本發(fā)明屬于機(jī)場工程，特別涉及一種裝配式機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)適航性能預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空交通業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)場跑道的安全性和耐久性受到了越來越多的關(guān)注。裝配式機(jī)場跑道作為一種新型結(jié)構(gòu)，因其施工速度快、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被應(yīng)用。然而，裝配式跑道的特殊結(jié)構(gòu)形式，尤其是其接縫和層間結(jié)合狀態(tài)，對其承載性能和耐久性提出了新的挑戰(zhàn)。

2、現(xiàn)有的機(jī)場跑道適航性能評估方法主要是針對傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑式跑道設(shè)計(jì)，而對于裝配式跑道，這些方法可能無法準(zhǔn)確評估其性能。裝配式跑道的特殊性在于其道面板之間的接縫以及道面板與基層的結(jié)合狀態(tài)與現(xiàn)場澆筑式跑道存在明顯差異。現(xiàn)場澆筑式跑道道面板骨料間存在咬合力，因此兩個(gè)相鄰道面板通過傳力桿剛和骨料間的咬合力共同傳荷，而裝配式道面兩相鄰道面板則主要依靠連接件進(jìn)行傳荷。此外，現(xiàn)場澆筑式跑道在施工現(xiàn)場直接澆筑成型，混凝土在澆筑過程中會與基層形成一個(gè)整體，道面板與基層的結(jié)合較為緊密。相比之下，裝配式跑道的道面板則是預(yù)制后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行安裝，道面板與基層之間通常通過干連接的方式進(jìn)行裝配，例如使用預(yù)埋連接件進(jìn)行焊接或者通過功能層(如砂漿層或砂層)來實(shí)現(xiàn)連接，因此道面板與基層之間存在一定的隔離。因此，在不同施工工藝和材料的影響下，現(xiàn)場澆筑式跑道和裝配式跑道的道面板與基層的結(jié)合狀態(tài)體現(xiàn)出不同的特征，這些因素在很大程度上決定了跑道在飛機(jī)荷載作用下的變形行為。為了準(zhǔn)確預(yù)測裝配式機(jī)場跑道的適航性能，需要一種新的方法來評估其結(jié)構(gòu)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種裝配式機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)適航性能預(yù)測方法。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的裝配式機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)適航性能預(yù)測方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟：

3、1)系統(tǒng)空閑的s1階段：系統(tǒng)等待用戶指令，當(dāng)用戶發(fā)出進(jìn)行適航性能預(yù)測的指令后進(jìn)入s2階段；

4、2)判斷是否進(jìn)行適航性能預(yù)測的s2階段：系統(tǒng)根據(jù)用戶指令，判斷是否進(jìn)行裝配式機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)適航性能預(yù)測，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入s3階段；否則返回s1階段；

5、3)采集裝配式機(jī)場跑道接縫處應(yīng)變值的s3階段：在裝配式機(jī)場跑道上多條相鄰道面板的接縫處布置應(yīng)變傳感器，然后利用同一荷載施加方法對接縫處施加相同大小的荷載，同時(shí)利用應(yīng)變傳感器采集接縫處的應(yīng)變值；

6、4)對應(yīng)變值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的s4階段：計(jì)算步驟3)中采集的所有應(yīng)變值ε的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，然后將在正態(tài)分布假設(shè)下偏離均值超過3倍標(biāo)準(zhǔn)差的應(yīng)變值ε判斷為異常值并去除，之后統(tǒng)計(jì)去除異常值后應(yīng)變值ε的90％至98％分位數(shù)；

7、5)根據(jù)應(yīng)變值的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行道面板有效長度計(jì)算的s5階段：道面板有效長度lva的計(jì)算公式為：

8、lva＝ηlre

9、式中：lre是道面板實(shí)際長度，在實(shí)際工程中取值為4.5m或5.0m；η為道面板有效長度系數(shù)，通過下式進(jìn)行計(jì)算：

10、

11、式中：εtest為道面板接縫處的實(shí)測應(yīng)變值；εmax為道面板接縫處可承受的最大應(yīng)變值，根據(jù)道面適航需求取步驟4)中獲得的去除異常值后應(yīng)變值ε的90％-98％分位數(shù)；

