基于多层弹性力学理论的机场跑道结构
大型飞机荷载作用下站坪结构对地基土附加应力的影响分析
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跑 道地基 土 附加 应 力 分 析 。本 文 在 前人 的基 础 上 ，
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ４—０ ３
作者简介 ：郭
通 （ １ ９ ８ ９一） ，男 ，江西吉安人。硕士研究生 ，主要
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从事岩土体 力学 特性 与岩 土工 程的研 究 工作 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ：
为 了保 证飞 机 的安 全行 驶 ，作 为 与飞 机直 接 接 触 的站坪 结构层 ，必 须具 有 足够 的 强度 及 一定 的 刚 度 、良好 的抗滑 性 能及 平整 度 。站 坪结 构 直接 置 于
地基土上 ，地基 土受 力 变形 后 ，对 站 坪结 构 的影 响
荷载作用 下 的刚度 及厚 度 变化 对 土基 内 附加应 力 的 影响 ，并 得 出相 应 的结 论 ，为 机场 站 坪沉 降 及道 面 设计提供 参考 。
作 了详尽 的阐述 。机场 站 坪 的设 计 ，通 常借 鉴 道路
路 面结 构 的设 计 方法 。 目前 ，关 于站 坪道 面 结 构层 的应力 及应变 计算 研 究较 多 ，如潘 伟 兵 等… 利 用 弹 性层状 理论 ，对 高速公路路 面变形 特征进 行 了研究 ； 魏道新 进行 了多 轮荷 载 作用 下 的沥 青 道 面结 构 响 应敏感 性分 析 。但 是 ，对 于 飞 机荷 载 作 用下 引 起 的 土基 附加应力 的研 究 还很 少 。汤 连生 等 进 行 了 交 通荷 载层状路 基 的动 附加 应 力 的弹 性模 型计 算 ； 呙 润华 等 研 究 了中小 型飞 机荷 载 作用 下 的场 道 附 加
１ 计算理论 及计算模 型
机场跑道多层介质的侵彻力学特性分析
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图 １ 弹体 斜 侵 入 时 的 力 学分 析 模 型
［ 收 稿 日期 ］ ２ ０ １ ５— ０ ５ １ ０
［ 基 金 项 目］ 国 家 自然 科 学 基金 项 目 （ ５ １ ４ ０ ８ ０ ５ ７ ） ；长 江 大 学 教学 研 究项 目 （ Ｊ Ｙ ２ Ｏ １ ４ Ｏ １ ４ ） ；长 江 大 学长 江 青 年人 才 项 目 （ ２ ０ ０ ５ ｃ ｑ ｒ ０ ６ ） 。 ［ 作者简介］余艳华 （ １ ９ ８ ２ ） 女 ，博 士 ，讲 师 ，现 主 要 从 事 结 构 动 力 特 性 和 交 通 土 建 方 面 的 教 学 与 研 究 工 作 ； Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｓ ｙ ｈ ９ １ ６ ＠ 来自１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｉ ｎ。
第 １ ２卷 第 ２ ５期
余 艳 华 ：利 ｌ 场挹遁多层 ｊ ｒ Ｉ 贞的侵 力 学 特 性 分 析
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［ 中图分类号］Ｔ Ｕ２ ４ ８ ． ６
［ 文献标志码］Ａ
［ 文章编号］１ ６ ７ ３ —１ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ５ ）２ ５ —０ ０ ５ ８— ０ ４
空军航 空兵 的作 战 、训练 、演 习和 一切 战备 活动 都离 不 开 机场 ，机场 的安 危具 有 极 大 的 战 略意 义 。 动 能侵 彻 弹主要 依靠 自身 动能 侵入 跑道 内部爆 炸 ，完 成对 跑道 的毁 伤功 能 ，侵彻 弹 的炸点深 度 和炸 点 姿 态 直接 影 响其对 跑道 的毁 伤效 果 。而机 场跑 道是 由多 层介 质构 成 的 ，弹体 对 跑道 的侵彻 是 一个 动能 弹侵 彻 不 同厚度 多层 靶板 的问题 。机场 跑道 的结 构具 有特 殊性 ，这类 军 事 目标 的防护 能力也 在不 断 的加 强和 提 高 ，认识 并掌 握动 能侵 彻弹 对此 多层 介质 构成 目标 的侵 彻规 律 ，进一 步提 高动 能侵 彻弹对 这 类 目标 的 侵 彻 能力 和毁伤 效能 成 为现代 战争 急需 解决 的 问题 。
基于地面力学理论的机场缓冲地带设计方法
１ ２ 飞机 受 力分析 ．
当前 、 主起 落架 均压 入 拦 阻砂 中时 ， 根据 能量 守恒 定律 ， 阻 砂 作用 在 飞 机 上 的 阻力 所 作 的 功就 是 把 飞 拦
