考慮輪跡橫向偏移的機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)研究

摘要 機(jī)場(chǎng)水泥道面的分倉(cāng)設(shè)計(jì)一直是一項(xiàng)重要內(nèi)容。文章從分倉(cāng)設(shè)計(jì)的目的與需求出發(fā)，考慮到機(jī)場(chǎng)道面輪跡橫向偏移情況，對(duì)測(cè)試偏移的方法、實(shí)際偏移的規(guī)律等進(jìn)行了分析，最后綜合分析了分倉(cāng)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)對(duì)該方法的可行性進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞 輪跡橫向偏移;機(jī)場(chǎng);道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) V351.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）06-0114-03

引言

機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)以飛機(jī)輪跡橫向偏移為基礎(chǔ)，可提升設(shè)計(jì)的可靠性，通常來說飛機(jī)輪跡橫向偏移是符合正態(tài)分布特點(diǎn)的。基于此，該文對(duì)機(jī)場(chǎng)水泥道面考慮輪跡橫向偏移的分倉(cāng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述。

1 機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)

在機(jī)場(chǎng)水泥道面的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容當(dāng)中，分倉(cāng)設(shè)計(jì)的目的在于提升后續(xù)施工的合理性，確保機(jī)場(chǎng)道面不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫問題。具體的分倉(cāng)就是將整體水泥道面采用接縫來劃分為數(shù)量較多、尺寸頗小的板塊，各個(gè)板塊的形狀一般為矩形，在進(jìn)行了分倉(cāng)之后，機(jī)場(chǎng)道面內(nèi)部的溫度應(yīng)力可以得到降低，甚至于直接消除應(yīng)力，避免后續(xù)施工出現(xiàn)不規(guī)則裂縫情況，也會(huì)提升施工效率。但分倉(cāng)時(shí)，接縫位置成為了整體面板中最為薄弱的部分，若外部的荷載力過大，接縫位置很容易出現(xiàn)損壞問題，同時(shí)道面的整體性也會(huì)降低，因此，須合理選擇臨界荷位，通常是選擇在接縫的板邊中部。在機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，須充分考慮不同機(jī)型飛機(jī)通過時(shí)的荷載作用，尤其重點(diǎn)考慮道面軌跡橫向的偏移情況，保證分倉(cāng)設(shè)計(jì)的實(shí)用性[1]。

2 飛機(jī)輪跡橫向偏移測(cè)試方法

飛機(jī)輪跡橫向偏移的測(cè)試主要分為兩種方法。

一是非接觸性測(cè)試方法，這類方法從目前的機(jī)場(chǎng)飛機(jī)輪跡橫向偏移測(cè)試情況來看，主要是運(yùn)用紅外測(cè)試技術(shù)、激光測(cè)試技術(shù)、視頻測(cè)試技術(shù)以及埋入式傳感器測(cè)試技術(shù)四種。

二是飛機(jī)輪跡測(cè)試系統(tǒng)方法，即以上述選擇的非接觸測(cè)試技術(shù)為根本構(gòu)建適合進(jìn)行研究的測(cè)試系統(tǒng)，該文中的測(cè)試工作所構(gòu)建的系統(tǒng)包括六項(xiàng)功能模塊，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、激光測(cè)距模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、供電系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng)模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊等。系統(tǒng)的整體部件包括距離測(cè)量單元、供電蓄電池、數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)回放軟件以及數(shù)據(jù)分析軟件等等。在開展飛機(jī)輪跡橫向偏移數(shù)據(jù)測(cè)試的過程中，可將該系統(tǒng)直接放在機(jī)場(chǎng)跑道的側(cè)面，然后系統(tǒng)會(huì)以較高頻率發(fā)射出一種測(cè)試光，而飛機(jī)的輪胎在測(cè)試斷面上經(jīng)過時(shí)，就會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)量記錄，獲得的數(shù)據(jù)包括飛機(jī)具體機(jī)型、在跑道上的偏移距離、運(yùn)行速度等等[2]。

