Кафедра аэропортов

В.А. САБУРЕНКОВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по реконструкции аэродромов

МОСКВА 2003

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для студентов четвертого курса дневного и пятого курса вечернего отделений, обучающихся по дисциплине 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы». Они могут использоваться также студентами пятого и шестого курсов в процессе дипломного проектирования для оценки несущей способности аэродромных покрытий и расчета конструкций усиления.

Конструкции искусственных покрытий являются основными элементами аэродромов. Они больше всего подвержены износу и разрушению. Эксплуатация существующих аэропортов возможна при периодической реконструкции аэродромных покрытий. При обосновании необходимости реконструкции аэродрома нужно определить несущую способность существующих конструкций аэродромных покрытий и соответствие ее прикладываемым нагрузкам.

После выбора вариантов конструкций усиления также производится оценка несущей способности реконструированных покрытий.

Необходимость и методы усиления существующих покрытий при реконструкции аэродромов устанавливают с учетом назначаемого класса аэродрома и категории нормативной нагрузки, а также в зависимости от состояния существующего покрытия, естественного и искусственного оснований и водосточно-дренажной сети, местных гидрогеологических условий, характеристик материалов существующего покрытия и основания, высотного положения покрытия /3/.

Требуемая толщина усиления устанавливается расчетом с учетом фактической несущей способности существующего покрытия.

Данные о прочности покрытий аэродромов гражданской авиации представляют классификационными числами искусственных покрытий (PCN) в соответствии с ведомственными нормативными документами и классификацией, установленной Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) /3/.

В методических указаниях изложен метод «ACN-PCN» оценки несущей способности аэродромных покрытий, с помощью которого можно определить возможность эксплуатации аэродромных покрытий различными типами воздушных судов до реконструкции и после нее.

Приведены методы расчета конструкций усиления покрытий жесткого, нежесткого и смешанного типов асфальто-, цементо-, армобетоном.

Имеющиеся в методических указаниях таблицы характеристик воздушных судов и значений ACN предназначены для расчета конструкций аэродромных покрытий в соответствии с /1, 2/.

1. ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ

1.1. Представление данных о несущей способности аэродромных покрытий

Несущая способность аэродромных покрытий определяется как способность покрытия выдерживать прилагаемую нагрузку от воздушных судов.

В настоящее время в аэродромной практике для представления данных о несущей способности аэродромных покрытий применяют метод "ACN-PCN". Сущность оценки эксплуатационной пригодности аэродромных покрытий состоит в сопоставлении классификационного числа PCN, характеризующего несущую способность конструкции покрытия, с классификационными числами воздушных судов - ACN при определенной категории прочности основания.

Согласно этому методу информацию об аэродромном покрытии записывают в виде набора кодов, характеризующих:

- несущую способность покрытия - число PCN;

- тип покрытия: R - жесткое; F - нежесткое;

- код прочности грунтового основания (табл. 1.1);

- код допустимого давления в пневматиках колес основной опоры воздушного судна (табл. 1.2);

- код метода определения несущей способности покрытия: Т - техническая оценка; U - оценка по опыту эксплуатации.

Классификационное число покрытия PCN - число, выражающее несущую способность аэродромного покрытия для эксплуатации воздушного судна без ограничений при соответствующей стандартной прочности грунтового основания (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Коды прочности грунтовых оснований

Значение PCN можно определить по графику рис. 1.1 и рис. 1.2 в зависимости от кода прочности грунтового основания и величины допустимой нормативной нагрузки на четырехколесную опору (табл. 1.3)

Рис. 1.1. График PCN жестких и смешанных покрытий

Рис. 1.2. График PCN нежестких покрытий

Таблица 1.2

Коды допустимого давления

Для жестких покрытий, усиленных асфальтобетоном, принимают код допустимого давления в пневматиках X.

Код допустимого давления в пневматиках для нежестких покрытий определяют из условия прочности асфальтобетонного слоя на растяжение при изгибе. Допустимым считается давление, при котором выполняется условие

σ_r ≤ γ_c × R_d,                                                                           (1.1)

где σ_r - наибольшее растягивающее напряжение при изгибе в рассматриваемом слое от воздействия расчетной нагрузки, МПа

,                                                                         (1.2)

где γ_с - коэффициент условий работы асфальтобетона, принимаемый равным для групп участков аэродромных покрытий: А-1; Б и В-1,1; Г-1,2;

R_d - расчетное сопротивление растяжению при изгибе нижнего слоя асфальтобетона;

 - удельное растягивающее напряжение в асфальтобетоне. Подставив значение σ_r из формулы (1.1) в (1.2) , можно найти величину допустимого давления P_а, МПа

                                                                      (1.3)

Значения γ_с, R_d и  определяют в соответствии с /2/.