基 于 地 面 力 学 理 论 的 机 场 缓 冲 地 带 设 计 方 法
朱剑 飞 ， 良才 李光元 邵 斌 王海服 季正红 韩夏 冰４ 蔡 ， ， ， ， ，
（． １ 空军工程大学 工程学 院 ， 西 陕 军机场营房处 ， 浙江 杭州 西安 ７ ０ ３ ；． １０ ８ ２ 中航第 三工程总 队 ， 苏 江 成都 南京 ２ ０ ０ ； ． 京军 区空 １０ ０ ３ 南 ３ ００ ；． １０ ８ ４ 空军第八空 防工 程处 ， 四川 ６００ ） １０ ０
摘要
针对 机场 缓 冲地 带 的设 计 ， 过建 立飞 机 机 轮 一阻机 砂 堤 的力 学分 析 模 型 ， 用 地 面 力 通 运
学理 论 ， 采用 Ｂ ｋ ｅ 承压 模 型和 Ｊｎ ｓ 剪 切模 型 ， ｅｋｒ ａｏｉ 结合 实 际应 用 中机 轮 所 受 的水 平 阻力 应 符合
起 落架 的设 计 范 围 ， 导 出阻机砂 堤 设计 公 式 ， 推 总结 了缓 冲地 带的几 何设 计 要 求 和设 计 步骤 ， 最
收 稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ０—１ ２ 基金项 目： 陕西省 自然科学基金资助项 目（ Ｊ８ ：０ Ｓ０ Ｅ １ ） 作者简介 ： 朱剑 飞（ ９ ３一）男 ， １８ ， 福建莆 田人 ， 硕士生 ， 主要从 事机场规划与设计研 究 ． Ｅ—ｍ ｉ：０ ２６ ３ ４ Ｑ ｃｎ ａｌ１３ ８ １ １＠Ｑ ．ｏ
某机场跑道构型研究
某机场跑道构型研究【摘要】随着民航强国战略的实施，民航业吞吐量逐年攀升，对基础设施建设的需求日益增长，国内各大机场纷纷进入了多跑道系统的规划设计阶段。
目前关于多跑道系统的规划国内尚无成熟的规范，本文通过对某机场跑道构型的研究过程的总结、梳理，得出多跑道系统规划需要注意的相关问题，仅为对类似项目的规划建设提供参考。
【关键词】跑道构型城市规划1引言某机场位于某市新区的规划范围内，使得新区具有了便捷的对外交通渠道，成为新区发展的巨大优势。
以机场为核心打造区域性的枢纽是提升新区区域辐射能力的重要措施。
做好机场规划，与城市协调发展成为各方共同关注的问题。
跑道构型是机场规划的核心和骨架，直接决定了机场的终端容量，是机场其他规划实施的基础。
因此，有必要对某机场的跑道构型进行深入研究，以满足机场与城市的发展共生、互利。
2某机场现状及规划某机场位于城市以北的新区范围内，是省域综合交通运输体系中的重要组成部分。
现有设施按满足年旅客吞吐量1000万人次设计，飞行区指标为4E，建有1条长4000m、宽45m的跑道，1条与其等长的平行滑行道；航站楼面积约8.8万m2，货运库面积约1万m2。
根据机场2006版总体规划，第二跑道位于现跑道东侧2000m处，第三跑道位于第二跑道东侧760m处3机场周边条件介绍根据新区总体规划，某机场规划的可用地范围位于纬一路以北、经七路以西、北绕城快速路以南的区域。
纬一路以南、经七路以东区域已经是新区的建设区，建设区目前内已经有较多的建筑物高度超出2006版机场总体规划要求的净空障碍物限制面。
纬一路距离现跑道南端头约1120m，北绕城快速路距离现跑道北端头约2620m，经七路距离现跑道最近处距离约3225m。
在机场的规划预留用地范围有一条国家输油管道通过，距离现跑道最近处距离约1850m。
现跑道西侧为高低起伏的山丘，高出现跑道约约100m，现跑道东侧至经七路之间的区域地势较为平坦，北高南低、南北向坡度约7‰，东西高、中间低，东西向坡度约3%。
某机场跑道构型方案研究
某机场跑道构型方案研究摘要：随着航空运输业的蓬勃发展和民众航空需求量的日益增长，我国部分区域性枢纽机场及干线机场相继进入了改扩建阶段。
在机场的规划扩建中，跑道构型是机场运行模式、终端发展潜力的决定性影响因素，并关系到航站区构型的确立和综合交通的设置。
本文根据规划目标要求，在综合考虑某机场跑道使用方式、风力负荷、噪声影响、现状地物影响、征地范围、与城市总体规划融合性等诸多因素的基础上，对某机场平行、侧向等不同的跑道构型方案进行比选，阐述了机场跑道构型规划布局的研究思路，为其他机场项目提供参考。
关键词：跑道构型方案比选跑道间距1 引言为满足我国空中交通流量的不断增长，缓解机场终端区的交通压力，许多机场开始进行多跑道的设计和应用。
机场跑道构型直接决定了机场的规模及空侧容量，因此其规划方案的研究显得尤为重要。
本文以某机场扩建平面方案为例，梳理了机场跑道构型规划布局的研究思路。
2 机场概况某机场战略定位为区域枢纽、对外开放的门户、综合交通枢纽、旅游机场。
该机场飞行区等级为4E，机场标高为43.74m。
机场现有一条3400m的跑道，跑道主降方向为由南向北。
2018年该机场旅客吞吐量已超过1300万人次，年运输起降架次已超过10万架次，正式跨入繁忙机场行列。
