Оценка и прогнозирование эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Фомин, Андрей Викторович

• Фомин, Андрей Викторович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фомин, Андрей Викторович

Введение.

Глава I. Анализ современного состояния теории расчета и оценки эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий.

1.1 Анализ методов расчета жестких аэродромных покрытий.

1.2 Математические модели работы грунтовых оснований при нагру-жении.

1.3 Учет влияния природно-климатических факторов и воздействия нагрузок от воздушных судов.

1.4 Учет сезонной переменчивости деформативных характеристик грунтовых оснований.

1.5 Виды деформаций и разрушений жестких покрытий аэродромов и причины их возникновения.

1.6 Анализ существующих методов, применяемых для оценки эксплуатационно-технического состояния жестких покрытий.

1.7 Выводы, цель и задачи исследования.

Глава II. Исследование показателя растрескивания аэродромного покрытия.

2.1 Существующее состояние проблемы оценки эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий.

2.2 Методика и результаты экспериментальных исследований показателя растрескивания.

2.3 Статистическая обработка экспериментальных исследований.

2.4 Выводы по главе 2.

Глава III. Исследование прочности аэродромного покрытия с учетом показателя растрескивания.

3.1 Постановка задачи исследования прочности жесткого аэродромного покрытия.

3.2 Натурные и лабораторные испытания жесткого аэродромного покрытия.

3.3 Исследование прочности покрытия аэродрома в зависимости от показателя растрескивания.

3.4 Выводы по главе 3.

Глава IV. Практические рекомендации по оценке эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий.

4.1 Обоснование минимального размера заменяемого фрагмента плиты.

4.2 Метод оценки и прогнозирования эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий.

4.3 Технико-экономическое исследование.

4.4 Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и прогнозирование эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий»

Актуальность проблемы. Гражданская авиация в России выполняет особую роль. С одной стороны, она является типичной подотраслью транспорта, реализующей транспортные услуги населению, а с другой стороны, осуществляет важнейшую функцию интегратора страны, обеспечивая транспортную связь между центром и отдаленными регионами, где наземные транспортные коммуникации либо отсутствуют, либо развиты чрезвычайно слабо. Следует отметить, что к таким регионам относится более 60 процентов территории страны.

Эффективность работы подразделений гражданской авиации, а особенно аэродромов, требует постоянного совершенствования и обновления, однако период с 1991 по 1996 гг. следует отнести к весьма неблагоприятному.

Данный период характеризуется существенным снижением объемов перевозок пассажиров и грузов, а также недостаточным объемом работ по содержанию и строительству аэропортов. Такое обстоятельство привело к неудовлетворительному состоянию многих элементов аэродромов и увеличению аварийности взлетно - посадочных операций.

В 2000-х годах наметился определенный положительный сдвиг. По итогам 2000 года впервые за 10 лет отмечена стабилизация объемов пассажи-рооборота, который составил 53,5 млрд. пасс-км, перевозки пассажиров составили 21,8 млн.чел., а перевозки грузов выросли более чем на 7% и составили 530 тыс.т.

К концу 2000 года на авиатранспортном рынке России функционировало 294 авиакомпании. Общее количество аэропортов составило 533, из них 63 - аэропорты федерального значения.

За период 1991-1996 гг. в гражданской авиации России на базе 133 государственных предприятий в результате акционирования возникло более 400 авиакомпаний, число которых к концу 2000 года сократилось до 294, но все равно их количество существенно превышает потребности не только существующего, но и перспективного рынка авиационных перевозок.

В настоящее время развитие аэропортов в РФ выполняетя согласно Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 гг.)», в основу которой положены «Основы политики Российской Федерации в области авиационной деятельности на период до 2010 года» и «Концепция развития гражданской авиационной деятельности Российской Федерации» [128].

Данными проектами предусмотрено в основном не строительство новых аэропортов, а реконструкция существующих. В 2002-2010 гг. предусмотрена реконструкция более 40 аэропортов на территории РФ, среди которых можно выделить аэропорты высоких классов: Шереметьево, Домодедово, Внуково, Толмачево (Новосибирск), Сочи, Самара, Хабаровск, Емельяново (Красноярск), Владивосток, Минеральные Воды, Якутск.

Все это делает задачу разработки и совершенствования методики оценки несущей способности аэродромных покрытий наиболее актуальной.

Вместе с тем следует отметить, что до настоящего времени методам оценки несущей способности существующих аэродромных покрытий уделялось значительно меньше внимания, чем методам проектирования и расчета при первом строительстве. Это объясняется в основном тем, что в стране осуществлялось массовое строительство новых аэропортов в различных регионах, а парк воздушных судов представляли модели отечественных самолетов.

