CN118228366A - 机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备 - Google Patents
机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118228366A CN118228366A CN202410634274.XA CN202410634274A CN118228366A CN 118228366 A CN118228366 A CN 118228366A CN 202410634274 A CN202410634274 A CN 202410634274A CN 118228366 A CN118228366 A CN 118228366A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thickness
- layer
- plate
- double
- concrete slab
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title abstract description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 285
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 139
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 124
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 20
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 6
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004574 high-performance concrete Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
本申请实施例公开了一种机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备，包括：结合待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板上面层厚度；以道面最大疲劳累计损伤因子与允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。本申请可以精准计算出上层板和下层板的厚度，将上面层+下面层+半刚性基层的三层计算模型转换为单面层+半刚性基层的双层计算模型，大大减少了计算量，提高了双层板板厚的计算效率。
Description
技术领域
本申请涉及机场道面结构技术领域，尤其涉及一种机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备。
背景技术
机场飞行区的道面工程是机场最重要的基础设施，也是机场工程投资占比最高的工程之一。由于水泥混凝土道面具有承载力强、建造成本较低、维护费用较少等优点，目前的机场道面90%采用水泥混凝土道面，面层结构采用材料均一的单面层结构。这种结构存在的问题表现在：（1）功能耐久性不足，结构寿命难以达到设计要求。面层剥落、麻面、抗滑不足、露石、掉边掉角等功能性能病害普遍存在。机场道面的耐久性不足导致维修频繁，维修费用增加，并且严重影响机场的运行安全和效率。（2）随着机场改扩建工程需求的不断增加，优质的河砂和专门用于道面混凝土的道路硅酸盐水泥供应不足, 影响机场道面的建设。
目前，机场新建、扩建任务依然繁重，一些机场的服役环境严酷，工程质量面临更高的要求。
现有技术中关于机场水泥混凝土道面双面层厚度的计算和性能指标的确定方法，仍然处于空白阶段。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备，可以解决现有技术无法给出机场水泥混凝土道面双面层包括厚度计算在内的设计技术问题。
为实现上述目的，本申请第一方面提供一种机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法，该方法包括：
获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度；
以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
为实现上述目的，本申请第二方面提供一种机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法，该方法包括：
根据环境类别和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板和/或下层板的性能参数，其中，性能参数至少包括弯拉强度；
根据性能参数执行上述任意一项的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法进行机场双面层水泥混凝土板的厚度计算，其中，基准设计厚度是根据性能参数计算得到的。
为实现上述目的，本申请第三方面提供一种机场双面层水泥混凝土板的厚度计算装置，该装置包括：
数据获取模块，用于获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
上层板厚度确定模块，用于结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度；
基准厚度确定模块，用于以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
下层板厚度确定模块，用于基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
为实现上述目的，本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度；
以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
