飞机移动荷载下机场滑行道桥疲劳通行安全分析

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机场滑行道桥是解决航空器运行与车辆运行冲突的重要设施,对于机场的飞行安全和航空器地面安全以及机场的高效运行至关重要。其设计使用寿命为二十年左右,实际中往往使用年限超过十年且未经任何安全通行能力检测,各部件接触部位、板缝之间出现裂纹和错动等安全隐患。由于现场检测不具备中断交通和长时间加荷的试验条件,且相较于传统公路、港口桥梁连续平铺式荷载,飞机移动荷载的特殊性可导致局部荷载达常规桥梁通行车辆荷载的六倍以上,原有的检测经验并不适用;再者其设计的特殊性导致其横跨跑道,现场施工与检测会对整个机场的运行带来很大的负面影响。因此,使用有限元仿真对滑行道桥疲劳状态下的安全通行能力进行模拟是一种行之有效的方法。本文以华南地区某机场V2号滑行道桥为研究对象,运用超声回弹法、非线性分析和现场检测等研究手段,完成了以下工作:1.基于控制应力分布原理对滑行道桥实体进行等比例放缩,并以此模型为媒介验证理论计算结果,同时证明了仿真模型的可靠性。通过优化结构参数与材料参数得到参数修正后的滑行道桥仿真模型;2.使用应力-寿命曲线对滑行道桥结构进行疲劳模拟,统计日均通行架次,改变起落架构型、通行荷载大小等参数,模拟滑行道桥在20年内疲劳的全过程,并量化表示每次动载对疲劳的累积作用,探究健康滑行道桥的疲劳损伤机理,得出疲劳累积与运行次数的量化关系为:Y=10-10Nt~2+7×10-5Nt+Yc,经计算,现有疲劳状态的滑行道桥仍可通行飞机2023架次,符合预测要求;3.在已有疲劳滑行道桥模型基础上运行标准机型,并比较此状态下桥梁跨中最大挠度值与容许最大挠度值的大小,得出跨中最大挠度值与荷载大小的量化关系为:Y=0.0079Qt+Yc,并对疲劳状态下的滑行道桥提出减载措施,最大可运行飞机荷载3121.33k N,以保证安全通行的要求;4.在考虑交通增长率和组合机型的情况下对滑行道桥安全通行余度进行预测,拟合出相应关系式:Y=0.0305α~2+0.0512α+(Ymax-Yc)。根据公式,当年平均交通增长率为6.3066%时飞机在全寿命周期内刚好满足安全运行的要求,因此需严格控制交通增长率。上述公式精度均大于99%,为后续滑行道桥的疲劳研究提供了理论依据;5.考虑多种指标影响,对疲劳滑行道桥进行安全通行余度分析,得出其计算公式:(?),并用五种工况对公式进行验证,结果表明公式结果可靠、精度较高,适用于疲劳状态下的滑行道桥安全通行余度预测。
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