民用机场场道路基工作区深度影响因素定量分析

借助有限元数值分析方法求解了飞机荷载作用附加应力在民用机场场道土基分布的边值问题,在此基础上定量地研究了飞机荷载类型、刚性道面厚度、土基回弹模量以及工作区不同定义标准对工作区深度的影响:飞机荷载越重、起落架形式越复杂,土基中附加应力的影响范围越大,相应工作区深度越大;刚性道面的厚度越大,工作区深度越小;土基回弹模量越大,工作区深度越大;刚性道面的工作区深度与刚性道面厚度、土基回弹模量之间存在良好的线性关系,并且这种线性关系与工作区深度的定义标准有关。在上述分析的基础上,提出了一种确定刚性道面工作区深度的简易方法,可以规避繁琐的数值模拟。在场道的设计和建设工程中,可以借鉴本文研究成果确定机场场道路基的工作区深度进而选取合适的路基处理深度和处理方法。     

飞机荷载作用下非均匀道基动力响应分析

针对山区机场道基沿跑道方向挖填交替的特点,通过沿跑道横向Fourier变换,提出适用于飞机移动荷载作用下山区机场跑道动力响应分析的半解析有限单元法,导出相应的有限元列式,编制有限元分析程序,通过算例验证方法及程序的正确性。分析单轮荷载移动速度、机场道面结构形式以及挖填交替非均匀道基形式对道基土体动应力的影响。结果表明：道基土体动应力路径呈蛋形,各动应力分量的峰值小于单轮静压力的2%;随着荷载移动速度加快,土体动应力路径逆时针偏转,动应力峰值和影响深度明显增加;与刚性道面结构相比,柔性道面结构下土体动应力沿跑道纵向和横向衰减快,但动应力峰值和影响深度更大;挖填交替界面附近土体动应力集中,集中系数达约1.4。     

飞机主起落架移动荷载作用下道基动力响应分析

飞机起降过程中主起落架移动荷载引起的跑道道基土体循环动应力是导致跑道沉降和差异沉降的主要原因。采用移动荷载作用下跑道动力响应半解析有限单元法,基于叠加原理分析了B747-400和A380-800客机主起落架轮组移动荷载作用下道基土体动应力响应规律。分析结果表明:在B747-400和A380-800客机主起落架移动荷载作用下,道基浅层土体竖向正应力沿横向呈倒锅底型分布,荷载影响深度可达13 m;主起落架机轮分布对浅层道基土体竖向正应力影响较大,对深层土体影响不大;飞机移动速度对浅层道基土体竖向正应力分布影响较小,但对深层土体影响较明显,当飞机滑行速度达到60~80 m/s时,荷载影响深度达静力分析时的1.5~1.7倍;采用柔性道面板时,浅层土体竖向正应力较刚性道面结构时增加约50%,荷载影响深度增加约10%。     

机场刚性道面的位移响应与结构优化分析

为保证机场跑道使用安全及延长其使用寿命,研究分析飞机随机荷载作用下道面的响应规律是必要的。根据相关起落架参数及形态设置,建立飞机与道面结构相互作用模型,依照弹性层状理论体系内容,分析列出平衡振动方程,使用有限元软件建立二者耦合模型并运算分析,得出在飞机随机荷载作用下道面动位移变化规律以及不同道面结构参数对位移幅值影响变化规律。经过计算发现:改变刚性道面的面层厚度和土基模量能够对道面动位移幅值变化产生较大影响,可以为机场实际工程提供借鉴。     

机场跑道下穿隧道结构稳定性影响因素研究

为研究飞机荷载作用下机场道面下穿隧道结构的稳定性,建立了机场道面-基层-土层-隧道衬砌结构协同变形的力学模型,深入分析了飞机荷载作用下道面-基层-土层-隧道衬砌结构的稳定性,重点探讨了地应力、隧道自重及飞机荷载冲击效应影响下隧道结构衬砌的位移响应、速度响应及应力演化规律。研究发现：隧道自重及地应力对土体-隧道结构整体稳定性影响较大,飞机荷载的冲击效应影响相对较小;圆形截面形式的隧道结构的稳定性最好;随着隧道结构埋置深度的增加,地应力对隧道结构稳定性的影响越严重;衬砌结构的混凝土强度越高,其稳定性越好;随着飞机荷载作用位置不同,隧道结构变形有较大的变化,且随着衬砌厚度的增加,飞机荷载的冲击效应对隧道结构的影响逐渐衰弱。     