为实现上述目的，本申请第五方面提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度；
以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
采用本申请实施例，具有如下有益效果：
本申请根据目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度，再基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，可以精准计算出下层板的厚度，且，由于采用等效板厚度换算方法，将上面层+下面层+半刚性基层的三层计算模型转换为单面层+半刚性基层的双层计算模型，大大减少了计算量，提高了双层板板厚的计算效率。本申请弥补了现有技术关于机场水泥混凝土道面双面层厚度和性能指标的计算和性能指标确定的技术空白。本申请在双面层水泥混凝土板设计时，综合目标使用场地的环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，给出了上下层面板合理的厚度数据，可以保证搭建的双面层水泥混凝土板的功能耐久性充足，结构寿命可达到设计要求，延长机场道面的使用寿命，降低维修频率和费用，提高了机场的运行安全和效率，为机场建设提高了可靠保障。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为本申请实施例中机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法的流程图；
图2为一个现有技术中单面层+半刚性基层的双层计算模型示意图；
图3为本申请实施例中上面层+下面层+半刚性基层的三层计算模型的示意图；
图4所示为双层板、等效双层板、单层板的示意图；
图5为本申请实施例中机场双面层水泥混凝土板的厚度计算装置的结构框图；
图6为本申请实施例中计算机设备的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
提升机场道面耐久性、采用绿色可靠的建筑材料、降低道面工程的造价是民航高质量发展的迫切需求。
现有技术中均没能给出机场水泥混凝土道面双面层厚度的计算和材料性能的确定方法。
基于此，如图1所示，在一个实施例中，提供了一种机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法。该方法既可以应用于终端，也可以应用于服务器，该机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法具体包括如下步骤：
S100：获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据。
具体地，目标使用场地为待设计的双面层水泥混凝土板将来要使用到的机场场地。
环境类别为待设计的双面层水泥混凝土板将来所处的环境类别，包括一般环境、冻融环境、盐雾环境、除冰剂、融雪剂环境等其中的一种或多种。
每个环境类别又可以划分为一个或多个环境子类别。
表1 为一个具体实施例中环境类别的划分标准。
表1
待设计的双面层水泥混凝土板的设计年限根据实际应用情况配置，本申请对此不做限制。例如，一般混凝土道面结构设计年限取30年，长寿面道面设计年限取40～50年等。
目标设计年限内的预测航空交通量数据包括根据目标使用场地的机场航空业务量预测得到、在目标设计年限内的航空交通量和运行机型。
S200：结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度。
具体地，待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度是根据环境类别、目标设计年限和预测航空交通量等级综合考量得到的。
航空交通量等级根据预测航空交通量数据进行划分。
表2为一个具体实施例中航空交通量等级划分标准。
表2
| <b>航空交通量等级</b> | <b>运行机型</b><b>/</b><b>年平均运行架次</b> |
| 特轻 | 仅运行A类机型 |
| 轻 | 运行B类及以下机型 |
| 中 | 运行C类及以下机型，单条跑道结构设计年限内C类机型的年平均运行架次不大于50000架次 |
| 重 | 单条跑道结构设计年限内 C 类及以上机型的年平均运行架次为50000至100000 |
| 特重 | 运行有E类机型，并且单条跑道设计基准期内 C 类及以上机型的年平均运行架次超过100000 |
根据环境类别、目标设计年限和实际所处的交通量等级确定上层板的厚度。
例如，上层板或上面层的厚度不小于8cm。航空交通量等级为重、特重时，冻融环境、盐雾环境、除冰剂、融雪剂环境下，以及设计寿命大于30年时，上面层厚度不小于9cm；上面层的厚度不超过混凝土板总厚度的1/3。
S300：以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度。
具体地，按照下面层（下层板）为单面层板计算单层板的基准设计厚度（板厚）。基准设计厚度的计算方法可采用机场水泥混凝土道面设计规范计算；并保证道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子在阈值以内。
阈值可以为-5%～ +5%、+6%、8%之间，具体根据实际应用场景设置，本申请对此不做限制。
在一个具体实施例中，在步骤S300中计算单层板的基准设计厚度时，基层允许开裂，基层弹性模量按有开裂时的弹性模量计算。
另外，开裂基层的弹性模量可根据按新建基层弹性模量进行折减，折减系数具体可以为0.7～0.8等，具体根据实际情况设置，本申请对此不做限制。
另外，基准设计厚度的计算需要结合上下层板的性能参数例如弯拉强度等计算得到。
S400：基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
具体地，现行规范的道面板面层厚度计算模型为液体弹性地基上层间光滑的单面层+半刚性基层的双层模型，如图2所示。
本申请的双面层结构厚度计算模型为上面层+下面层+半刚性基层；上下面层之间采用湿接工艺，层间完全接触，下面层和基层之间完全光滑。双面层结构由于面层的材料和性能参数不同，使得道面面层厚度计算模型为三层计算模型，如图3所示。其中，图3中双面层使用高性能混凝土上面层和绿色混凝土下面层。需要说明的是图3仅仅是示例性说明，本申请对双面层的材料不作限制。
