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4 4 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 1 2 月第 1 2 期 机场水泥混凝土道面弯沉的影响因素分析 张玉芳 ， 袁 捷 z ， 谭 悦 3 ( 1 ． 上海华东民航机场建设监理有限公 司， 上海2 0 0 3 3 5 ； 2 ． 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室， 上海 2 0 0 0 9 2 ； 3 ． 虹桥 国际机 场公 司 ， 上 海 2 o 0 3 3 5) 摘要 ： 竖向挠度过大是引起机场道面损坏的一个重要原因， 因此弯沉是机场道面结构设计时的重要考虑指标 。影响道面弯 沉的因素有很多。该文通过对影响道面弯沉的三个最主要因素进行分析， 分别为面层厚度、 面层材料弯拉模量和基层顶面反 应模 量 ， 得到 不 同影 响 因素对 道面弯 沉 的影响程 度 ， 比选 出对 弯 沉影 响最 大 的因素 ， 作 为改善 道 面挠 度时 优先 考虑 的指 标 ， 为 道 面结 构设计 提供 参考 。 关键 词 ： 机场 ； 水 泥混凝 土道 面 ； 弯沉 ； 挠度 ； 结构 设计 ； 影 响因素 分析 中图分 类号 ： V 3 5 1 ． 1 1 文献 标识 码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 1 2 — 0 0 4 4 - 0 3 0 引言 弯沉是公路路 面⋯ 和机场道 面[ l 结构设计 时的 重要指标。公路水泥混凝土路面在结构设计时， 以 极 限弯拉应力作为控制指标 ，以弯沉作 为验算指 标口 ] 。而机场水泥混凝土道面结构设计时 ， 仅 以极 限弯拉应力作为控制指标， 未考虑弯沉指标{z l。对 于机场水泥混凝土道面 ，在道面结构设计 时未合 理考虑弯沉指标是否合适有待考证。 竖向变形过大也是路面 和道 面损坏 的主要形 式之一【 3 1 。影响道面弯沉大小 的因素有很多 ， 本 文 拟通过有 限元软件进行数值模拟 ，分析机场水泥 } 昆 凝土道面不同影响因素对弯沉的影响程度 ， 可 以为道面结构设计 时合理考虑后期损坏 ，改善道 面竖向变形提供借鉴和参考。 1 有 限元模型 介绍 采用 A B A Q U S有限元软件 ， 建立 5 ． 0 m5 ． 0 m 的道面板块模 型。采用单块板模型 ， 四边 自由无约 束 。基层支撑采用 K地基模型 ，通过设置弹簧刚 度 ， 以调整地基强度 。荷载采用 B 7 4 7 _ 4 0 0机型主 起落架荷载参数 ，荷载作用于 板中位置如表 1所 列 。 分析三种弯沉影响因素 ， 分别为道面厚度 、 面 层材料模量 、 基层顶面反应模量。 ( 1 ) 道面厚度 ： 考虑 3 0 c m、 3 2 c m、 3 4 e m、 3 6 c m、 3 8 c m、 4 0 c m、 4 2 c m七种情况 。 ( 2 ) 材料模量 ： 考虑 3 0 G P a 、 ． 3 5 G P a 、 4 0 G P a和 4 5 G P a四种情况 。 ( 3 ) 基层顶面反应模量： 考虑 4 0 MN ／ m3 , 8 0 MN ／ m a 和 1 5 0 M N ／ m 三种情况 。 收稿 日 期： 2 0 1 2 — 1 0 — 2 8 作者简介 ： 张 玉芳 ( 1 9 8 5 一) ， 女 ， 江 西兴 国人 ， 助理 工程 师 ， 从 事 机场 工程项 目监 理和综 合管 理工作 。 表 1 荷载参数信息表 机型 B 7 4 7 — 4 0 o 最大起飞重 量 ／ k N 主起落架个数 n 个 机轮数 个 主起落架荷 载分配系数 P 主起落架单轮荷载 N 胎压 ／ MP a 轮印尺寸 ／ ( mm) 轴距 ， m 同轴轮距 ， m 3 0 9 5 d 4 0 ． 9 5 1 8 3 ． 7 7 1 - 3 8 0 ． 3 40 ． 4 9 1 ． 4 7 1 ． 1 2 2 影响因素分析 2 ． 1 道面厚度对弯沉的影响 选取 B 7 4 7 — 4 0 0为计算荷载 ， 面层水 泥混凝 土 材料模量为 3 6 G P a 。道面厚度分析 3 0 c m、 3 2 c m、 3 4 c m、 3 6 c m、 3 8 c m、 4 0 c m、 4 2 c m七种情况， 分析基层 顶面反应模量为 4 0 MN ／ m3 , 8 0 M N ／ m 和 1 5 0 MN ／ m 三种情况， 共分析工况 2 1 种。