Совершенствование метода расчета нежестких аэродромных покрытий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Скутин, Сергей Леонидович

• Скутин, Сергей Леонидович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скутин, Сергей Леонидович

Введение 4

Глава 1. Постановка проблемы. Цель и задачи исследований

1.1. Анализ существующих методов расчета нежестких аэродромных покрытий 7

1.2. Вероятностно - статистические закономерности распределения прочностных и деформационных характеристик материалов конструктивных слоев

1.3. Учет закономерности распределения нагрузок от колес главных шасси воздушных судов 24

1.4. Учет воздействия природно - климатических факторов 30

1.5. Выводы . Цель и задачи исследований 35 -

Глава 2. Теоретические исследования

2.1. Основные положения вероятностно - статистического расчета нежестких аэродромных покрытий 39

2.2. Определение статистического коэффициента условий работы нежесткого аэродромного покрытия по прогибу 44

2.3. Определение вероятностно - статистических характеристик случайной функции растягивающего напряжения при изгибе в асфальтобетоне от воздействия эксплуатационных нагрузок 49

2.4. Расчет вероятностно - статистических параметров случайной функции предельного растягивающего напряжения при изгибе для асфальтобетона 56

Глава 3. Экспериментальные исследования

3.1. Задачи и алгоритм программы вычислительного эксперимента на ЭВМ 61

3.2. Исследование статистического коэффициента условий работы асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе 66

3.3. Исследование статистического коэффициента условий работы асфальтобетонного покрытия по упругому прогибу 79

3.4. Статистическое исследование изменчивости толщины асфальтобетонного покрытия 88

3.5 Исследование закономерности распределения модуля упругости и прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе 96

3.6. Исследование закономерности распределения взлетных масс воздушных судов 102

Глава 4. Разработка практических рекомендаций по расчету нежестких аэродромных покрытий

4.1. Методика вероятностно-статистического расчета нежестких аэродромных покрытий 112

4.2. Сопоставление результатов расчета нежесткого аэродромного покрытия по существующей и уточненной методике 116

4.3. Выводы 130-131 Общие выводы 132-133 Список использованных источников 134

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование метода расчета нежестких аэродромных покрытий»

Одной из наиболее актуальных задач на современном этапе проектирования аэропортов является повышение надежности конструкций аэродромных покрытий, являющихся наиболее капиталоемкими сооружениями комплекса аэропорта.

Для решения этой задачи на стадии проектирования аэродромных покрытий необходимо располагать данными, характеризующими вероятностно - статистическую изменчивость эксплуатационных нагрузок и физико-механических свойств конструкционных материалов.

Применяемый в практике проектирования детерминированный метод расчета нежестких аэродромных покрытий не отражает стохастическую природу деформационных и прочностных характеристик материалов, вероятностного характера воздействия нагрузок от колес главных шасси воздушных судов и геометрических характеристик параметров.

Сложившееся в практике проектирование аэродромных покрытий положение в значительной мере объясняется отсутствием разработанной методики расчета жестких аэродромных покрытий с заданным уровнем надежности на стадии проектирования. Устранение этого недостатка возможно лишь на основе привлечения математических методов теории вероятностей и случайных функций, позволяющих учесть изменчивость физико-механических свойств материалов, геометрических характеристик конструктивных слоев и вероятностный характер распределения нагрузок от воздушных судов на отдельных участках аэродромных покрытий.

В вероятностной трактовке величины расчетного и предельного растягивающих напряжений, а также величин расчетного и предельного относительных прогибов нежесткого покрытия, являются случайными функциями нескольких случайных аргументов. Закономерности распределения случайных функций предельного и расчетного изгибающих моментов до настоящего времени не установлены.

Вместе с тем закономерности распределения случайных аргументов: прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе, деформационных характеристик грунта, геометрических характеристик сечения конструктивных слоев, нагрузок от воздушных судов и климатических факторов изучены достаточно широко.

