1、16 全国中文核心期刊 路基工程 2008年第6期(总第141期) 军用机场水泥混凝土道面可靠性设计方法木 郑 飞 翁兴中 (空军工程大学工程学院陕西西安710038) 摘要采用极限状态法建立了机场道面可靠性的设计标准。基于可靠性理论，以飞机作为设计 荷载，考虑荷载和温度翘曲应力的共同作用，建立了军用机场水泥混凝土道面可靠性设计方法。以实 例计算的结果与用现行设计规范计算的结果进行对比，相对误差仅260，说明文中建立的可靠性 设计法是正确、可行的。 关键词 机场工程 水泥混凝土道面 设计 可靠度 变异性 1前言 我国现行的军用机场道面设计是一种定值设计方 法 J。由于水泥混凝土等材料的非均质性
2、和施工偏差 以及机场道面在使用期内环境和荷载条件的变异，使 机场道面设计参数具有不确定性。由于军用飞机机型 的更新，对机场道面工程技术要求有了大的变化，原 规范的相当部分内容已不能满足道面结构实际发展的 需要，因此需对原设计规范进行修订。修订的规范道 面设计采用可靠性设计法。 2可靠度的定义 军用机场水泥混凝土道面结构设计是以飞机荷载 和温度作用产生的疲劳断裂为设计标准，即飞机荷载 产生的疲劳应力 。 和温度梯度作用产生的疲劳应力 之和( 。 + )不超过弯拉强度 ，其极限状态 表达式为 ( + ) (1) 按式(1)的混凝土道面结构极限状态表达式， 军用机场水泥混凝土道面设计规范修订项目 郑
3、飞，男，博士研究生。 18 16 14 12 10 08 06 O4 8 16 24 32 4O (。) 图4滑坡稳态对主滑面 摩擦角舻的影响图 1o4 102 1OH0 098 096 094 092 090 088 192 2O0 20l8 (kNm ) 图5滑坡稳态 对岩土体 的影响图 同时，滑坡整体稳定性受岩土体容重影响显著，容重 增大稳定系数降低。说明在坡体后缘布置排水沟是正 确合理的，保证了滑坡治理后的稳定性。 6主要结论 (1)贵开高速公路K8滑坡山体较高，剪应力较 大。斜坡内岩体的层面与断层组合交线倾角较缓，成 为滑坡初期脆弱结构面，在长期自重应力作用下向临 机场水泥混凝土道面
4、结构可靠度可定义为：在设计基 准期内，道面板在飞机荷载和温度梯度综合作用下不 产生疲劳断裂的概率，即 P =P(O- + ) (2) 3道面结构参数的变异性 测试道面选用4O多个典型的、目前国内正在使 用的军用机场，这些机场是20世纪80年代以后修建 的，反映了我国军用机场道面的技术水平 。测试参 数包括板厚h、水泥混凝土弯拉强度 、弹性模量E 和基层顶层当量回弹模量E 。以一个机场的道面作为 一个样本，经过大量的数据统计，得到了实测机场道 面结构参数的变异范围，汇总见表1。这些结构参数 的变异性反映了当时的施工技术和管理水平，是当时 施工所能达到的变异水平。因此，变异系数的分级以 实测道面的
5、参数为准，再分析不同道面结构参数的变 异对道面可靠度的影响程度，综合考虑这两方面的影 响后，将结构参数的变异水平划分为两个等级，作为 道面结构参数变异水平的分级值，见表2。 军用机场分级是按照机场跑道基本长度划分的， 这种分级方式从一定程度上反映了机场的重要性 。 空面方向产生剪切蠕变，形成蠕滑。而人工开挖坡脚 造成滑坡触发因素，长期降雨入渗亦能诱发滑坡。 (2)滑坡体实施抗滑桩等工程治理后，现场监 测抗滑桩水平位移最大值仅1755 mm，同时坡顶拉 张裂缝基本稳定、不再扩展。表明防治效果较好。 (3)滑坡岩土体的容重 、滑带土抗剪强度指标 C、 值对滑坡稳定性有一定影响， 是滑坡稳态的最 敏
6、感因素，因此，滑坡的排水工程特别重要。 参考文献： 1张倬元，王土天，王兰生工程地质分析原理(第二版)M北京： 地质出版社，1994 2刘杰，赵晓，巨能攀等某高速公路边坡成因机制分析与稳定性评价 J水土保持研究，2006，13(3)：89 3中华人民共和国交通部公路土工试验规范S北京：人民交通出 版社，2000 4工程地质手册编写委员会工程地质手册(第三版)M北京： 中国建筑工业出版社，2004 5姚爱军，易武，王尚庆杨家岭1号滑坡稳定性影响因素及敏感性分析 J工程地质学报，2004，12(4)：392 收稿日期：200711一o7 郑 飞等：军用机场水泥混凝土道面可靠性设计方法 l7 表1