此机场航空业务量已经远远超过2011版批复总体规划中近期目标年的预测值（2020年1200万人次），机场现有设施容量已经饱和，2011版总体规划已不适合指导机场下阶段建设，有必要进行修编。
图1 某机场现状图3 场址基本建设条件3.1自然环境机场位于市区北侧，距城市边缘约7km。
机场东侧有支流穿过，距现状跑道约7km。
北侧为丘陵地貌。
西侧有山脉，现跑道正西最高点海拔高度约为207m，跑道距山脚边缘约1.1km。
图2 机场周边区域现状规划条件示意图3.2限制性人工因素机场跑道构型的限制性人工因素主要为工业建（构）筑物、住宅和村落。
工业建（构）筑物大部分集中在机场东侧包括：办公楼、综合保税区厂房、电厂及架空220KV高压输电线和输煤轨道专用线。
弹性力学在航空工程中的应用
弹性力学在航空工程中的应用弹性力学（Elasticity）是研究固体材料在外力作用下产生的形变、应力分布和变形能量的学科，它在航空工程领域有着广泛的应用。
航空工程涉及到飞机结构、材料力学性能、飞行稳定性等方面的问题，弹性力学的理论和方法为解决这些问题提供了重要的支持。
本文将从材料弹性力学性质、飞机结构设计、疲劳性能等几个方面，探讨弹性力学在航空工程中的应用。
一、材料弹性力学性质航空工程所使用的材料通常需要具备良好的弹性力学性质，以确保飞机在受到外界力作用时能够保持结构的稳定性和安全性。
弹性力学理论提供了计算材料应力-应变关系的基础，这对于选材和设计合适的飞机结构至关重要。
例如，弹性模量（Elastic Modulus）是衡量材料刚度的参数，它越大代表材料越坚硬，可以在受到载荷时保持更好的形状稳定性。
同时，泊松比（Poisson's Ratio）也是材料弹性力学性质的一个关键指标，它描述了材料在拉伸过程中的横向收缩情况。
航空工程师通过对材料弹性力学性质的研究，能够选取合适的材料，确保飞机的结构符合设计要求。
二、飞机结构设计弹性力学理论在飞机结构设计中具有重要的应用价值。
航空工程师需要通过合理的结构设计和强度计算确保飞机在飞行过程中的结构稳定性和安全性。
弹性力学理论为航空工程师提供了计算复杂结构的应力和变形分布的方法。
根据不同的受力情况和结构要求，可以使用不同的弹性力学理论模型，如梁理论、板理论和壳理论等，来进行结构分析和设计计算。
通过这些分析和计算，航空工程师能够优化结构设计，提高结构的强度和稳定性。
三、疲劳性能疲劳是航空工程中一个非常重要的问题，特别是在飞机所受到的循环载荷下，结构需要长时间保持稳定性和安全性。
弹性力学理论可以用于预测材料和结构在长时间循环载荷下的疲劳寿命和疲劳损伤。
通过分析材料的疲劳性能和疲劳寿命，航空工程师可以选择更好的材料，并且在结构设计中考虑到疲劳因素，以保证飞机在长时间运行过程中的可靠性和安全性。
杭州亚运会主场跑道构造
杭州亚运会主场跑道构造
杭州亚运会主场跑道的构造主要包括以下几个方面：
1. 跑道表面：通常采用合成材料或橡胶材料作为跑道的表面，以提供较好的弹性和抓地力，保证运动员的跑步稳定性。
常见的材料有橡胶跑道和塑胶跑道。
2. 内层结构：为了增加跑道的弹性和减震效果，通常在跑道下方设置一层适当的松土层或合成材料层，称为内层结构。
这一层可以减少运动员的受力，降低受伤的风险。
3. 支撑层：为了支撑跑道的表面和内层结构，需要设置一层坚硬的支撑层。
这一层通常由混凝土或沥青等材料构成，以确保跑道的平整和稳定。
4. 排水系统：跑道需要具备良好的排水系统，以确保在雨水或其他水源的情况下，能够迅速排水，避免积水对运动员造成影响。
一般会在跑道的边缘设置排水沟或管道，将水分导向周围的排水系统。
5. 安全设施：为了保障运动员的安全，跑道周围通常会设置防护栏、警示标示和急救设备等安全设施，以应对意外事故的发生。
以上是杭州亚运会主场跑道的一般构造，具体的构造方式可能会因地域、场地条件等因素而有所不同。
飞机跑道工程的地下结构设计与建设
飞机跑道工程的地下结构设计与建设一、引言随着航空运输的不断发展，飞机跑道作为航班起降的关键设施，其设计与建设成为航空工程中重要的一环。
在飞机跑道建设中，地下结构的设计与建设尤为重要，它对跑道的稳定性、安全性以及使用寿命产生着重要影响。
本文将就飞机跑道地下结构的设计与建设进行分析与探讨。
二、飞机跑道地下结构的作用飞机跑道地下结构的设计与建设对于跑道的性能和使用寿命有着重要影响。
其中，主要包括以下几个方面：1. 流水线排水系统：地下结构需要设计和建设一套完备的排水系统，以确保跑道排水通畅。
排水系统应考虑到气候情况，地形地势以及降雨量等因素。
2. 强化路基：地下结构需要提供稳定的支撑和强度，以抵御飞机的起降冲击和飞行荷载。
对于复杂地质条件的地区，需要对地下结构进行加强，以提高承载能力。
3. 防灾设施：飞机跑道地下结构还需要设计和建设一系列的防灾设施，如防洪排涝系统和抗地震措施等，以提高飞机跑道在自然灾害发生时的适应性和抵抗力。
