民航機場滑行道橋受力性能研究與分析

高 敏

（上海同濟檢測技術有限公司，上海市 200092）

0 引言

機場滑行道橋是指通過橋梁的形式跨越地面道路、鐵路、隧道，或者河道、海面等，是解決與機場內外交通、河流等交叉問題的有效手段，作為飛行區場道系統內主要的交通設施，其實際承載能力直接關系到機場的安全運營。《民用機場飛行區技術標準》及《機場設計手冊》中對于滑行道橋要求結構強度按使用該滑行道的最不利荷載進行設計，保證飛機能夠全天候、全季、各種氣象條件下使用。本文通過對一座民航機場滑道上的橋梁的現場荷載試驗，獲得該橋梁關鍵部位的受力性能指標，結合相關的規范及標準對橋梁的實際承載能力進行鑒定，判斷其結構強度是否達到設計要求，滿足飛機滑行的安全運營條件。

1 橋梁概述

該滑行道橋共有6 聯合計18 跨，跨徑組合為（12.5+13.6+13.4）m+4×（13.4+13.6+13.4）m+（13.4+13.6+12.5）m=240.6 m。橋梁總寬為45～50 m，采用鋼筋混凝土剛架結構，橋梁基礎采用鋼管樁。滑行道橋上部及下部結構均采用普通鋼筋混凝土結構，上部結構為實心截面，跨中梁高1.2 m，墩頂處梁高1.8 m，與墩墻連接處設置60 cm×180 cm 承托。橫橋向設置兩道2 cm 的沉降縫。下部結構中墩墻為實心矩形截面，寬1 m，長45.6～48.205 m，邊墩墻為實心矩形截面，寬1.2 m，長45.6～50.485 m。圖1 為該滑行道橋照片。

圖1 滑行道橋照片

該橋設計飛機荷載按《民用機場飛行區技術標準》（MH 5001—2013）規定的E 類機型考慮。E 類代表機型推薦選用B 747-400 及B 777-300E R，并采用C 類代表機型B 737-800 復核。

2 現場荷載試驗

在制定荷載試驗方案中，考慮橋梁的現場實際狀況、加載條件以及避免對既有運營中機場跑道的影響，挑選其中的典型孔跨測量其關鍵部位的受力指標。因該橋橫橋向分為3 部分，一個道面區和兩個道肩區，相鄰部分間有2 cm 的沉降縫，故取中間飛機滑行的道面區（23.2 m 寬區域）進行試驗。依據橋梁結構飛機活載彎矩包絡圖，選取各活載工況下滑道橋的梁與墩墻的最大彎矩或應力斷面作為測試斷面，見圖2。豎向位移測試斷面為S1 斷面，測點布置在梁底面，橫橋向近堆載區域的8 m 范圍內每隔1 m 布置一個測點，非堆載區域每隔2 m 布置一個測點，全橋共計16 個測點。

圖2 橋梁測試斷面位置（單位：cm）

應力測試斷面為S1 和S2 斷面，S1 斷面測點布置在梁底面（1#～7#振弦應變計與1#～16# 電阻應變片均布置在梁底混凝土表面），測量順橋向應力，S2斷面測點布置在墩墻頂部兩側面的混凝土表面，測量豎向應力，見圖3、圖4。

圖3 S1 斷面梁底撓度（上）及應力（下）測點布置圖（單位：cm）

圖4 S2 斷面梁底應力測點布置圖（單位：cm）

通過采用重物堆載的方式來模擬實際運營中的飛機荷載產生的效應。堆載的位置由各測試斷面的內力影響面來確定（見圖5、圖6），選用一定數量的重物作用于相應測試斷面的影響面數值較大處。根據飛機荷載的布置、荷載效率系數的要求及現場加載的安全考慮，在S1 斷面附近的6 m×6 m 區域內堆載450 t混凝土塊，混凝土塊的規格有三種，一種為1.2 m×1.0 m×1.0 m，重3.00 t，一種為2.0 m×1.0 m×0.75 m，重3.75 t，一種為3.0 m×1.0 m×0.5 m，重3.75 t。堆載共分七層，總高5.0 m。

圖5 S1 斷面梁底彎矩影響面

圖6 S2 斷面梁底彎矩影響面

根據上述加載位置可得主要測試斷面試驗荷載效率系數見表1，其中設計計算值考慮沖擊系數，沖擊系數取0.40。

表1 主要測試斷面試驗荷載效率系數表 單位：kN·m

正式加載試驗前，將裝有堆載重物的車輛均勻布置在試驗橋跨上，對橋梁進行預加載，預加載的目的為使結構能進入正常工作狀態，同時亦檢查整個試驗、測試系統能否正常運行。預加載卸載后，須等結構得到充分零恢復后，再進行正式加載。為控制結構安全，正式加載時分7 級進行加載并分2 級卸載，見圖7。

圖7 加載50%（左）及加載100%（右）時的現場照片

3 試驗數據分析

在滿載工況下，S1 斷面混凝土下緣最大拉應力為1.40 MPa，最大豎向位移為1.81 mm；S2 斷面混凝土最大拉應力為0.29 MPa，最大壓應力為0.49 MPa。

靜載試驗中S1 與S2 測試斷面1# 測點的應力和豎向位移隨施加荷載的關系曲線見圖8，測點的應力和豎向位移在加載過程中和卸載過程中均與施加的荷載基本保持良好的線性關系，試驗過程中無明顯異常變化。

圖8 各斷面實測應力及撓度與隨施加荷載關系曲線

S1 斷面混凝土最大應力測點的校驗系數為0.56，最大豎向位移測點的校驗系數為0.72；S2 斷面拉應力最大應力測點的校驗系數為0.73，壓應力最大應力測點的校驗系數為0.61。

各測試斷面主要測點的應力和位移校驗系數均小于1，表明該橋的實測強度及剛度較設計存在一定的安全儲備，能滿足規范要求。

S1 與S2 斷面最大應變測點的相對殘余應變為0%～10.0%，最大位移測點的相對殘余位移為0%，均符合相對殘余豎向應變（或位移）容許值不大于20%的規定，因此該橋具備良好的彈性回復能力。

4 結論

通過現場對該滑行道橋的荷載試驗結果分析可知：

（1）在相當于E 類飛機設計荷載標準值的試驗荷載作用下，滑行道橋測試斷面的應力及豎向位移校驗系數均小于1，相對殘余應變及相對殘余變形均小于20%，表明該橋梁結構性能能夠滿足E 類飛機荷載等級的要求，且存在一定的安全儲備。

（2）鑒于現場采用重物堆載的方式使得加卸載持續時間較長，應考慮采用應變片測量可能會因應變片的蠕動效益給測量結果帶來的誤差，需要同時在關鍵測點處布置鋼弦式應變計。該橋實測結果中應變片測量結果與應變計測量結果基本一致且卸載后的殘余變形均非常小，表明在短期的持續加載中，采用應變片測量具有一定的可靠性，鑒于應變片的測量精度，在類似的應變測量中，應優先考慮采用。

（3）該滑行道橋在荷載效應值的計算中，按0.40的沖擊系數予以考慮，遠大于公路橋梁上的沖擊系數，表明滑道橋受飛機的沖擊影響大，因此滑行道橋在運營過程中，應切實保持行車道面的平順，避免飛機起降過程中的沖擊對橋梁結構產生超出預期的荷載效應。