各种工况条件下的 弯沉计算结果如表 2 所列。 表 2弯沉与 道面 厚度关 系一览表 I 单位： mm) 3 ． 8 8 9 3 ． 7 2 7 3 ． 5 8 8 3 ．46 8 3 ． 3 6 6 3 ．27 7 3 ． 2 0 1 2 ． 2 9 5 2 ． 1 9l 2 ． 0 9 9 2 ． O1 7 1 ． 9 4 4 1 ． 8 8 1 ． 8 2 3 1 ．4 2 4 1 ．3 6 2 1 ． 3 0 5 1 ．2 5 3 1 ． 2 0 6 1 ． 1 62 1 ． 1 2 3 从表 2可以看出， 面层厚度越大 ， 弯沉越小。 以每增加 2 c m为一等级，计算每增加 3 c m弯沉 的减小率 ， 如表 3所列 。 如 ∞ 舵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 1 2 月第 1 2 期 城 市道桥 与防洪 道路交通4 5 表 3 弯沉与道 面厚度增长 率一览表 厚度 ／ e m 基层顶面反应模量 ／ MN m 4 0 8 0 1 50 从表 3可 以看 出， 道 面厚度每增加 2 e m， 弯沉 会 降低 2 ％ ～5 ％。且道面厚度越大 ， 下降百分 比越 小 。 将分析结果进行统计分析 ， 以图形显示 ， 如 图 1 所示 。从图 1 可 以看出 ， 弯沉与道面厚度基本呈 线性 比例关 系。 5 0 0 4 0 O 目3 0 0 嚣 静2 0 0 1 0 0 0 0 0 JU Z 34 36 “J 1 z 道 面厚度／ e m 图 1 弯沉 与道面厚 度的关 系曲线图 2 ． 2 面层材料模量对弯沉的影响 选取 B 7 4 7 — 4 0 0为计算荷载， 面层厚度为 4 0 e m。 基 层 顶 面 反 应模 量 考 虑 4 0 MN ／ m 。 、 8 O MN ／ m 和 1 5 0 MN ， m 。 三种情况 ， 面层水 泥混凝土材料弹性模 量考虑 3 O G P a 、 3 5 G P a 、 4 0 G P a和 4 5 G P a四种情 况 ， 共分析工 况 1 2种。各种工况条件下 的弯沉计 算结果如表 4所列 。 表 4 弯 沉与材料模 量关 系一 览表( 单 位： mm ) 弹性模 基层顶 面反应模量 ／ MN m。 量 ， G P a 4 O 8 0 1 5 0 从表4 可以看出， 面层材料模量越大， 弯沉越小。 以每增加 5 G P a 为一等级，计算每增加 5 G P a 弯 沉的减小率， 如表 5 所列。 从表 5 可以看出， 弯沉随着面层材料弹性模量 的增加而逐渐减小。面层材料模量每增加 5 G P a ， 弯沉会降低 l ％ 4 ％。且面层材料模量越大 ， 下降 百分 比越小 。 将分析结果进行统计分 析 ， 以图形显示 ， 如 图 表 5弯沉与道面 厚度增长 率一览表 弹性模量 基层顶面反应模量 ／ IV l N m ／ GP a 4 0 8 0 1 5 0 2 所示 。从图 2可以看 出， 弯沉与面层材料模量基 本呈线性 比例关系。 5 。 。 4 。 。 。 o o 静 2 。。 1 _ 。 。 0 0 0 4 0 d 5 弹性模量／ G P a 图 2 沉 与 材 料 模 量 的 关 系 曲线 图 2 ． 3 基层顶面反应模量对弯沉的影响 选取 B 7 4 7 — 4 0 0为计算荷 载 ， 面层水 泥混凝 土 材料模量为 3 6 G P a 。道 面厚度分析 3 0 e m、 3 2 e m、 3 4 e m、 3 6 e m、 3 8 e m、 4 0 c m、 4 2 c m七种情况， 分析基层 顶面反应模量为 4 0 MN ／ m3 ． 8 O MN ／ m 和 1 5 0 MN ／ m 三种情况 ， 共 分析工况 2 1种。各种工况条件下 的 弯沉计算结果如表 6所列 。 表 6 弯沉 与基层模 量关 系一 览表( 单位 ： mm ) 面层厚 基层顶面反应模量 ／ MN m 度 ／ e m 4 0 8 0 1 5 0 将分析结果进行统计分析 ， 以图形显示， 如图 3所 示 。 4 O 0 3 ． 5 0 l 3 o 0 蛙 静2 5 0 2 O O l 5 O 1 ． O O 4 0 6 O 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 基顺反应模 骰／ Ⅲ m ’ 图 3 弯沉 与基层模 量的关 系曲线图 从 图 3可 以看 出 ，弯沉与基层顶面反应模 量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 1 2 月第 1 2 期 之间不呈线性 比例关 系。