崔守榮 ,李贊成 ,秦立軍
(1中國(guó)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(chǎng)勤務(wù)保障系, 江蘇 徐州 221000);
(3空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場(chǎng)勤務(wù)保障系, 江蘇 徐州 221000)
機(jī)場(chǎng)道面坑槽是道面破損的常見形式,對(duì)坑槽進(jìn)行搶修是保證機(jī)場(chǎng)道面飛行保障能力正常發(fā)揮的有效途徑。機(jī)場(chǎng)道面坑槽搶修后的修補(bǔ)面質(zhì)量對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)坑槽修補(bǔ)面質(zhì)量的影響。
飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)道面上滑行、起降時(shí),機(jī)輪與道面之間的摩阻力、飛機(jī)著陸制動(dòng)和急轉(zhuǎn)彎等會(huì)對(duì)道面產(chǎn)生水平作用力[1]。機(jī)場(chǎng)道面坑槽修補(bǔ)面對(duì)于整體道面而言是受力相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié),坑槽搶修后會(huì)在新老道面間形成一個(gè)“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(huì)有較大程度的下降。當(dāng)水平力作用于坑槽修補(bǔ)面時(shí),新老道面之間會(huì)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(chǎng)道面坑槽搶修質(zhì)量的關(guān)鍵之一。因此,提高機(jī)場(chǎng)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)。
飛機(jī)在起飛、著陸的過程中對(duì)道面還存在沖擊作用力[2],機(jī)輪對(duì)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(shí)也會(huì)對(duì)道面產(chǎn)生沖擊作用力。沖擊作用力加大了機(jī)輪荷載對(duì)道面的破壞效果,對(duì)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(shí)會(huì)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(shí),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(shí),會(huì)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。
飛機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)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(jiǎn)化分析,文中將其轉(zhuǎn)化為單個(gè)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(chǎng)道面坑槽修補(bǔ)面的受力情況應(yīng)先將其置于機(jī)場(chǎng)道面面層的整體受力中進(jìn)行,見圖-1。目前對(duì)機(jī)場(chǎng)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(gè)主輪垂直荷載為對(duì)稱荷載,可以將應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)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(shí),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(chǎng)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(chǎng)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。
對(duì)機(jī)場(chǎng)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(duì)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(shí)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(jí)公路改成飛機(jī)跑道的承載力分析[J]. 國(guó)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(chǎng)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(chǎng)道面設(shè)計(jì)[M]. 人民交通出版社,1995.