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原文传递机场刚性道面抗冲击性能及衰变规律仿真研究

论文题名：	机场刚性道面抗冲击性能及衰变规律仿真研究
关键词：	机场道面;抗冲击性能;衰减规律;数值模拟;混凝土
摘要：	机场道面是构建航空运输体系的基础设施。随着航班频次的增加、重型飞机的投入使用使得机场道面在服役期内过早出现表面功能丧失、结构性能衰退的现象。飞机着陆冲击是造成道面结构性能衰退的重要原因之一，飞机冲击作用下的道面损伤规律对道面结构设计有着重要的参考价值，然而目前尚且缺乏对飞机着陆冲击作用下道面结构内部损伤演化规律的研究，因此本文针对机场刚性道面结构抗冲击性能及其衰变规律展开系统研究。研究内容及主要结论如下：　　（1）基于混凝土损伤本构理论，依据机场刚性道面结构力学分析特点及结构层材料特性，对比现有混凝土损伤本构模型，优选出混凝土塑性损伤模型作为数值计算的材料本构，明确混凝土塑性损伤模型的力学行为及控制规则，依据现行水泥混凝土结构规范提供的单轴拉应力－应变曲线，采用公式推演得到水泥混凝土面层材料的塑性损伤参数，为刚性道面模型构建提供材料参数，也为道面结构损伤演化分析提供理论工具。　　（2）进行飞机荷载模拟，根据飞机荷载参数及着陆冲击荷载特性进行轮载参数计算和着陆冲击荷载波形拟合；借助通用有限元软件ABAQUS构建机场刚性道面结构三维数值模型，并基于数值模型分析不同飞机荷载形式（飞机起落架构型、飞机荷载作用位置）及道面结构参数（面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量、土基模量）对机场刚性道面抗冲击性能的影响，分析结果表明：复杂飞机起落架下道面结构力学响应呈现明显的多轮叠加效应，相同胎压下三轴双轮作用下的竖向位移是单轴双轮的1.83倍；机场刚性道面结构在飞机着陆冲击荷载作用下的最不利荷位为纵缝边沿中部；面层厚度是提升道面结构抗冲击性能的关键结构参数。　　（3）采用有限元软件结合FORTRAN语言进行子程序开发，构建机场刚性道面结构温度场模型，计算夏季高温日循环作用下道面结构整体变温情况，并基于温度场计算结果开展温度－冲击荷载响应分析，以探究环境温度对道面结构抗冲击性能的影响，研究结果表明：环境温度的影响范围主要集中在面层结构；结构温度场随环境温度呈周期性变化；温度－冲击荷载作用下，环境温度与道面顶部弯沉及水泥混凝土板底拉应力均呈正相关，温度日循环下顶部弯沉的极差可达0.642mm，板底应力的极差可达1.61MPa，道面结构抗冲击性能随着温度的升高呈现衰减趋势。　　（4）基于机场刚性道面三维数值模型开展单次冲击荷载作用下和周期循环冲击荷载作用下刚性道面动力响应情况分析。以位移、板底应力、垂直应力作为表征道面抗冲击性能的关键指标，观察单次冲击荷载作用下三项指标沿道面横向布局和断面深度的变化规律；以受压损伤、受拉损伤、塑性变形、刚度退化率作为表征道面结构损伤劣化指标的关键参数，观察道面结构在不同冲击周期下各项指标的损伤演化趋势和时程变化规律。研究结果从结构整体动力响应和结构整体损伤演化两个方面揭示了机场刚性道面结构抗冲击性能衰减规律。
作者：	蒲娜
专业：	交通运输
导师：	钟科
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023