Это обстоятельство позволяет, используя методы теории случайных функций, по известным законам распределения случайных аргументов установить статистические параметры распределения случайных функций: математическое ожидание и дисперсию расчетного и предельного прогиба конструкции нежесткого покрытия и растягивающего напряжения в асфальтобетоне. Анализ полученных теоретических решений с применением ЭВМ позволит оценить влияние любого случайного аргумента на статистические параметры перечисленных случайных функций. Результаты исследования на ЭВМ могут быть использованы для обоснования статистического коэффициента условий работы нежестких аэродромных покрытий, позволяющего учесть совместное неблагоприятное воздействие изменчивости эксплуатационных нафузок, физико-механических свойств материалов, отклонение толщин конструктивных слоев от проектных значений, обусловленных технологическими факторами и заданным уровнем надежности конструкции нежесткого покрытия на стадии проектирования.

Для разработки практической методики расчета нежесткого аэродромного покрытия с заданным уровнем надежности на стадии проектирования необходимо располагать данными о вероятностно-статистических закономерностях распределения взлетных масс воздушных судов, принимаемых в действующем СНиП 2.05.08-85 детерминированными величинами. Учет вероятностного характера распределения взлетных масс воздушных судов и распределения проходов колес главных опор шасси по ширине элементов аэродрома позволяет выявить имеющийся резерв несущей способности конструкции покрытия по сравнению с вычисленными детерминированными методами расчета.

В настоящей работе сделана попытка устранить недостатки, имеющиеся в практике проектирования нежестких аэродромных покрытий. В ней отражены результаты теоретических и экспериментальных исследований автора, связанные с разработкой вероятностного метода расчета нежесткого аэродромного покрытия с заданным уровнем надежности. Приведена программа расчета статистического коэффициента условий работы нежесткого аэродромного покрытия на ЭВМ, результаты численного эксперимента по исследованию влияния изменчивости прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе, модуля упругости асфальтобетона, толщины конструктивных слоев, модуля упругости фунтового основания, числа приложений нагрузок от колес главных опор воздушных судов, амплитуды колебания температуры на поверхности покрытия и заданного уровня надежности на величину статистического коэффициента условий работы нежесткого аэродромного покрытия.

Приведены практические рекомендации и примеры расчета нежесткого аэродромного покрытия с заданным уровнем надежности на стадии проектирования.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Скутин, Сергей Леонидович

Общие выводы

1. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования -позволили разработать практическую методику вероятностно - статистического расчета конструкций нежестких аэродромных покрытий из асфальтобетона с учетом изменчивости прочностных и деформационных характеристик асфальтобетона, фунтового основания, толщины конструктивных слоев , взлетных масс воздушных судов и вероятностного характера распределения эксплуатационных нафузок.

2. Разработана методика прогнозирования числа приложений нафузок от воздушных судов с учетом вероятностного характера распределения проходов колес главных опор по ширине элементов аэродрома.

3. Впервые получены аналитические , решения для определения статистических коэффициентов условий работы нежесткого аэродромного покрытия по величине растягивающего напряжения при изгибе в асфальтобетоне и общему прогибу всей конструкции в целом с использованием математического аппарата теории надежности. Полученные аналитические зависимости позволяют учесть совместное неблагоприятное влияние воздействия изменчивости эксплуатационных нафузок, физико - механических свойств материалов и толщин конструктивных слоев, обусловленных технологическими факторами с заданным уровнем надежности нежесткого покрытия на стадии проектирования.

-1334. Результаты вычислительного эксперимента проведенного на ПЭВМ PC AT по разработанным программам, позволили установить влияние вероятностно --статистической изменчивости базисных аргументов на несущую способность конструкции нежесткого покрытия.

5. Результаты экспериментальных исследований позволили установить статистические параметры и закономерности распределения прочности на растяжение при изгибе и модуля упругости асфальтобетона, толщины асфальтобетонного покрытия, взлетных масс и проходов колес главных шасси воздушных судов по ширине взлетно -посадочных полос и рулежных дорожек.

6. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации по проектированию и оценке несущей способности нежестких аэродромных покрытий из асфальтобетона, предложения по совершенствованию существующей нормативной базы по проектированию аэродромов.