3 飛機(jī)輪跡橫向偏移的規(guī)律分析

3.1 飛機(jī)輪跡橫向偏移相關(guān)研究綜述

某大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)以虹橋機(jī)場(chǎng)的西滑行道軌跡作為研究對(duì)象，開展了飛機(jī)道面輪跡的橫向偏移規(guī)律研究，通過對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)與深入研討得出結(jié)論，虹橋機(jī)場(chǎng)的西滑行道飛機(jī)輪跡的橫向偏移并不完全符合正態(tài)分布，獲得了標(biāo)準(zhǔn)差值為92.5 cm，若是其具有助航燈光，則飛機(jī)輪跡的橫向分布情況呈現(xiàn)出正態(tài)分布特點(diǎn)。隨后，該團(tuán)隊(duì)也研究了具有助航燈光條件下，不同型號(hào)飛機(jī)在飛機(jī)道面上軌跡的橫向偏移情況，最后獲得了兩項(xiàng)偏移規(guī)律。

一是通過構(gòu)建相關(guān)輪跡數(shù)據(jù)分布直方圖來觀察分析，得出若是在起飛的狀態(tài)下，該機(jī)場(chǎng)不同型號(hào)飛機(jī)的軌跡橫向分布都更加傾向于中心線左側(cè)偏移，而這種情況的原因可能是由于滑行道上飛機(jī)的起飛在道口位置處都會(huì)向左轉(zhuǎn)彎然后進(jìn)入到滑行道當(dāng)中，而測(cè)試的位置也與道口頗近，所研究的輪跡數(shù)據(jù)分布直方圖橫坐標(biāo)為偏移量，縱坐標(biāo)則為頻率，大部分圖像都是呈現(xiàn)出中間高而兩頭減小的情況，因此也得知飛機(jī)輪跡的橫向偏移具有正態(tài)分布特點(diǎn)。

二是根據(jù)不同型號(hào)飛機(jī)軌跡的橫向偏移研究發(fā)現(xiàn)，不管飛機(jī)的體型之間差距有多大，在機(jī)場(chǎng)路面上軌跡的橫向偏移標(biāo)準(zhǔn)差基本在0.7～1.2 m的范圍之內(nèi)，但體型不同的飛機(jī)其偏移最值之間有著較大差異，不過標(biāo)準(zhǔn)差都是相對(duì)較小的，大部分情況下的橫向軌跡偏移都集中在均值附近[3]。

3.2 影響飛機(jī)輪跡橫向偏移的因素

實(shí)際情況來看，對(duì)飛機(jī)輪跡橫向偏移產(chǎn)生影響的因素具有眾多復(fù)雜的特征，比如說機(jī)場(chǎng)滑行道的寬度、飛機(jī)具體機(jī)型、環(huán)境與天氣情況、滑行道上的助航燈等。該文中研究輪跡橫向偏移的主要目的是用于探析機(jī)場(chǎng)道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)的合理性，因此研究飛機(jī)輪跡橫向偏移因素時(shí)著重于機(jī)場(chǎng)跑道的平面寬度對(duì)其影響，平面尺寸的是直接影響飛機(jī)側(cè)向偏移的因素之一，具體影響可根據(jù)實(shí)測(cè)的偏移量計(jì)算反向推導(dǎo)，符合實(shí)際情況的要求。

4 飛機(jī)輪跡橫向偏移的通行—覆蓋率

飛機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，機(jī)輪本身會(huì)在機(jī)場(chǎng)道面的最大應(yīng)力點(diǎn)位置通過一次，這種經(jīng)過一次的情況被稱為一次覆蓋。機(jī)場(chǎng)道面上某種機(jī)型飛機(jī)的作用次數(shù)，以及在最大應(yīng)力點(diǎn)位置覆蓋次數(shù)，都和飛機(jī)輪跡橫向偏移分布之間有著密切聯(lián)系，同時(shí)機(jī)輪輪胎與道面之間的接觸面積、主起落架的輪距以及數(shù)量也會(huì)影響飛機(jī)輪跡橫向偏移分布，綜合以上因素的影響，在研究機(jī)場(chǎng)道面的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通行—覆蓋率總結(jié)上述因素，將通行—覆蓋率作為主要研究參數(shù)因素。