В настоящем исследовании предпринята попытка разработки методики прогнозирования и оценки эксплуатационно-технического состояния, а также определения остаточного срока службы жесткого аэродромного покрытия на основании экспериментальных исследований, проведенных в аэропорту «Шереметьево» в период с 1999 по 2005 гг. Разрабатываемая методика может быть использована проектными организациями и службами аэропортов ГА для оперативной оценки пригодности жестких аэродромных покрытий, а также разработки планов их реконструкции и ремонта.

Целью работы является разработка метода оценки и прогнозирования эксплуатационно-технического состояния аэродромных покрытий с определением срока их службы до проведения ремонтно-восстановительных работ.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

- проведены широкие натурные исследования по определению типов дефектов на покрытии и установлена зависимость их развития во времени;

- предложен показатель, характеризующий количественное значение разрушения покрытия, и установлено его влияние на прочность покрытия;

- предложен метод оценки и прогнозирования состояния жесткого покрытия.

Результаты исследования могут быть использованы для оценки состояния и прогнозирования ремонтных работ на аэродромах, имеющих бетонное (армобетонное) покрытие.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке метода оперативной оценки с возможностью последующего прогнозирования эксплуатационно-технического состояния жесткого аэродромного покрытия как в целом, так и каждой плиты (участка) покрытия в отдельности. Данные мероприятия позволяют планировать ремонтно-восстановительные работы с одновременной подготовкой основания для слоя усиления, что позволяет увеличить срок службы покрытия до капитального ремонта и сократить на него затраты.

Реализация работы. Результаты исследований кандидатской диссертации внедрены ФГУП ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» в процессе проектирования при реконструкции аэродромных покрытий аэропортов «Шереметьево» и «Сочи» («Реконструкция и развитие аэродрома международного аэропорта Шереметьево», 2006г. (Арх. № А-3080); «Обоснование инвестиций в реконструкцию аэродрома и действующего аэровокзального комплекса аэропорта

Сочи», 2006г. (Арх. № А-3065)) и используются в учебном процессе на кафедре «Аэропорты» МАДИ(ГТУ) в дисциплинах «Изыскания и проектирование аэродромов», «Реконструкция аэродромов», а также в дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Автотранспортный комплекс - проблемы, перспективы, экологическая безопасность» г.Пермь 26-27 апреля 2007 г., 62, 63, 64 и 65 научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ(ГТУ) в 2004-2007 гг.

Публикации. По результатам исследования опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, библиографию из 171 наименования. Она содержит 186 страниц, включая 56 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Фомин, Андрей Викторович

Общие выводы и задачи дальнейших исследований.

1. Существующие методики оценки состояния аэродромных покрытий не содержат количественных показателей, позволяющих характеризовать степень его трещинообразования.

2. Основной расчётной моделью работы аэродромного покрытия жесткого типа в настоящее время является пластина на упругом основании Винклера.

3. Показатель растрескивания может быть принят одной из основных характеристик состояния покрытия.

4. Предложена методика расчета статистических оценок показателя растрескивания и определены его значения для покрытия ВПП-2 Международного аэропорта «Шереметьево».

5. Определены размеры рабочей части покрытия, на которую приходится основное воздействие опор современных и перспективных самолетов.

6. Разработана классификация основных типов трещин аэродромного покрытия и установлена закономерность их изменения во времени.

7. Предложена номограмма для определения прочности покрытия в зависимости от показателя растрескивания.

8. Разработаны рекомендации по проведению плановопредупредительных ремонтов с определением размеров заменяемых фрагментов плит.

9. Выполнена оценка экономического эффекта от предложенных рекомендаций по планированию ремонтных мероприятий.

10. Разработаны практические рекомендации по оценке эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий, которые могут быть использованы аэропортами гражданской авиации и организациями, выполняющими проектирование, ремонт и реконструкцию аэродромных покрытий.

11. Создано программное обеспечение для ПК, позволяющее принимать стратегические решения по дальнейшей эксплуатации покрытий аэродрома.

К задачам дальнейших исследований могут быть отнесены следующие:

1. Проведение ежегодного мониторинга состояния аэродромных покрытий для получения информации о его несущей способности и ведения базы данных.

2. Разработка автоматизированного метода исследования трещино-образования покрытий с определением количественных показателей.

3. Исследования нерассмотренных в работе видов дефектов и установление их влияния на несущую способность покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для решения поставленной задачи оценки эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий аэродрома в работе были выполнены теоретические и натурные экспериментальные исследования. Теоретические исследования включали в себя разработку расчетных схем и моделей аэродромных покрытий на основе мирового опыта проектирования, классификацию основных видов трещин покрытия со статистической оценкой их развития и интенсивности, создание методики и практических рекомендаций по прогнозированию ремонтов и мониторингу состояния аэродромных покрытий в процессе эксплуатации.