三、飞机跑道地下结构设计的要求为确保飞机跑道地下结构的稳定性和安全性，设计时需要满足以下几个要求：1. 路基设计与建造：地下结构需要经过合理的路基设计和施工，以满足飞机起降的需求。
在设计时应考虑地质条件、地形地势以及气候等因素，选择合适的路基结构和施工方法。
2. 压实度与排水性：地下结构的压实度和排水性是保证跑道使用寿命和安全性的关键因素之一。
使用合适的压实设备和方法，确保地下结构的密实度和排水性，以提高跑道的质量。
3. 材料选择与施工质量控制：在地下结构的设计与施工中，应选择合适的材料，并对施工过程进行严格控制，以确保地下结构的稳定性和可靠性。
对于材料的选择和施工质量的控制，需要严格遵守相关标准和规范。
四、飞机跑道地下结构建设的技术难题在飞机跑道地下结构的设计与建设过程中，还存在一些技术难题需要解决。
其中，主要包括以下几个方面：1. 地质条件的复杂性：不同地区的地质条件各不相同，有的地区存在软弱层、碎屑岩等地质问题，对地下结构的设计与建设提出了更高的要求。
机场跑道荷载环境模拟研究
机场跑道荷载环境模拟研究随着现代航空技术的不断进步，机场跑道的安全性也成为了一个备受关注的问题。
作为飞机起降的基础，机场跑道的荷载环境模拟研究日益受到关注。
本文将为大家介绍机场跑道荷载环境模拟研究的背景、方法和应用前景，以期能够为相关领域的研究提供一些参考。
一、背景机场跑道荷载环境模拟研究源于对机场跑道荷载特性的深入认识和分析。
机场跑道作为飞机起降的基础，其质量和稳定性直接影响着飞机的安全性和航班正常运营。
因此，对机场跑道的荷载环境进行研究一直是航空领域中不可或缺的一个环节。
机场跑道荷载环境主要包括飞机的轮胎荷载、温度和湿度、降雨和积雪等因素。
其中，飞机的轮胎荷载是影响机场跑道热应力和静荷载的最重要因素。
因此，对于机场跑道荷载环境的研究，必须深入分析和计算飞机在起飞、滑行和着陆等状态下的荷载特性，以期预测出不同飞机型号、起降重量和速度等因素对机场跑道的影响。
二、方法机场跑道荷载环境模拟研究主要采用数值计算方法和实验验证相结合的方式。
其中，数值计算方法主要包括有限元法和多体系统动力学模型等。
（一）有限元法有限元法是机场跑道荷载环境模拟研究中最常用的数值计算方法。
该方法采用数学模型对机场跑道结构进行建模，在加入飞机的轮胎荷载、温度和湿度等因素后，采用计算机程序进行计算模拟。
具体而言，有限元法首先将机场跑道结构分割为若干小单元，再将这些小单元按照一定的方式组装起来。
随后，根据飞机起飞、滑行和着陆等状态下的荷载特性，采用材料力学和结构力学等知识，计算出机场跑道受力状态和应变分布等参数。
最后，通过对这些参数进行分析比较，得出机场跑道的稳定性和安全性评价结果。
（二）多体系统动力学模型多体系统动力学模型是另一种常用的机场跑道荷载环境模拟研究方法。
该方法采用运动学和动力学等知识，对机场跑道、飞机和地面等物体的运动进行建模和计算，并利用计算机程序模拟出机场跑道荷载环境。
具体而言，多体系统动力学模型首先将机场跑道、飞机和地面等物体分别建模，并考虑它们之间的运动关系。
飞机跑道下部结构工程施工设计方案
飞机跑道下部结构工程施工设计方案1. 引言本文档旨在提供飞机跑道下部结构工程施工设计方案。
该方案将确保跑道下部结构的建设符合相关标准和规范，以确保跑道的安全和可靠性。
2. 工程概述本工程的目标是设计和建设一条符合国际航空协会（ICAO）和民航局的要求的飞机跑道下部结构。
工程包括以下主要工作内容：2.1. 土方开挖和平整2.2. 跑道基底材料选择和铺设2.3. 跑道排水系统设计和施工2.4. 飞机跑道下部结构的混凝土搅拌、浇筑和抹面2.5. 相关设备和辅助设施的安装和调试3. 施工步骤3.1. 土方开挖和平整根据设计要求，进行跑道下部结构的土方开挖和平整工作。
确保土壤质量符合要求，并做好相关记录和检测。
3.2. 跑道基底材料选择和铺设根据设计要求，选择适当的基底材料，并进行铺设。
确保基底层的密实度和稳定性，以提供良好的支撑和承载能力。
3.3. 跑道排水系统设计和施工根据设计要求，设计和施工跑道的排水系统，包括排水沟、排水管道等。
确保雨水能够迅速、有效地排除，防止积水对跑道的影响。
3.4. 飞机跑道下部结构的混凝土搅拌、浇筑和抹面根据设计要求，进行混凝土的搅拌、浇筑和抹面工作。
确保混凝土的质量和强度，以提供稳定的跑道结构。
3.5. 设备和辅助设施的安装和调试根据设计要求，安装和调试相关设备和辅助设施，如灯光、通信设备等。
确保设备和设施的正常运行，以提供一流的跑道服务。
4. 安全措施在施工过程中，要严格落实相关安全措施，确保工人和施工现场的安全。
所有工作人员必须按照相关规定佩戴个人防护装备，并参与必要的安全培训。
5. 质量控制在施工过程中，要实施有效的质量控制措施，包括质量检查、验收和监测。
任何质量问题都应及时发现并采取纠正措施，确保工程质量符合要求。
6. 环境保护施工过程中要合理管理和利用资源，避免对环境造成污染。
合理处理废弃物，确保施工现场的清洁和整洁。
