Моделирование напряженно-деформированного состояния многослойных аэродромных покрытий с учетом физической нелинейности материалов

• Автор: Хатунцев, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований
1.1 Классификация повреждений и дефектов сборных аэродромных
покрытий из плит ПАГ
1.2 Анализ практики восстановления работоспособности сборных
аэродромных покрытий из плит ПАГ асфальтобетонными слоями усиления
1.3 Выбор математической модели воздействия многоколесной опоры
воздушного судна на жесткое покрытие
1.4 Выводы по главе 1. Цель и задачи исследований
2 Упругопластическая модель деформации многослойного аэродромного покрытия на грунтовом основании
2.1 Закономерности деформации аэродромного покрытия,
основанные на теории пластического течения
2.2 Обоснование критерия прочности материалов конструктивных слоев
искусственного покрытия
2.3 Обоснование критерия пластичности материалов искусственного
и естественного оснований
2.4 Алгоритм решения упругопластической модели деформации
аэродромного покрытия с учетом физической нелинейности материалов конструктивных слоев
2.5 Разработка методических указаний для решения нелинейных
задач методом конечных элементов в СОМБОЕ. Верификация программного комплекса
2.6 Построение расчетной схемы многослойного аэродромного покрытия
для реализации в программном комплексе СОМ80Г
2.7 Выводы по главе
3 Вычислительная экспериментальная факторная модель напряженно-деформированного состояния асфальтобетонных слоев усиления на жестких основаниях
3.1 Постановка задачи, выбор оптимизируемых величин и варьируемых
факторов
3.2 Планирование эксперимента и назначение границ исследования
3.3 Обработка результатов, статистический анализ полученной модели
3.4 Анализ результатов вычислительного эксперимента на
детерминированной теоретической модели
3.5 Выводы по главе
4 Практическое использование результатов исследований
4.1 Методика проектирования асфальтобетонных слоев усиления
сборных аэродромных покрытий
4.1.1 Требования к материалам и конструкции асфальтобетонного слоя
усиления
4.1.2 Методика расчета трещинопрерывающей прослойки
4.1.3 Пример расчета трещинопрерывающей прослойки асфальтобетонной
конструкции усиления
4.2 Оценка экономической эффективности усиления сборных
аэродромных покрытий асфальтобетоном
4.3 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение А Результаты вычислительных активных экспериментов в
СОМБОЬ с использованием детерминированной теоретической модели
Приложение Б Зависимость толщины трещинопрерывающей прослойки от ее модуля упругости и значения наибольшего растягивающего напряжения при изгибе.... 140 Приложение В Технико-экономические показатели вариантов усиления
сборного аэродромного покрытия
Приложение Г Акты реализации и внедрения результатов исследований

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Взлетно-посадочная полоса, являющаяся базовым элементом аэродромного комплекса, постоянно подвергается механическим нагрузкам от воздушных судов (ВС), транспортных и специальных машин, воздействиям природно-климатических, гидрогеологических и эксплуатационных факторов. В результате, старение и износ покрытия, вызванные указанными факторами, в совокупности с увеличением взлетных масс ВС, приводят к изменению напряженно-деформированного состояния (НДС), и, как следствие, появлению и развитию повреждений.
В Советском Союзе на аэродромах государственной авиации из всех покрытий капитального типа сборные покрытия составляли более половины. С распадом СССР большее количество аэродромов с монолитными покрытиями остались за пределами России, что привело к искусственному увеличению количества покрытий из плит ПАГ (плита аэродромная гладкая) на территории РФ.
Практика эксплуатации данных типов покрытия показывает, что наиболее слабым местом в их конструкции является поверхностный слой, который, в первую очередь, подвержен влиянию климатических факторов и воздействию эксплуатационных нагрузок. В сравнении с нижележащими слоями он является ослабленным, с повышенной пористостью, что способствует прониканию в цементобетон атмосферной влаги и растворов антигололедных реагентов. Через 8-10 лет эксплуатации наступает момент, когда покрытие нуждается в капитальном ремонте. При этом плита остается в основном монолитной, и конструкция аэродромного покрытия сохраняет несущую способность, но состояние поверхности покрытия становится неудовлетворительным с точки зрения безопасности полетов.
Восстановление работоспособности аэродромных покрытий из предварительно напряженных железобетонных плит ПАГ производят, как правило, путем замены отдельно взятых разрушенных плит на новые. Однако на сегодняшний день производственные возможности заводов ЖБИ, выпускающих плиты ПАГ, не в состоянии обеспечить возрастающие потребности авиации. Кроме того, стой-

2. толщина асфальтобетона принимается на основании расчетов, толщина ТПП назначается минимальной исходя из технологических особенностей (рисунок 2.1,6).
а - первый вариант усиления; б - второй вариант усиления; 1 - асфальтобетонное покрытие; 2 - трещинопрерывающая прослойка; 3 - ПАГ-14; 4 - шов Рисунок 2.1— Схемы усиления сборного аэродромного покрытия из ПАТ
асфальтобетоном
Второй вариант предполагает увеличение толщины асфальтобетона, что чревато возникновением недопустимых пластических деформаций в летний период эксплуатации, в связи с этим, в качестве базового варианта принята первая схема усиления.
Рассмотрим участок многослойного аэродромного покрытия, представленный на рисунке 2.2, эксплуатировавшийся некоторый период времени Т = вследствие чего произошло накопление пластических деформаций и формирование границы области упругого состояния. Выделим единичный объем являющийся общим случаем для любой точки конструктивных слоев на участке аэродромного покрытия, ограниченного чашей прогиба. Под воздействием нагрузки Р от колесной опоры ВС в единичном объеме происходит приращение полных деформаций с?{е} [9, 15, 35, 39, 43, 90].
Приращения полных деформаций б{г} = {с1ех бгу с1е: с!уху с!уу, с1уХ2} составит величину, равную:
+ (2.1) где б{г)е - приращение упругих деформаций, с1{г}р-приращение пластических деформаций.