12、6)根據(jù)道面板有效長度及道面幾何參數(shù)計(jì)算工況系數(shù)的s6階段：通過下式計(jì)算工況系數(shù)γ：

13、γ＝t2/k2-1

14、式中：k為土基的反應(yīng)模量，可通過土工試驗(yàn)獲得；t為道面板在溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生的水平方向溫度力，通過下式計(jì)算得到：

15、t＝σxbhre

16、式中：b為道面板寬度，一般取4.5m或5m；hre為道面板厚度；σx為道面板在降溫過程中受到的水平方向的溫度應(yīng)力，通過下式計(jì)算得到：

17、

18、式中：αv為熱膨脹系數(shù)；e為道面板的楊氏模量；tv為道面板與土基上表面的溫度差；lre為道面板實(shí)際長度，在實(shí)際工程中取值為4.5m或5.0m；lva為道面板有效長度；ζ的值由下式計(jì)算得到：

19、

20、式中：cx為地基水平阻力系數(shù)，可通過土工試驗(yàn)獲得；

21、7)判斷工況系數(shù)是否等于0的s7階段：判斷步驟6)獲得的工況系數(shù)γ是否等于0，若工況系數(shù)γ等于0，則進(jìn)入s9階段；若工況系數(shù)γ不等于0，則進(jìn)入s8階段；

22、8)判斷工況系數(shù)是否大于0并根據(jù)工況系數(shù)定義工況類型的s8階段：判斷步驟6)獲得的工況系數(shù)γ是否大于0，若工況系數(shù)γ大于0，則進(jìn)入s10階段；若工況系數(shù)γ小于0，則進(jìn)入s11階段；然后將工況系數(shù)γ＝0的情況定義為工況一，將工況系數(shù)γ>0的情況定義為工況二，將工況系數(shù)γ<0的情況定義為工況三；

23、9)計(jì)算工況一中設(shè)計(jì)飛機(jī)荷載作用下道面板變形量的s9階段：根據(jù)機(jī)場跑道設(shè)計(jì)階段選用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的荷載作用和道面結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算工況一中修正標(biāo)準(zhǔn)荷載下道面板上任意一點(diǎn)的變形量yde，公式為：

24、

25、式中：為道面板柔性系數(shù)；x為道面板上任意一點(diǎn)到道面板中點(diǎn)位置處的距離；為道面板的截面慣性矩；pva為機(jī)場跑道設(shè)計(jì)階段選用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的荷載作用；ci為待定系數(shù)，其中i＝1、2、3、4，通過求解下列方程組獲得：

26、

27、式中：yl為道面板中點(diǎn)位置處的位移，其值可取0；θ0為道面板中點(diǎn)位置處的轉(zhuǎn)角，其值可取0；ml為道面板中點(diǎn)位置處的彎矩，其值可取0；q0為道面板中點(diǎn)位置處的剪力，其值可取-pva/2；

28、10)計(jì)算工況二中設(shè)計(jì)飛機(jī)荷載作用下道面板變形量的s10階段：根據(jù)機(jī)場跑道設(shè)計(jì)階段選用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的荷載作用和道面結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算工況二中修正標(biāo)準(zhǔn)荷載下道面板上任意一點(diǎn)的變形量yde，公式為：

29、

30、其中λi通過下式進(jìn)行計(jì)算，i＝1,2,3,4：

31、

32、待定系數(shù)ci通過求解下列方程組獲得，其中i＝1,2,3,4：

33、

34、11)計(jì)算工況三中設(shè)計(jì)飛機(jī)荷載作用下道面板變形量的s11階段：根據(jù)機(jī)場跑道設(shè)計(jì)階段選用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的荷載作用和道面結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算工況三中修正標(biāo)準(zhǔn)荷載下道面板上任意一點(diǎn)變形量yde，公式為：

35、

36、待定系數(shù)ci通過求解下列方程組獲得，其中i＝1、2、3、4：

37、

38、12)考慮層間結(jié)合狀態(tài)對上述三種工況下的道面板變形量進(jìn)行修正的s12階段：首先通過現(xiàn)場檢測試驗(yàn)或試驗(yàn)室檢測試驗(yàn)獲得裝配式跑道的道面板與基層的粘結(jié)強(qiáng)度σp以及常規(guī)剛性跑道的道面板與基層的粘結(jié)強(qiáng)度σr，進(jìn)而對荷載作用下裝配式跑道的道面板變形量進(jìn)行修正，修正后的道面板變形量為：

