跑道助航灯光改造切槽对沥青混凝土道面影响★

安彦卿 袁捷 谭悦

截至2010年年底，我国已投入使用的民用机场(含军民合用机场)数量为175个。由于水泥混凝土道面具有强度高、使用年限长等优点，我国目前机场道面类型中以水泥混凝土道面为主，沥青混凝土道面(含新建沥青混凝土道面及采用沥青混凝土加铺的道面)只占机场总数的10%左右[1，2]，而这一趋势与国际上正好相反。根据国际民航组织1998年公布的数据，其147个成员国的1038个机场中，沥青混凝土跑道占了62.6%[3];欧洲沥青路面协会也于2003年对欧美机场进行了统计，其中全柔性的沥青混凝土道面占到了62.4%[4]。出现这一现象有很大一部分原因是我国沥青混凝土道面设计、施工技术尚不成熟。但随着我国民航技术的不断发展，可以预计沥青混凝土道面在我国发展会越来越快，其中一个重要证明就是昆明在建4F等级新机场跑道即采用沥青混凝土道面。

道面在使用过程中有可能会出现助航灯光改造问题，如跑道入口内移、道口拼接工程施工等等。沥青混凝土道面的助航灯光改造需要在道面上切槽，且通常是不停航施工，切槽势必会影响道面完整性，有可能会对道面的使用性能产生不利影响，甚至影响道面运行安全。而目前国内外针对切槽对道面的性能影响尚属空白。为此，本文依托上海某机场沥青混凝土道面助航灯光改造工程，针对切槽对道面性能的影响进行深入研究，为类似工程提供技术依据。

1 工程背景

上海某机场由于机场容量饱和，为了扩大机场容量，对飞行区进行了扩建。扩建飞行区需要与既有道面进行拼接，其中有9条联络道需要与既有跑道道面进行拼接，除了建筑工程外，还包括助航灯光的接入。因此需要对既有助航灯光线路进行改造。改造工程需要对跑道沥青混凝土道面进行切槽，切槽方案如图1，图2所示。

如图1所示，改造方案采用6个灯光并联方式，道面横缝内有4根电缆。切槽槽口尺寸:宽度为8 mm，深度为80 mm。其中最下层17 mm为安放电缆空间，中间48 mm为安放胀缝条，上层预留15 mm空间注入灌缝料。

2 基于ABAQUS的道面切槽3D有限元模型

本文采用有限元软件ABAQUS对切槽对沥青混凝土道面的影响进行分析。通过建立3D有限元精细数值分析模型，计算道面在切槽前后的受力状态，将受力状态进行对比，以评价切槽对道面所产生的影响。

图1 跑道助航灯光埋设方案平面图

图2 道面切槽槽口示意图（单位：mm）

2.1 道面结构参数

上海某机场跑道为“白+黑”结构，上面层为沥青混凝土，分为4层，分别是1991年，1998年和2005年加铺层;下面层为水泥混凝土道面。各结构层的详细参数如表1所示。

表1 道面结构层参数

2.2 荷载参数

计算模型荷载采用B747-400飞机主起落架荷载。飞机起落架构型示意图如图3所示[5]，表2为B747-400主起落架荷载参数。

图3 B747-400机型起落架构型示意图

2.3 3D有限元数值模型

模型平面尺寸取10 m×10 m，K值采用弹性地基Elastic foundation进行模拟，计算单元类型采用非协调单元C3D8I。道面切槽与未切槽模型对比如图4所示。

表2 飞机荷载参数

图4 未切槽模型与切槽模型对比示意图

3 计算结果

表3 不同工况计算结果(一) MPa

采用上述模型进行计算分析，得到切槽前后的最大主应力如表3所示。

各种工况的计算应力云图如图5所示。

图5 各种工况计算结果应力云图

从计算结果可以得到以下结论:

1)跑道“白+黑”道面切槽后对上面层沥青混凝土道面受力状态略有影响，最大主应力从0.1855 MPa提高到0.1860 MPa，增幅 0.27%;

2)跑道“白+黑”道面切槽后对下面层水泥混凝土道面受力状态没有影响。

为了深入研究切槽对道面的影响，本文采用ABAQUS分析模型对不同切槽宽度对道面的影响进行了计算，得到的结果见表4。

表4 不同工况计算结果(二)

从表4计算结果来看，切槽在20 mm以内对沥青混凝土道面的影响非常小，超过20 mm后沥青混凝土面层的最大主应力有明显上升。

4 结语

以上海某机场跑道助航灯光改造工程中切槽对沥青混凝土道面性能的影响进行了深入研究，得到以下结论:

1)上海某机场跑道助航灯光改造工程对上面层沥青混凝土面层的受力状态略有影响，但影响非常小，最大主应力只上升了0.27%。

2)上海某机场跑道助航灯光改造工程对下面层水泥混凝土面层的受力状态没有影响。

3)以上海某机场跑道道面结构模型为例，分析了不同切槽宽度对道面的影响程度，研究表明，当切槽宽度超过20 mm时，切槽对沥青混凝土面层受力状态的影响显著增大。

[1]赵鸿铎.适应大型飞机的沥青道面交通荷载分析方法及参数的研究[D].上海:申请同济大学博士学位论文，2006.

[2]刘 文.机场沥青道面设计指标及方法研究[D].上海:申请同济大学博士学位论文，2008.

[3]史保华，王 声.应用沥青混凝土修建机场道面的分析探讨[J].石油沥青，1998(6):15-17.

[4]EAPA.Airfield Uses of Asphalt.Netherlands，European Asphalt Pavement Association，2003.

[5]Boeing Commercial Airplane Group.747-400 Airplane Characteristics for Airport Planning.The Boeing Company，Document D6-58326-1，2002.