Примеры:

- для жестких покрытий - PCN 75\R\B\W\T;

- для нежестких покрытий - PCN 50\F\C\Y\U;

- для жестких покрытий, усиленных асфальтобетоном - PCN 45\R\B\X\T

- смешанное.

Классификационное число воздушного судна ACN - число, выражающее относительное воздействие воздушного судна на аэродромное покрытие для установленной стандартной прочности грунтового основания.

Покрытие может эксплуатироваться воздушными судами без ограничений, если выполняется условие

ACN ≤ PCN                                                                                 (1.4)

Если условие (1.4) не выполняется, необходимо ввести ограничения массы воздушного судна или интенсивности его движения.

Исходные данные для оценки несущей способности покрытий получают на основе:

- проведения натурных испытаний аэродромных покрытий;

- опыта эксплуатации воздушных судов на аэродроме;

- данных проектной документации по аэродрому.

Характеристики нормативных нагрузок, необходимые для расчета несущей способности, приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Параметры нормативных нагрузок

Расстояния между пневматиками четырёхколесной опоры приняты равными 0,7 м между смежными колесами и 1,3 м - между рядами колес.

Нормативные нагрузки III и IY категорий допускается заменять нагрузками на одноколёсную основную опору и принимать соответственно 170 и 120 кH, а давление в пневматиках колёс для нормативных нагрузок Y иYI категорий равным 0,8 МПа.

Характеристики воздушных судов и значения ACN приведены в табл. 1.4 и табл. 1.5

Таблица 1.4

Характеристики воздушных судов

Таблица 1.5

Классификационные числа ACN

1.2. Расчет несущей способности жестких и смешанных покрытий

При оценке несущей способности жестких покрытий расчетными предельными состояниями являются предельное состояние по прочности (бетон, армобетон, железобетон) и предельное состояние по образованию трещин (железобетон с ненапрягаемой арматурой).

При расчете по прочности для жестких однослойных покрытий должно удовлетворяться условие

m_d ≤ m_u,                                                                                        (1.5)

где m_d и m_u - расчетный и  предельный изгибающие моменты в рассматриваемом сечении плиты покрытия.

Бетонные и армобетонные двухслойные покрытия должны удовлетворять условиям

m_d,sup ≤ m_u,sup;                                                                               (1.6)

m_d,inf  ≤ m_u,inf,                                                                                (1.7)

где m_d,sup, m_u,sup, m_d,inf, m_u,inf  - соответственно расчетные и предельные изгибающие моменты верхнего и нижнего слоев двухслойного покрытия, кНм/м.

Жесткие смешанные покрытия при оценке несущей способности заменяются эквивалентными однослойными бетонными покрытиями.

Допустимую нагрузку на аэродромное покрытие определяют методом подбора: при невыполнении условий (1.5), или (1.6), (1.7) величину нагрузки уменьшают, при большом запасе (более 5 %) - увеличивают, и заново вычисляют расчетный изгибающий момент.

После подбора допустимой нагрузки на четырехколесную опору можно определить код PCN в соответствии с п. 1.1.

Ниже приведены методики расчета несущей способности основных конструкций жестких аэродромных покрытий, разработанные в соответствии с /2, 3, 4/.

1.2.1. Расчет несущей способности однослойных цементобетонных и армобетонных покрытий на искусственных основаниях

а) На основаниях, не обработанных вяжущими, а также основаниях, для которых не нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе

1. Предварительно назначают характеристики нагрузки согласно проекту или по табл. 1.3 в зависимости от класса аэродрома.

2. Определяют:

- расчетную нагрузку на колесо F_d, кН;

- радиус круга, равновеликого площади отпечатка пневматика колеса, R_e, м;

- эквивалентный коэффициент постели K_se основания согласно приложению 5 /2/;

- жесткость сечения плиты бетонного или армобетонного покрытия В;

- упругую характеристику плиты l;

- максимальный изгибающий момент от нагрузки m_с,max при центральном загружении плиты;

- расчетный изгибающий момент m_d ;

- расчетное число приложений нагрузки U_d и коэффициент k_u в соответствии с /2/ (при определении кода PCN k_u принимается равным 1);

- предельный изгибающий момент m_u.

3. Проверяют условие прочности (1.5). В случае невыполнения условия (1.5) уменьшают величину нагрузки и расчет повторяют. Если расчетный момент меньше предельного более чем на 5 %, т.е. не выполняется условие

                                                                           (1.8)

величину нагрузки увеличивают и также повторяют расчет до тех пор, пока не выполнятся одновременно условия (1.5) и (1.8).

Нагрузка, удовлетворяющая условиям (1.5) и (1.8), считается допустимой.

