机场沥青道面结构相似模型方法研究.pdf

摘要

机场跑道承担了飞机起降及滑行过程的轮载作用，是保证空中交通运输正常

工作的重要平台，性能更好的沥青道面也被更多应用于机场跑道修建中。毫无疑

问，在飞机着陆以及慢速滑行等过程中跑道会承担较重的飞机轮载作用，但由于

飞行区安全考虑机场跑道难以埋设传感单元以监测着陆冲击等过程的道面响应，

目前多利用理论计算及数值分析来进行预测，针对此类大型结构的响应问题，利

用缩尺模型试验来测试预测原型响应具有一系列的优势。因此针对这一问题，本

研究基于相似理论建立道面结构相似模型，设计沥青混凝土相似材料，并开展不

同工况下的实验室道面缩尺模型试验，对飞机不同运行状态下的跑道道面响应规

律进行分析。其中，具体研究内容如下;

首先，为设计缩尺寸的道面结构模型，基于量纲分析方法计算相似准则，明

确了道面缩尺模型重要参数的相似因子，根据相似准则确定了合理的相似系数，

利用有限元模拟方法建立1/5、1/10及1/20缩尺模型，并测试静载、轮载行进及

冲击三种工况来验证推导的相似准则的正确性，此外利用预测系数法对模型出现

的畸变问题进行修正，证明了发生对应情况畸变后的模型利用修正系数补偿后的

预测误差符合要求，可用于后续实物缩尺模型设计，之后基于ADAMS软件组装

飞机模型进行了着陆仿真，得到了不同工况下道面荷载时程曲线，选择1/20相

似准则，通过对原型起落架缓冲力行程曲线进行线性拟合得到模型起落架的设计

参数，并对的地面荷载进行缩放，得到道面结构缩尺模型不同工况的输入依据。

其次，为研制出具有与机场沥青混凝土弹性以及破坏阶段同样性能的相似材

料，以AC-20为道面原型材料案例，对其路用性能及基本力学性能测试，以此作

为相似材料设计的依据，基于所需材料的性能对原料组分进行选择，并对相似材

料不同掺量下的成型工艺进行了探究，根据不同组分对应掺量下材料性能的变化，

以及不同胶凝基体相似材料的温变力学性能，对相似材料组分进行优选确定，基

于已优选出的相似材料组分设计正交试验，利用多元回归方法建立相似材料快速

配比模型，以此计算出符合参数要求的相似材料并验证了其性能，得到了所需的

道面模型相似材料，对相似材料的温变性能进行测试，并对其性能利用相似准则

还原与原型沥青混凝土性能变化建立了联系。

最后，为了对飞机着陆过程不同运行状态下的道面响应规律进行探究，在此

利用已推导的模型参数相似准则设计模型壳，利用已确定的低模量相似材料及分

布式光纤进行分层填充，使用万能试验机进行加载建立了缩尺道面模型试验系统，

通过ABAQUS有限元软件建立与其对应的足尺寸道面结构，联合实测道面响应

数据验证了缩尺道面结构模型的准确性，利用ADAMS导出的地面荷载曲线以及

相似材料与原型材料温变力学性能关系，进行了不同工况下的缩尺寸加载试验，

将试验结果依据相似系数以及畸变补偿系数进行还原对原型系统进行预测，探究

了不同着陆以及滑行工况下的道面响应规律，并为道面分区结构设计提出合理的

优化建议。

关键词：机场跑道；沥青道面；模型试验；相似材料；响应监测

Abstract

Theairportrunwaybearsthewheelloadfunctionofaircrafttakeoff,landing,and

taxiingprocesses,andisanimportantplatformtoensurethenormaloperationofair

transportation.Asphaltpavementwithbetterperformanceisalsomorewidelyusedin

airportrunwayconstruction.Undoubtedly,duringaircraftlandingandslowtaxiing

processes,therunwaywillbearaheavyaircraftwheelload.However,duetosafety

considerationsintheflightarea,itisdifficulttoembedsensingunitsontherunwayto

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