7. Для практического использования разработанных предложений по совершенствованию существующей нормативной базы по проектированию нежестких покрытий разработаны программы расчета "STK1" и "STK2" для ПЭВМ, записанные в библиотеке научных программ кафедры аэропортов МАДИ ( ГТУ).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Скутин, Сергей Леонидович, 2005 год

1. Ашфорд Н., Райт П.Х. Проектирование аэродромов. Пер. с англ. А.П. Степушин. -М.: Транспорт, 1988. - 328 с.

2. Бируля А.К. Конструирование и расчет нежестких одежд автомобильных дорог. М.: Транспорт. 1964.

3. Богуславский А.М. Теоретические основы деформирования асфальтобетона. Дисс. на соиск. докт. техн. наук. М. : МАДИ.1971.

4. Большее Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математических статистик. М.: Наука, 1983. - 416 с.

5. Васильев А.П. Содержание и ремонт автомобильных дорог : Справочник инженера дорожника. - М. Транспорт, 1989. - 287с.

6. Васильев А.П., Сиденко В.М. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. М. : Транспорт, 1990.-304с.

7. Виноградов А.П. Надежность и сертификация прочности цементобетонных покрытий аэродромом. -М : АО Ирмаст. 1994.-125 с.

8. Глушков Г.И., Маквелов Л.И. Реконструкция бетонных покрытий аэродромов. М.: Транспорт, 1965. - 222с.

9. Ю.Горбунов Посадов М.И., Маликова Т.А. Расчет конструкций на упругом основании. -М ., 1973.

10. Горелышев Н.В. Повышение качества асфальтобетона и долговечности дорожных покрытий на его основе. М. : Труды СоюздорНИИ. Вып 79.1975. 15 20с.

11. Горецкий Л.И. Эксплуатация аэродромов. М. : Транспорт. 1965.-280 с.

12. Дмитрович А.Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов. М.: Стройиздат, 1963.

13. Ермолаев Н.Н., Михеев В.В. Надежность оснований сооружений . -Л.: Стройиздат , 1976. -152 с.

14. Захаров С.Б. Экспериментальное определение однородности фунтового основания бетонных и железобетонных конструкций. Куйбышев. КуИСП., 1975. 191-193 с.

15. Золотарь И А, Некрасов В.К. и др. Повышение надежности автомобильных дорог. М.: Транспорт. 1977.

16. Иванов Н.Н., Ефремов J1.Г. О работоспособности асфальтобетона в дорожном покрытии. М. Труды МАДИ. Вып. 63.1973. 52-59с.

17. Игнатова О.И. Об изменчивости характеристик фунтов оснований зданий и сооружений. Сборник. Вопросы надежности железобетонных конструкций. Куйбышев. КуИСП., 1975.78-83 с.

18. Йодер Е.Д. Причины проектирования дорожных и аэродромных одежд. М.: Транспорт. 1964.

19. Казарновская Э.А. Реологические свойства асфальтобетона при отрицательных температурах. М. : Труды СоюздорНИИ. Вып. 11.1967.107 -113с.

20. Ковалев Я. Н. Исследование процесса прогрева асфальтовых покрытий под действием солнечной радиации. Минск. Сб. Проблемы строительной теплофизики. Высшая школа,1965.

21. Коган Б.И. Точное решение теории упругости для многослойного полупросфанства , для расчета нежестких дорожных покрытий. Труды ХАДИ. Вып.21. Харьков. 1958. 34-42с.

22. Коновалов П.А., Рудницкий Н.Я. О коэффициенте изменчивости модуля деформации фунта. Основания, фундаменты и механика фунтов №3,1964.16 -18 с.

23. Кононов В.Н. Асфальтовый бетон в условиях напряженного состояния городских дорог. Сб. Технический прогресс в строительстве инженерных коммуникаций и сооружений. М .: 1982. 77 - 81с.

24. Кононов В.Н. Методические указания по расчету и конструированию дорожных покрытий с асфальтобетонным покрытием. ВСН 5 - 68 Главмосстроя. - М. : 1968. 40-68с.

25. Кононов В.Н. О повышении долговечности и эксплуатационных качеств покрытий городских дорог. М. Строительство и архитектура Москвы. N10.1968. 34 36с.