而三层计算模型计算量较大。因此，本实施例提供了一种计算简便的三层模型等效板厚的计算方案。本实施例采用换算抗弯刚度的方法，将上面层+下面层+半刚性基层的三层计算模型转换为单面层+半刚性基层的双层模型，基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
在一个具体实施例中，对计算出的下层板的厚度向上取整，得到下层板的最终厚度。
本实施例对机场道面的环境类别、航空交通量等级进行了划分，结合设计年限，从保证机场道面功能耐久性和道面结构功能的设计年限出发，给出了确定了上、下面层厚度计算的方法。
本实施例根据目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度，再基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，可以精准计算出下层板的厚度，且，由于采用等效板厚度换算方法，将三层计算模型转换为双层计算模型，大大减少了计算量，提高了双层板板厚的计算效率。本实施例弥补了现有技术关于机场水泥混凝土道面双面层厚度和性能指标的计算和确定的技术空白。本实施例在双面层水泥混凝土板设计时，综合目标使用场地的环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，给出了上下层面板合理的厚度数据，可以保证搭建的双面层水泥混凝土板的功能耐久性充足，结构寿命可达到设计要求，延长机场道面的使用寿命，降低维修频率和费用，提高了机场的运行安全和效率，为机场建设提高了可靠保障。
在一个实施例中，对于双层板，上层板的宽度可视为增大到，中性轴至板底的距离按公式1计算:
公式1
中性轴的惯性矩按公式2计算：
公式2
双层板的层低拉应力为：
对于单层板，单层板的弹性模量为，单层板的基准设计厚度为，单层板的层底拉应力计算公式为：
双层板与单层板的破坏均为板底拉应力破坏，
因此，公式3
在、已知的情况下，结合公式1-3求解得到；
其中，为双层板中性轴至板底的距离，为上层板的厚度，为下层板的厚度，为上层板的弹性模量，为下层板的弹性模量，为中性轴的惯性矩，为单面层的的基准设计厚度，为双层板的层低拉应力，为单层板的层低拉应力，为弯矩 ，为惯性矩。
具体地，如图4所示为双层板、等效双层板、单层板的示意图；参考图4，从左到右依次为双层板、等效双层板、单层板。
双层板包含上层板和下层板，上层板的弹性模量为，上层板的厚度为，泊松比为；下层板的弹性模量为，下层板的厚度为，泊松比为；双层板中性轴至板底的距离为。上层板和下层板的宽度均为1。
双层板的上层板的弹性模量为，下层板的弹性模量为，根据上层板的弹性模量和下层板的弹性模量，将上层板的宽度等效为，下层板的宽度为1，得到上层板和下层板的弹性模量均为的等效双层板；上层板的厚度为，泊松比为；下层板的厚度为，泊松比为；双层板中性轴至板底的距离为。
按照下面层（下层板）为单面层板计算单层板的基准设计厚度（板厚）。单层板的弹性模量为，厚度为，宽度为1。以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度。
本实施例根据双层板中上层板和下层板的弹性模量对双层板进行等效，再计算出单层板的基准设计厚度，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，可以精准计算出下层板的厚度，且，由于采用等效板厚度换算方法，将三层计算模型转换为双层计算模型，大大减少了计算量，提高了双层板板厚的计算效率。
在一个实施例中，步骤S200中结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度，包括：
结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的第一上层板厚度；
确定上层板的各区域在目标使用场地的平面位置，将上层板中处于刻槽道面的区域的厚度设置为第二上层板厚度，或者，将上层板中处于特别荷载位置的区域的厚度设置为第二上层板厚度，其中，第二上层板厚度为在第一上层板厚度的基础上增加相应的预设厚度。
具体地，刻槽道面包括：跑道、快速出口滑行道等区域。上层板由多个区域组成。不同区域在上层板所处位置不同，荷载作用不同，根据平面所处位置或荷载位置对部分区域进行调整。
本实施例按照道面结构的平面位置或特别载荷位置，调整上面层部分区域的上层板厚度。例如，跑道、快速出口滑行道等刻槽道面或荷载位置的上层板混凝土厚度是在第一上层板厚度的基础上加上预设厚度，变为第二上层板厚度。其中，预设厚度例如为1cm～2cm等具体根据实际情况确定，本申请对此不做限制。
本实施例根据目标使用场地的荷载位置或平面所处位置，调整上层板中处于刻槽道面区域或荷载位置区域的厚度，从而对受刻槽影响道面和高荷载反复作用的区域进行增厚处理，保证了这些高负荷区域的强度承受能力，也保证了设计出来的双面层水泥混凝土板应用于实际场地的使用寿命。
在一个实施例中，本申请还提供了一种机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法，该方法包括：
根据环境类别和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板和/或下层板的性能参数，其中，性能参数至少包括弯拉强度；
根据性能参数执行上述任意一项的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法进行机场双面层水泥混凝土板的厚度计算，其中，基准设计厚度是根据性能参数计算得到的。
具体地，根据环境类别，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的设计参数；结合环境类别和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板包括弯拉强度的第一性能参数。
待设计的双面层水泥混凝土板实际所使用的机场道面环境不同，则其性能参数和设计参数可能会不同。
在一个具体实施例中可以根据环境类别与上层板的设计参数之间的映射关系，匹配查找并确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的设计参数。
上层板（上面层）的（材料）设计参数具体包括材料耐久性设计参数或耐久性设计参数。
