场道工程结课作业—周浩

������ ������������ ������������
CDF =
������ =1
������������������������ =
������ =1
������������ (3 − 1) ������������
式中： ������������ —第i种飞机的预期重复作用次数；k—使用飞 机的总数； ������������ —第 i 种飞机的允许重复作用次数， 由设 计指标的损坏预估方程决定； 道面结构设计采用CDF作为指标时，以CDF的大 小来判定结构设计的合理性，CDF与设计控制损坏标 准的对应关系如下： 当CDF=l时，道面在到达预期的设计使用年限时 达到损坏标准； 当CDF<1时， 道面在到达预期的设计使用年限时， 尚未达到损坏标准，还有剩余的使用寿命； 当CDF>l时，道面在未到预期设计使用年限时就 提前达到损坏标准，寿命不足。 在道面结构设计中可以把CDF控制在0． 95～1． 05 的范围内作为设计准则，也可以根据可靠度的概念， 动态地制定CDF的可接受标准。
《场道工程理论与技术》研究生课程结业报告 2017 学年 第 2 学期
一个累积损伤因子CDF (cumulativedamage factor)，根 据CDF是否接近1来判定道面是否达到疲劳损坏状态, 这一概念就称为累积损伤原理。 累积损伤因子CDF是道面在各种机型作用下已经 使用疲劳寿命的表征，可通过各种机型的������������������������ 线性叠 加得到，参见式(3-1)：
新一代大型飞机起飞重量大、起落架构型复杂、 机轮多， 在其复杂起落架构型多轮荷载的长期作用下， 对机场道面结构设计提出了新的要求。 当机场预期起降的机型种类较多、有大型飞机作 用时，按照我国规范方法进行设计会得ห้องสมุดไป่ตู้比较保守的 结果，而基于CDF的本文改进设计方法可较客观地反 映道面结构的真实状态，得到比较合理、经济的机场 沥青道面结构设计厚度。 基于道面结构力学响应的力学—经验法已成为新 一代机场道面设计方法发展的趋势，本论文提出的设 计方法新体系即采用力学—经验法，针对柔性基层沥 青道面疲劳开裂和轮辙变形的控制设计，采用基于累 积损伤的设计方法，建立了道面结构设计流程和详细 步骤，力学—经验法已成为世界各国积极发展的研究 方向。
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结论
4 机场沥青道面设计新方法及步骤
第一步交通荷载分析 (1)预测机场起降飞机的种类和年运行架次以及各种 机型的交通量增长率； (2)统计各机型的荷载参数，包括最大起飞重量、起 落架构型尺寸和轮压等关键机型荷载参数； (3)计算飞机单轮的几何尺寸 第二步初拟道面结构组合 (1)根据机场的建设等级，确定设计使用年限； (2)初步确定道面结构面层、基层和底基层(垫层)的 厚度； (3)确定道面各结构层和土基的材料参数，包括回弹 模量和泊松比以及相关的非线性参数； 第三步������������������ 的计算 (1)采用赵鸿铎提出的道面结构等效宽度计算方法， 针对不同的道面结构类型的不同设计指标，计算各种 飞机的等效宽度������������ ； (2)将道面横断面划分i个条带，根据每种飞机的等效 宽度，计算该飞机对应的每个条带的积分范围，并计 算相应荷载作用概率； (3)根据各种飞机的预测交通量，计算道面横断面每
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FAA 力学—经验法
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设计指标的累积损伤
美国联邦航空局FAA针对新一代大型飞机，建立 了以弹性层状体系为理论基础、以飞机荷载作用下沥 青层底的水平拉应变以及土基顶面的竖向压应变作为
根据Miner定律，不同飞机荷载对道面产生的疲劳 损伤可以线性叠加。按照该定律针对各种飞机不同的 设计参数，分别计算得到其对道面的疲劳损伤程度， 然后把不同飞机的疲劳损伤程度进行线性累加，得到
引
言
力学—经验法首先分析道面结构在飞机荷载和周 围环境的综合作用下的力学响应量(应力、 应变、 位移)， 建立力学响应量与道面性能(各种损坏模式)关系模型， 按设计要求设计所需的道面材料及结构组合。从上世 纪60年代初开始，各国科技人员都投入较多精力研究 并实施沥青道面的力学—经验设计法。
设计控制指标的力学—经验法，并且开发了设计软件 LEDFAA，该软件以FAA自行开发的弹性层状体系分 析软件LEAF， 作为道面结构力学响应的核心计算程序， 具体沥青道面厚度设计流程见图2。
������ ������
个条带的荷载重复作用次数������������������ ， 其中， i代表道面条带， j代表飞机类型； 第四步������������ 的计算 (1)采用数值分析软件，建立道面结构的数值计算模 型； (2)根据确定的沥青道面结构设计控制指标，计算道 面结构的力学响应值； (3)根据选取的损坏预估方程计算各控制指标的允许 重复作用次数������������ ； 第五步CDF的计算 (1)计算各种飞机的������������������������������ =
《场道工程理论与技术》研究生课程结业报告 2017 学年 第 2 学期
机场沥青混凝土道面设计的力学—经验法
周浩 1
(1.中国民航大学机场学院，天津 300300) 摘要：由于计算机数值模拟技术的迅速发展，在力学—经验法中普遍接受了基于累积损伤原理的交通荷载分析方法， 该方法的核心是根据 Miner 定律，对不同飞机荷载对道面产生的疲劳损伤进行线性叠加，然后根据累积的疲劳损伤程 度判定道面是否达到疲劳损坏状态。这种设计方法不仅避免了不同飞机与设计飞机之间的换算，而且还可以考虑材料 参数随时间的衰变规律，因而与传统的设计飞机法相比，基于累积损伤方法得到的设计结果更加合理准确。 关键词：力学-经验法；Miner 定律；累积损伤 中图分类号：TU375.4 文献标识码：A
1 弹性层状体系法．
传统的力学—经验法一般以理论作为模型，以弹 性模量和泊松比作为道面材料的设计参数，以沥青层 底面的水平拉应变和土基顶面的竖向压应变作为设计 控制指标，控制道面结构两种主要的损坏模式：土基 的永久变形和沥青层的疲劳开裂(见图 1)。
图2FAA沥青道面设计流程图
图 1 沥青混凝土道面力学一经验法设计流程
设计过程中，对于多轮起落架荷载，采用叠加原 理进行计算，通过该程序获得设计指标对应的力学响 应量，然后代入使用性能预估方程进行计算，而������������ 则 采用上述新的覆盖次数的概念确定，通过几轮试算最 终达到标准0．95<CDF<1.05。该方法设计指标明确， 并开发了设计软件，代表了机场沥青道面设计方法发 展方向。
(2)计算道面每个条带各种飞机的累积������������������������ = ������ ������������������������������ (3)选取累积损伤最大的条带，CDF = max������������������������ ， (4)根据设计准则0．95～1．05的范围，判断结构设 计是否合理，如果CDF在此范围之外，则返回到第二 步重新拟定道面结构，进行新一轮的设计计算，直到 0.95<CDF<1．05，表明设计结束。