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        平整度劣化條件下機(jī)場(chǎng)復(fù)合道面力學(xué)特性分析

        2017-03-06 09:01:13朱杰濤馬俊鵬
        環(huán)球市場(chǎng) 2017年35期
        關(guān)鍵詞:分析

        朱杰濤 馬俊鵬

        中國(guó)民航大學(xué)

        1.道面結(jié)構(gòu)模型建立

        本文選取上海虹橋機(jī)場(chǎng)作為研究對(duì)象,應(yīng)用ABAQUS有限元軟件,結(jié)構(gòu)層參數(shù)及層間結(jié)合系數(shù)見(jiàn)表1。模型選取四塊水泥板,每塊板的尺寸為5m×5m,接縫寬度為0.01m,總的尺寸為10.01m×10.01m。接縫傳荷能力用虛擬材料來(lái)代替,彈模為50Mpa。邊界條件設(shè)置:在飛機(jī)滑行方向和垂直滑行方向約束道面結(jié)構(gòu)的水平位移。有限元模擬時(shí),連續(xù)模型層間采用綁定設(shè)置;接觸模型罰函數(shù)公式(Penalty)模擬,法向接觸采用“硬”接觸(Hard Contact)。機(jī)輪荷載參數(shù)見(jiàn)表2,荷載和接縫位置見(jiàn)圖1。

        2.受力分析

        按照[1]動(dòng)載系數(shù)求解公式,求解IRI=4時(shí)的綜合動(dòng)載系數(shù)為1.12,用有限元模擬劣化復(fù)合道面,提取數(shù)據(jù)進(jìn)行受力分析如下。

        2.1 水泥板應(yīng)力分析

        由于水泥板時(shí)主要的承重層,在復(fù)合道面劣化條件下,水泥板會(huì)受到較大的荷載沖擊,所以本文提取水泥板最大主應(yīng)力進(jìn)行力學(xué)分析,數(shù)據(jù)如下。

        由圖3可知水泥板底拉應(yīng)力全大于板頂壓應(yīng)力,其中何位4最大主應(yīng)力值最大,最大拉應(yīng)力為1.6Mpa,最大壓應(yīng)力為0.895Mpa,拉應(yīng)力時(shí)壓應(yīng)力的1.8倍,并且上下板最大拉壓應(yīng)力差最大。說(shuō)明當(dāng)荷載作用在接縫邊緣時(shí)是最不利的荷載位置。

        圖3 水泥板最大主應(yīng)力

        2.2 路表位移分析

        路表位移表示道面整體剛度特性,所以提取機(jī)輪下道面位移進(jìn)行分析。由圖4可知,幾種荷載作用下彎沉值走向一致,最大彎沉值產(chǎn)生在機(jī)輪下方。荷位1和何位4作用下路表反向彎沉值較大,道面容易產(chǎn)生翹曲,層間結(jié)合能力不足時(shí),在外界荷載和溫度作用下,容易產(chǎn)生開(kāi)裂等各種病害,使用壽命急劇降低。

        表1 復(fù)合道面結(jié)構(gòu)層參數(shù)

        表2 B737-800荷載參數(shù)

        圖1 機(jī)輪與接縫位置圖

        圖4 路表彎沉值

        2.3 層間剪應(yīng)力分析

        復(fù)合道面層間結(jié)合處是受力薄弱的環(huán)節(jié),所以本文選取層間最大剪應(yīng)力作為分析對(duì)象。提取各層間最大剪應(yīng)力如下圖5所示,由圖可以得出最大剪應(yīng)力產(chǎn)生在最上層底,依次第二第三加鋪層底剪應(yīng)力減小,且每層剪應(yīng)力在不同荷位狀態(tài)下變化很小,但水泥板頂最大剪應(yīng)力由于接縫的存在最大剪應(yīng)力值變化很大,水泥板頂最小剪應(yīng)力產(chǎn)生在荷位6處值為1.237Mpa,最大值產(chǎn)生在何位4處值為1.959,增加了53.4%,所以荷位4是受力最不利情況。

        圖5 各層間最大剪應(yīng)力

        3.結(jié)論

        水泥板底拉應(yīng)力大于板頂壓應(yīng)力,荷位4是最不利情況,容易產(chǎn)生各種破壞。荷位1、4產(chǎn)生較大翹曲,最大翹曲值產(chǎn)生在板邊處對(duì)板邊產(chǎn)生較大破壞。最大剪應(yīng)力產(chǎn)生在最上層瀝青板底,第二層第三層剪應(yīng)力依次減小,且各層剪應(yīng)力在不同荷位狀態(tài)下差值很小。水泥板頂剪應(yīng)力在荷位4處產(chǎn)生最大值,所以在復(fù)合道面加鋪設(shè)計(jì)時(shí)考慮不同荷位對(duì)道面受力影響。

        [1]董倩,基于航空器滑行剛性道面位移場(chǎng)的跑道承載力研究[D].天津:中國(guó)民航大學(xué),2013.

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