Для определения кода PCN находят:

- код основания по табл. 1.1 в зависимости от эквивалентного коэффициента постели K_se основания;

- число PCN по графику рис. 1.1 в зависимости от допустимой нагрузки на четырехколесную опору нормативной нагрузки и кода основания;

- определяют код давления в пневматиках колес по табл. 1.2 в зависимости от класса прочности бетона верхнего слоя.

По найденным параметрам составляют код PCN согласно п. 1.1.

б) На основаниях, обработанных вяжущими, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе

Расчет покрытий выполняется в соответствии с п.1 рекомендуемого приложения 11 /2/ в следующем порядке:

1. Предварительно назначают величину нагрузки согласно проекту или по табл. 1.3 в зависимости от класса аэродрома.

2. Определяют:

- расчетную нагрузку на колесо F_d, кН;

- радиус круга, равновеликого площади отпечатка пневматика колеса R_e, м;

- эквивалентный коэффициент постели K_se неукрепленных слоев основания согласно приложению 5 /2/;

- жесткости сечения плиты бетонного или армобетонного покрытия B и искусственного основания B_f (жесткость искусственного основания вычисляется по формуле жесткости для сечений бетонных и армобетонных плит);

- упругую характеристику l плиты с жесткостью, равной сумме жесткостей покрытия и основания по формуле

                                                                               (1.9)

- максимальный изгибающий момент m_c,_max при центральном загружении для найденного значения l;

- отношение

- величину θ₀ в зависимости от значения γ_b;

- коэффициент ρ;

- расчетный изгибающий момент m_d;

- расчетное число приложений нагрузки U_d и коэффициент k_u в соответствии с /2/ (при определении кода PCN k_u принимается равным 1);

- предельный изгибающий момент m_u.

3. Проверяют условие прочности и находят код PCN аналогично изложенному выше (см. 1.2.1, а).

1.2.2. Расчет несущей способности двухслойных цементобетонных и армобетонных покрытий на искусственных основаниях

а) На основаниях, не обработанных вяжущими, а также основаниях, для которых не нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе

1.Предварительно назначают величину нагрузки согласно проекту или по табл. 1.3 в зависимости от класса аэродрома.

2. Определяют:

- расчетную нагрузку на колесо F_d, кН;

- радиус круга, равновеликого площади отпечатка пневматика колеса R_e, м;

- эквивалентный коэффициент постели К_se неукрепленных слоев основания согласно приложению 5 /2/;

- жесткости сечений верхнего B_sup и нижнего В_inf слоев покрытия;

- упругую характеристику плиты, имеющей жесткость, равную сумме жесткостей верхнего B_sup и нижнего В_inf слоев по формуле

                                                                           (1.10)

- максимальный изгибающий момент m_с,max при центральном загружении для найденного значения l;

- расчетные изгибающие моменты в плитах верхнего m_d,sup и нижнего m_d,inf слоев в зависимости от совмещения швов слоев покрытия;

- расчетное число приложений нагрузки U_d и коэффициент k_u в соответствии с /2/ (при определении кода PCN k_u принимается равным 1);

- предельные изгибающие моменты m_u,sup и m_u,inf.

3.Проверяют условия прочности (1.6) и (1.7). В случае невыполнения условий уменьшают величину, нагрузки и повторяют расчёт.

При выполнении условий (1.6) и (1.7) проверяют условие

                                                                   (1.11)

Если последнее условие не выполняется, величину нагрузки увеличивают и повторяют расчет.

При выполнении условий (1.6), (1.7) и (1.11) нагрузка считается допустимой.

4. Код PCN определяют аналогично п. 1.2.1.

б) На основаниях, обработанных вяжущими, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе

Расчет покрытий выполняется в соответствии с п.1 рекомендуемого приложения 11 /2/ в следующем порядке:

1. Предварительно назначают величину нагрузки согласно проекту или по табл. 1.3 в зависимости от класса аэродрома

2. Определяют:

- расчетную нагрузку на колесо F_d, кН;

- радиус круга, равновеликого площади отпечатка пневматика колеса R_e, м;

- эквивалентный коэффициент постели K_se неукрепленных слоев основания согласно приложению 5 /2/;

- жесткости верхнего B_sup и нижнего В_inf слоев покрытия, жесткость искусственного основания В_f и суммарную жесткость конструкции

B_tot = B_sup + B_inf  + B_f;                                                                  (1.12)

- упругую характеристику плиты по формуле

                                                                                     (1.13)

- максимальный изгибающий момент m_cmax при центральном загружении для найденного значения l;

- показатель

- величину θ₀ в зависимости от значения γ_b;

- коэффициент ρ ;

- расчетные изгибающие моменты в плитах верхнего m_d,sup и нижнего m_d,inf слоев в зависимости от совмещения швов слоев покрытия;

- расчетное число приложений нагрузки U_d и коэффициент k_u в соответствии с /2/ (при определении кода PCN k_u принимается равным 1);

- предельные изгибающие моменты m_u,sup и m_u,inf по формуле (14) /2/. Предельный изгибающий момент в нижнем слое m_u,inf вычисленный по формуле (14) /2/, умножается на поправочный коэффициент k_m определяемый по приложению 10 /2/.

