考虑轮迹横向偏移的机场水泥道面分仓设计研究

摘要 机场水泥道面的分仓设计一直是一项重要内容。文章从分仓设计的目的与需求出发，考虑到机场道面轮迹横向偏移情况，对测试偏移的方法、实际偏移的规律等进行了分析，最后综合分析了分仓设计方法，同时对该方法的可行性进行了探究。

关键词 轮迹横向偏移;机场;道面分仓设计

中图分类号 V351.11 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0114-03

引言

机场水泥道面分仓设计以飞机轮迹横向偏移为基础，可提升设计的可靠性，通常来说飞机轮迹横向偏移是符合正态分布特点的。基于此，该文对机场水泥道面考虑轮迹横向偏移的分仓设计方法进行了简要描述。

1 机场水泥道面分仓

在机场水泥道面的整体设计内容当中，分仓设计的目的在于提升后续施工的合理性，确保机场道面不会出现结构性裂缝问题。具体的分仓就是将整体水泥道面采用接缝来划分为数量较多、尺寸颇小的板块，各个板块的形状一般为矩形，在进行了分仓之后，机场道面内部的温度应力可以得到降低，甚至于直接消除应力，避免后续施工出现不规则裂缝情况，也会提升施工效率。但分仓时，接缝位置成为了整体面板中最为薄弱的部分，若外部的荷载力过大，接缝位置很容易出现损坏问题，同时道面的整体性也会降低，因此，须合理选择临界荷位，通常是选择在接缝的板边中部。在机场水泥道面分仓设计当中，须充分考虑不同机型飞机通过时的荷载作用，尤其重点考虑道面轨迹横向的偏移情况，保证分仓设计的实用性[1]。

2 飞机轮迹横向偏移测试方法

飞机轮迹横向偏移的测试主要分为两种方法。

一是非接触性测试方法，这类方法从目前的机场飞机轮迹横向偏移测试情况来看，主要是运用红外测试技术、激光测试技术、视频测试技术以及埋入式传感器测试技术四种。

二是飞机轮迹测试系统方法，即以上述选择的非接触测试技术为根本构建适合进行研究的测试系统，该文中的测试工作所构建的系统包括六项功能模块，即数据存储模块、激光测距模块、数据传输模块、供电系统模块、控制系统模块以及数据处理模块等。系统的整体部件包括距离测量单元、供电蓄电池、数据采集软件、数据回放软件以及数据分析软件等等。在开展飞机轮迹横向偏移数据测试的过程中，可将该系统直接放在机场跑道的侧面，然后系统会以较高频率发射出一种测试光，而飞机的轮胎在测试断面上经过时，就会被系统自动化测量记录，获得的数据包括飞机具体机型、在跑道上的偏移距离、运行速度等等[2]。

3 飞机轮迹横向偏移的规律分析

3.1 飞机轮迹横向偏移相关研究综述

某大学的研究团队以虹桥机场的西滑行道轨迹作为研究对象，开展了飞机道面轮迹的横向偏移规律研究，通过对各项数据的实测与深入研讨得出结论，虹桥机场的西滑行道飞机轮迹的横向偏移并不完全符合正态分布，获得了标准差值为92.5 cm，若是其具有助航灯光，则飞机轮迹的横向分布情况呈现出正态分布特点。随后，该团队也研究了具有助航灯光条件下，不同型号飞机在飞机道面上轨迹的横向偏移情况，最后获得了两项偏移规律。

一是通过构建相关轮迹数据分布直方图来观察分析，得出若是在起飞的状态下，该机场不同型号飞机的轨迹横向分布都更加倾向于中心线左侧偏移，而这种情况的原因可能是由于滑行道上飞机的起飞在道口位置处都会向左转弯然后进入到滑行道当中，而测试的位置也与道口颇近，所研究的轮迹数据分布直方图横坐标为偏移量，纵坐标则为频率，大部分图像都是呈现出中间高而两头减小的情况，因此也得知飞机轮迹的横向偏移具有正态分布特点。

