得到了前述条件下力学指标沿纵向和横向的变化规律。然后,考虑了层间接触状况的影响,在界面处设置接触单元并引入内聚力材料模型CZM加以完善对层间相互作用的模拟;进一步在结构剪切试验中通过对试件受力状态的过程捕捉和数据采集,有效获取不同材料层间的相对剪切位移;从而计算获得包括应力强度和断裂能在内的材料参数与接触面应力分布情况,同时观察得到在沥青层内部会出现明显由接触面处起裂的微裂缝。最后,对裂缝修复的工程实施要点进行说明,基于填缝的应用确定了裂缝修复的具体构造形式;结合不同的加载方式,在分析界面失效情况与裂纹发展趋势的基础上,依托参数敏感性分析得到影响填补料变形情况和受力状态的主要因素,借以对施工中有关槽位的几何参数控制提供指导。综上所述,针对机场道面沥青加铺层的病害处治问题,本文采用道面整体结构受力特性分析,研究并总结了裂缝形成的原因与影响因素的作用,对道面修复工程开展下的施工技术要点与指标控制提出了合理性建议,为提高机场道面加铺层使用的稳定性与长久性提供了参考依据。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V351.11
【图文】：

道面,性能曲线,费用

东南大学硕士学位论文运量迅猛增长，新一代大型宽体飞机日起降架次不断增多，一些机场的道面出现了损坏加速的现象，已无法保障飞机的安全运行，迫切需要进行道面结构补强或功能恢复，以提高道面使用性能，延长使用寿命[4]。但考虑到我国建设用地有限，民用机场绝大多数仍保持为“一地一场”的现状，对于局部修补水泥混凝土道面，不仅成本很高，而且水泥混凝土的龄期较长，加剧了机场使用率降低的现象[5]。沥青加铺层具有工程量较小、便于机械化施工、养护方便、可充分利用夜间航班结束后的时间进行施工作业等优点，在不停航、夜间快速施工等条件下，沥青加铺层已经成为机场旧水泥混凝土道面维修的首选方案。考虑到原道面上加铺沥青层必将涉及到不同材料层间的接触和力学响应的变化，因此在后期的运营中，研究人员必须对加铺层的使用状况进行定期跟踪检测和评估。相关研究[6]表明（如图 1-1 所示），及时的病害处治和道面修复可有效地保证道面长期处于良好的使用状态且减少养护费用，避免道面因性能下降过快所导致的整体翻新重修。

跑道,裂缝,平整度,测线

图 2-2 中央跑道南端裂缝图 2-3 中央跑道南端轮辙同时对于中央跑道飞机轮迹主要分布区域，分别在沿中心线东侧 3m、西侧 6m置对应设置一条测线，即 R-S-E 测线和 R-S-W 测线，进行平整度测量。测试结果图 2-4 和图 2-5 所示：中央跑道道面平整度 R-S-E 测线 IRI 均值为 1.78m/km，R-线 IRI 值为 2.34m/km；跑道两端与中部的平整度差异较大。跑道两端道面的平整差，部分调查单元的平整度 IRI 值已达到 4m/km，其平整度水平较差。跑道两端平

轮辙,跑道,平整度

图 2-3 中央跑道南端轮辙同时对于中央跑道飞机轮迹主要分布区域，分别在沿中心线东侧 3m、西侧 6m置对应设置一条测线，即 R-S-E 测线和 R-S-W 测线，进行平整度测量。测试结果图 2-4 和图 2-5 所示：中央跑道道面平整度 R-S-E 测线 IRI 均值为 1.78m/km，R-S线 IRI 值为 2.34m/km；跑道两端与中部的平整度差异较大。跑道两端道面的平整差，部分调查单元的平整度 IRI 值已达到 4m/km，其平整度水平较差。跑道两端平下降的原因主要与两端沥青混凝土道面裂缝较多与经过多次的修补有关。

【参考文献】