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飞机荷载下水泥混凝土道面板应力计算方法

郑飞 翁兴中

郑飞, 翁兴中. 飞机荷载下水泥混凝土道面板应力计算方法[J]. 交通运输工程学报, 2010, 10(4): 8-15. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.002
引用本文: 郑飞, 翁兴中. 飞机荷载下水泥混凝土道面板应力计算方法[J]. 交通运输工程学报, 2010, 10(4): 8-15. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.002
ZHENG Fei, WENG Xing-zhong. Calculating methods of stress for cement concrete pavement slab under plane loads[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(4): 8-15. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.002
Citation: ZHENG Fei, WENG Xing-zhong. Calculating methods of stress for cement concrete pavement slab under plane loads[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(4): 8-15. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.002

飞机荷载下水泥混凝土道面板应力计算方法

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.002
基金项目: 

军队科研项目 KJYZ0909

军队科研项目 总990713

详细信息
    作者简介:

    郑飞(1984-), 男, 湖北石首人, 空军工程大学工学博士研究生, 从事机场道面研究

    翁兴中(1962-), 男, 浙江金华人, 空军工程大学教授

  • 中图分类号: U416.216

Calculating methods of stress for cement concrete pavement slab under plane loads

More Information
  • 摘要: 采用弹性地基板理论分析了道面板应力的主要影响因素, 修正了公路标准轴载下路面板的应力计算公式, 得到了飞机荷载下道面板的应力计算公式形式。采用正交设计法对道面结构参数进行安排, 计算了不同道面结构在各种类型飞机荷载下道面板的应力。采用非线性回归方法对应力计算值和飞机荷载参数与道面结构参数进行分析, 得到了单轮飞机荷载下水泥混凝土道面板的应力计算公式。对单轮飞机荷载应力计算公式引入荷载圆半径修正系数, 并采用多元非线性回归方法, 得到了双轮和双轴双轮飞机荷载下道面板的应力计算公式。利用荷载叠加原理得到多轴多轮飞机荷载下道面板应力计算公式。误差分析结果表明: 回归应力计算值与有限元应力计算值相对误差不超过2%, 应力计算公式具有较好的精度。

     

  • 图  1  应力计算模型

    Figure  1.  Calculating model of stress

    图  2  临界荷位的机轮布置

    Figure  2.  Disposals of plane wheels at critical load location

    图  3  单轮飞机荷载下随h变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  3.  Comparison of calculation values by formula and FEM with change of h under single wheel plane load

    图  4  单轮飞机荷载下随Ec/Et变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  4.  Comparison of calculation values by formula and FEM while Ec/Et changing under single wheel plane load

    图  5  单轮飞机荷载下随tdx变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  5.  Comparison of calculation values by formula and FEM when tdx changing under single wheel plane load

    图  6  双轮飞机荷载下随h变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  6.  Comparison of calculation values by formula and FEM when h changing under dual-wheel plane load

    图  7  双轮飞机荷载下随Ec/Et变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  7.  Comparison of calculation values by formula and FEM when Ec/Et changing under dual-wheel plane load

    图  8  双轮双轴飞机荷载下随h变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  8.  Comparison of calculation values by formula and FEM when h changing under dual-wheel-dual-axes plane load

    图  9  双轮双轴飞机荷载下随Ec/Et变化的公式计算值与FEM计算值

    Figure  9.  Comparison of calculation values by formula and FEM when Ec/Et changing under dual-whee-dual-axes plane load

    图  10  三轴双轮起落架

    Figure  10.  Three-axis-dual-wheel undercarriage

    图  11  双轴四轮起落架

    Figure  11.  Dual-axis-four-wheel undercarriage

    表  1  道面结构参数水平

    Table  1.   Levels of pavement's structural parameters

    水平 因素
    h/m td Ec/GPa Et/MPa
    1 0.20 0.55 32 165
    2 0.27 0.70 34 210
    3 0.34 0.80 36 265
    4 0.40 0.90 38 315
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    表  2  正交设计

