民航機(jī)場(chǎng)滑行道橋受力性能研究與分析

高 敏

（上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海市 200092）

0 引言

機(jī)場(chǎng)滑行道橋是指通過橋梁的形式跨越地面道路、鐵路、隧道，或者河道、海面等，是解決與機(jī)場(chǎng)內(nèi)外交通、河流等交叉問題的有效手段，作為飛行區(qū)場(chǎng)道系統(tǒng)內(nèi)主要的交通設(shè)施，其實(shí)際承載能力直接關(guān)系到機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)營?！睹裼脵C(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及《機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中對(duì)于滑行道橋要求結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按使用該滑行道的最不利荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證飛機(jī)能夠全天候、全季、各種氣象條件下使用。本文通過對(duì)一座民航機(jī)場(chǎng)滑道上的橋梁的現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，獲得該橋梁關(guān)鍵部位的受力性能指標(biāo)，結(jié)合相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)橋梁的實(shí)際承載能力進(jìn)行鑒定，判斷其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足飛機(jī)滑行的安全運(yùn)營條件。

1 橋梁概述

該滑行道橋共有6 聯(lián)合計(jì)18 跨，跨徑組合為（12.5+13.6+13.4）m+4×（13.4+13.6+13.4）m+（13.4+13.6+12.5）m=240.6 m。橋梁總寬為45～50 m，采用鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，橋梁基礎(chǔ)采用鋼管樁?；械罉蛏喜考跋虏拷Y(jié)構(gòu)均采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為實(shí)心截面，跨中梁高1.2 m，墩頂處梁高1.8 m，與墩墻連接處設(shè)置60 cm×180 cm 承托。橫橋向設(shè)置兩道2 cm 的沉降縫。下部結(jié)構(gòu)中墩墻為實(shí)心矩形截面，寬1 m，長(zhǎng)45.6～48.205 m，邊墩墻為實(shí)心矩形截面，寬1.2 m，長(zhǎng)45.6～50.485 m。圖1 為該滑行道橋照片。

圖1 滑行道橋照片

該橋設(shè)計(jì)飛機(jī)荷載按《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（MH 5001—2013）規(guī)定的E 類機(jī)型考慮。E 類代表機(jī)型推薦選用B 747-400 及B 777-300E R，并采用C 類代表機(jī)型B 737-800 復(fù)核。

2 現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)

在制定荷載試驗(yàn)方案中，考慮橋梁的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況、加載條件以及避免對(duì)既有運(yùn)營中機(jī)場(chǎng)跑道的影響，挑選其中的典型孔跨測(cè)量其關(guān)鍵部位的受力指標(biāo)。因該橋橫橋向分為3 部分，一個(gè)道面區(qū)和兩個(gè)道肩區(qū)，相鄰部分間有2 cm 的沉降縫，故取中間飛機(jī)滑行的道面區(qū)（23.2 m 寬區(qū)域）進(jìn)行試驗(yàn)。依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)飛機(jī)活載彎矩包絡(luò)圖，選取各活載工況下滑道橋的梁與墩墻的最大彎矩或應(yīng)力斷面作為測(cè)試斷面，見圖2。豎向位移測(cè)試斷面為S1 斷面，測(cè)點(diǎn)布置在梁底面，橫橋向近堆載區(qū)域的8 m 范圍內(nèi)每隔1 m 布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，非堆載區(qū)域每隔2 m 布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋共計(jì)16 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖2 橋梁測(cè)試斷面位置（單位：cm）

應(yīng)力測(cè)試斷面為S1 和S2 斷面，S1 斷面測(cè)點(diǎn)布置在梁底面（1#～7#振弦應(yīng)變計(jì)與1#～16# 電阻應(yīng)變片均布置在梁底混凝土表面），測(cè)量順橋向應(yīng)力，S2斷面測(cè)點(diǎn)布置在墩墻頂部?jī)蓚?cè)面的混凝土表面，測(cè)量豎向應(yīng)力，見圖3、圖4。

圖3 S1 斷面梁底撓度（上）及應(yīng)力（下）測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

圖4 S2 斷面梁底應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

通過采用重物堆載的方式來模擬實(shí)際運(yùn)營中的飛機(jī)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)。堆載的位置由各測(cè)試斷面的內(nèi)力影響面來確定（見圖5、圖6），選用一定數(shù)量的重物作用于相應(yīng)測(cè)試斷面的影響面數(shù)值較大處。根據(jù)飛機(jī)荷載的布置、荷載效率系數(shù)的要求及現(xiàn)場(chǎng)加載的安全考慮，在S1 斷面附近的6 m×6 m 區(qū)域內(nèi)堆載450 t混凝土塊，混凝土塊的規(guī)格有三種，一種為1.2 m×1.0 m×1.0 m，重3.00 t，一種為2.0 m×1.0 m×0.75 m，重3.75 t，一種為3.0 m×1.0 m×0.5 m，重3.75 t。堆載共分七層，總高5.0 m。