39、yd＝δ·yde

40、式中：yd為考慮層間結(jié)合狀態(tài)的修正后的道面板變形量；δ為考慮層間結(jié)合狀態(tài)的道面板變形修正系數(shù)，通過下式計(jì)算得到：

41、δ＝σp/σr

42、將考慮層間結(jié)合狀態(tài)的道面板最大變形量記作ydmax；

43、13)檢測裝配式機(jī)場跑道的道面板實(shí)際變形量的s13階段：通過在道面板上布置傳感器的方式來檢測在飛機(jī)起飛過程中，每次在飛機(jī)荷載作用下道面板的最大變形量yrei，其中i＝1,2,3……；

44、14)計(jì)算道面結(jié)構(gòu)適航性能系數(shù)的s14階段：根據(jù)步驟12)獲得的考慮層間結(jié)合狀態(tài)的道面板最大變形量ydmax、步驟13)獲得的道面板的最大變形量yrei以及飛機(jī)交通量，計(jì)算道面結(jié)構(gòu)適航性能系數(shù)，公式為：

45、

46、式中：nde為跑道累計(jì)設(shè)計(jì)作用架次，若跑道設(shè)計(jì)建設(shè)階段無該參數(shù)，可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

47、nde＝s×q

48、式中：s為跑道設(shè)計(jì)使用年限；q為年設(shè)計(jì)飛機(jī)交通量；

49、15)判斷道面結(jié)構(gòu)性能是否滿足適航要求的s15階段：根據(jù)步驟14)獲得的道面結(jié)構(gòu)適航性能系數(shù)來判斷道面結(jié)構(gòu)性能是否滿足適航要求，若道面結(jié)構(gòu)適航性能系數(shù)判斷為道面結(jié)構(gòu)性能滿足適航要求，返回s13階段；若道面結(jié)構(gòu)適航性能系數(shù)判斷為道面結(jié)構(gòu)性能不滿足適航要求，進(jìn)入s16階段；

50、16)向用戶發(fā)送道面結(jié)構(gòu)性能報(bào)警信號的s16階段：將步驟14)獲得的道面結(jié)構(gòu)適航性能系數(shù)的具體數(shù)值發(fā)送給用戶，警告用戶道面結(jié)構(gòu)性能已不能滿足適航要求并反饋道面板的位置及歷史變形參數(shù)；

51、17)判斷是否結(jié)束道面適航性能預(yù)測的s17階段：根據(jù)用戶需求指令判斷是否結(jié)束道面適航性能預(yù)測：若判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入s18階段；否則返回s13階段；

52、18)輸出道面適航性能預(yù)測報(bào)告的s18階段：輸出整個(gè)預(yù)測區(qū)域的道面適航性能預(yù)測報(bào)告，包括是否滿足適航需求的道面區(qū)域劃分、各道面板的適航性能系數(shù)的具體數(shù)值、各道面板的歷史變形數(shù)據(jù)及道面板結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，至此完成整個(gè)預(yù)測過程。

53、在步驟3)中，所述荷載包括落錘式彎沉儀施加的沖擊荷載、起降階段的飛機(jī)荷載以及重載卡車的移動荷載；對于中大范圍的裝配式機(jī)場跑道適航性能預(yù)測，實(shí)測接縫處的應(yīng)變值不少于200組數(shù)據(jù)，對于小范圍的裝配式機(jī)場跑道適航性能預(yù)測，實(shí)測接縫處的應(yīng)變值不少于100組數(shù)據(jù)。

54、本發(fā)明提供的裝配式機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)適航性能預(yù)測方法可實(shí)現(xiàn)對裝配式機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)適航性能的定量預(yù)測，特點(diǎn)是能夠綜合考慮裝配式跑道的接縫傳荷能力和層間結(jié)合狀態(tài)，通過實(shí)測數(shù)據(jù)和理論計(jì)算相結(jié)合的方式，對跑道結(jié)構(gòu)的變形量進(jìn)行預(yù)測，并據(jù)此評估跑道結(jié)構(gòu)的適航性能。此外，該方法還能夠根據(jù)用戶的需求提供定制化的預(yù)測報(bào)告，為機(jī)場管理者提供科學(xué)的決策依據(jù)。