26. Кононов В.Н. Причины преждевременных разрушений асфальтобетонных покрытий. Автомобильные дороги N 9. 1967. 24-25с.

27. Кононов В.Н. Эксплуатационные особенности асфальтобетона в несущих слоях дорожных одеед г.Москвы. 40 ая научно - методическая и научно -исследовательская конференция МАДИ. 1982.

28. Королев И.В. Дорожный теплый асфальтобетон. Киев. Высшая школа. 1975.

29. Ладыши Б.И. и др. Методика определения расчетной высокой температуры асфальтобетона. Минск. Доклады АН. БССР. Том XII, №12.1968.

30. Макагонов В.А. Основные принципы устройства асфальтобетонных слоев по цементобетонным покрытиям. Аэропорты. Прогрессивные технологии №1(14), 2002. 2-5 с.

31. Мединков И.А. Напряжения в покрытиях из раномодульных материалов. М. Труды МАДИ, Вып.14.1967. 16-20с.

32. Носов В.П. Прогнозирование ресурса дорожных одежд при проектировании автомобильных дорог // Научно-технические проблемы дорожной отрасли стран СНГ : Сб. науч. тр. М. 2000. 115 122.

33. Носов В.П. Учет изменчивости деформативных слоев земляного полотна при расчете цементобетонных покрытий. / Труды МАДИ. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог. Вып.170. / М. : МАДИ. 1979. 72-78 с.

34. Носов В.П., Болормао Р. Влияние качества строительных работ на накопление повреждений. Сб. науч. тр. МАДИ. Анализ и пути совершенствования методов строительства и эксплуатации автомобильных дорог. М. : МАДИ. 2002. 160-167с.

35. Отдельные дорожные нормы ОДН 218.046 01. Проектирования нежестких дорожных одежд. -М-Информавтодор. 2001. -144 с.

36. Повышение надежности автомобильных дорог. Под. ред. П 42. Золоторя И.А. -М., "Транспорт", 1977.

37. Поляков А.В. Аэродромные покрытия. Л. : Л ВИКА им. Можайского , 1968. - 455 с.

38. Радовский Б.С. Поведение дорожной конструкции как слоистой вязко-упругой среды под действием подвижной нагрузки. Новосибирск. Изд-во Вузов. Строительство и архитектура. 1975. N 4.126- 130с.

39. Романов Н.И., Смирнов С.Л. Аэродромные покрытия из асфальтобетона. Аэропорты. Прогрессивные технологии №1(6), 2000.6 9 с.

40. Руденский А.В., Штронберг А.А., Шестакова Н.А. О выборе расчетных значений модулей упругости асфальтобетона при проектировании конструкции дорожной одееды. Труды Гипродорнии. Вып. 8. 1973 . 112- 119 с.

41. Руденский А.В. Дорожные асфальтобетонные покрытия. -М.: Транспорт,1992.-253 с.

42. Руденский А. В. Влияние климатических и эксплуатационных условий на работу асфальтобетонных покрытий.

43. Семенов В.А. Качество и однородность автомобильных дорог. -М.: Транспорт, 1989.-125с.

44. Сиденко В.М. и др. Автомобильные дороги (совершенствование методов проектирования и строительства) Киев.Будивельник.1973.

45. Скачко А.Н., Шамин С.С. Оценка неоднородности грунтов по результатам штамповых испытаний: / Наука и техника граеданской авиации. №3/, 1975.46 52с.

46. Смирнов А. В. Динамика дорожных одеед автомобильных дорог. Омск.Зап.Сиб.Изд-во.1975.

47. Смукрович В. В. Исследование расчетных параметров взлетно-посадочных полос на аэродромах гражданской авиации. БНТИ ГПИ и НИИ ГА Аэропроекг. -М., ОНТИ. Аэропроект,1967.48-79с.

48. Степушин А. П. Определение количества воздействий нафузок от колес самолетов на плиту жесткого аэродромного покрытия. Труды ГПИ и НИИ ГА Аэропроекг. Вып.11.-М.:ОНТИ Аэропроект. 1973.37-51с.