可以根据预测航空交通量预测航空交通量数据（例如航空交通量和运行机型等）对航空交通量进行等级划分，具体例如表2所示。根据环境类别和实际所处的交通量等级确定上层板的弯拉强度、抗折强度、混凝土配比中的至少一种。
在一个具体实施例中，上层板弯拉强度要求如下：
一般环境、航空交通量等级为中的混凝土板上面层，28天弯拉强度要求不小于6.0MPa。
冻融环境、盐雾环境、除冰剂、融雪剂环境、航空交通量等级为重、特重的混凝土板上面层，设计56天抗折强度不低于7.0MPa。
为达到以上参数要求，混凝土配比要求如下：
一般环境下，混凝土的水胶比不大于0.41；除一般环境之外的其他环境类别，混凝土的水胶比不大于0.38，并掺引气剂。
本实施例根据双面层水泥混凝土板将在实际使用中所处的实际机场道面环境和将承载的业务交通量，可以对双面层水泥混凝土板的上层板的材料设计参数以及弯拉强度等进行精准确定。
对于下层板的设计参数，根据环境类别，确定待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的设计参数；根据预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的弯拉强度。
本实施例具体可以根据环境类别与下层板的设计参数之间的映射关系，匹配查找并确定待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的设计参数。
下层板（下面层）的设计参数具体包括材料耐久性设计参数或耐久性设计参数。
表3为一个具体实施例中，环境类别与上层板的设计参数、下层板的设计参数之间的映射关系表。
表3
可以根据预测航空交通量预测航空交通量数据（例如航空交通量和运行机型等）对航空交通量进行等级划分，具体例如表2所示。根据环境类别和实际所处的交通量等级确定下层板的弯拉强度和混凝土配比中的至少一种。
在一个具体实施例中，对于下层板，航空交通量等级为中时，28天弯拉强度要求不小于4.5MPa；航空交通量等级为重、特重时，28天弯拉强度要求不小于5.0MPa。
在一个实施例中，待设计的水泥混凝土板的下层板的结构材料为绿色水泥混凝土，细集料采用机制砂。
本实施例根据双面层水泥混凝土板将在实际使用中所处的实际机场道面环境和将承载的业务交通量，可以对双面层水泥混凝土板的下层板的材料设计参数以及弯拉强度等进行精准确定。
本申请给出了上、下面面层材料的相关性能指标的确定方案，可以指导机场双面层混凝土板的设计。
在一个实施例中，在步骤S100之前，该方法还包括：
根据目标设计年限内的预测航空交通量数据，确定目标使用场地的航空交通量等级；
若航空交通量等级指示目标使用场地的航空交通量为中、重、特重中的一种，则确定待设计的水泥混凝土板为待设计的双面层水泥混凝土板。
具体地，航空交通量等级为特重、重和中时，可采用双面层板；航空交通量等级为轻、特轻时，可以不采用双面层板。
航空交通量等级划分标准具体参见上述表2。
本实施例通过目标设计年限内的预测航空交通量数据可以精准确定待设计的水泥混凝土板该使用双层土板还是单层土板，保证设计出的土板符合实际应用场景，满足业务交通量需求。
在一个实施例中，待设计的双面层水泥混凝土板的结构层设计由上而下依次包括表面功能增强型水泥混凝土上面层、绿色水泥混凝土下面层、沥青基排水功能层、抗裂水泥稳定碎石基层、变形协调粒料垫层和浅层强化道基。
具体地，表面功能增强型水泥混凝土上面层即上层板；绿色水泥混凝土下面层即下层板。
本申请对机场道面的环境类别、航空交通量等级进行了划分，结合设计年限，从保证机场道面功能耐久性和道面结构功能的设计年限出发，给出了确定了上、下面层的材料性能和厚度计算的方案。
需要说明的是，上述待设计的双面层水泥混凝土板的设计参数、弯拉强度、抗折强度、混凝土配比等材料指标可以在厚度计算之前确定，这样在厚度计算时使用确定的材料指标进行厚度计算更准确。
参考图5，本申请还提供了一种机场双面层水泥混凝土板的厚度计算装置，该装置包括：
数据获取模块100，用于获取待设计的双面层水泥混凝土板的将用到的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
上层板厚度确定模块200，用于结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度；
基准厚度确定模块300，用于以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
下层板厚度确定模块400，用于基于等效板厚度换算，根据上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
在一个实施例中，对于双层板，上层板的宽度可视为增大到，中性轴至板底的距离按公式1计算:
公式1
中性轴的惯性矩按公式2计算：
公式2
双层板的层低拉应力为：
对于单层板，单层板的弹性模量为，单层板的基准设计厚度为，单层板的层底拉应力计算公式为：
双层板与单层板的破坏均为板底拉应力破坏，
因此，公式3
在、已知的情况下，结合公式1-3求解得到；
其中，为双层板中性轴至板底的距离，为上层板的厚度，为下层板的厚度，为上层板的弹性模量，为下层板的弹性模量，为中性轴的惯性矩，为单面层的的基准设计厚度，为双层板的层低拉应力，为单层板的层低拉应力，为弯矩 ，为惯性矩。
在一个实施例中，上层板厚度确定模块200包括：
第一厚度确定模块，用于结合环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的第一上层板厚度；
厚度调整模块，用于确定上层板的各区域在目标使用场地的平面位置，将上层板中处于刻槽道面的区域的厚度设置为第二上层板厚度，或者，将上层板中处于特别荷载位置的区域的厚度设置为第二上层板厚度，其中，第二上层板厚度为在第一上层板厚度的基础上增加相应的预设厚度。
在一个实施例中，在以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度时，基层允许开裂，基层弹性模量按有开裂时的弹性模量计算。
在一个实施例中，该装置还包括：
第一参数确定模块，用于根据环境类别，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的设计参数；