多轮组车辆荷载下公路地基的附加动应力

基于移动集中点荷载作用下的地基附加动应力的理论解,采用数值积分方法计算了移动圆形均布荷载下地基的附加动应力。将交通荷载简化为移动的均布圆形荷载,对比分析了荷载作用半径、荷载移动速度对地基附加动应力的影响规律。分析结果表明:浅层地基和深层地基中的附加动应力分布规律有所差异;荷载移动速度对地基中各应力分量的影响规律与地基深度密切相关;地基中的附加应力分布曲线具有良好的归一化规律。在单个轮轴荷载计算方法的基础上,采用叠加法对多轮组车辆荷载作用下的地基附加动应力进行了研究。计算结果表明:应力的叠加效应和荷载移动速度效应对深层地基的影响较浅层地基更为显著;多轮组车辆荷载作用下,应力路径形式变得更为复杂。     

移动交通荷载下公路软土地基的沉降计算

交通荷载是一种移动的重复作用荷载,在地基中产生的附加动应力的路径和大小与移动速度密切相关,目前的简化算法中忽略了移动速度的影响。通过数值积分算法得到了交通荷载在地基中引起的附加动应力,探讨了移动荷载下地基中应力路径特点及其与荷载移动速度的关系,提出在拟静力计算的地基附加应力结果上乘以荷载速度效应的放大系数的简化近似方法,给出了便于工程应用的放大系数的实用图表。根据移动荷载在地基中产生的附加动应力路径的特点,提出了一个适用于循环心形应力路径的饱和软土残余变形的经验模型,通过对已有试验成果的模拟,初步验证了所提模型的有效性。在此基础上,建议了一种考虑荷载移动速度影响的路基沉降实用算法。以Saga机场高速公路的沉降计算为例,初步探讨了不同车速比下的公路沉降发展的特点和规律。     

飞机荷载引起的层状地基附加应力及对下穿#br# 隧道的影响范围研究

目前,国内外下穿机场飞行区的隧道工程案例较少,对于机场飞行区下穿隧道工程的相关设计理论比较欠缺。鉴于此依托穗莞深城际铁路SHZ-9标盾构隧道下穿越深圳宝安国际机场工程,利用布辛奈斯克解和弹性层状理论,推导了飞机荷载作用下土体任意深度处的附加应力公式;基于推导的公式利用Matlab分析了空客A380、波音B-747、B-777三种飞机荷载产生的附加应力值规律,确定了三种大飞机最大竖向应力作用点位置;通过分析三种类型大飞机在附加应力最大值点沿不同方向的变化规律,得到了三种大飞机荷载在不同覆土深度下对飞行区盾构隧道影响范围的计算公式,具有重要的工程指导意义。     

软弱层对机场道面基频的影响分析

通过建立道面结构的有限元模型,仿真模拟土基存在软弱层的各类工况,并得出地震作用下软弱层宽度、厚度、所处深度及弹性模量对刚性道面基频的影响规律,结果表明:基频随软弱层宽度、厚度及所处深度的增大呈减小趋势,随弹性模量的降低逐渐减小,为场道的抗震设计以及土基中软弱层的评价提供了参考依据,具有重要的意义。     

提高机场水泥混凝土道面平均纹理深度施工质量的分析与实践

通过对多个机场项目的调查、分析与研究,有针对性地制定机场道面平均纹理深度作业改进措施,包括量化检测水泥浆厚度、改造模板边缘结构提高平整度、分析总结温度与风速对纹理深度作业时机的影响等,并在2009年的上海虹桥机场道面施工进行了推广应用,实践证明效果良好,进一步提升了机场场道水泥混凝土道面的施工技术水平。     

飞机移动荷载下层状路基应力路径特性研究

为研究飞机移动荷载作用下跑道地基受力特性及土体单元经历的应力路径,采用积分变换和传递矩阵法推导了层状地基各应力分量的半解析解,将道路面层-基层-地基视作多层跑道结构体系,将飞机荷载考虑为作用于跑道上的多个移动轮载的叠加,分析了不同移动轮组荷载组合形式下地基内部土单元的偏应力大小、主应力方向的变化规律,揭示了偏应力路径的基本特性;进一步探讨了跑道不同功能区土单元应力路径的差异性,发现不同功能区域土单元应力路径曲线有显著差异,呈现为全心形-上半心形及下半心形的形态,并开展动态空心扭剪试验观察了三种应力路径下土体累计变形的差异性,从而揭示了跑道差异沉降产生的内在机理。     

