Delist.ru

определение несущей способности нежестких покрытий аэродромов в период отрицательных температур (16.02.2010)

Автор: Ледовская Наталья Сергеевна

Разработать методику определения несущей способности нежесткого покрытия при отрицательных температурах и программное обеспечение для ее автоматизации.

Дать практические рекомендации по определению несущей способности нежесткого покрытия при отрицательных температурах.

Научная новизна работы состоит в следующем:

проведены лабораторные испытания, результаты которых позволили получить зависимости деформативных и прочностных свойств асфальтобетона от температуры;

получены диаграммы распределения вероятностей проходов ВС с учетом их силового воздействия на различные участки аэродрома;

на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана методика и программное обеспечение для определения несущей способности нежестких аэродромных покрытий в нерасчетный период эксплуатации;

разработаны практические рекомендации по определению несущей способности нежесткого покрытия при отрицательных температурах.

Практическая значимость заключается в разработке методики оценки несущей способности нежестких аэродромных покрытий в нерасчетный период. Разработанная методика позволит увеличить допустимую взлетную массу ВС и/или допустимое количество ВПО при промерзании нежесткого покрытия и грунта.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены ФГУП ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» при разработке проекта реконструкции аэродромных покрытий аэропорта Ханты-Мансийск (Арх. №3207), также результаты исследований используются на кафедре «Аэропорты» МАДИ (ГТУ) в учебном процессе при изучении дисциплин «Изыскания и проектирование аэродромов», «Реконструкция аэродромов» и при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на 65 и 66 научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ(ГТУ) в 2007, 2008 гг., на международных научно-технических конференциях «Современное состояние и инновации транспортного комплекса» и «Состояние и перспективы транспорта, обеспечение безопасности дорожного движения» в 2008, 2009 гг. (г. Пермь).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 работа в научном журнале, находящемся в списке ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 149 наименований. Работа содержит 190 страниц печатного текста, 43 рисунка, 22 таблицы, одно приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава диссертации посвящена состоянию вопроса оценки возможности эксплуатации аэродромных покрытий воздушными судами.

Методы расчета нежестких аэродромных покрытий очень разнообразны. Можно выделить две основные группы: 1) теоретические, 2) эмпирические. В зарубежной практике наибольшее распространение получили методы второй группы: СВR (США), Мак-Леода (Канада), LCN (Англия), метод АСN-PCN (ИКАО). В России существует метод расчета нежестких аэродромных покрытий по СНиП 2.05.08-85 «Аэродромы», который разработан на основе теоретических и эмпирических исследований.

Существующие нормативные методы расчета прочности нежестких аэродромных покрытий основаны на характеристиках материалов конструктивных слоев и грунтов в расчетный период времени, когда несущая способность грунтового основания наименьшая. При проектировании нежестких покрытий используется приведенная повторяемость нагрузок от проходов ВС без учета их вероятностно-статистической изменчивости. Для оценки возможности эксплуатации существующих конструкций определенными типами ВС целесообразнее учитывать вероятностный характер воздействия нагрузок от ВС на искусственное покрытие.

При исследовании несущей способности нежестких покрытий наиболее важными являются деформативные свойства асфальтобетона и грунтовых оснований. Исследованием деформативности асфальтобетонных покрытий занимались: А. В. Беляев, А. М. Богуславский, Н. Б. Васильев, Ю. Н. Волков, В. А. Гвоздев, Л. Б. Гезекцвей, Н. В. Горелышев, Л. С. Губач, В. А. Золотарёв, Э. А. Казарновская, В. Д. Казарновский, И. В. Королёв, В. А. Кретов, В. В. Мозговой, С. Л. Нерубенко, Б. Г. Печеный, С. Г. Пономарева, Б. С. Радовский, И. М. Руденская, А. В. Руденский, Б. М. Слепая, Г. К. Сюньи, В. А. Чернигов, Ю. М. Яковлев и другие.

Деформативность асфальтобетона при отрицательных температурах значительно зависит от свойств входящего в его состав битума. Исследованиями деформативных свойств битумов при различных температурах и условиях нагружения занимались И. М. Руденская и А. В. Руденский.

Значительный вклад в исследования и изыскания в области определения несущей способности аэродромных покрытий и их естественного основания в период отрицательных температур привнесли в 70-80-е годы специалисты организации Ленаэропроект: В. М. Ваганов, В. Н. Вторушин, Н. М. Герцова, А. Е. Григорьев, Г. Я. Ключников, И. О. Крылов, Л. Я. Курочкина, Ю. С. Петрухин, Г. Д. Шумилова и другие. Однако деформативные свойства асфальтобетона так и остались мало изученными.