Экспериментальные исследования выполнялись в течение ряда лет на покрытиях Международного аэропорта «Шереметьево» и в соответствии с планом заключались не только в составлении дефектовочных планов и силовых испытаниях, но и в определении некоторых физико-механических характеристик материалов покрытий в лаборатории.

Проведения теоретико-экспериментальных исследований позволили получить результаты, которые могут быть представлены в виде двух основных групп:

1. Получены основные оценки и статистические закономерности, характеризующие прочность и несущую способность жестких аэродромных покрытий по виду трещинообразования, позволяющие не только осуществить мониторинг их состояния, но и оптимизировать план проведения ремонтных мероприятий.

2. Разработаны практические рекомендации, предназначенные для использования на аэродромах, применение которых позволит оперативно оценивать эксплуатационно-техническое состояние аэродромных покрытий, создать наиболее приемлемые план и методику проведения ремонтных мероприятий для поддержания покрытия в удовлетворительном состоянии.

Выполнено компьютерное сопровождение предложенных методов в виде законченных модулей, позволяющих рассчитывать основные показатели и принимать стратегические решения по дальнейшей эксплуатации аэродрома.

В работе выполнено экономическое обоснование предложенных методов, в результате которого установлено, что предлагаемый метод планирования ремонтных работ сокращает приведенные затраты на содержание покрытий до 20%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фомин, Андрей Викторович, 2007 год

1. Авдеев В.Н., Исаев Н.С., Полтев М.П. и др. Обобщения опыта работы полевых лабораторий ЦПИ ВВС и уточнение расчетных значений модуля деформации грунтов для проектирования жестких аэродромных покрытий. -М.: Труды НИАИ ВВС, 1958, №82. -56с.

2. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. -М.: «Мир», 1976г.-755с.

3. Ашфорд Н., Райт П.Х. Проектирование аэропортов / Пер. с англ. А.П. Степушин. -М.: Транспорт, 1988. 328с.

4. Бабков В.Ф. Методы определений расчетных значений модулей деформации грунтов. -В кн.: Определение модуля деформации грунтов. Сб. статей. Автотрансиздат. -М., 1955.-С.5-16.

5. Бабков В.Ф. Некоторые вопросы расчета толщины бетонных покрытий и оснований // Цементный бетон в дорожном строительстве. -М.: Дор-издат, 1950. -С.173-203.

6. Бабков В.Ф. Некоторые вопросы расчета толщины бетонных покрытий и оснований. Сб. Цементный бетон в дорожном строительстве. Автотрансиздат, 1960.

7. Бабков В.Ф., Гербурт-Гейбович А.В. Основы грунтоведения и механики грунтов. Автотрансиздат, 1956.

8. Бартошевич Э.С. Учет работы естественного грунтового основания при проектировании жестких аэродромных покрытий. // Тр. / ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект». М., 1967, Вып 1 -с.27-41.

9. Бетонные дороги / Сокращ. пер. с англ. Под ред. В.Ф. Бабкова и А.Н. Защепина. -М.: Научно-техническое издательство министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, 1959. -359с.

10. Болыпев JI.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики.- М.: ВЦ АН СССР, 1968 (2-е изд.). 474 с.

11. Валборн Б., Белл Ц.М. Развитие аэродромного строительства в США // Международный конгресс по строительству бетонных покрытий. -М.: Автотрансиздат, 1959.-С.146-156.

12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. -6-е изд. Стер.— М.: Высшая школа, 1999. -576 с.

13. Винокуров И.Г. Исследование работы жестких аэродромных покрытий под воздействием температурных факторов: Дисс. . канд.техн.наук. -М, 1994. -167с.

14. Власов В.З. Строительная механика тонкостенных пространственных систем. Стройиздат, 1949.

15. Воздушный кодекс Российской Федерации. -М, 1999г. -76с.

16. Волохов Н.И. «Исследование работы жёстких слоистых покрытий на аэродромах с учётом перераспределения усилий в их элементах». Автореферат диссертации на соискание учёной степени КТН. Научный руководитель профессор д.т.н. И.И.Черкасов. ВИА, М:1958.

17. Герсеванов Н. М. Современное состояние и задачи развития науки об обоснованиях и фундаментах сооружений и механики грунтов. -Известия АН СССР. ОТН-1950, №5, -641с.

18. Герсеванов Н.М., Мачерет Я.А. К вопросу о бесконечно длинной балке на упругой почве, загруженной силой Р. -М. Гидротехническое строительство. №10,1935.

19. Герсеванов Н.М., Польшин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов и их практические применения. Стройиздат, 1948.

20. Глушков Г.И. Исследование работы жестких аэродромных покрытий // Автомобильной дороги. -М., 1981. №9. -С.23-25.

21. Глушков Г.И., Степушин А.П. Цементобетонные покрытия под многократным воздействием подвижных нагрузок // Автомобильные дороги. -М., 1976. №11.-С. 23-25.22,23,24