3. Проверяют условия прочности (1.6) и (1.7). В случае невыполнения условий уменьшают величину нагрузки и повторяют расчет.

При выполнении условий (1.6) и (1.7) проверяют условие (1.11).

Если условие (1.11) не выполняется, величину нагрузки увеличивают и расчет повторяют. При выполнении условий (1.6), (1.7) и (1.11) нагрузка считается допустимой.

4. Код PCN определяют аналогично п. 1.2.1.

1.2.3. Расчет несущей способности железобетонных покрытий на искусственном основании из материалов, для которых нормировано расчетное сопротивление растяжению при изгибе

Расчет выполняется в соответствии с п. 2 рекомендуемого приложения 11 /2/ в следующем порядке:

1. Предварительно назначают величину нагрузки согласно проекту или по табл. 1.3 в зависимости от класса аэродрома.

2. Определяют:

- расчетную нагрузку на колесо F_d, кН;

- радиус круга, равновеликого площади отпечатка пневматика колеса R_e, м;

- эквивалентный коэффициент постели K_se неукрепленных слоев основания согласно приложению 5 /2/;

- жесткость сечения плиты В железобетонного покрытия;

- упругую характеристику плиты l;

- максимальный изгибающий момент m_c,max при центральном загружении для найденного значения l;

- расчетный изгибающий момент m_d;

- переходный коэффициент k по черт. 1 приложения 10 /2/;

- коэффициент k_x(y) = 1;

- предельный изгибающий момент m_u по формуле (15) /2/.

3. Проверяют условие прочности (1.5). Если условие прочности выполняется, уменьшают величину нагрузки и повторяют расчет. При невыполнении условия (1.5) выполняют следующие действия:

- методом подбора определяют требуемую упругую характеристику плиты l_d, при которой соблюдается условие (1.5);

- определяют требуемый коэффициент постели K_sd по формуле

вычисляют отношения

                                                             (1.14)

- определяют условный диаметр круга передачи нагрузки от плиты к искусственному основанию D_r по формуле

D_r = 2,5 × l_d × k_a,                                                                          (1.15)

где k_a - коэффициент, принимаемый по приложению 11 /2/ в зависимости от отношения

- находят по номограммам п. 2 приложения 11 /2/ необходимую толщину искусственного основания t_f из материалов, укрепленных вяжущим.

4.Сравнивают необходимую толщину t_f с имеющейся толщиной t_f,ехt. Если выполняются условия

T_f ≤ t_f,ext,                                                                                        (1.16)

                                                                           (1.17)

нагрузка считается допустимой по прочности.

При невыполнении условия (1.16) нагрузку уменьшают, при невыполнении условия (1.17) - увеличивают и расчет повторяют.

5. Проверяют ширину раскрытия трещин a_crc в соответствии с /2/. Если a_crc ≤ 0,3 мм, нагрузка считается допустимой по раскрытию трещин. В противном случае уменьшают нагрузку и снова проверяют ширину раскрытия трещин.

Код PCN нагрузки, допустимой по прочности и раскрытию трещин, определяют аналогично изложенному выше.

1.2.4. Расчет несущей способности смешанных покрытий

Смешанные покрытия включают в себя жесткий перекрытый асфальтобетоном слой (слои), который является основным несущим элементом конструкции и не имеет серьезных повреждений, а также близко расположенных сквозных трещин (на расстоянии менее 3 метров). Жесткие аэродромные покрытия с верхним слоем асфальтобетона при расчете заменяются эквивалентными по несущей способности однослойными бетонными покрытиями с толщиной, определяемой по формуле

                                                                    (1.18)

где t_ab и Е_аb - толщина и модуль упругости асфальтобетона;

E_b - модуль упругости бетона жёсткого покрытия;

t_ed - толщина бетонного покрытия, эквивалентного по несущей способности жесткому покрытию (без асфальтобетона), принимаемая равной для покрытий:

t_pd - толщина жесткого слоя покрытия, принимаемая в зависимости от категории разрушения.

При расчете эквивалентного однослойного покрытия о характеристики материалов, типы швов и стыковых соединений принимают как для существующего покрытия;

- значение коэффициента k_d уменьшают на 15 % по сравнению с данными, приведенными в табл. 30 /2/, но принимают не менее 1;

- коэффициент условий работы устанавливают с учетом поправочного коэффициента k_m определяемого по графику приложения 10 /2/ в зависимости от толщины асфальтобетона.