Кроме слоев искусственного основания на несущую способность нежестких покрытий значительно влияют деформативные и прочностные свойства подстилающих грунтов. Исследованию вопроса изменения сезонной деформируемости естественных грунтовых оснований под действием статических нагрузок посвящены работы: В. Б. Бабкова, А. К. Бирули, Ю. Я. Велли, Н. М. Герцовой, С. А. Голованенко, В. В. Докучаева, Н. Н. Иванова, В. С. Искрина, Г. Я. Ключникова, Л. И. Манвелова, Д. Д. Матюшина, И. А. Медникова, В. К. Некрасова, Н. В. Орнатского, А. В. Павлова, В. П. Попова, Н. А. Пузакова, Б. С. Раева-Богословского, А. С. Смирнова, А. Я. Тулаева, Н. Ф. Федорова, Н. А. Цытовича, И. И. Черкасова, А. А. Чуткова и других ученых.

Анализ состояния вопроса оценки возможности эксплуатации аэродромных покрытий ВС показал, что необходимо уточнить деформативные и прочностные свойства асфальтобетона в зависимости от температуры. Имеющиеся закономерности изменения свойств грунтов при промерзании целесообразно использовать при расчете несущей способности нежестких покрытий в период отрицательных температур.

Вторая глава содержит анализ условий работы нежестких аэродромных покрытий России.

Территория РФ огромна, поэтому климатические факторы по территории страны очень различаются. В рамках данной работы проведено исследование конструкций искусственных покрытий аэродромов. Установлено, что 20,3 % от числа действующих аэропортов с капитальными искусственными покрытиями имеют конструкции нежесткого типа. Это свидетельствует о широком распространении асфальтобетонных покрытий на аэродромах РФ. Таким образом, изучение свойств нежестких покрытий при отрицательных температурах является актуальным вопросом, требующим дальнейших исследований.

При исследовании грунтов, распространенных на аэродромах с нежестким покрытием, было определено процентное соотношение типов естественных грунтов, залегающих в районах рассмотренных аэропортов. На диаграмме (рис. 1) видно, что наиболее распространенным типом грунтов на аэродромах с нежестким типом покрытий является суглинок.

Рис. 1. Процентное соотношение типов подстилающих грунтов

аэродромов с нежесткими конструкциями покрытий

Проведен анализ существующих исследований процессов промерзания-оттаивания грунтов и конструктивных слоев нежесткого покрытия. При промерзании различные виды грунтов по-разному проявляют свои свойства, переходя из пластичного в мерзлое состояние. Пылеватые пески промерзают при температуре ниже -0,3°С; супеси – -0,6°С, суглинки – -1°С, глины – -1,5°С. Скорость промерзания грунтов составляет 1,5-3 см в сутки (при среднесуточной отрицательной температуре воздуха), средняя скорость оттаивания – 2-4 см в сутки (при среднесуточной положительной температуре воздуха).

При расчете несущей способности нежестких аэродромных покрытий грунт характеризуется модулем упругости. В нормативном методе расчета используются значения модулей упругости в наиболее неблагоприятный для грунтов период года (весенний период). Для определения несущей способности в нерасчетный период необходимы значения модулей упругости грунтов в зависимости от температуры. Анализ существующих исследований свойств грунтов показал, что наиболее приемлемыми при расчете несущей способности нежесткой конструкции являются регрессионные зависимости модуля упругости грунта от отрицательной температуры, полученные Н. А. Цытовичем:

– абсолютное значение величины отрицательной температуры мерзлого грунта, ?С.

В третьей главе представлены лабораторные исследования прочностных и деформационных свойств асфальтобетона при отрицательных температурах. В ходе эксперимента в лаборатории ФГУП ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» были изготовлены асфальтобетонные образцы-балочки 4*4*16 см. Балочки доводились до выбранных температурных значений (+20, +10, 0, -5, -10, -15, -20, -30, -40 и -50°С) с помощью ультранизкотемпературного морозильника MDF-C8V Sanyo и низкотемпературной лабораторной электропечи SNOL 58/350 и испытывались на специально изготовленной испытательной установке (рис. 2). Для каждой температуры были испытаны по три образца.

Рис. 2. Прибор для испытаний образцов-балочек:

1 – винт; 2 – гайки; 3 – шарик для точечной передачи нагрузки; 4 – стальная накладка с нижней плоской поверхностью; 5 – образец-балочка размером 4*4*16 см; 6 – подвижная опора; 7 – станина; 8 – пластина для закрепления винта и стальных стержней; 9 – силомер (для нагружения до 2,5 т); 10 – неподвижная опора; 11 – стальные стержни; 12 – стержень-удлинитель прогибомера; 13 – площадка для прогибомера; 14 – прогибомер; 15 – корпус цилиндрического типа

Рис. 3. Зависимость прогиба от прикладываемой нагрузки

при температуре образцов -10°С

На каждом графике выделялся линейный участок, соответствующий упругой стадии работы образца. Модуль упругости асфальтобетон Е рассчитывался согласно ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний» по формуле

соответствующие максимальной и минимальной нагрузкам, тоже фиксировались индикатором.

С учетом дополнительного смещения, обусловленного обмятием образца на опорах, формулу (4) можно записать в виде

- дополнительные смещения балочек, соответствующие максимальной и минимальной нагрузкам.

За величину модуля упругости принималось среднеарифметическое значение испытаний трех образцов, округленное до целого.

загрузка...