第二参数确定模块，用于结合环境类别和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的弯拉强度、抗折强度、混凝土配比中的至少一种。
在一个实施例中，该装置还包括：
第三参数确定模块，用于根据环境类别，确定待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的设计参数；
第四参数确定模块，用于根据预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的弯拉强度。
在一个实施例中，该装置还包括：
交通量等级确定模块，用于根据目标设计年限内的预测航空交通量数据，确定目标使用场地的航空交通量等级；
土板属性确定模块，用于若航空交通量等级指示目标使用场地的航空交通量为中、重、特重中的一种，则确定待设计的水泥混凝土板为待设计的双面层水泥混凝土板。
在一个实施例中，待设计的双面层水泥混凝土板的结构层设计由上而下依次包括表面功能增强型水泥混凝土上面层、绿色水泥混凝土下面层、沥青基排水功能层、抗裂水泥稳定碎石基层、变形协调粒料垫层和浅层强化道基。
在一个实施例中，本申请还提供了一种机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定装置，该装置包括：
参数指标确定模块，用于根据环境类别和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板和/或下层板的性能参数，其中，性能参数至少包括弯拉强度；
厚度计算模块，用于根据性能参数执行上述任一项的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算装置进行机场双面层水泥混凝土板的厚度计算，其中，基准设计厚度是根据性能参数计算得到的。
图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是终端，也可以是服务器。如图6所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现上述方法实施例中的各个步骤。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述方法实施例中的各个步骤。本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述任一项的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法的步骤，或者，使得处理器执行机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法的步骤。
在一个实施例中，提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述任一项的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法的步骤，或者，使得处理器执行上述机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
结合所述环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定所述待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度；
以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
基于等效板厚度换算，根据所述上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算所述待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，等效板厚度换算通过以下公式计算出下层板的厚度：
对于双层板，上层板的宽度可视为增大到，中性轴至板底的距离按公式1计算:
公式1
中性轴的惯性矩按公式2计算：
公式2
双层板的层低拉应力为：
对于单层板，单层板的弹性模量为，单层板的基准设计厚度为，单层板的层底拉应力计算公式为：
双层板与单层板的破坏均为板底拉应力破坏，
因此，公式3
在、已知的情况下，结合公式1-3求解得到；
其中，为双层板中性轴至板底的距离，为上层板的厚度，为下层板的厚度，为上层板的弹性模量，为下层板的弹性模量，为中性轴的惯性矩，为单面层的的基准设计厚度，为双层板的层低拉应力，为单层板的层低拉应力，为弯矩 ，为惯性矩。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述结合所述环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定所述待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度，包括：
结合所述环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定所述待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的第一上层板厚度；
确定上层板的各区域在目标使用场地的平面位置，将上层板中处于刻槽道面的区域的厚度设置为第二上层板厚度，或者，将上层板中处于特别荷载位置的区域的厚度设置为第二上层板厚度，其中，所述第二上层板厚度为在所述第一上层板厚度的基础上增加相应的预设厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据之前，所述方法还包括：
根据所述目标设计年限内的预测航空交通量数据，确定所述目标使用场地的航空交通量等级；
若所述航空交通量等级指示所述目标使用场地的航空交通量为中、重、特重中的一种，则确定待设计的水泥混凝土板为待设计的双面层水泥混凝土板。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待设计的双面层水泥混凝土板的结构层设计由上而下依次包括表面功能增强型水泥混凝土上面层、绿色水泥混凝土下面层、沥青基排水功能层、抗裂水泥稳定碎石基层、变形协调粒料垫层和浅层强化道基。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度时，基层允许开裂，基层弹性模量按有开裂时的弹性模量计算。