49. Степушин А.П., Сабуренкова В.А. Основы научных исследований в аэропортостроении : Учебное пособие /МАДИ(ТУ).-М.,2000.-117с.

50. СНиП II 47 - 80. Аэродромы.Госстрой СССР.-М.: Стройиздат,1981 .-56с.

51. СНиП 2.05.08 85.Аэродромы.53. СНиП 32.03.96.

52. Сюньи Г.К., Билай Л.В. Использование старого асфальтобетона. -М. Автомобильные дороги №8.1969.

53. Теляев П.И, Смирнов Ю.И. Обоснование значений динамического коэффициента к нафузке применительно к расчету дорожных одежд. Труды СоюздорНИИ. Вып.114.1979. 16-21 с.

54. Яковлев Ю.М., Коганзон М.С. Качество и надежность дорожного строительства.-М., 1981.

55. Яковлев Ю.М., Коганзон М.С. Оценка и обеспечение прочности дорожных одежд нежесткого типа: Учеб. Пособие.-М.,1990.

56. Яковлев Ю.М., Апестин В.К. Испытание и оценка прочности нежестких дорожных одежд. -М.,1977.

57. Яковлев Ю.М. Сравнение методов оценки прочности нежестких дорожных одежд. М. Труды МАДИ. Вып. 170.1979. 3 8с.

58. Яцкевич И.К. Трещиностойкость асфальтобетона при низкой температуре. Минск. Наука и техника. 1972. 99-119с.

59. AASHO Road test. Washington. 1962.

60. Ahivin R.G., Brown D.N. Stress repetitions in pavements design. Journal Aero Space Transport. Div. Proc. Amer. Soc. Civic Engrs. 1965. Vol 91, No 2, pp 29 - 37.

61. Dezmond P.J., Hansen R.C., Flight Path Display Can Improve Safety Operational Efficiency ICAO Journal. Vol 45. No 3, 1990. pp. 14-18.

62. Ho Sand U.A. Field Survey and analysis of aircraft distribution on aircraft pavements. Transp. Res. Board. Spec. Rept. No 175, pp. 84 87.

63. Marszalek J. Metoda podzialy nawierzchni startowej na obszary badawcze. Drogownistwo. No 12.1980, pp. 359 361.

64. Mitchel R.J. Jlexible pavement design in Zimbabve. Proc. Justn. Civ. Engrs. Part 1. 1982, Vol 72, pp.333 354.

65. Paccard R.G. Design of concrete airport pavement. Portland cement association. Skokie Jllinois 1973, p.61.

66. Paccard R.G. Fatigue concepts bor concrete airport pavement design. Transp. Eng. Journ. Procced of ASCE. Vol 100. No ТЕЗ 1975, pp. 567 582.

67. Philippe R.R., Mellinger F.M. Structural behavior of heavy duty concrete airfield pavement. Highway Res. Rec. Vol 35. 1956, pp. 87-100.

68. Seed H.B., Chou C.K., Jee C.E. Resistance characteristics of subgrade soils and their relation to fatigue failure in asphalt pavements. Proceed Jutern. Conf. of the Sruct. Design of asphalt pavements. Univ. of Michigan, 1962, pp. 611 -636.

69. Shah S.C., Adam Verdi. Statistical evalution of highway materials specifications. Hughway Res. Rec. 1968. No 248, pp. 50-76.

70. Uzan J., Jivneh M ., Jshai I. Thickness design of flexible pavements with different layer structures. Australian Road Research. Vol 10. No 1. March 1980, pp. 8 20.

71. УТВЕРЖДАЮ» ЗАМЕСТИТЕЛЬ НАЧАЛЬНИКА 26 ЦНИИ МО РФ ПО НАУЧНОЙ РАБОТЕlT ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК „НАУЧНЫЙ СОТРУДНИК1. С. ИВАНКОВ2004 г.1. АКТ

72. Внедрения научных положений и выводов кандидатской диссертации аспиранта МАДИ (ГТУ) Скутина Сергея Леонидовича

73. Начальник I управления доктор экономических наук профессор

74. Начальник 15 отдела кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник1. С. Буянов