面向力学-经验法的沥青道面交通荷载空间分析方法

The thickness design of airport pavement depends largely on traffic load, pavement structure, design specifications and target performance levels in M-E Method. Not only the lateral accumulative effect of different aircraft should be counted in traffic load analysis, but also the vertical accumulative effect of different loading gears should be considered, which is an evolution of traditional traffic load analysis from one dimension to three dimensions. In this research, the following innovations are initiated. Accumulative effect of different aircraft is decomposed on the base of loading times of strain/stress according to its contributions to rutting and fatigue cracking. Non-contact technology is adopted in wheel track data update to take traffic wandering into account. The vertical accumulative effect of different loading gears is cumulated on structural response basis. And based on the above analysis, statistical analysis and example comparison approaches could usefully be adopted to determine spatial analysis parameters of traffic load. M-E method oriented spatial analysis of traffic load for airport asphalt pavement design is proposed to simulate structural response with precision. The research results of this project could be used as technical preparations for M-E airport asphalt pavement design in China.

力学-经验型沥青道面设计方法通过建立交通荷载、道面结构、设计指标和使用性能之间的量化关系计算道面结构厚度。交通荷载分析中不仅需要考虑不同机型通行叠加和轮迹横向偏移叠加效应，而且需要分析多轮荷载在沥青道面内的结构响应叠加效应，将传统交通荷载分析方法的范围从一维断面拓展到三维空间。项目围绕沥青道面轮辙和疲劳控制指标，以应变/应力作用次数分析为核心，沿用混合交通的概念考虑不同机型通行叠加效应；采用非接触式技术更新轮迹数据，补充完善轮迹横向偏移分布规律；通过系统总结沥青道面空间结构响应前期成果，研究多轮荷载叠加效应对结构响应的影响。在此基础上，采用统计分析、实例对比等研究手段提炼交通荷载空间分析的有关参数，并编制交通荷载空间分析程序，形成能够适应大型飞机、面向力学-经验法的沥青道面交通荷载空间分析方法，以更精确地表达沥青道面结构响应作用次数。可为我国沥青道面力学-经验型设计方法的建立提供技术储备。

以B777和A380为代表的新一代大型飞机投入运营，各国经验和研究表明已有的经验法已无法解决大型飞机作用下的道面结构设计，以弹性层状体系为理论基础的力学-经验型沥青道面设计方法成为国际上道面结构设计的发展趋势。该类方法要求建立交通荷载、道面结构、结构响应和使用性能之间的关系，更好地反映了飞机轮载对道面使用性能的影响。.通过自主研发的非接触式轮迹横向偏移测试系统，对上海虹桥国际机场西跑道进行了现场测试，归纳了其轮迹横向偏移规律，并尝试建立了轮迹横向偏移的分布模型：飞机轮迹横向分布情况基本偏向于跑道中心线左侧，大部分飞机的偏移量都在距中心线-0.8m～0.4m内（偏左为负，偏右为正）；对轮迹横向偏移数据进行分布模型分析，经检验虹桥机场西跑道的轮迹横向分布更符合负偏态分布，其总体轮迹横向分布的均值等于-0.34m，标准差为0.925m。.通过三维有限元软件ABAQUS，构建了沥青道面结构分析三维有限元模型，并结合国内外道面材料特性，确定了道面结构响应分析的材料参数。通过国内外实测数据，验证了有限元模型的可靠性。利用沥青道面三维有限元模型，分析道面结构在飞机全起落架匀速滑行荷载作用模式下的动态响应，并与静载下的响应作对比。分析表明：道面基层底面出现最大拉应力，拉应力峰值比静态分析结果稍大；弯沉、应变等变形指标较静态分析结果变小。.从道面材料与结构组合的角度分析并选取了机场沥青道面的设计指标及相应的性能预估模型，基于沥青道面结构的力学空间响应分布规律，针对各个道面设计设计指标，推演出能适应大型飞机的荷载重复作用次数计算方法，并根据当前工程应用的实际条件对计算方法进行了简化，并利用VBA编制分析计算程序。.本项目考虑轮迹横向偏移、结构响应与混合机型通行三类叠加耦合，自主开发了机场沥青道面分析计算程序，对机场沥青道面设计方法的发展有着重要的意义。