機輪荷載作用下機場道面坑槽修補面受力分析研究

崔守榮 ，李贊成 ，秦立軍

（1中國航空港建設第二工程總隊， 江蘇 徐州 221000；2空軍勤務學院機場勤務保障系， 江蘇 徐州 221000）；

(3空軍勤務學院機場勤務保障系， 江蘇 徐州 221000）

機場道面坑槽是道面破損的常見形式，對坑槽進行搶修是保證機場道面飛行保障能力正常發揮的有效途徑。機場道面坑槽搶修后的修補面質量對道面的飛行保障能力有很大影響，研究如何提高坑槽修補面搶修質量對于改善飛行保障能力有重要意義。目前，坑槽搶修方法研究較多，已經形成了較為成熟的搶修程序，但對于坑槽修補面在機輪荷載作用下的受力情況研究較少。本文通過分析坑槽修補面在機輪荷載作用下的多種受力形式，研究各種受力形式對坑槽修補面質量的影響。

1 水平作用力

飛機在機場道面上滑行、起降時，機輪與道面之間的摩阻力、飛機著陸制動和急轉彎等會對道面產生水平作用力[1]。機場道面坑槽修補面對于整體道面而言是受力相對薄弱的環節，坑槽搶修后會在新老道面間形成一個“新道面-粘結界面-老道面”過渡區，該界面過渡區比整體混凝土存在更多的裂縫、孔隙和未完全水化的熟料顆粒，力學性能會有較大程度的下降。當水平力作用于坑槽修補面時，新老道面之間會產生較大的應力作用，使坑槽修補面更易造成破損，由此可知，新老道面的粘結力強度是影響機場道面坑槽搶修質量的關鍵之一。因此，提高機場道面坑槽修補面質量可以通過改善新老道面粘結力強度來實現。

2 沖擊作用力

飛機在起飛、著陸的過程中對道面還存在沖擊作用力[2]，機輪對道面的撞擊產生沖擊作用力，戰機滑行經過不平整的道面時也會對道面產生沖擊作用力。沖擊作用力加大了機輪荷載對道面的破壞效果，對道面有較高的抗沖擊強度要求。特別是搶修完成的應急起降帶平整度較差，飛機從應急起降帶上起降時會產生更為嚴重的沖擊作用力。當坑槽修補面受到這種沖擊力作用時，因為其結構整體性較差，更易產生破損和剝落等結構損壞。當坑槽修補面的抗沖擊性能較弱時，會導致坑槽產生破碎和掉邊掉角等現象，影響坑槽搶修質量。提高坑槽修補面抗沖擊性能可以使坑槽修補面搶修質量有顯著的提高。

3 垂直荷載作用力

飛機對機場道面的垂直荷載作用力是機輪荷載的主要作用形式，影響飛機垂直荷載大小的因素主要包括飛機總質量和起落架構型等，為簡化分析，文中將其轉化為單個主輪垂直荷載進行分析研究。分析機輪垂直荷載下機場道面坑槽修補面的受力情況應先將其置于機場道面面層的整體受力中進行，見圖-1。目前對機場水泥混凝土道面面層的應力分析多采用彈性薄板小撓度理論[3]，將面層視為各向同性的單層小撓度彈性板，基層和土基視為彈性地基。由于單個主輪垂直荷載為對稱荷載，可以將應力狀態簡化為平面問題，采用彈性力學求解，面層各處應變和豎向位移關系見公式-1：

當垂直荷載作用力施加于坑槽修補面時，由于坑槽形狀尺寸和厚度遠小于道面面層，因此在誤差范圍內道面面層應力分布視為不變。根據彈性薄板小撓度理論分析可知，機場道面面層的中性面位于面層厚度中部，面層上半部受壓應力，下半部受拉應力，因此坑槽修補面應力分布見圖-2。

圖-1 道面面層應力分布圖

圖-2坑槽修補面應力分布圖

由圖-2中應力分布可建立坑槽底面中點O處的彎矩方程，見公式-4。

由理論分析可知，坑槽修補面底面受到拉應力，坑槽修補面面層受到壓應力，機輪垂直荷載下機場道面坑槽修補面底面最易受到拉應力破壞，因此提高坑槽修補面底面的抗拉強度，可以改善坑槽修補面的搶修質量。

4 結束語

對機場道面坑槽修補面在機輪荷載作用下的受力進行分析有重要意義，通過分析不同的受力形式對坑槽修補面的作用，可以明確坑槽修補面所受到的破壞效果，同時可以通過改善坑槽修補面相應的性能，達到提高坑槽搶修質量的目的。

[1]陳云鶴，韋武舉，鄭金陽，等. 現有高等級公路改成飛機跑道的承載力分析[J]. 國防交通工程與技術，2007，（3）：15-18.

[2]羅昭俊，王峰，梁濟豐. 軍用機場設計[M]. 徐州:空軍勤務學院，2013.

[3]冷培義，翁興中，蔡良才.機場道面設計[M]. 人民交通出版社，1995.