水泥混凝土机场跑道沥青加铺层性能研究

发布时间：2017-07-19 04:12

  本文关键词：水泥混凝土机场跑道沥青加铺层性能研究

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【摘要】：在我国机场建设和使用中,道面结构类型以水泥混凝土道面为主。由于飞机荷载及外界环境因素的影响,我国许多早期建设的水泥混凝土道面在运营期间中后期出现了各种病害,包括裂缝、沉陷、断板等。为了保证机场道面良好的使用性能,对旧的机场水泥混凝土道面加铺沥青混凝土层是一种有效的解决方法。传统的机场道面设计方法对旧水泥道面上沥青加铺设计的条文描述较少,确定加铺层厚度时仍然沿用国外提出的经验法,并且对加铺层易发生的病害问题缺少预防和解决方案。因此,针对复合结构的力学特性,系统地开展旧水泥道面上沥青加铺层设计方法研究,具有重要的工程实践意义和应用价值。本文针对在旧水泥道面上沥青加铺问题,从理论分析、数值模拟及室内试验三个主要方面研究加铺后的复合结构性能,完善加铺层设计方法。首先,本文对旧水泥混凝土道面实际使用状况进行调研,统计并分析不同类型的病害情况,在此基础上提出涉及加铺层修建所需的设计控制指标,同时结合机场道面特征参数,构建典型复合式机场道面有限元模型；其次,本文通过分析机场道面不同荷位状态下的力学响应,得到最不利荷位,进而进行加铺层参数敏感性分析,确定加铺层厚度设计方案；通过分析加铺层与旧水泥道面之间不同接触状态下结构力学响应规律,提出加铺层施工建议；再次,本文基于力学分析结果,结合Superpave和马歇尔方法改进了机场道面加铺层混合料的设计方法,讨论分析了不同级配下的沥青混合料性能,确定加铺层沥青混合料的最佳设计级配；然后,本文综合考虑机场道面的外界环境因素影响,构建典型复合式机场道面温度场和温度应力场有限元模型,分析机场道面温度和温度应力分布规律；最后基于旧水泥混凝土道面与新加铺的沥青混凝土层之间的相互影响机制,考虑飞机荷载应力和温度应力对复合式机场道面的影响,针对不同结构层提出不同指标作为设计依据,完善对复合式机场道面的总体设计及方案检验。综上所述,针对旧水泥道面上沥青加铺问题,本文提出了加铺层的计算模型、控制指标以及设计级配,系统地对旧水泥道面上沥青加铺设计检验方法进行了研究和总结,为今后机场道面加铺沥青混凝土层设计和施工提供了参考依据。
【关键词】：复合式机场道面 沥青加铺层设计 有限元分析 温度场 温度应力场
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V351.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 机场道面及其加铺层研究现状10-13
• 1.2.2 机场道面沥青混凝土加铺层材料13-14
• 1.2.3 温度场分析14-15
• 1.3 研究的主要内容15-16
• 1.4 研究技术路线16-19
• 第二章 机场跑道加铺层道面结构力学响应19-51
• 2.1 机场跑道道面结构调研19-21
• 2.2 机场跑道沥青道面使用情况21-26
• 2.2.1 虹桥国际机场调查研究22-23
• 2.2.2 首都国际机场调查研究23-26
• 2.3 机场跑道沥青加铺层损坏类型与原因26-29
• 2.3.1 裂缝27-28
• 2.3.2 轮辙28-29
• 2.4 机场道面的结构形式29-30
• 2.5 机场道面结构的力学分析指标30
• 2.6 机场道面三维有限元模型30-41
• 2.6.1 飞机起落架参数30-32
• 2.6.2 有限元模型尺寸与边界条件32
• 2.6.3 机场跑道结构组合与材料参数32-34
• 2.6.4 最不利荷位分析34-40
• 2.6.5 不同类型的飞机荷载力学响应40-41
• 2.7 结构参数敏感性分析41-45
• 2.7.1 加铺层厚度的影响41-43
• 2.7.2 加铺层模量的影响43-45
• 2.8 轮辙分析45-47
• 2.9 层间的接触情况对荷载应力的影响47-50
• 2.10 本章小结50-51
• 第三章 沥青混合料设计51-69
• 3.1 SMA混合料的材料要求51-55
• 3.1.1 沥青结合料51-53
• 3.1.2 集料53-54
• 3.1.3 纤维54-55
• 3.1.4 高模量剂55
• 3.2 SMA目标配合比设计55-63
• 3.2.1 SMA沥青混合料的设计步骤56-59
• 3.2.2 矿料级配设计对比59-61
• 3.2.3 SMA最佳级配61-63
• 3.3 最佳沥青用量的确定63-65
• 3.4 沥青混合料性能检验65-67
• 3.5 本章小结67-69
• 第四章 温度场与温度应力69-89
• 4.1 机场道面结构的热交换69
• 4.2 传热学的基本理论69-73
• 4.2.1 温度场70-71
• 4.2.2 热传导71-72
• 4.2.3 热对流72
• 4.2.4 热辐射72-73
• 4.3 机场道面结构热参数73-76
• 4.3.1 道面材料的热物理系数73
• 4.3.2 道面表面的热交换系数73-74
• 4.3.3 太阳日总辐射74-75
• 4.3.4 道面近地空气温度75
• 4.3.5 地温的理论估计75-76
• 4.4 模型验证76-81
• 4.4.1 计算模型77-78
• 4.4.2 结果与分析78-81
• 4.5 温度应力分析81-87
• 4.5.1 道路结构温度应力计算理论81-83
• 4.5.2 温度应力有限元模型83-84
• 4.5.3 计算结果84-87
• 4.6 本章小结87-89
• 第五章 复合式机场道面设计检验89-103
• 5.1 检验依据89-90
• 5.2 计算参数90-94
• 5.3 设计流程94-95
• 5.4 实例分析95-100
• 5.4.1 道面结构和应力指标选取95-97
• 5.4.2 道面水泥混凝土层疲劳情况检验97-98
• 5.4.3 道面沥青混凝土层疲劳情况检验98-100
• 5.4.4 道面疲劳情况检验结果100
• 5.5 本章小结100-103
• 第六章 结论与展望103-105
• 6.1 主要结论103-104
• 6.2 创新点104
• 6.3 存在问题与研究展望104-105
• 参考文献105-111
• 致谢111-112
• 攻读硕士期间所获成果112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：561145