飛機單輪荷載作用下山區(qū)機場跑道道面道基動力響應研究.pdf

1、建設山區(qū)支線機場對于西部大開發(fā)、促進當?shù)芈糜蔚犬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展、優(yōu)化航空布局、實現(xiàn)地區(qū)協(xié)調發(fā)展等具有重大戰(zhàn)略意義，同時也是國防安全、維護邊疆地區(qū)安全穩(wěn)定以及搶險救災的重大需求。挖填交替的非均勻道基是山區(qū)機場跑道不同于普通機場的重要特征之一。高速移動的飛機荷載，在跑道道面和道基中產(chǎn)生不均勻動應力，是導致機場跑道道面產(chǎn)生工后不均勻沉降，影響跑道適航性的重要原因。開展飛機移動荷載作用下跑道動力響應分析具有重要意義。
　　針對山區(qū)機場跑道道基沿

2、飛機運行方向挖填交替的特點，本文基于沿跑道橫向Fourier變換，提出了適用于飛機移動荷載作用下山區(qū)機場跑道動力響應分析的半解析有限單元法，導出了相應的有限元列式，編制了有限元分析程序。在此基礎上，系統(tǒng)分析了飛機單輪荷載作用下飛機移速、道面結構形式、道基結構形式對于道面結構、道基土體中動應力的影響規(guī)律，得到以下主要結論:
　　(1)飛機移動速度、道面和道基結構形式對道面道基中的動應力影響明顯。單輪移動荷載作用下道面結構總體呈板彎曲

3、變形狀態(tài)，道基中的動應力以豎向受壓為主，剛性道面結構下附加動應力在土基中的影響深度約為5m。
　　(2)道面結構動應力各分量總體上隨荷載移速的增加而增大，但由于道面結構剛度大，彈性波速高，除飛機運行方向承受的縱向動應力外，其他動應力幅值改變不明顯。
　　a)飛機輪印前方道面層存在縱向拉應力區(qū)，其幅值在荷載移速為80m/s時可達到輪印壓應力的20％，在道面結構設計時應予以關注。
　　b)道面層縱向和橫向壓應力幅值相當，受

4、飛機移動速度的影響較小。從深度分析看，剛性道面面層由于剛度大起主要抗彎作用，縱向和橫向均呈現(xiàn)上層受壓下層受拉狀態(tài)?；鶎悠疠o助抗拉作用，其拉應力幅值相對較小;柔性道面則主要通過面層和基層聯(lián)合抗彎，面層以受壓為主，基層受拉為主，墊層輔助受拉。
　　c)道面層對輪印豎向壓力的傳遞具有很強的擴散作用，填方道基柔性道面結構底層的壓應力為輪印正壓力的3.1％，剛性道面底層的壓應力僅為輪印正壓力的1.2％。
　　d)填挖或者挖填交界非均勻

5、道基導致道面結構動應力集中，在1∶2的階梯界面結構條件下其影響范圍約為20m。其中對稱面內道面層剪應力幅值增加15％以上，輪載作用點前方道面層中縱向拉應力幅值最高可達填土道基形式的350％。
　　(3)不同于低速移動荷載作用下道基土體的心形動應力路徑，飛機單輪移動荷載作用下填土道基中動應力路徑呈帶畸角蛋形。填土體中動應力幅值隨移速增加而增大，動應力路徑蛋形的長軸逆時針旋轉。受道面結構剛度大和土體自身的阻尼作用影響，道基表層土體豎向