二是根据不同型号飞机轨迹的横向偏移研究发现，不管飞机的体型之间差距有多大，在机场路面上轨迹的横向偏移标准差基本在0.7～1.2 m的范围之内，但体型不同的飞机其偏移最值之间有着较大差异，不过标准差都是相对较小的，大部分情况下的横向轨迹偏移都集中在均值附近[3]。

3.2 影响飞机轮迹横向偏移的因素

实际情况来看，对飞机轮迹横向偏移产生影响的因素具有众多复杂的特征，比如说机场滑行道的宽度、飞机具体机型、环境与天气情况、滑行道上的助航灯等。该文中研究轮迹横向偏移的主要目的是用于探析机场道面分仓设计的合理性，因此研究飞机轮迹横向偏移因素时着重于机场跑道的平面宽度对其影响，平面尺寸的是直接影响飞机侧向偏移的因素之一，具体影响可根据实测的偏移量计算反向推导，符合实际情况的要求。

4 飞机轮迹横向偏移的通行—覆盖率

飞机运行当中，机轮本身会在机场道面的最大应力点位置通过一次，这种经过一次的情况被称为一次覆盖。机场道面上某种机型飞机的作用次数，以及在最大应力点位置覆盖次数，都和飞机轮迹横向偏移分布之间有着密切联系，同时机轮轮胎与道面之间的接触面积、主起落架的轮距以及数量也会影响飞机轮迹横向偏移分布，综合以上因素的影响，在研究机场道面的具体结构设计时，可以通行—覆盖率总结上述因素，将通行—覆盖率作为主要研究参数因素。

研究的过程中假定飞机轮迹横向偏移可近似看作符合正态分布规律，那么可结合正态分布曲线来对通行—覆盖率值进行计算。对于飞机的单轮来说，轮胎覆盖频率最高的位置位于正态分布曲线的中点，那么假设轮胎的位置接触面积宽度可通过测量获得，则单轮中心概率最大的中心点可画出中心线，在该中心线的两侧位置上，只有是在二分之一宽度的位置范围之内，实际作用的轮胎都会在该中心点产生一定次数的覆盖，将此在正态分布曲线上的最大覆盖概率密度进行确定，主要是结合主起落架轮距值的测定来计算，就可以通过一定公式來计算通行—覆盖率值，该值计算主要为1/正态分布曲线上的最大覆盖概率密度*实际轮胎与道面之间的接触面积，多轮的计算方法与其相同[4]。

5 基于飞机轮迹横向偏移研究的机场水泥道面分仓设计

机场水泥道面的分仓设计须考虑跑道横向分布与纵向分布，以上述分析的飞机轮迹横向偏移研究结果作为基础，开展合理的分仓设计。

5.1 计算荷载作用最小位置的覆盖次数

充分考虑飞机轮迹横向偏移，同时结合上述计算通行—覆盖率值的方法，对荷载作用最小的覆盖次数位置计算方法加以研究，计算当中须考虑到的因素较多，包括飞机的具体类型、该类型飞机的运行架次、主起落架轴数量等。而对于体型相对较大的飞机，主起落架的计算还应当分开进行，主要是划分为机腹主起落架以及机翼主起落架。计算中还须考虑该类飞机主起落架单个轮印的宽度值，再结合轮迹横向分布的相关概率密度函数，须注意的是，在多轮主起落架计算当中要充分考虑叠加带来的影响，横向的宽度值范围应当按照相关设计规范来界定，一般最小设计宽度值为4 m，最大设计宽度值则为5 m[5]。

5.2 分仓设计的具体步骤

机场水泥道面的分仓设计在实施过程中可分为四个步骤。

一是通过调查及数据收集来对新建机场的交通量进行估算，同时对设计年限进行确定，在该年限条件下，分析内部可能运行的飞机类型，再根据该类型结果计算每种飞机的运行交通总量值，同时确定主起落架的相关构型参数。

