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基于机场水泥混凝土道面板传荷性能的传力杆设计研究

基于机场水泥混凝土道面板传荷性能的传力杆设计研究

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作者：高玉换中国民航大学

学位级别：硕士

我国机场水泥混凝土道面在使用后普遍较早地出现了沉陷、错台等损伤,其中由接缝引起的损害约占70%。传力杆的设置在一定程度上改善了道面结构的整体性、提高了传荷性能,但随着飞机荷载作用次数的增加,传力杆会与混凝土粘结界面产生一定... 详细信息

我国机场水泥混凝土道面在使用后普遍较早地出现了沉陷、错台等损伤,其中由接缝引起的损害约占70%。传力杆的设置在一定程度上改善了道面结构的整体性、提高了传荷性能,但随着飞机荷载作用次数的增加,传力杆会与混凝土粘结界面产生一定的松动,引起接缝传荷能力的衰减。同时,当板底出现不同程度的脱空时,也会引起接缝传荷能力减少,导致混凝土道面结构性能下降,使用寿命降低。因此,接缝设计是机场水泥混凝土道面工程的关键技术之一。在我国现行规范中,接缝传力杆的设计仅与板厚有关,然而,研究表明板的接缝传荷体系受多种因素影响,如基层与面层的层间黏结性能、土基强度、飞机荷载与结构损伤等。目前,相关方面的文献较少,而且大多仅局限于定性方面的研究,未涉及多因素综合影响下有效提高接缝传荷能力的具体实用的设计方法。为此,本文采用考虑接触的三维有限元模型和室内试验,分析道面结构的受力特点以及接缝传荷性能,最终建立考虑多种因素的接缝传力杆设计方法,具体研究内容如下:首先,采用ABAQUS有限元软件建立考虑道面混凝土与传力杆、混凝土面层与基层等各实体层间粘结性能的机场水泥混凝土道面三维有限元模型,研究不同轴载、起落架构型、土基模量、面层与基层接触属性、道面板参数、传力杆参数等多因素对传荷指标以及杆与混凝土界面应力的影响规律。进一步,分析考虑板底脱空和传力杆松动时,道面力学性能和接缝传荷性能的变化规律,并给出了传力杆直径和间距设计的合理建议范围。然后,基于相似理论和圣维南原理,设计接缝设传力杆的水泥混凝土道面结构模型,研究在正常工况以及存在脱空和松动时的位移传荷效率、传力杆和接缝界面混凝土的力学特性。最后,基于正交试验设计理论对影响各传荷指标的多因素进行敏感性分析,建立主要影响因子与传荷指标的定量关系。进而基于布拉德伯利传力杆验算公式,运用MATLAB编辑程序建立水泥混凝土道面板传力杆设计系统。上述研究有助于系统地了解传力杆的传荷机理、道面接缝的应力特性及分布,可为道面板及传力杆的设计和施工提供一定参考依据。

关键词：传荷指标板底脱空界面松动正交试验设计传力杆优化

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