1.2.5. Определение допустимой нагрузки и кода PCN по номограммам

Процесс поиска допустимой нагрузки затрудняется тем, что на каждом шаге необходимо определять единичные изгибающие моменты по таблице интерполяцией.

Для определения допустимой нагрузки и кода PCN разработаны номограммы максимальных изгибающих моментов (рис. 1.3…1.5) конструкций аэродромов с жёсткими и смешанными покрытиями.

С помощью номограмм можно найти величину нагрузки, для которой выполняется равенство расчетного и предельного моментов. Номограммы построены для стандартной четырехколесной опоры с расстояниями между смежными колесами 0,7 м и между рядами колес - 1,3 м.

Для определения допустимой нагрузки по номограммам рис. 1.3...1.5 необходимо:

1) определить жесткость конструкции;

2) определить эквивалентный коэффициент постели упругого основания;

3) вычислить упругую характеристику плиты;

4) определить суммарную толщину жесткой конструкции;

5) определить расчетное сопротивление растяжению при изгибе цементобетона;

6) вычислить предельный изгибающий момент;

7) вычислить максимальный изгибающий момент по формулам (1.19)...(1.26);

8) восстановить перпендикуляры

- из точки на горизонтальной оси, соответствующей значению упругой характеристики плиты;

- из точки на левой вертикальной оси, соответствующей значению максимального изгибающего момента, до их пересечения.

Полученная точка пересечения определяет на кривых линиях допустимую нагрузку на нормативную четырехколесную опору.

Например, для упругой характеристики плиты, равной 1,11 м, и максимального изгибающего момента, равного 37 кНм/м (рис. 1.3), допустимая нагрузка составит 390 кН.

Для определения численного значения PCN необходимо определить код основания по табл. 1.1 в зависимости от эквивалентного коэффициента постели.

Код PCN находят по номограммам, проводя кривую линию, интерполирующую допустимую нагрузку, от найденной выше точки пересечения (величины допустимой нагрузки) до пересечения с графиком требуемого кода основания. От последней точки пересечения проводят прямую горизонтальную линию до правой оси (PCN).

Код допустимого давления принимают по табл. 1.2 в зависимости от класса прочности бетона верхнего слоя покрытия.

Например, по рис. 1.3 можно найти: при допустимой нагрузке 390 кН, коде основания С и классе прочности бетона 3,6/45 код PCN 26\R\C\X\T.

1.2.6. Вычисление максимального изгибающего момента

Максимальный изгибающий момент можно вычислить, приравняв расчетный и предельный изгибающий моменты, т.е. выполнив условия (1.5) или (1.6)...(1.7). Для двухслойных покрытий вычисляют значения максимальных изгибающих моментов по условиям прочности верхнего и нижнего слоев и принимают наибольшее значение. Ниже приведены формулы для вычисления изгибающих моментов:

для однослойных покрытий

                                             (1.19)

для бетонных и армобетонных однослойных покрытий на основании из материалов, обработанных вяжущими материалами

                         (1.20)

для верхнего слоя двухслойных покрытий с совмещенными швами

                (1.21)

для нижнего слоя двухслойных покрытий с совмещенными швами

          (1.22)

для верхнего слоя двухслойных покрытий с не совмещенными швами

                (1.23)

для нижнего слоя двухслойных покрытий с не совмещенными швами

       (1.24)

для железобетонных покрытий с ненапрягаемой арматурой

                                     (1,25)

для сборных покрытий из железобетонных предварительно напряженных плит

                             (1.26)

Рис. 1.3. Номограмма для определения нагрузки на опору и числа PCN жесткого аэродромного покрытия

 

Группа участков А (коэффициент динамичности K_d = 1.2); F_n - нагрузка на стандартную четырехколесную опору; внутреннее давление воздуха в пневматиках колес Р_а = 1,0 МПа; коэффициент разгрузки γ_f = 1

Рис. 1.4. Номограмма для определения нагрузки на опору и числа PCN жесткого смешанного покрытия с толщиной асфальтобетона 0,1 м

Группа участков А (коэффициент динамичности K_d = 1.02); F_n - нагрузка на стандартную четырехколесную опору; внутреннее давление воздуха в пневматиках колес Р_а = 1,0 МПа; коэффициент разгрузки γ_f = 1; радиус передачи нагрузки на жесткий слой R_ab = R + 0,78*tab

Рис. 1.5. Номограмма для определения нагрузки на опору и числа PCN жесткого смешанного покрытия с толщиной асфальтобетона 0,2 м