移动荷载下正交各向异性地基无限大板的动力响应

以薄板理论和弹性动力学理论为前提,以位移分量为基本未知量,建立了直角坐标系下的移动谐振荷载作用下正交各向异性地基上覆无限大弹性板的力学模型和动力微分方程;然后用坐标变换和Fourier积分变换,且引入边界条件,推导了移动荷载作用下无限大板的挠度和薄板与地基之间的接触应力的积分形式解。基于推导的理论方法,编制了相应的计算程序,并对薄板表面作用线性谐振荷载问题进行了算例分析,验证了方法的正确性。最后,对移动谐振荷载作用下公路路面板的动力响应进行了参数分析,研究了土体参数、板参数、荷载速度、荷载频率对其影响规律。结果表明:土体的各向异性、板厚、板的弹性模量、荷载移动的速度和振动频率对板动力响应影响很大。     

飞机动荷载作用下场道地基沉降

地基沉降问题是软土地基上修建跑道的关键问题,上海浦东机场对修建在软土地基上的跑道进行了长期道面沉降观测。通过对浦东机场两条跑道道面沉降观测资料的分析,提出了采用通航以来跑道横断面上10 m线测点与30 m线测点之间的差异沉降近似确定飞机动载沉降的方法,并分析了飞机动载沉降在时间及空间上的变化规律。认为动载沉降在通航初期2～3年增加较大、之后增加缓慢,动载沉降占总沉降的份额随着时间的延续不断增大,一跑道通航10年后,该份额平均约为10%左右。截止2009年4月,浦东机场一、二跑道以均匀沉降为主,差异沉降较小。     

土动力学与岩土地震工程

近年来,随着交通和能源基础设施建设的快速发展,循环动载引起的工程问题使得土动力学与岩土地震工程的研究面临许多新的课题。文章简要评述土动力学与岩土地震工程在国内外的研究现状,着重讨论土的剪切模量、高速铁路路基动力响应及累积沉降、土体地震液化、地下结构地震响应及其抗震设计、跨海桥梁与海上风电基础的动力学问题等方面的最新进展,并进一步阐述今后研究的方向。     

大型军用飞机多轮荷载作用下水泥混凝土道面的结构响应

以伊尔-76为例,考虑大型军用运输机复杂起落架构型和多轮荷载的作用特点,基于“地基-道面结构-飞机轮载”的相互作用,并采用弹簧单元模拟道面板的接缝传荷,借助ABAQUS软件建立了足尺9块水泥混凝土道面板的三维有限元分析模型。应用该模型,计算了多轮荷载不同组合作用下水泥混凝土道面的应力和变形,揭示了道面结构的力学响应,即在多轮荷载作用下,道面结构的最大应力位于轮载作用位置的板底部;与8轮荷载组合相比,16轮荷载组合作用下道面结构的应力和变形较小;而且,道面板弹性模量、基层回弹模量和地基反应模量对板底弯拉应力影响显著。     

交通荷载对场道地基工后沉降的影响分析

基于软土地区民航枢纽机场跑道飞机荷载特点,结合上海浦东国际机场第一跑道6年多的沉降观测数据,定量分析交通荷载对场道地基工后沉降的影响.采用对数曲线模型描述场道地基在恒载条件下的工后沉降规律,并用跑道竣工后尚未通航期间的沉降数据标定模型参数,跑道运营期间的恒载沉降与实测沉降的差值可视为交通荷载作用下的场道地基工后沉降.分析表明,在该跑道通航第5年,交通荷载作用下的场道地基工后沉降占工后总沉降量的比例达 31%,且这一比例最终将超过50%.这说明今后应在场道软土地基设计中充分考虑交通荷载对工后沉降的影响.     

地铁荷载作用下地裂缝邻近土体受力数值分析

利用有限元分析法,对西安穿越地裂缝带的地铁隧道与土体在地铁荷载下的动力相互作用进行了三维模拟,分析了整体式隧道和分段式隧道两种情况下衬砌与土接触压力的分布规律和衬砌下部土中动应力的传递规律及影响范围,并将地铁列车荷载引起的动应力与初始静应力进行了比较,得出了地铁动荷载与重力荷载之间的强度差异。分析表明,列车从上盘往下盘运行过程中,在地裂缝附近,下盘拱底与土附加接触压力较正常值大,上盘则较正常值小,下盘拱顶与土附加接触拉应力较正常值大,上盘拱顶与土之间则产生附加接触压应力;土中竖向动应力从衬砌底传递至下部11 m过程迅速减小,动应力对此范围以外的土体影响较小;地裂缝附近分段式隧道条件下土中竖向动应力较大;就本次模拟工况而言,地铁动荷载产生的动应力比初始静应力要小很多,初始应力与动应力的最小倍数在60倍以上。