7. 总结本文档提供了飞机跑道下部结构工程施工设计方案的概述。
军用机场道面构造对道面抗滑性能影响分析
军用机场道面构造对道面抗滑性能影响分析摘要：本文基于道面抗滑构造模型中的关键参数对抗滑性影响的特点，分别进行了不同构造参数（槽宽b、槽深h、槽间距D、凸体棱角倒角θ）对道面摩擦系数影响的研究,进一步验证和分析了这些不同参数对道面摩擦系数影响的规律。
不仅为提高机场道面抗滑性能施工起到指导意义，同时提供一种科学甄别和准确判定道面使用功能的安全可靠性的方法，减少飞机冲出跑道、偏出跑道而造成各类严重事故的可能。
关键字：军用机场，安全起降，道面抗滑，构造参数0引言机场道面作为机场建设中最为重要的基础设施之一，是保障飞机安全起降、滑行与可靠停放使用的重要设施。
军用机场通常位于较偏僻区域，道面环境相对复杂，由于军用机场的特殊性，飞机类型繁多，飞行任务频繁且紧急，对于机场道面有着更高的要求。
为了满足飞机安全起降和滑行的需要，场道结构在保持足够承载能力的同时，其道面表面的抗滑性等功能性指标必须保障飞机安全可靠的运行要求。
然而，随着道面服役期的延长，道面状态变化的积累也使得许多性能逐渐降低而不能满足安全可靠的要求；为此，如何科学甄别和准确判定道面使用功能的安全可靠性，已经成为机场设施保障和建设管理部门所面临的困难和艰巨任务。
1国内外研究现状目前，国内外对于道面抗滑性的研究多着力于对其检测与评价方法展开研究的，大多都是从检测设备的改进和检测结果的表达方法着手。
而对于道面表层构造对抗滑性影响规律的研究，也多是通过研究提高道面表层粗糙度的尝试性改进，以图提高道面的抗滑性。
在道面抗滑性与其他因素之间的影响规律方面，人们也开展了一系列研究，但尚不能揭示道面构造参数对抗滑性影响的科学规律，特别是缺乏其量化表达关系。
2影响道面抗滑性能的构造参数及机理分析为充分揭示水泥混凝土道面表面构造对其抗滑性影响的客观规律，需要通过研究道面摩阻与宏观构造的特征（形状、角度等）和粗观构造凸出体形状尺寸之间的关系，以及这些构造在不同滑移速度情况下的摩擦系数，从而构建其可量化分析的构造模型。
机场滑行道桥双孔箱涵结构地震力计算
机场滑行道桥双孔箱涵结构地震力计算高学奎【摘要】机场内的构筑物有其一定的特殊性,国内外尚未见对机场工程地下结构抗震问题的研究。
介绍了一种适用于软土浅埋地下结构的抗震设计计算方法,并将该方法应用于某机场下穿通道工程刚构结构的地震力计算。
分析表明,机场飞行区内的刚构结构具有较好的抗震能力,刚构结构将成为机场地下通道工程有竞争力的解决方案。
%Airport structures have certain professional particularity. Currently there is no seismic effect research on the underground structure of the domestic and international airport project. The calculation method of seismic force on the shallow-buried structure in the soft soil is introduced in detail in the article, which is firstly applied to calculate the rigid-frame in the airport project. The results show that the seismic capability of the rigid-frame structure in the airfield area of airport is very well. And the rigid-frame structure becomes recently a competitive solution for the airport under,round proiect.【期刊名称】《辽宁省交通高等专科学校学报》【年(卷),期】2012(014)004【总页数】4页(P9-12)【关键词】机场工程;地下结构;刚构;地震力【作者】高学奎【作者单位】中国民航机场建设集团公司,北京100101【正文语种】中文【中图分类】TU311.31 引言随着我国经济的发展，城市交通越来越繁忙，公路、铁路、航空等各种交通方式迅速发展。
基于地面力学理论的机场缓冲地带设计方法
图 4 3、4级机场缓冲地带示意图 F ig. 4 Th ird- degree and fourth- deg ree a irport
buffer ing zone ske tch m ap
2 3 确定缓冲地带总长度 按所飞机型和所用跑道长度, 根据使用机场的实际地形情况, 计算出该机型冲出跑道的距离和概率, 确
( 10)
理论和实验研究均表明, 土壤条件是影响机轮受力的主要参数之一, 特性参数大多可通过试验或测量得