研究的過程中假定飛機(jī)輪跡橫向偏移可近似看作符合正態(tài)分布規(guī)律，那么可結(jié)合正態(tài)分布曲線來對(duì)通行—覆蓋率值進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于飛機(jī)的單輪來說，輪胎覆蓋頻率最高的位置位于正態(tài)分布曲線的中點(diǎn)，那么假設(shè)輪胎的位置接觸面積寬度可通過測(cè)量獲得，則單輪中心概率最大的中心點(diǎn)可畫出中心線，在該中心線的兩側(cè)位置上，只有是在二分之一寬度的位置范圍之內(nèi)，實(shí)際作用的輪胎都會(huì)在該中心點(diǎn)產(chǎn)生一定次數(shù)的覆蓋，將此在正態(tài)分布曲線上的最大覆蓋概率密度進(jìn)行確定，主要是結(jié)合主起落架輪距值的測(cè)定來計(jì)算，就可以通過一定公式來計(jì)算通行—覆蓋率值，該值計(jì)算主要為1/正態(tài)分布曲線上的最大覆蓋概率密度*實(shí)際輪胎與道面之間的接觸面積，多輪的計(jì)算方法與其相同[4]。

5 基于飛機(jī)輪跡橫向偏移研究的機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)水泥道面的分倉(cāng)設(shè)計(jì)須考慮跑道橫向分布與縱向分布，以上述分析的飛機(jī)輪跡橫向偏移研究結(jié)果作為基礎(chǔ)，開展合理的分倉(cāng)設(shè)計(jì)。

5.1 計(jì)算荷載作用最小位置的覆蓋次數(shù)

充分考慮飛機(jī)輪跡橫向偏移，同時(shí)結(jié)合上述計(jì)算通行—覆蓋率值的方法，對(duì)荷載作用最小的覆蓋次數(shù)位置計(jì)算方法加以研究，計(jì)算當(dāng)中須考慮到的因素較多，包括飛機(jī)的具體類型、該類型飛機(jī)的運(yùn)行架次、主起落架軸數(shù)量等。而對(duì)于體型相對(duì)較大的飛機(jī)，主起落架的計(jì)算還應(yīng)當(dāng)分開進(jìn)行，主要是劃分為機(jī)腹主起落架以及機(jī)翼主起落架。計(jì)算中還須考慮該類飛機(jī)主起落架單個(gè)輪印的寬度值，再結(jié)合輪跡橫向分布的相關(guān)概率密度函數(shù)，須注意的是，在多輪主起落架計(jì)算當(dāng)中要充分考慮疊加帶來的影響，橫向的寬度值范圍應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范來界定，一般最小設(shè)計(jì)寬度值為4 m，最大設(shè)計(jì)寬度值則為5 m[5]。

5.2 分倉(cāng)設(shè)計(jì)的具體步驟

機(jī)場(chǎng)水泥道面的分倉(cāng)設(shè)計(jì)在實(shí)施過程中可分為四個(gè)步驟。

一是通過調(diào)查及數(shù)據(jù)收集來對(duì)新建機(jī)場(chǎng)的交通量進(jìn)行估算，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)年限進(jìn)行確定，在該年限條件下，分析內(nèi)部可能運(yùn)行的飛機(jī)類型，再根據(jù)該類型結(jié)果計(jì)算每種飛機(jī)的運(yùn)行交通總量值，同時(shí)確定主起落架的相關(guān)構(gòu)型參數(shù)。

二是基于飛機(jī)在道面上的軌跡橫向偏移研究，再參考美國(guó)hosang所系統(tǒng)性調(diào)查的數(shù)據(jù)結(jié)果以及已經(jīng)確定的調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)，從而確定了不同類型飛機(jī)輪跡橫向分布時(shí)的偏移標(biāo)準(zhǔn)差值。其中，美國(guó)hosang所進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容為：取9個(gè)機(jī)場(chǎng)作為軌跡橫向研究的對(duì)象，運(yùn)用紅外線測(cè)試儀器對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)軌跡偏移的實(shí)測(cè)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括滑行道位置、跑道位置以及聯(lián)絡(luò)道位置等，測(cè)試的機(jī)型包括B727機(jī)型、B737機(jī)型、B747機(jī)型、DC-10-10機(jī)型以及DC-8-40機(jī)型等等，在調(diào)查的九個(gè)機(jī)場(chǎng)當(dāng)中有七個(gè)機(jī)場(chǎng)的跑道寬度為46 m，只有兩個(gè)機(jī)場(chǎng)的跑道寬度為61 m，在這些跑道上利用測(cè)試儀器總共測(cè)試了4 359組相關(guān)起飛數(shù)據(jù)以及5 200組相關(guān)降落數(shù)據(jù)，綜合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)輪跡在橫向上的偏移并不是呈現(xiàn)出均勻分布狀態(tài)的，都是以中心線為起點(diǎn)進(jìn)行道面上的偏移，產(chǎn)生一定痕跡，且為正態(tài)分布情況，為了更加直觀地呈現(xiàn)出美國(guó)hosang所研究中的對(duì)比數(shù)據(jù)情況，選擇起飛狀態(tài)下的四種機(jī)型相關(guān)偏移數(shù)據(jù)作為參考如表1所示。