为了得 到两者之间更精 确 的比例关系 ，将基层 顶面反应模 量等级进行细 化 ， 计算 区间为 4 0～2 0 0 M N ／ m ， 每 2 0 MN ／ m 。 为一 等级。选取道面面层厚度 4 0 c m这一工况。 计算结 果如图 4所示。 3 6 。 3 0 0 2． 5 0 姜 ． 0 0 j翦 ， 1 ．6 。 1 0 o 。 5 。 o o o ’ - - l y ： 5 6 ． 7 3 x 呻 N 。 1— - - 一 - _ 一 u z u 4 u b B O 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 l 8 0 2 0 0 2 2 0 基层顶面反应模量／ 删 图 4 弯沉 与基层模量 关系 曲线 图 从 图 4可以看出 ， 道面弯沉与基层顶面反应模 量之 间呈幂 函数 的关系 。在基层顶面反应模量值 较低时， 弯沉随模量的增加而显著下降。在基层顶 面反应模量 超过 1 0 0 MN ／ m 时 ，下 降趋势 明显减 缓 。因此 ， 建议机场新建道面的基层顶面反应模量 设计值不应小于 1 0 0 MN ／ m 。 通过对影 响弯沉 的三个 主要 因素分析可 以看 出：面层厚度和面层材料弯拉模量对道面弯沉 的影 响有限，而基层顶面反应模量对弯沉影响非常显著。 从减小弯沉的效果来看 ，应首选提高基层顶面反应 模量 。 而且从工程造价角度来看 ， 提高基层顶面反应 模量 比提高面层厚度的造价要低 。 因此 ， 在道面结构 设计时 ， 为减小道面弯沉 ， 缓解道面因挠度过大而产 生的病害， 应优先选择提高基层顶面反应模量。 3 结论 通过前文分析 ， 可以得到 以下结论 ： ( 1 ) 道面弯沉与面层厚度基本成线性比例关系。 面层厚度每增加 2 o m， 道面弯沉下降 2 ％ ～5 ％。 ( 2 ) 道面弯沉与面层材料弯拉模量成线性 比例 关系。面层材料模量弯拉每增加 5 G P a ， 道面弯沉 下降 1 ％～4 ％。 ( 3 ) 道面弯沉与基层顶面反应模量之间呈幂函 数的关系。在基层顶面反应模量值较低时， 弯沉随模 量 的增加而显著下降 。在基层顶面反应模量超 过 1 0 0 MN ／ m 时 ， 下降趋势明显减缓 。建议机场新建道 面的基层顶面反应模量设计值不应小于 1 0 0 MN ／ m3 。 ( 4 ) 道 面结构设计 中 ， 为减小道面挠度 过大而 产生的病 害 ，应优先选择提高基层顶 面反应模 量 的方法 参考文献 [ 1 1 J T G D 4 0 --2 0 0 2 ， 公 路水泥混凝 土路面设计 规范[ s 】 ． 【 2 】MH ／ T 5 0 0 4 - 2 0 0 9 ， 民用机场水泥 混凝土道 面设计规 范[ s ] 【 3 】MH ／ T 5 0 2 4 - 2 0 0 9 ， 民用机场道 面评价管理技 术规范 [ s 】 ． 浙江首条地铁——杭州地铁 1号线正式开通 浙江首条地铁——杭州地铁 1 号线近日正式开通。 杭州地铁票制采用里程分段计价， 单程票价最低 2 元， 最高 8 元。 运营初期 ， 杭 州地铁 l号线的首班车发车时间为 6点半 ， 末班车发车时间为晚上 8点半 ， 每天运行 1 4 h ， 每班车间隔 9 ． 5 m i n 。 列车全天开行 1 0 0列次 ， 客运能力为 2 8 ． 7万人次 。 在早 、 晚高峰 ， 还将视情况缩 短行车 间隔 ， 尽量满足乘客乘车需求 。 地铁 1 号线的开通将有利 于缓解杭州市 出行难 的矛盾 ， 等到杭州整个地铁 网建成 ， 将分担公交 4 0 ％ 的人流 。 杭州组织开展了 1 号线免费试乘体验活动， 共发放免费试乘体验券 6 O 万张， 共有 2 2 余万市民参加 了此次试乘体验活动。 杭州地铁 1号线 自 2 0 0 7年 3月 2 8日Y F ．I ， 经过 5年多 的建设完工 ， 全长 4 7 ． 9 7 k m， 是 连接杭 州主 城核心区与副城城区的交通网络主骨架线，共设车站 3 1 座，全线有 自动售票机 2 5 8台，信息查询机 6 2 个， 扶手电梯 2 9 9台， 垂直电梯 6 2台。 此外， 能 自动加热的不锈钢座椅、 残疾人升降通道、 扶手上的盲文等 体现 了为百姓服务的理念。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m