機場中厚道面板力學性能研究

都志強 李 剛

（陜西鐵路工程職業技術學院 渭南 714000）

1 引言

隨著經濟發展，我國航空交通量也是迅猛增長，對于機場跑道來說，可直接導致道面的使用壽命縮短，現有無損檢測技術，大都是利用航班運行間隙對道面進行檢測，可能無法及時的檢測出道面板出現的一些可能出現的病害來[1～3]。近年來光纖傳感技術的興起給工程監測領域提供了一類新的技術和測試手段，主要集中在建筑、橋梁、鐵路和隧道等領域中[4～6]。考慮到實際道面板內通常設置有連續分布的開孔。通過對孔內豎向剪切應變與板底彎拉應變關系研究，從而達到監測孔內豎向剪切應變反推板底彎拉應變的目的。

2 中厚板彎曲理論

由文獻得到各內力的傅立葉級數表達式[7]，進一步，根據應力與內力的關系，再由胡克定律，即可求得所有的應變分量，則彎拉應變與豎向剪切應變的為：

3 中厚道面板剪切應變與彎拉應變關系研究分析

基于MATLAB軟件編程軟件，對實際飛機荷載（B-737-600）作用下的機場道面板的變形和應力應變進行分析計算，并與有限元結果對比分析，有限元分析模型參數如表1所示。

表1 模型參數的選取

進一步，圖1（a）給出了MATLAB理論解計算的道面板中面（z=0）的整體變形，圖2（b）給出了有限元計算的道面板中面（z=0）的整體變形。

由圖1可以看出，用理論解計算的道面板在雙輪飛機荷載作用下的變形規律與有限元仿真分析軟件計算的變形規律一致，其中，理論解計算板的最大撓度為1.752mm，有限元計算的最大撓度為1.964mm，兩者誤差在10%左右。進一步提取距板邊0.5m處的撓度和彎拉應變及豎向剪切應變，如圖2所示。

圖1 板在飛機荷載下的變形圖

圖2 理論解與有限元結果對比

對圖2分析可知，理論解計算結果與有限元計算結果近似，板的整體變形規律基本一致，計算結果并未完全收斂，但是最大撓度值的誤差在10%以內，符合工程要求。

將前文推導的彎拉應變εx與豎向剪切應變γxz的比值定義為系數δ，則系數δ可以表示為：

通過MATLAB軟件計算可知，在各應變表達式中的各參數已知及各待定系數求得的情況下，各應變均是關于坐標x、y、z的函數。

因此，可以得到在特定地基反應模量上的中厚板的豎向剪切應變與板底彎拉應變的相關關系可以表達為：

式（3）中：a1，a2，b1，b2為矩形均布荷載位置坐標，其取值由輪載作用位置決定；εx（x0，y0，z0）為板底特定點的彎拉應變，γxz（x，y，z）為板內任一點的豎向剪切應變。

4 結語

本文利用MATLAB軟件進行求解計算，將結果與有限元分析結果作對比驗證。結果顯示，兩種方法求得的曲線吻合度很高，并對豎向剪切應變與彎拉應變的相關關系進行了分析，從而提出板內豎向剪切應變與板底彎拉應變的相關關系表達式。

項目基金：陜西鐵路工程職業技術學院科研基金項目（Ky2017-039）。

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