7.一种机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所述环境类别和预测航空交通量数据，确定待设计的双面层水泥混凝土板的上层板和/或下层板的性能参数，其中，所述性能参数至少包括弯拉强度；
根据所述性能参数执行权利要求1-6任意一项所述的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法进行机场双面层水泥混凝土板的厚度计算，其中，基准设计厚度是根据所述性能参数计算得到的。
8.一种机场双面层水泥混凝土板的厚度计算装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取待设计的双面层水泥混凝土板的目标使用场地的环境类别、目标设计年限和目标设计年限内的预测航空交通量数据；
上层板厚度确定模块，用于结合所述环境类别、目标设计年限和预测航空交通量数据，确定所述待设计的双面层水泥混凝土板的上层板的厚度，并根据平面区域位置，计算出上层板的厚度；
基准厚度确定模块，用于以道面最大疲劳累计损伤因子与设计允许的疲劳累计损伤因子的差值的绝对值在阈值以内为目标，计算单层板的基准设计厚度；
下层板厚度确定模块，用于基于等效板厚度换算，根据所述上层板的厚度和单层板的基准设计厚度，计算所述待设计的双面层水泥混凝土板的下层板的厚度。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法的步骤，或者，使得所述处理器执行如权利要求7所述的机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的机场双面层水泥混凝土板的厚度计算方法的步骤，或者，使得所述处理器执行如权利要求7中所述的机场双面层水泥混凝土板的性能指标确定方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410634274.XA CN118228366B (zh) | 2024-05-22 | 2024-05-22 | 机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410634274.XA CN118228366B (zh) | 2024-05-22 | 2024-05-22 | 机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118228366A true CN118228366A (zh) | 2024-06-21 |
| CN118228366B CN118228366B (zh) | 2024-07-19 |
Family
ID=91511398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410634274.XA Active CN118228366B (zh) | 2024-05-22 | 2024-05-22 | 机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118228366B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11200307A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-07-27 | Efui Sekkai Kogyosho:Kk | 道路舗装の構造評価と寿命予測方法 |
| CN106012735A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-10-12 | 长沙理工大学 | 适用于倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度设计方法 |
| CN111962350A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-11-20 | 湖南科技大学 | 土工格室加筋水泥混凝土路面结构及面层板厚度计算方法 |
| CN115081263A (zh) * | 2021-07-01 | 2022-09-20 | 上海民航新时代机场设计研究院有限公司 | 一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法 |
| CN116561877A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-08 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种场内道路水泥混凝土路面设计计算方法 |
| CN116927058A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-24 | 江苏全心建设有限公司 | 一种基于旧水泥混凝土路面碎石化改造路面基层的方法 |
-
2024
- 2024-05-22 CN CN202410634274.XA patent/CN118228366B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11200307A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-07-27 | Efui Sekkai Kogyosho:Kk | 道路舗装の構造評価と寿命予測方法 |
| CN106012735A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-10-12 | 长沙理工大学 | 适用于倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度设计方法 |
| CN111962350A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-11-20 | 湖南科技大学 | 土工格室加筋水泥混凝土路面结构及面层板厚度计算方法 |