二是基于飞机在道面上的轨迹横向偏移研究，再参考美国hosang所系统性调查的数据结果以及已经确定的调查结果数据，从而确定了不同类型飞机轮迹横向分布时的偏移标准差值。其中，美国hosang所进行的研究内容为：取9个机场作为轨迹横向研究的对象，运用红外线测试仪器对其进行现场轨迹偏移的实测调查，调查内容包括滑行道位置、跑道位置以及联络道位置等，测试的机型包括B727机型、B737机型、B747机型、DC-10-10机型以及DC-8-40机型等等，在调查的九个机场当中有七个机场的跑道宽度为46 m，只有两个机场的跑道宽度为61 m，在这些跑道上利用测试仪器总共测试了4 359组相关起飞数据以及5 200组相关降落数据，综合进行数据分析后发现，飞机轮迹在横向上的偏移并不是呈现出均匀分布状态的，都是以中心线为起点进行道面上的偏移，产生一定痕迹，且为正态分布情况，为了更加直观地呈现出美国hosang所研究中的对比数据情况，选择起飞状态下的四种机型相关偏移数据作为参考如表1所示。

三是结合所分析的荷载作用最小的覆盖次数位置计算方法，计算出横向位置分仓尺寸的结果。

四是充分考虑到后续机场水泥道面的顺利施工，加工计算出的横向位置分仓尺寸结果作为基础，计算得出纵向位置分仓尺寸。此外，再结合相关规范要求来确定分仓的横缝间距参数，最终完成了整体机场水泥道面的分仓设计。

6 实际设计的可行性分析

为了判别上述机场水泥道面分仓设计的合理性与可行性，可通过案例来进行验证。选取的案例当中，机场的跑道宽度为61 m，选择三种机型作为研究对象，对不同类型飞机的交通量与主起落架构型参数进行调查。

一是B737-300型飞机，交通量参数为120万次，主起落架构型为D，主起落架的具体间距为5.23 m，轮距为0.77 m，轮印宽度为29.1 m，飞机轮迹横向偏移的标准差值为1.45 m。

二是B747-300型飞机，交通量参数为25万次，主起落架构型为2D或2D2，主起落架的具体间距为11 m或3.84 m，輪距为1.12 m，轮印宽度为36.6 m，飞机轮迹横向偏移的标准差值为0.85 m。

三是A330型飞机，交通量参数为20万次，主起落架构型为2D，主起落架的具体间距为10.68 m，轮距为1.40 m，轮印宽度为38.8 m，飞机轮迹横向偏移的标准差值为1.20 m。

结合相关计算方法以及以上数据，对不同类型飞机在跑道横向位置的覆盖次数进行准确求解，获得该值为4.048 5 m，在4～5 m的合理范围之内，为了方便施工，确定最终纵向分仓尺寸参数为4 m，最后再结合相关规范要求，即板宽和板长之间的比例保持在1∶1～1∶1.2的范围之内，因此可以设置其分仓横缝的具体间距参数为5 m。以上分析的机场水泥道面分仓设计方法具有一定的合理性与可行性，可用于设计施工。

7 结论

综上所述，机场水泥道面分仓设计的合理性，决定后续施工完成后整体道面的荷载能力，在实际设计时须充分考虑道面上的轨迹横向偏移情况。由该文分析可知，实际研究基于轮迹横向偏移情况的机场水泥道面分仓设计时，须合理测试机场轨迹横向偏移数据，计算出通行-覆盖率值，最后结合所分析的计算方法计算荷载作用最小位置的覆盖次数，优化道面分仓设计。

参考文献

[1]赵志翔. 机场道面常见病害分析及维护方案研究[J]. 四川建材， 2021（7）： 163+171.

[2]游庆龙， 赵胜前， 罗志刚. 机场复合式道面力学响应敏感性分析[J]. 公路交通科技， 2021（1）： 50-58.

[3]管晓炜. 机场飞行区工程关键节点施工测量方法和不停航施工组织实施研究[D]. 北京：北京建筑大学， 2020.

[4]张杨. 基于Winkler地基下机场道面弯沉曲线快速反演研究[D]. 天津：中国民航大学， 2020.

[5]张品峰， 蒋小伟. 考虑轮迹横向偏移的机场水泥道面分仓设计[J]. 黑龙江交通科技， 2019（4）： 15-16.

收稿日期：2021-12-20

作者简介：吴涵瑶（1988—），女，本科，中级工程师，研究方向：机场与公路工程。