机场沥青道面设计指标及方法研究

论文摘要

机场沥青混凝土道面具有平整、抗滑、舒适、减震等良好的使用性能和机械化施工程度高、工期短、养护方便等施工优点,已被国际上很多大型民用机场所采用。根据国际民航组织1999年公布的数据,在其147个成员国的1038个机场中,沥青混凝土跑道占60%以上。与国际上民用机场建设现状及发展趋势相比,我国民用机场沥青混凝土道面工程应用少、道面结构类型复杂（包括柔性基层沥青道面和半刚性基层沥青道面）、设计规范滞后、理论研究缺乏。上述现状问题阻碍了我国机场沥青道面结构的设计与应用,制约了我国机场沥青道面的理论研究与建设发展。为了改变上述现状,紧跟国际发展趋势,提高我国沥青道面的建设水平,本文在广泛收集国内外机场沥青道面及沥青路面设计方法的基础上,通过现场调查、数据统计、理论研究、分析比较、数值模拟等技术手段,基于力学—经验法建立和完善了机场沥青道面结构设计指标及方法的新体系。主要内容如下:（1）广泛收集了国内外机场沥青道面设计方法相关资料,系统分析整理了沥青道面结构的主要损坏类型及发生机理,利用国内外多个机场道面结构的现场损坏调查数据,选取确定了沥青道面结构设计控制损坏模式:（2）针对机场柔性基层沥青道面结构,通过对比分析各设计指标和损坏预估方程需考虑的主要参数（包括:道面材料、结构组合、飞机荷载和周围环境）,从沥青道面材料与结构组合的角度,以国外设计方法为基础,分析并选取了柔性基层沥青道面结构的设计指标及相关损坏预估模型;（3）针对半刚性基层沥青道面,分析了国际现有设计理论中存在的问题,借鉴公路半刚性基层沥青路面的研究成果和日本关西机场半刚性基层沥青道面结构的足尺试验数据,提出了机场沥青道面沥青层永久变形的修正预估模型,并建立了完整的半刚性基层沥青道面结构设计指标体系;（4）综合对比经验法和力学-经验法两类设计方法的优势及其局限性,探讨了各设计方法及我国现行机场沥青道面设计规范中存在的主要问题,由此尝试建立了机场沥青道面设计方法新体系,并针对两种典型的沥青道面结构形式,分别提出了具体的设计流程以及详细的设计步骤;（5）基于“地基-道面结构-飞机轮载”的相互作用,构建沥青道面结构响应的三维数值分析模型,重点研究了典型的道面结构组合、材料参数和代表性飞机荷载作用下沥青道面结构的力学响应规律和参数敏感性,从而为沥青道面结构设计新方法的建立与应用提供了一种有效的技术分析手段;（6）以上海市浦东国际机场第一条跑道2004-2006年的年平均交通量为例,分别采用本文改进的设计方法、我国规范设计方法以及美国FAA的弹性层状体系设计方法LEDFAA,针对沥青稳定柔性基层和半刚性基层两种沥青道面结构类型,首次开展了不同设计方法的工程应用对比研究,详细讨论了各种方法的设计特点及其适用性。本文通过整理、分析、借鉴和改进国内外相关研究成果,尝试研究半刚性基层沥青道面结构的设计理论,同时,基于国际现有的先进设计框架,进一步改进和完善我国现有机场沥青道面设计理论体系,建立现代机场设计新方法,从而为我国机场沥青道面结构设计理论的研究建立了一个与国际接轨的崭新构架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文技术路线
• 1.5 论文章节安排
• 参考文献
• 第二章 机场沥青道面损坏模式调查与分析
• 2.1 机场沥青道面结构损坏类型及发生机理
• 2.2 机场沥青道面损坏模式现场调查
• 2.2.1 上海虹桥国际机场调研
• 2.2.2 厦门高崎国际机场调研
• 2.2.3 美国沥青道面损坏调研
• 2.3 机场沥青道面损坏模式分析
• 2.3.1 机场沥青道面损坏特点
• 2.3.2 机场沥青道面设计控制损坏模式
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 柔性基层沥青道面设计指标分析与选取
• 3.1 柔性基层沥青道面的设计控制指标
• 3.1.1 柔性基层沥青道面沥青层疲劳开裂控制指标
• 3.1.2 柔性基层沥青道面轮辙控制指标
• 3.1.3 柔性基层沥青道面沥青层低温开裂控制指标
• 3.2 柔性基层沥青道面结构设计指标选取
• 3.2.1 指导原则
• 3.2.2 主要损坏类型
• 3.2.3 机场沥青道面结构材料参数
• 3.2.4 机场柔性基层沥青道面设计指标体系
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 半刚性基层沥青道面设计指标分析与选取
• 4.1 半刚性基层沥青道面的设计控制指标
• 4.1.1 半刚性基层沥青道面轮辙控制指标
• 4.1.2 半刚性基层沥青道面半刚性层疲劳开裂控制指标
• 4.2 半刚性基层沥青道面结构设计指标选取
• 4.2.1 主要损坏类型
• 4.2.2 机场半刚性基层沥青道面设计指标体系
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 机场沥青道面设计方法分析与建立
• 5.1 国外机场沥青道面设计方法分析
• 5.1.1 沥青道面设计方法的发展
• 5.1.2 经验法
• 5.1.3 力学—经验法
• 5.1.4 各设计方法对比与评价
• 5.2 我国现行机场沥青道面设计方法分析
• 5.2.1 设计方法介绍
• 5.2.2 存在的问题
• 5.3 基于力学-经验的机场沥青道面设计新方法
• 5.3.1 设计方法理论基础
• 5.3.2 设计指标与控制标准
• 5.3.3 道面结构空间力学响应计算
• 5.3.4 机场沥青道面设计新方法流程及步骤
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 机场沥青道面结构力学响应分析
• 6.1 FLAC3D软件介绍
• 6.1.1 FLAC3D的特点
• 6.1.2 FLAC3D计算分析一般步骤
• 6.2 机场沥青道面结构三维数值模型
• 6.2.1 荷载模型及飞机参数
• 6.2.2 道面结构组合
• 6.2.3 材料模型及参数
• 6.2.4 几何模型及边界条件
• 6.2.5 模拟单元及网格划分
• 6.2.6 数值分析详细步骤
• 6.3 机场沥青道面力学响应分析
• 6.3.1 收敛性分析
• 6.3.2 物理模型分析
• 6.3.3 多轮荷载组合作用
• 6.3.4 柔性基层道面结构
• 6.3.5 半刚性基层道面结构
• 6.4 机场沥青道面结构参数敏感性分析
• 6.4.1 正交试验设计理论
• 6.4.2 正交试验设计试验方案
• 6.4.3 柔性基层道面结构
• 6.4.4 半刚性基层道面结构
• 6.5 小结
• 参考文献
• 第七章 机场沥青道面设计方法应用与对比
• 7.1 上海浦东机场2004-2006交通量
• 7.2 基于力学—经验的机场沥青道面设计新方法
• 7.2.1 柔性基层沥青道面结构设计
• 7.2.2 半刚性基层沥青道面结构设计
• 7.3 我国现行机场沥青道面设计方法
• 7.3.1 设计参数
• 7.3.2 标准道面结构总厚度计算
• 7.3.3 累计作用次数的计算
• 7.3.4 道面结构分层厚度计算
• 7.4 美国LEDFAA机场沥青道面设计方法
• 7.5 三种机场沥青道面设计方法对比
• 7.6 小结
• 参考文献
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 需进一步研究的问题
• 致谢
• 个人简历