Группа участков А (коэффициент динамичности K_d = 1.02); F_n - нагрузка на стандартную четырехколесную опору; внутреннее давление воздуха в пневматиках колес Р_а = 1,0 МПа; коэффициент разгрузки γ_f = 1; радиус передачи нагрузки на жесткий слой R_ab = R + 0,78*tab

1.3. Расчет несущей способности нежестких покрытий

Расчет несущей способности нежестких покрытий выполняют в следующей последовательности:

1. Назначают величину нагрузки и определяют приведенную интенсивность движения воздушных судов. Для определения PCN рекомендуется принимать приведенную интенсивность движения для асфальтобетона равной 50 взлетов в сутки. Величину нагрузки можно предварительно принять равной проектной или выбрать из табл. 1.3 в зависимости от класса аэродрома.

2. Вычисляют расчетную нагрузку на главную опору F_n и нагрузку на колесо F_d.

3. Определяют наименьшее расстояние а между расчетным колесом главной опоры и ближайшим к нему колесом, а также наибольшее расстояние a_d между расчетным колесом и наиболее удаленным от него в соответствии со схемами главных опор.

4. Проверяют условие

                                                                          (1.27)

где t_tot - суммарная толщина нежесткой конструкции.

Если  одноколесная нагрузка принимается равной расчетной колесной нагрузке F_e = F_d. Если t_tot ≥ 2 × a_d, одноколесная нагрузка принимается равной нагрузке на главную опору с учетом коэффициентов динамичности и разгрузки F_e = k_d × γ_f × F_n. При выполнении условия (1.27) эквивалентную нагрузку определяют по формуле

,                                         (1.28)

где n_k - число колес на опоре.

5. Вычисляют диаметр круга, равновеликого площади отпечатка одноколесной эквивалентной нагрузки D_e.

6. Если задан состав движения воздушных судов, определяют приведенную повторность приложения расчетной нагрузки согласно /2/. В этом случае PCN не определяют, а несущую способность определяют как допустимую нагрузку от расчетного воздушного судна.

7. Вычисляют отношения Е/Е_mt, и t_tot/D_e, по номограмме приложения 10 /2/определяют коэффициент ψ_k

8. Определяют эквивалентный модуль упругости нежесткой конструкции, включая грунтовое основание E_ed = ψ_k × Е_mt.

9. Вычисляют расчетный относительный прогиб λ_d.

10. Определяют предельный относительный прогиб λ_u.

11. Сравнивают расчетный и предельный относительные прогибы

λ_d ≤ λ_u                                                                                         (1.29)

Если условие прочности по прогибу не выполняется, величину нагрузки уменьшают и повторяют расчет.

Если расчетный относительный прогиб меньше предельного более чем на 5 %, т.е. не выполняется условие

                                                                    (1.30)

величину нагрузки увеличивают и также повторяют расчет до тех пор, пока не выполнятся одновременно условия (1.29) и (1.30).

12. Вычисляют средний модуль упругости Е_аb и суммарную толщину t_ab асфальтобетонных слоев.

13. Вычисляют эквивалентную одноколесную нагрузку F_e и диаметр круга, равновеликого площади отпечатка одноколесной эквивалентной нагрузки для асфальтобетона D_ei аналогично п. 4 и п. 5, подставляя в формулы (1.27), (1.28) вместо t_tot толщину t_ab.

14. Вычисляют средний модуль упругости слоев искусственного основания под асфальтобетоном Е_m.

15. Вычисляют отношения Е_аb/Е_m и t_ab/D_ei, и по номограмме приложения 10 /2/ определяют коэффициент ψ_k.

16. Определяют эквивалентный модуль упругости основания под асфальтобетоном Е_е = ψ_k × Е_m.

17. Вычисляют отношения Е_ad/E_e и t_ab/D_ei, и по номограмме приложения 10 /2/ определяют удельное растягивающее напряжение .

18. Вычисляют максимальное растягивающее напряжение в асфальтобетоне при изгибе по формуле (1.2) и проверяют условие прочности по формуле (1.1).

Если условие прочности не выполняется, уменьшают величину нагрузки и повторяют расчет.

19. При выполнении условий (1.29), (1.30) и (1.1) нагрузка считается допустимой.

Для определения кода PCN согласно п. 1.1 находят:

- код основания по табл. 1.1 в зависимости от модуля упругости основания Е;

- число PCN по графику рис. 1.2 в зависимости от допустимой нагрузки на четырехколесную опору нормативной нагрузки и кода основания;

- код давления в пневматиках колес по формуле (1.3) и табл. 1.2.

2. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ УСИЛЕНИЯ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ

2.1. Усиление искусственных покрытий при реконструкции аэродрома

Усиление существующих покрытий вызвано следующими причинами: необходимостью повышения несущей способности покрытий с появлением новой авиационной техники (нового типа расчетного воздушного судна), увеличением интенсивности воздушного движения или неудовлетворительным эксплуатационно-техническим состоянием аэродромного покрытия: наличием дефектов покрытий (выбоин, сильного износа верхнего слоя), недопустимых для безопасной эксплуатации воздушных судов, устранение которых невозможно методами текущего ремонта.

Слои усиления покрытий следует проектировать в случаях:

- когда несущая способность существующего покрытия недостаточна для восприятия нагрузки от воздушных судов, эксплуатация которых планируется на данном аэродроме;

- когда несущая способность покрытия достаточна, но его поверхность находится в состоянии, при котором замена отдельных плит или участков и ремонт оставшихся экономически менее выгодны, чем укладка нового слоя.

Способы усиления покрытий определяют с учетом категории нормативной нагрузки и в зависимости от состояния существующего покрытия. Категорию разрушения существующих жестких покрытий устанавливают в соответствии с табл. 2.1

Категорию разрушения устанавливают по признаку, определяющему наиболее высокую категорию разрушения.

Сквозные трещины учитывают, если среднее расстояние между ними менее 5 м и они не допускаются расчетным предельным состоянием.

При определении процентного содержания разрушенных плит принимают: для ИВПП - среднюю полосу шириной, равной половине ширины ИВПП - по всей ее длине; для РД и других элементов покрытия - ряд плит, подвергающихся воздействию нагрузок от основных опор воздушного судов; для МС и перронов - всю рабочую площадь.

При усилении покрытий необходимо предварительно восстановить основание и разрушенное покрытие, на которое положить выравнивающий слой из песчаноцементной смеси, мелкозернистого или песчаного бетона при уступах, выбоинах и других неровностях существующих покрытий свыше 2 см. Если основание разрушено из-за неудовлетворительной работы водосточно-дренажной сети, то ее необходимо восстановить.

Таблица 2.1

Категория разрушения покрытий

Монолитные бетонные и армобетонные покрытия усиливают монолитным бетоном, армобетонном, железобетоном и сборными предварительно напряженными плитами или асфальтобетоном.

Монолитные железобетонные покрытия усиливают, как правило, монолитным железобетоном или асфальтобетоном. Сборные покрытия из предварительно напряженных плит усиливают сборными предварительно напряженными плитами или асфальтобетоном.

При усилении сборных покрытий сборными плитами швы слоя усиления по отношению к швам существующего покрытия смещают не менее чем на 0,5 м для продольных швов и на 1 м для поперечных. Усиление монолитных жестких покрытий монолитным бетоном, армобетонном или железобетоном производят с совмещением швов в слоях как для двухслойных покрытий по разделительной прослойке. Конструкция плит слоя усиления такая же, как для обычных бетонных, армобетонных и железобетонных плит.

При усилении жестких покрытий сборными предварительно напряженными железобетонными плитами между существующим покрытием и сборными плитами устраивают выравнивающий слой из песчаного бетона или пескоцемента толщиной в среднем не менее 3 см; разделительную прослойку в этом случае не устраивают.

При усилении существующих покрытий асфальтобетоном выравнивающий слой устраивают только при высоте неровностей свыше 3 см. Асфальтобетонный слой усиления устраивают одно- или двухслойным. Для усиления жестких покрытий применяют только плотные асфальтобетонные смеси.

На участках, имеющих большое количество сквозных трещин, выполняют армирование асфальтобетонного слоя усиления полимерными или стеклопластиковыми сетками, располагаемыми под верхним слоем асфальтобетона.

При усилении жестких покрытий асфальтобетоном независимо от их состояния предусматривают армирование сетками слоя усиления: в местах систематического запуска и опробования двигателей воздушных судов; на участках примыкания РД к ИВПП; в местах предварительного запуска двигателей по всей ширине магистральной РД с длиной армированного участка 20 м; по всей ширине концевых участков ИВПП длиной 150 м; по всей ширине групповых МС вдоль линии размещения основных опор и двигателей воздушных судов, включая зону воздействия газовой струи.

Проектом усиления существующих жестких аэродромных покрытий асфальтобетоном предусматривают мероприятия (армирование, нарезку деформационных швов) по снижению вероятности образования отраженных трещин в слое усиления.

Нарезку деформационных швов выполняют над всеми швами расширения; над остальными швами предусматривают армирование асфальтобетона. При отсутствии швов расширения на существующем жестком покрытии расстояние между деформационными швами (шаг нарезки швов) принимают по /3/.