三是結(jié)合所分析的荷載作用最小的覆蓋次數(shù)位置計(jì)算方法，計(jì)算出橫向位置分倉(cāng)尺寸的結(jié)果。

四是充分考慮到后續(xù)機(jī)場(chǎng)水泥道面的順利施工，加工計(jì)算出的橫向位置分倉(cāng)尺寸結(jié)果作為基礎(chǔ)，計(jì)算得出縱向位置分倉(cāng)尺寸。此外，再結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求來確定分倉(cāng)的橫縫間距參數(shù)，最終完成了整體機(jī)場(chǎng)水泥道面的分倉(cāng)設(shè)計(jì)。

6 實(shí)際設(shè)計(jì)的可行性分析

為了判別上述機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)的合理性與可行性，可通過案例來進(jìn)行驗(yàn)證。選取的案例當(dāng)中，機(jī)場(chǎng)的跑道寬度為61 m，選擇三種機(jī)型作為研究對(duì)象，對(duì)不同類型飛機(jī)的交通量與主起落架構(gòu)型參數(shù)進(jìn)行調(diào)查。

一是B737-300型飛機(jī)，交通量參數(shù)為120萬次，主起落架構(gòu)型為D，主起落架的具體間距為5.23 m，輪距為0.77 m，輪印寬度為29.1 m，飛機(jī)輪跡橫向偏移的標(biāo)準(zhǔn)差值為1.45 m。

二是B747-300型飛機(jī)，交通量參數(shù)為25萬次，主起落架構(gòu)型為2D或2D2，主起落架的具體間距為11 m或3.84 m，輪距為1.12 m，輪印寬度為36.6 m，飛機(jī)輪跡橫向偏移的標(biāo)準(zhǔn)差值為0.85 m。

三是A330型飛機(jī)，交通量參數(shù)為20萬次，主起落架構(gòu)型為2D，主起落架的具體間距為10.68 m，輪距為1.40 m，輪印寬度為38.8 m，飛機(jī)輪跡橫向偏移的標(biāo)準(zhǔn)差值為1.20 m。

結(jié)合相關(guān)計(jì)算方法以及以上數(shù)據(jù)，對(duì)不同類型飛機(jī)在跑道橫向位置的覆蓋次數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確求解，獲得該值為4.048 5 m，在4～5 m的合理范圍之內(nèi)，為了方便施工，確定最終縱向分倉(cāng)尺寸參數(shù)為4 m，最后再結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，即板寬和板長(zhǎng)之間的比例保持在1∶1～1∶1.2的范圍之內(nèi)，因此可以設(shè)置其分倉(cāng)橫縫的具體間距參數(shù)為5 m。以上分析的機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)方法具有一定的合理性與可行性，可用于設(shè)計(jì)施工。

7 結(jié)論

綜上所述，機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)的合理性，決定后續(xù)施工完成后整體道面的荷載能力，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)須充分考慮道面上的軌跡橫向偏移情況。由該文分析可知，實(shí)際研究基于輪跡橫向偏移情況的機(jī)場(chǎng)水泥道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)，須合理測(cè)試機(jī)場(chǎng)軌跡橫向偏移數(shù)據(jù)，計(jì)算出通行-覆蓋率值，最后結(jié)合所分析的計(jì)算方法計(jì)算荷載作用最小位置的覆蓋次數(shù)，優(yōu)化道面分倉(cāng)設(shè)計(jì)。

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收稿日期：2021-12-20

作者簡(jiǎn)介：吳涵瑤（1988—），女，本科，中級(jí)工程師，研究方向：機(jī)場(chǎng)與公路工程。