机轮荷载作用下机场道面坑槽修补面受力分析研究

崔守荣 ，李赞成 ，秦立军

（1中国航空港建设第二工程总队， 江苏 徐州 221000；2空军勤务学院机场勤务保障系， 江苏 徐州 221000）；

(3空军勤务学院机场勤务保障系， 江苏 徐州 221000）

机场道面坑槽是道面破损的常见形式，对坑槽进行抢修是保证机场道面飞行保障能力正常发挥的有效途径。机场道面坑槽抢修后的修补面质量对道面的飞行保障能力有很大影响，研究如何提高坑槽修补面抢修质量对于改善飞行保障能力有重要意义。目前，坑槽抢修方法研究较多，已经形成了较为成熟的抢修程序，但对于坑槽修补面在机轮荷载作用下的受力情况研究较少。本文通过分析坑槽修补面在机轮荷载作用下的多种受力形式，研究各种受力形式对坑槽修补面质量的影响。

1 水平作用力

飞机在机场道面上滑行、起降时，机轮与道面之间的摩阻力、飞机着陆制动和急转弯等会对道面产生水平作用力[1]。机场道面坑槽修补面对于整体道面而言是受力相对薄弱的环节，坑槽抢修后会在新老道面间形成一个“新道面-粘结界面-老道面”过渡区，该界面过渡区比整体混凝土存在更多的裂缝、孔隙和未完全水化的熟料颗粒，力学性能会有较大程度的下降。当水平力作用于坑槽修补面时，新老道面之间会产生较大的应力作用，使坑槽修补面更易造成破损，由此可知，新老道面的粘结力强度是影响机场道面坑槽抢修质量的关键之一。因此，提高机场道面坑槽修补面质量可以通过改善新老道面粘结力强度来实现。

2 冲击作用力

飞机在起飞、着陆的过程中对道面还存在冲击作用力[2]，机轮对道面的撞击产生冲击作用力，战机滑行经过不平整的道面时也会对道面产生冲击作用力。冲击作用力加大了机轮荷载对道面的破坏效果，对道面有较高的抗冲击强度要求。特别是抢修完成的应急起降带平整度较差，飞机从应急起降带上起降时会产生更为严重的冲击作用力。当坑槽修补面受到这种冲击力作用时，因为其结构整体性较差，更易产生破损和剥落等结构损坏。当坑槽修补面的抗冲击性能较弱时，会导致坑槽产生破碎和掉边掉角等现象，影响坑槽抢修质量。提高坑槽修补面抗冲击性能可以使坑槽修补面抢修质量有显著的提高。

3 垂直荷载作用力

飞机对机场道面的垂直荷载作用力是机轮荷载的主要作用形式，影响飞机垂直荷载大小的因素主要包括飞机总质量和起落架构型等，为简化分析，文中将其转化为单个主轮垂直荷载进行分析研究。分析机轮垂直荷载下机场道面坑槽修补面的受力情况应先将其置于机场道面面层的整体受力中进行，见图-1。目前对机场水泥混凝土道面面层的应力分析多采用弹性薄板小挠度理论[3]，将面层视为各向同性的单层小挠度弹性板，基层和土基视为弹性地基。由于单个主轮垂直荷载为对称荷载，可以将应力状态简化为平面问题，采用弹性力学求解，面层各处应变和竖向位移关系见公式-1：

当垂直荷载作用力施加于坑槽修补面时，由于坑槽形状尺寸和厚度远小于道面面层，因此在误差范围内道面面层应力分布视为不变。根据弹性薄板小挠度理论分析可知，机场道面面层的中性面位于面层厚度中部，面层上半部受压应力，下半部受拉应力，因此坑槽修补面应力分布见图-2。

图-1 道面面层应力分布图

图-2坑槽修补面应力分布图

由图-2中应力分布可建立坑槽底面中点O处的弯矩方程，见公式-4。

由理论分析可知，坑槽修补面底面受到拉应力，坑槽修补面面层受到压应力，机轮垂直荷载下机场道面坑槽修补面底面最易受到拉应力破坏，因此提高坑槽修补面底面的抗拉强度，可以改善坑槽修补面的抢修质量。

4 结束语

对机场道面坑槽修补面在机轮荷载作用下的受力进行分析有重要意义，通过分析不同的受力形式对坑槽修补面的作用，可以明确坑槽修补面所受到的破坏效果，同时可以通过改善坑槽修补面相应的性能，达到提高坑槽抢修质量的目的。

[1]陈云鹤，韦武举，郑金阳，等. 现有高等级公路改成飞机跑道的承载力分析[J]. 国防交通工程与技术，2007，（3）：15-18.

[2]罗昭俊，王峰，梁济丰. 军用机场设计[M]. 徐州:空军勤务学院，2013.

[3]冷培义，翁兴中，蔡良才.机场道面设计[M]. 人民交通出版社，1995.