到, 在理论研究中, 一些参数受实验条件所限难以获得, 通常根据已知的土壤物理与力学特性参数参照与其 相近的其它土壤的参数选定 [ 7] 。
1 4 阻机砂堤计算公式
飞机受到拦阻时可能出现 2种情况: 飞机刹车失灵, 前起落架和主起落架都处于滚动状态; 飞机刹
1 力学模型
1 1 假设条件
由于飞行员在飞机着陆时操纵不当导致延缓接地或者由于飞机机械故障导致着陆滑跑时刹车装置失灵
或阻力伞不能放出或者在起飞滑跑过程中因此而临时决定中断起飞而不能刹车等情况, 跑道长度会不够用 而使飞机冲出跑道。飞机初始冲入拦阻砂时, 前、主起落架均压入拦阻砂中, 共同受拦阻砂的拖滞力作用而 减速停止 [ 2] 。由于飞机起落架单轮与多轮的计算形式相似, 本文只以单轮形式来计算。相比砂子的刚度,
拦阻砂产生的阻力、支持力、砂承载力系数、机轮直径
和压入深度的函数关系。
1 3 2 1 阻力分析。
飞机在土质区上滑行时, 机轮会受到较大的滚动 阻力。当不变形的刚性轮在土质区的表面运动时, 刚
性轮与土表面的受力情况见图 1。图中 PK 为轮荷载, F 为水平牵引力。轮子压入土中的深度为 h1, 可恢复 的变形为 h2。这样, 轮子通过以后, 土 表面的轮辙深 度为 H = h1 - h2。 qz 为在深度 z 处, 土作用在轮缘单位 面积上的径向反力。
机场跑道结构层厚度标准
机场跑道结构层厚度标准机场跑道是航空运输系统中最重要的基础设施之一，它直接影响着飞机起降的安全性和航空运输的效率。
而机场跑道结构层的厚度标准则是保证跑道强度和耐久性的关键要素之一。
本文将就机场跑道结构层厚度标准进行详细的介绍。
机场跑道结构层厚度标准是指跑道表面结构层的厚度要求，包括不同类型的结构层和其厚度的规定。
这些标准的制定是为了保证跑道的强度和耐久性，以应对飞机的重量和飞行操作所带来的荷载和应力。
根据国际民航组织（ICAO）的建议，机场跑道结构层的厚度标准应根据飞机的最大起降重量、跑道的设计寿命和地质条件等因素来确定。
一般来说，机场跑道结构层的厚度分为基层和面层。
基层是跑道结构层的底层，它的主要功能是分散荷载和提供承载能力。
根据ICAO的建议，基层的厚度应根据最大起降重量和地质条件来确定，一般在150毫米到400毫米之间。
在地质条件较差或者飞机起降重量较大的情况下，基层的厚度应适当增加。
面层是跑道结构层的表面层，它的主要功能是提供平整的表面和良好的摩擦性能。
根据ICAO的建议，面层的厚度应根据飞机的最大起降重量和跑道的设计寿命来确定。
一般来说，面层的厚度应在50毫米到150毫米之间。
在飞机起降重量较大的情况下，面层的厚度应适当增加，以提供更好的耐久性和抗冲刷能力。
除了基层和面层的厚度要求，机场跑道结构层的厚度标准还涉及到其他方面的要求，如压实度和材料的选择。
根据ICAO的建议，跑道的结构层应具有足够的压实度，以确保跑道的稳定性和均匀性。
同时，跑道的结构层应选用合适的材料，如沥青混凝土或混凝土，以满足强度和耐久性的要求。
机场跑道结构层厚度标准的制定和实施需要综合考虑多种因素，如地质条件、飞机起降重量和跑道的设计寿命等。
在制定标准时，应参考国际民航组织的建议，并结合实际情况进行合理的调整。
此外，为了保证跑道的质量和安全性，还需要定期检查和维护跑道的结构层，及时修补或更换受损的部分。
综上所述，机场跑道结构层厚度标准是确保跑道强度和耐久性的重要要素。
机场道面类型和结构
机场道面类型和结构虽然实际上，任何道面都可以被看做航空器的起降区域，但是航空器运营人仍然希望机场道面是经严格铺筑的。
机场跑道和滑行道的道面有两种类型，柔性（沥青混凝土）道面或刚性（水泥混凝土）道面。
以起降为目的的草地、土地、砂石地同样被认为是柔性道面，但这样的道面通常仅存在于如美国阿拉斯加或其他偏远地区的机场。
一些小型机场，尤其是通用航空机场，会使用沥青混凝土跑道。
既使这些通用航空机场的跑道是水泥混凝土筑成的，在选择滑行道材料时，通用机场也会偏向于选择沥青混凝土。
然而，大多数大型商用机场都有水泥混凝土跑道和滑行道，以便于起降重型商用飞机。
沥青混凝土道面不需要留设胀缝，摊铺速度更快，且成本比水泥混凝土道面便宜，但是，沥青混凝土道面的维护标准更加严格。
沥青是石油炼制的副产品，因此更容易被氧化或者与航空燃油或滑油发生反应。
沥青混凝土道面水泥混凝土道面是分仓摊铺的，且更加坚固。
各水泥分仓之间留有胀缝，以解决水泥膨胀和收缩的问题。
水泥混凝土道面受天气以及燃油、滑油的影响较小，同时，使用寿命也是沥青混凝土道面的两倍。
水泥混凝土道面从全年来看，机场道面暴露于各种天气条件下，经历伸缩甚至融化。
从每日的运行来看，机场道面暴露于雨、雪、风，以及发动机尾流之中。
根据机场修建的地理位置不同，道面可能会铺筑于欠稳固的土基面上，例如膨胀性黏土或地震多发地。
机场道面，尤其是跑道，必须平整、防滑且有足够的承载力。