    Table  2.   Orthogonal design

    计算号 因素水平
    h td Ec Et
    1 1 1 2 4
    2 1 2 3 3
    3 1 3 4 2
    4 1 4 1 1
    5 2 1 2 3
    6 2 2 3 2
    7 2 3 4 1
    8 2 4 1 4
    9 3 1 2 2
    10 3 2 3 1
    11 3 3 4 4
    12 3 4 1 3
    13 4 1 2 1
    14 4 2 3 4
    15 4 3 4 3
    16 4 4 1 2
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    表  3  单轮飞机荷载下纵缝位置部分点应力计算值

    Table  3.   Part stress values at longitudinal joint under single wheel plane load

    FEM计算值 回归公式(3)计算值 相对误差/%
    3.107 3.085 0.71
    2.992 2.970 0.83
    2.876 2.858 0.63
    2.819 2.807 0.43
    2.628 2.580 1.85
    2.525 2.492 1.32
    2.414 2.401 0.53
    2.246 2.213 1.46
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    表  4  单轮飞机荷载下横缝位置部分点应力计算值

    Table  4.   Part stress values at transverse joint under single wheel plane load

    FEM计算值 回归公式(4)计算值 相对误差/%
    2.804 2.795 0.30
    2.296 2.295 0.03
    3.201 3.213 0.36
    2.579 2.591 0.47
    2.126 2.143 0.80
    1.980 2.019 1.95
    2.152 2.148 0.20
    1.924 1.912 0.62
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    表  5  表 5σpdKrd的计算结果

    Table  5.   Calculating results ofσpdand Krd

    h/m Ec/GPa Et/MPa σpd/MPa Krd
    0.20 35 315 3.88 1.084
    0.22 36 265 3.52 1.096
    0.24 37 210 3.22 1.104
    0.28 36 265 2.60 1.115
    0.32 35 315 2.16 1.122
    0.26 38 165 2.96 1.109
    0.30 37 210 2.42 1.117
    0.34 36 265 2.02 1.121
    0.36 37 210 1.89 1.120
    0.38 38 165 1.79 1.117
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    表  6  双轮飞机荷载下纵缝位置部分点应力计算值

    Table  6.   Part stress values at longitudinal joint under dual-wheel plane load

    FEM计算值 回归公式(5)计算值 相对误差/%
    2.587 2.551 1.39
    2.141 2.117 1.12
    2.946 2.907 1.32
    2.400 2.372 1.17
    1.995 1.983 0.60
    1.872 1.873 0.05
    1.761 1.777 0.91
    4.332 4.317 0.35
    3.871 3.862 0.23
    3.534 3.507 0.76
    2.855 2.819 1.26
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    表  7  双轮双轴飞机荷载下纵缝位置部分点应力计算值

    Table  7.   Part stress values at longitudinal joint under dual-wheel-dual-axes plane load

    FEM计算值 回归公式计算值 相对误差/%
    2.949 3.006 1.93
    2.642 2.689 1.78
    2.406 2.440 1.41
    1.948 1.964 0.82
    1.626 1.631 0.31
    2.215 2.236 0.95
    1.819 1.825 0.33
    1.529 1.526 0.20
    1.450 1.440 0.69
    1.381 1.365 1.16
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    表  8  双轮双轴飞机荷载下横缝位置部分点应力计算值

    Table  8.   Part stress values at transverse joint under dual-wheel-dual-axes plane load

    FEM计算值 回归公式计算值 相对误差/%
    1.871 1.883 0.64
    1.592 1.607 0.94
    1.521 1.538 1.12
    1.457 1.478 1.44
    5.093 4.970 2.42
    4.551 4.474 1.69
    4.129 4.090 0.94
    3.324 3.318 0.18
    2.760 2.777 0.62
    1.871 1.883 0.64
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  • 收稿日期:  2010-03-25
  • 刊出日期:  2010-08-25

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