機(jī)輪荷載作用下機(jī)場道面坑槽修補(bǔ)面受力分析研究

崔守榮 ，李贊成 ，秦立軍

（1中國航空港建設(shè)第二工程總隊(duì)， 江蘇 徐州 221000；2空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場勤務(wù)保障系， 江蘇 徐州 221000）；

(3空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場勤務(wù)保障系， 江蘇 徐州 221000）

機(jī)場道面坑槽是道面破損的常見形式，對坑槽進(jìn)行搶修是保證機(jī)場道面飛行保障能力正常發(fā)揮的有效途徑。機(jī)場道面坑槽搶修后的修補(bǔ)面質(zhì)量對道面的飛行保障能力有很大影響，研究如何提高坑槽修補(bǔ)面搶修質(zhì)量對于改善飛行保障能力有重要意義。目前，坑槽搶修方法研究較多，已經(jīng)形成了較為成熟的搶修程序，但對于坑槽修補(bǔ)面在機(jī)輪荷載作用下的受力情況研究較少。本文通過分析坑槽修補(bǔ)面在機(jī)輪荷載作用下的多種受力形式，研究各種受力形式對坑槽修補(bǔ)面質(zhì)量的影響。

1 水平作用力

飛機(jī)在機(jī)場道面上滑行、起降時，機(jī)輪與道面之間的摩阻力、飛機(jī)著陸制動和急轉(zhuǎn)彎等會對道面產(chǎn)生水平作用力[1]。機(jī)場道面坑槽修補(bǔ)面對于整體道面而言是受力相對薄弱的環(huán)節(jié)，坑槽搶修后會在新老道面間形成一個“新道面-粘結(jié)界面-老道面”過渡區(qū)，該界面過渡區(qū)比整體混凝土存在更多的裂縫、孔隙和未完全水化的熟料顆粒，力學(xué)性能會有較大程度的下降。當(dāng)水平力作用于坑槽修補(bǔ)面時，新老道面之間會產(chǎn)生較大的應(yīng)力作用，使坑槽修補(bǔ)面更易造成破損，由此可知，新老道面的粘結(jié)力強(qiáng)度是影響機(jī)場道面坑槽搶修質(zhì)量的關(guān)鍵之一。因此，提高機(jī)場道面坑槽修補(bǔ)面質(zhì)量可以通過改善新老道面粘結(jié)力強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。

2 沖擊作用力

飛機(jī)在起飛、著陸的過程中對道面還存在沖擊作用力[2]，機(jī)輪對道面的撞擊產(chǎn)生沖擊作用力，戰(zhàn)機(jī)滑行經(jīng)過不平整的道面時也會對道面產(chǎn)生沖擊作用力。沖擊作用力加大了機(jī)輪荷載對道面的破壞效果，對道面有較高的抗沖擊強(qiáng)度要求。特別是搶修完成的應(yīng)急起降帶平整度較差，飛機(jī)從應(yīng)急起降帶上起降時會產(chǎn)生更為嚴(yán)重的沖擊作用力。當(dāng)坑槽修補(bǔ)面受到這種沖擊力作用時，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)整體性較差，更易產(chǎn)生破損和剝落等結(jié)構(gòu)損壞。當(dāng)坑槽修補(bǔ)面的抗沖擊性能較弱時，會導(dǎo)致坑槽產(chǎn)生破碎和掉邊掉角等現(xiàn)象，影響坑槽搶修質(zhì)量。提高坑槽修補(bǔ)面抗沖擊性能可以使坑槽修補(bǔ)面搶修質(zhì)量有顯著的提高。

3 垂直荷載作用力

飛機(jī)對機(jī)場道面的垂直荷載作用力是機(jī)輪荷載的主要作用形式，影響飛機(jī)垂直荷載大小的因素主要包括飛機(jī)總質(zhì)量和起落架構(gòu)型等，為簡化分析，文中將其轉(zhuǎn)化為單個主輪垂直荷載進(jìn)行分析研究。分析機(jī)輪垂直荷載下機(jī)場道面坑槽修補(bǔ)面的受力情況應(yīng)先將其置于機(jī)場道面面層的整體受力中進(jìn)行，見圖-1。目前對機(jī)場水泥混凝土道面面層的應(yīng)力分析多采用彈性薄板小撓度理論[3]，將面層視為各向同性的單層小撓度彈性板，基層和土基視為彈性地基。由于單個主輪垂直荷載為對稱荷載，可以將應(yīng)力狀態(tài)簡化為平面問題，采用彈性力學(xué)求解，面層各處應(yīng)變和豎向位移關(guān)系見公式-1：

當(dāng)垂直荷載作用力施加于坑槽修補(bǔ)面時，由于坑槽形狀尺寸和厚度遠(yuǎn)小于道面面層，因此在誤差范圍內(nèi)道面面層應(yīng)力分布視為不變。根據(jù)彈性薄板小撓度理論分析可知，機(jī)場道面面層的中性面位于面層厚度中部，面層上半部受壓應(yīng)力，下半部受拉應(yīng)力，因此坑槽修補(bǔ)面應(yīng)力分布見圖-2。

圖-1 道面面層應(yīng)力分布圖

圖-2坑槽修補(bǔ)面應(yīng)力分布圖

由圖-2中應(yīng)力分布可建立坑槽底面中點(diǎn)O處的彎矩方程，見公式-4。

由理論分析可知，坑槽修補(bǔ)面底面受到拉應(yīng)力，坑槽修補(bǔ)面面層受到壓應(yīng)力，機(jī)輪垂直荷載下機(jī)場道面坑槽修補(bǔ)面底面最易受到拉應(yīng)力破壞，因此提高坑槽修補(bǔ)面底面的抗拉強(qiáng)度，可以改善坑槽修補(bǔ)面的搶修質(zhì)量。

4 結(jié)束語

對機(jī)場道面坑槽修補(bǔ)面在機(jī)輪荷載作用下的受力進(jìn)行分析有重要意義，通過分析不同的受力形式對坑槽修補(bǔ)面的作用，可以明確坑槽修補(bǔ)面所受到的破壞效果，同時可以通過改善坑槽修補(bǔ)面相應(yīng)的性能，達(dá)到提高坑槽搶修質(zhì)量的目的。

[1]陳云鶴，韋武舉，鄭金陽，等. 現(xiàn)有高等級公路改成飛機(jī)跑道的承載力分析[J]. 國防交通工程與技術(shù)，2007，（3）：15-18.

[2]羅昭俊，王峰，梁濟(jì)豐. 軍用機(jī)場設(shè)計(jì)[M]. 徐州:空軍勤務(wù)學(xué)院，2013.

[3]冷培義，翁興中，蔡良才.機(jī)場道面設(shè)計(jì)[M]. 人民交通出版社，1995.