同时，跑道还要承受强摩擦、重压、以及飞机降落时的动态应力（FAA,2009,p.1）。
跑道在设计时必须满足各种气象条件以及飞机重复起降的要求。
典型的道面结构的最下层是土基，土基紧挨道面并起到支撑作用。
如果需要防冻保护，就在土基之上设置垫层；上面再铺设基层和面层。
1. 土基（Subgrade）：土基为道面的其他结构提供基础。
土基承受的压力比面层、基层和垫层少。
垫层、基层和面层加起来的厚度必须足够减轻对土基的压力，以避免对土基造成压力过多而变形或错位。
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塑性
沉降
循环载荷次数
假设一个道面等效厚度（t），再确定等效单轴载荷 (ESWL)
用ESWL和给定飞机轮胎气压来计算它的接触面积 A
等效轮胎园 接触面积 A 半径为 r d S 飞机轮胎印
A=
log(t)
ESAL Tire Pressure
各种飞机轮胎气压等特性
用McLoad 公式来计算相应的路基载荷强度 S
+∞ +∞
Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics 1996, Vol.49, Pt.3, pp472-499
Tz ( x, y , z ) = Γ p ( x, y , z ) =
0≤ z<∞
ξ = ρ sin ϕ η = ρ cosϕ .
Φ 11 Φ= 0 Φ 31 0 Φ 22 0
1 ~ F(ξ ,η ) = 2π
Φ 13 Ψ11 0 Ψ= 0 Φ 33 Ψ31
0 Ψ22 0
∞
−∞ − ∞
∫ ∫ F( x, y ) exp[− i(xξ + yη )]dxdy
i cosϕ − i sin ϕ 0 1 − cos 2ϕ 0 1 0 Π p = - sin 2ϕ 2 1 1 + cos 2ϕ sin 2ϕ cos 2ϕ − sin 2ϕ 0 0 0
初次施用周期
二次施用周期
重型载荷
不适合施用线
轻型载荷
差
15 to 20 年
年代
机场道面设计参数
• 飞机加载等级 (Aircraft load rating) • 地面机动车辆加载组合数 (Ground vehicle loading group) • 原地路基承载强度 (Subgrade bearing strength) • 冰冻指数 (Freezing index) • 轮胎内气压 (Tire inflation pressure)
Toronto Airport
引言
我国正在大力建造 现代航空和机场体系
香港机场
引言
No.1
武汉机场
No.2
New
北 京 机 场
机场道面设计
机场道面是为飞机在地面移动和停机提供可运 营路面 道面结构对交通的适用性取决于它的几何形态 和运营品质四项指标：
• 承载强度 – 它对交通加载的承载能力（bearing strength) • 表面摩擦阻力(skin resistance) • 驾机的品质（ride quality) • 结构完整性(structural integrity)
加拿大机场
• 加拿大机场道面体系 在第二次世界大战期 间到70年代早期建造 • 到1950年代，已建好 51座机场 5000-6000 km • 目前，有150座机场 • 加拿大联邦交通部建 设和管理这些机场。 • 现在面对的困难是如何延长其机场道面体系的 施用年限，如何能可持续性发展, • 因而进行了大量长久地研究工作，成果显著。
加拿大交通部循环刚板机场道面载荷试验
A Tractor-trailer for reaction load up to 500 kN
Water tank
路基 Hydraulic Jack
Two tractor-trailers for reaction load up to 1000 kN
加拿大交通部循环刚板机场道面载荷试验
−1 * ∫ Π(ξ ,η )Ψ(ρz )Π (ξ ,η )F(ξ ,η ) exp[i (xξ + yη )]dξdη 2π −∫ ∞− ∞ −1 * ∫ Π p (ξ ,η )Φ(ρz )Π (ξ ,η )F(ξ ,η ) exp[i (xξ + yη )]dξdη 2π −∫ ∞− ∞
+∞ +∞ +∞ +∞
沥青混凝土（柔性）道面
水泥混凝土（刚性）道面
复合混凝土（刚性）道面
复合混凝土（柔性）道面
卵石（柔性）道面
机场道面施工
铺沥青混凝土道面 铺水泥混凝土道面
飞机的降落轴轮
路基
机场道面承载力破坏和起灰
各种机场道面破坏
理想机场道面表现周期 好 道 面 品 质 重 建 重 建
机场道面设计原理
• 道面结构设计决定了一个机场道面结构的承载 强度 • 冻融也可大大改变它的承载强度 • 道面结构设计是要在假设材料和施工达到标准 情况下 来确定道面结构的厚度和它的每一结 构层的厚度 • 这设计需要依据设计飞机载荷、路基承载力和 冻融保护条件，和设计使用周期 （15-20年)
Excavation Zone