圖5 S1 斷面梁底彎矩影響面

圖6 S2 斷面梁底彎矩影響面

根據(jù)上述加載位置可得主要測(cè)試斷面試驗(yàn)荷載效率系數(shù)見表1，其中設(shè)計(jì)計(jì)算值考慮沖擊系數(shù)，沖擊系數(shù)取0.40。

表1 主要測(cè)試斷面試驗(yàn)荷載效率系數(shù)表 單位：kN·m

正式加載試驗(yàn)前，將裝有堆載重物的車輛均勻布置在試驗(yàn)橋跨上，對(duì)橋梁進(jìn)行預(yù)加載，預(yù)加載的目的為使結(jié)構(gòu)能進(jìn)入正常工作狀態(tài)，同時(shí)亦檢查整個(gè)試驗(yàn)、測(cè)試系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。預(yù)加載卸載后，須等結(jié)構(gòu)得到充分零恢復(fù)后，再進(jìn)行正式加載。為控制結(jié)構(gòu)安全，正式加載時(shí)分7 級(jí)進(jìn)行加載并分2 級(jí)卸載，見圖7。

圖7 加載50%（左）及加載100%（右）時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)照片

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在滿載工況下，S1 斷面混凝土下緣最大拉應(yīng)力為1.40 MPa，最大豎向位移為1.81 mm；S2 斷面混凝土最大拉應(yīng)力為0.29 MPa，最大壓應(yīng)力為0.49 MPa。

靜載試驗(yàn)中S1 與S2 測(cè)試斷面1# 測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和豎向位移隨施加荷載的關(guān)系曲線見圖8，測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和豎向位移在加載過程中和卸載過程中均與施加的荷載基本保持良好的線性關(guān)系，試驗(yàn)過程中無明顯異常變化。

圖8 各斷面實(shí)測(cè)應(yīng)力及撓度與隨施加荷載關(guān)系曲線

S1 斷面混凝土最大應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.56，最大豎向位移測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.72；S2 斷面拉應(yīng)力最大應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.73，壓應(yīng)力最大應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.61。

各測(cè)試斷面主要測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和位移校驗(yàn)系數(shù)均小于1，表明該橋的實(shí)測(cè)強(qiáng)度及剛度較設(shè)計(jì)存在一定的安全儲(chǔ)備，能滿足規(guī)范要求。

S1 與S2 斷面最大應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?%～10.0%，最大位移測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余位移為0%，均符合相對(duì)殘余豎向應(yīng)變（或位移）容許值不大于20%的規(guī)定，因此該橋具備良好的彈性回復(fù)能力。

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該滑行道橋的荷載試驗(yàn)結(jié)果分析可知：

（1）在相當(dāng)于E 類飛機(jī)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的試驗(yàn)荷載作用下，滑行道橋測(cè)試斷面的應(yīng)力及豎向位移校驗(yàn)系數(shù)均小于1，相對(duì)殘余應(yīng)變及相對(duì)殘余變形均小于20%，表明該橋梁結(jié)構(gòu)性能能夠滿足E 類飛機(jī)荷載等級(jí)的要求，且存在一定的安全儲(chǔ)備。

（2）鑒于現(xiàn)場(chǎng)采用重物堆載的方式使得加卸載持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)考慮采用應(yīng)變片測(cè)量可能會(huì)因應(yīng)變片的蠕動(dòng)效益給測(cè)量結(jié)果帶來的誤差，需要同時(shí)在關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)處布置鋼弦式應(yīng)變計(jì)。該橋?qū)崪y(cè)結(jié)果中應(yīng)變片測(cè)量結(jié)果與應(yīng)變計(jì)測(cè)量結(jié)果基本一致且卸載后的殘余變形均非常小，表明在短期的持續(xù)加載中，采用應(yīng)變片測(cè)量具有一定的可靠性，鑒于應(yīng)變片的測(cè)量精度，在類似的應(yīng)變測(cè)量中，應(yīng)優(yōu)先考慮采用。

（3）該滑行道橋在荷載效應(yīng)值的計(jì)算中，按0.40的沖擊系數(shù)予以考慮，遠(yuǎn)大于公路橋梁上的沖擊系數(shù)，表明滑道橋受飛機(jī)的沖擊影響大，因此滑行道橋在運(yùn)營過程中，應(yīng)切實(shí)保持行車道面的平順，避免飛機(jī)起降過程中的沖擊對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超出預(yù)期的荷載效應(yīng)。