Для усиления нежестких покрытий применяют: монолитные бетонные, армобетонные, железобетонные покрытия, сборные предварительно напряженные плиты типа ПАГ, асфальтобетонные, щебеночные, грунтощебеночные, грунтогравийные, обработанные вяжущими материалами. При конструировании слоев усиления используют те же принципы, что и для обычных покрытий нежесткого типа. При неровностях существующего покрытия свыше 2 см устраивают выравнивающий слой из материала слоя усиления. Поверхность выравнивающего слоя обрабатывают жидким битумом или дегтем с расходом 0,2...0,3 кг/м² для обеспечения сцепления существующего покрытия со слоем усиления.

Усиление нежестких покрытий жесткими проводят по разделяющей прослойке с устройством при необходимости выравнивающего слоя (уступах, выбоинах и других неровностях существующего покрытия свыше 2 см). Выравнивающий слой устраивают из пескоцемента (для нежестких покрытий, обработанных цементом) или песчаного асфальтобетона для усиления всех типов нежестких покрытий.

Разделительную прослойку устраивают из двух слоев пергамина, полиэтиленовой пленки аэродромной (ППА) или песчано-битумного коврика толщиной 1 см.

Разделительную прослойку при устройстве слоев усиления из сборных покрытий не устраивают, так как поверхность сборных покрытии из плит заводского изготовления имеет высокое качество отделки.

2.2. Расчет усиления жестких и смешанных покрытий

При расчете жесткого слоя усиления жестких аэродромных покрытий должно выполняться условие

m_d,sup ≤ m_u,sup,                                                                              (2.1)

Где m_d,suр - расчётный изгибающий момент в рассматриваемом сечении плиты верхнего слоя покрытия (слоя усиления);

m_u,sup - предельный изгибающий момент в рассматриваемом сечении плиты верхнего слоя покрытия(слоя усиления).

При усилении монолитных бетонных покрытий слоем из монолитного бетона или армобетона расчетный изгибающий момент слоя усиления вычисляют, как для верхнего слоя двухслойных покрытий с не совмещёнными швами. При этом расчетная толщина существующего слоя покрытия (нижнего слоя) зависит от его категории разрушения:

I………t_pd = t_ex,

II………t_pd = 0,9 × t_ex,

III………t_pd = 0,8 × t_ex.

Существующие жесткие покрытия IY категории разрушения в расчете учитывают как искусственные основания с коэффициентом постели K_s = 600 МПа/м³.

При количестве слоев более двух нижним считается слой, расположенный непосредственно под верхним (верхний слой существующего покрытия). Слои, расположенные ниже, учитываются в суммарной жесткости искусственного основания В_f.

Расчет усиления монолитных бетонных и армобетонных покрытий выполняется аналогично п. 1.2.2 в следующем порядке:

1. Предварительно назначают конструкцию усиления бетоном или армобетонном:

- класс бетона по прочности на растяжение при изгибе;

- толщину слоя усиления.

2 Аналогично п. 1.2.2 вычисляют расчетные и предельные изгибающие моменты в верхнем и нижнем слоях покрытия.

3. Проверяют условия (1.6) и (1.7). Если одно из условий не выполняется, увеличивают толщину слоя усиления, выбирают более высокий класс бетона или изменяют конструкцию слоя усиления и повторяют расчет.

4. При выполнении условий (1.6) и (1.7) проверяют условие (1.11). Если оно не выполняется, уменьшают толщину слоя, выбирают более низкий класс бетона или выбирают другую конструкцию и повторяют расчет.

При выполнении условий (1.6), (1.7) и (1.11) конструкция усиления считается допустимой и расчет заканчивается.

2.3. Расчет усиления нежестких покрытий

Расчет усиления нежестких покрытий выполняется, как для вновь проектируемых покрытий, учитывая конструктивные слои существующих покрытий и оснований и их состояние.

Средний модуль упругости существующего нежесткого покрытия определяют по формуле /4/

                                                             (2.2)

где t_i - толщины конструктивных слоев нежесткого покрытия;

Е_i - модули упругости конструктивных слоев;

β_i - понижающие коэффициенты к модулям упругости, принимаемые по табл.2.2.

Таблица 2.2

Понижающие коэффициенты к модулям упругости

Примечание. Для нижних покрытий в зону колеи входят участки шириной до 2,5 м в стороны от оси движения главной опоры воздушного судна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методики оценки соответствия нормам годности к эксплуатации в СССР гражданских аэродромов (МОС НГЭА СССР)/ - М.: Воздушный транспорт, 1992.

2. СНиП 2.05.08-85. Аэродромы/ Госстрой СССР. - М: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.-59 с.

3. СНиП 32-03-96. Аэродромы/ - М.; ГУП ЦПП, 1996.- 23 с.

4. Пособие по проектированию гражданских аэродромов. - М.: ГПИ и НИИ ГА "Аэропроект", 1988 - 238 с.