7、道面结构参数变异系数的变化范围表 表2道面结构参数变异水平分级表 二级、三级、四级机场同为战机使用机场，其重要性 相同。一级机场是供轻型运输机使用，其要求可以比 二、三、四级机场降低。因此，按照重要性原则，不 同等级机场需要控制的参数变异性等级应符合表3的 要求。 表3 不同等级机场的参数变异性等级表 机场等级 参数变异性分级 二、三、四 低高 低 4 目标可靠度与可靠度系数 41 目标可靠度 机场道面的可靠度是指机场道面在规定的时问 内，在规定的条件下完成预定功能的概率，规定的时 间是指设计机场道面所选用的设计基准期。 军用机场目标可靠度采用校准法确定，它能较好 地继承现行道面设计方法。校准
8、法是通过对现行设计 方法在不同的设计条件下隐含可靠度的反算，在维持 现有规范的可靠度总体水平条件不变的情况下进行必 要的调整，确定道面的目标可靠度。用蒙特卡洛法计 算道面结构可靠度，根据不同等级机场参数变异水平 分级，计算得到了按现行设计方法在不同等级的机场 隐含可靠度的范围。考虑到机场道面的使用特点，按 照文献4中对结构可靠度的确定要求，确定不同 等级机场的目标可靠度，见表4。 表4不同等级机场的目标可靠度表 机场等级 目标可靠度 二、三、四 93 95 42可靠度系数 参照文献5，军用机场道面极限状态设计表达 式为 y ( + ) (3) 式中 为可靠度系数。 荷载疲劳应力为 f，p =k
9、forp (4) 式中荷载应力 按现行道面设计规范 提供的弹 性半空间地基上弹性薄板有限元程序计算； 为考虑 设计基准期内荷载应力累计疲劳应力系数，计算式为 k =08N (5) 式中V是与混合料性质有关的指数， =0024。 温度疲劳应力 的计算采用文献6的计算 方法。 按照表3、表4确定的道面结构参数变异水平分 级和目标可靠度，针对不同等级的机场、不同的道面 结构形式，反算可靠度系数，经过大量计算得到了在 不同的道面结构参数变异水平分级和目标可靠度情况 下所对应的可靠度系数范围，见表5。 表5可靠度系数 表 变异水平分级 目标可靠度 95 93 5算例 公路自然区划II区拟建一个三级机场，
10、主要供三 种飞机使用，年平均运行次数分别为16 500、4 000、 900。道面设计使用年限为35年。土基回弹模量E。： 38 MPa，基层为级配碎石，厚度h=025 m，E = 225 MPa。混凝土28 d龄期弯拉强度or ：50 MPa， 弯拉弹性模量E =36 000 MPa。道面板的平面尺寸为 5 m5 m。道面板纵向为企口缝，接缝传荷系数t = 070；横向为假缝，接缝传荷系数 =065。试设计 道面厚度。 分别按照本文中介绍的可靠性方法和现行设计规 范中的方法进行计算，结果见表6。 表6计算结果比较表 m 设计方法 跑道端部水泥混凝土道面板厚度 可靠性设计方法 现行设计规范 0
11、225 0231 两种方法的计算结果十分相近，相对误差为 260，说明本文建立的设计方法是正确的。 6结语 本文以可靠性理论为基础，建立了军用机场水泥 混凝土道面可靠性设计方法，实现了我国军用机场水 泥混凝土道面设计由定值设计法到概率设计法的转 变。该法将成为我国军用机场水泥混凝土道面的设计 方法。但由于可靠性理论是首次纳人规范，所以还需 在工程实践中不断地研究和总结，以臻完善。 参考文献： 1中华人民共和国国家军用标准军用机场水泥混凝土道面设计规范 (GJB 127891)S北京：中国人民解放军总后勤部 2翁兴中，焦明声军用机场水泥混凝土道面结构参数变异性J公路 交通科技，2002，2(2)：58 3中华人民共和国国家军用标准军用永备机场战术技术标准(GJB 525A-2005)S北京：中国人民解放军总后勤部 4中华人民共和国国家行业标准工程结构可靠度设计统一标准(GB 50153-92)S北京：中华人民共和国建设部 5中华人民共和国行业标准公路工程结构可靠度设计统一标准(GBT 50283-1999)S北京：中华人民共和国交通部 6中华人民共和国行业标准公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D4I】 2002)S北京：中华人民共和国交通部 收稿日期：200710 08