| CN115081263A (zh) * | 2021-07-01 | 2022-09-20 | 上海民航新时代机场设计研究院有限公司 | 一种机场道面沥青加铺层厚度分析计算方法 |
| CN116561877A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-08 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种场内道路水泥混凝土路面设计计算方法 |
| CN116927058A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-24 | 江苏全心建设有限公司 | 一种基于旧水泥混凝土路面碎石化改造路面基层的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李嘉: "旧水泥混凝土路面加铺罩面层设计", 中南公路工程, no. 01, 30 March 1995 (1995-03-30), pages 9 - 14 * |
| 柴震林: "复合式混凝土道面应用于机场工程的探讨", 华东公路, no. 03, 25 June 1996 (1996-06-25), pages 36 - 39 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118228366B (zh) | 2024-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Harrington et al. | Guide for roller-compacted concrete pavements | |
| Timm et al. | Calcool: A multi-layer asphalt pavement cooling tool for temperature prediction during construction | |
| Gharaibeh et al. | Probabilistic analysis of highway pavement life for Illinois | |
| CN118228366B (zh) | 机场双面层混凝土板厚度计算、指标确定的方法及设备 | |
| CN111455768A (zh) | 一种柔性路基沥青混凝土结构及其施工方法 | |
| Ruiz et al. | Computer-Based Guidelines For Concrete Pavements Volume II: Design and Construction Guidelines and HIPERPAV II User's Manual | |
| Uljarević et al. | Comparative analysis of flexible and rigid pavement design | |
| Harvey et al. | Preliminary evaluation of proposed LLPRS rigid pavement structures and design inputs | |
| Delatte | Simplified design of roller-compacted concrete composite pavement | |
| CN111339669A (zh) | 基于密集裂缝处冲断预估的crcp配筋率设计方法 | |
| CN110457788A (zh) | 一种考虑铰缝抗剪强度及抗剪承载力的空心板铰缝服役寿命预测方法 | |
| Roesler et al. | Performance of continuously reinforced concrete pavement containing recycled concrete aggregates | |
| CN102071615B (zh) | 连续配筋水泥混凝土路面裂缝间距控制方法 | |
| Alhmood et al. | Crack Surveys of Low-Cracking High-Performance Concrete Bridge Decks in Kansas 2014-2015 | |
| Abadin et al. | First Experiences with Continuously Reinforced Concrete Pavement in National Highway of Bangladesh | |
| Zhang et al. | Optimization of sandstone concrete pavement materials based on finite element method | |
| CN220057630U (zh) | 一种桥梁桥面铺装结构 | |
| Rao et al. | Evaluation of concrete pavement buckling in Wisconsin | |
| CN110119589A (zh) | 一种半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的计算方法 | |
| Khanum et al. | Implementation of the 2002 AASHTO design guide for pavement structures in KDOT | |
| CN113901563B (zh) | 一种沥青复合碎石封层一体成型加铺设计与改造方法 | |
| CN118134449A (zh) | 一种拼装式道路修复方法和系统 | |
| Sakulneya et al. | Performance and Design of Continuously Reinforced Concrete Pavements | |
| CN209779375U (zh) | 一种新型沥青混凝土复合路面 | |
| Kim et al. | Effect of environmental factors on performance of jointed concrete pavements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |