【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机场跑道融沉研究，特别是涉及一种基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法。
技术介绍
1、多年冻土与非冻土主要区别为冰体的存在，是气体、水体、冰体、土体四相组成的各向异性非均质复合体，存在水-热-力多场耦合响应，热稳定性差，在自重和外荷载作用下冻土融化产生沉降变形即为融沉。调查结果显示多年冻土区工程构筑物易产生裂缝、变形、沉陷、坍塌等病害，其中85％的病害由融沉引起。由此可见，多年冻土区融沉不仅缩短工程构筑物服役寿命、增加运营维护费用，而且容易造成重大人员伤亡、影响国民生产生活。因此，多年冻土区机场跑道工程建设亟待解决道基融沉问题。
2、除此之外，跑道承受飞机自重产生的静态荷载，同时承受道面平整度、滑行速度、机翼升力等综合作用产生的动态冲击荷载，由静态荷载与动态冲击荷载共同构成飞机动载。而且静态荷载与飞机动载对材料特性、结构特性、振动特性的影响存在本质区别，静态荷载不能客观反映跑道的实际受力工况、更难以解释道面的不均匀融沉。因此，多年冻土道基融沉应考虑飞机动载与多场耦合的综合作用。
3、尽管国内外学者已对冻土工程的融沉问题进行了相关研究，提出了适用于冻土区的道基处理技术，研发了适用于铁路和公路道基的新材料。但(1)已有研究基于有路堤的纵向带状结构(如青藏铁路和公路)展开，与机场跑道无路堤、宽道幅、短长度、高平整度、大飞机动载等工况存在显著差异，所以多年冻土区铁路和公路融沉机理与控制技术不能完全照搬到机场跑道工程。(2)鉴于国内外地理区域、地质条件、气候因素等均存在较大差异，所以
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法包括按顺序进行的下列步骤：
3、1)建立水-热-力耦合响应多年冻土道基与道面结构模型；
4、2)建立静态荷载与动态冲击荷载共同构成的飞机动载模型；
5、3)构建基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道三维模型；
6、4)研究基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉响应规律；
7、5)提出基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法。
8、在步骤1)中，所述的建立水-热-力耦合响应多年冻土道基与道面结构模型的方法是：
9、假设道面结构层、天然地面和道基均为匀质各向同性，跑道各结构层边界不发生水分迁移，道面结构层、天然地面和道基均遵循能量守恒定律。基于三维非稳态传热控制偏微分方程，结合热力学边界条件和跑道结构层的热物参数与力学参数建立多年冻土区机场跑道模型自上而下分别为0.3m面层，0.65m基层，0.5m垫层、0.55m粉质黏土层，18m强风化岩层。
10、在步骤2)中，所述的建立静态荷载与动态冲击荷载共同构成的飞机动载模型的方法是：
11、假设飞机机轮各向同性且质量集中于机轮轮心位置，忽略机轮在道面摩擦下产生的周向变形，忽略道面平整度沿机轮宽度方向的变化，并在与道面接触过程中仅在接触面发生弹性变形、其余部分轮胎依旧是圆形，将飞机起落架上的机轮当作各自独立的弹簧阻尼质量单元，飞机机身当作刚体单元，起落架支柱当作空气弹簧加线性阻尼单元，将并排双轮等效为当量单轮；依据达朗贝尔原理建立b737-800六自由度的整个飞机模型振动微分方程，结合功率谱函数建立道面平整度、滑行速度、机翼升力等综合作用下静态荷载与动态冲击荷载共同构成的飞机动载模型。
12、在步骤3)中，所述的构建基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道三维模型的方法是：
13、结合水-热-力耦合响应多年冻土道基与道面结构模型以及飞机动载模型，借助有限元软件中的稳态热模块、瞬态热模块、流体模块、瞬态结构模块等共同构建基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道三维模型。
14、在步骤4)中，所述的研究基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉响应规律的方法是：
15、基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道三维模型，通过对多年冻土区机场跑道温度场分析得到温度变化，将温度场结果作为荷载代入瞬态结构分析模块得到温度应力，再施加飞机动载得到多年冻土区机场跑道位移场响应，分析一个冻融循环周期内多年冻土区机场跑道温度场变化，进而明确清晰观测融沉存在与位置的最佳时间，融沉产生的根本原因、形成条件、产生时间与位置、形态变化、深度发展趋势，研究多年冻土区机场跑道融沉逐年演化规律以及不同飞机动载参数(如道面平整度、滑行速度、飞机质量等)对多年冻土区机场跑道融沉的影响规律。
16、在步骤5)中，所述的提出基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法的方法是：
17、基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉响应规律，采用控制变量法分析飞机质量为42275kg(飞机空载)、57878kg(飞机承载60％)和73482kg(飞机满载)；滑行速度为10m/s，30m/s和70m/s；道面平整度指数为iri＝1，iri＝3 iri＝5时27种工况下多年冻土区机场跑道运行十年后道面中心处最大融沉响应，建立第10年飞机质量、滑行速度、道面平整度指数与多年冻土区机场跑道融沉的置信度在95％时多年冻土区机场跑道融沉预估方法，见式(1)：
18、l＝3.79×10-7m+1.68×10-4v+3.48×10-4iri (1)
19、式中：l为融沉(m)，m为飞机质量(kg)，v为滑行速度(m/s)，iri为道面平整度指数；
20、基于公式(1)，采用控制变量法分析飞机质量为42275kg(飞机空载)、57878kg(飞机承载60％)和73482kg(飞机满载)；滑行速度为10m/s，30m/s和70m/s；道面平整度指数为iri＝1，iri＝3 iri＝5时27种工况下多年冻土区机场跑道运行一年、二年、三年、四年、五年、六年、七年、八年、九年、十年后道面中心处最大融沉响应，建立飞机质量、滑行速度、道面平整度指数综合作用下置信度95％时多年冻土区机场跑道逐年融沉预估方法，见式(2)：
21、ln＝0.00044(a-10)+l (2)
22、式中：ln为第n年融沉(m)，a为时间(年)。
23、本专利技术提供的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法包括按顺序进行的下列步骤：
2.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的建立水-热-力耦合响应多年冻土道基与道面结构模型的方法是：
3.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的建立静态荷载与动态冲击荷载共同构成的飞机动载模型的方法是：
4.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的构建基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道三维模型的方法是：
5.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的研究基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉响应规律的方法是：
6.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道
...【技术特征摘要】
1.一种基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法包括按顺序进行的下列步骤：
2.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的建立水-热-力耦合响应多年冻土道基与道面结构模型的方法是：
3.根据权利要求1所述的基于飞机动载与多场耦合的多年冻土区机场跑道融沉预估方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的建立静态荷载与动态冲击荷载共同构成的飞机动载模型的方法是：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小兰，陈郝，吕超，李顺群，李泽帆，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。