2 2
Ground surface
µ1 ,ν 1 , h1 µ2 ,ν 2 , h2
O
layer 1 layer 2
x
µn−1,ν n−1, hn−1 µn ,ν n , hn
z
Excavation Zone
layer n-1 layer n
地下采煤引起地表移动
Thompson W. (Kelvin)(1848); Boussinesq J (1885) Mindlin RD (1936)
各种飞机的实际飞机承轴轮载分布
B 26 Invader B 727-300 B 767-300ER
A 340
B 747-400
B 777
AN 124
实际飞机承轴轮载分布 不用等效单轴载荷 (ESWL)
柔性道面层状结构弹性力学理论设计模型
路基最大垂向压应变设计参数和准则
B 777 引起的路基顶面 垂向压应变
机场柔性道面结构设计传统方法的问题
At the time of development, aircraft were relatively small with maximum gross weights in the order of 400kN and were supported on two main gear wheels with tire pressures of about 0.7MPa. Subsequently, the design and evaluation method had been extrapolated to accommodate modern aircraft that have maximum gross weights of 4000 kN on 16 main gear wheels with tire pressure of 1.5 MPa. Aircraft loading were forecast to increase to 6000 kN or more within the next few years, with 24 to 32 wheels in the main gears 1995. Any further extrapolation of the empirical design and evaluation methods to future aircraft loading conditions would not be appropriate without some careful fundamental review. Such excessive extrapolation of empirical airport pavement design and evaluation methods had occurred in many other countries in the world.
Burmister DM (1943, 1945, 1962) >100 authors on this topic.
多层弹性力学空间问题的解析解
多层弹性力学空间问题的解析解
u( x , y , z ) = −1 1 * ∫ ρ Π(ξ ,η )Φ(ρz )Π (ξ ,η )F(ξ ,η ) exp[i (xξ + yη )]dξdη 2π −∫ ∞− ∞
∞
i sin ϕ Ψ13 0 Π = i cosϕ Ψ33 0
柔性道面层状结构弹
NRCLAYER
柔性道面弹性层结构
柔性道面层状结构弹性力学理论设计模型
NRCLAYER
飞机轮胎印
柔性道面层状结构弹性力学理论设计模型
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空中巨无霸A380 在2007年09月03日低飞维港
机场柔性道面结构设计传统方法的问题
加载板大小影响 加载次数影响
加载板大小相同
循 环 静 载 荷 kN
加载次数相同
道面沉降 mm
道面沉降 mm
加拿大国家科学研究院 建筑研究所
National Research Council of Canada
t K
循环刚板机场 道面载荷试验
K A
画出 t 和 SS 的关系曲线，再根据实际的标准路基载荷强度（S）来 定出设计道面等效厚度（t）
再将这个设计道面等效厚度（t）根据经验关系换算成 沥青混凝土，基垫层，和底垫层的厚度。
610 mm 最小厚度
路基土类型
春融强 标准路基载荷强度 S 机场道面设计参数 度折减 率% •
加拿大交通部循环刚板机场道面载荷试验
塑 性 沉 降
弹 性 沉 降
Circular plates (750, 600, 450 or 300 mm diameter)
循环载荷次数与刚板道面沉降的关系
刚 板 道 面 沉 降
传统机场柔性道面结构设计方法
1. 假设一个道面等效厚度 t，再确定等效单轴载荷 ESWL 2. 用等效单轴载荷被给定飞机轮胎气压除，来计算它的接触面 积A