(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210607924.2 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 上海二十冶建 设有限公司 地址 201900 上海市宝山区牡 丹江路1325 号403室A座 (72)发明人 杨小刚　闫启琨　叶华　陈琳　 (74)专利代理 机构 上海天协和诚知识产权代理 事务所 31216 专利代理师 吴立斐 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) E01C 5/06(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种适用于4F级机场道面混凝跑道的优化 方法 (57)摘要 本发明是一种适用于4F级机场道面混凝跑 道的优化方法， 包括步骤1、 确定跑道整体结构厚 度； 步骤2、 确定可减薄设计范围； 步骤3、 根据道 面分块尺 寸确定跑道边部厚度， 道 面分块尺寸以 及FAA的有关规定， 道面边部按跑道结构厚度使 用飞机起飞降落权重和机场飞机起降架次1%的 预估频率； 步骤4、 完成优化设计： 确定跑道横断 面后， 跑道全长结构完成优化设计。 本发明提出 的4F级机场道面混凝土跑道的设计优化方法， 解 决在满足节约资源和环境保护的大背景下， 优化 道面结构， 满足跑道使用功能的前提下， 进行部 分区域减薄 设计并能有效降低工程造价。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114970271 A 2022.08.30 CN 114970271 A 1.一种适用于4F级机场道面混凝跑道的优化方法， 其特 征是： 包括 步骤1、 确定跑道整体结构厚度： 根据FAARFIELD计算软件确定道面厚度； 步骤1.1、 机场刚性路面由混凝土组成， 混凝土结构层设置在颗粒状或稳定的基层上， 支撑在夯实的路基上； 步骤1.2、 FAARFIELD的设计过程目前只考虑刚性路面的一种破坏模式， 即混凝土板自 下而上的开裂， 通过限制混凝土板底部的水平应力来控制裂缝， 不考虑底层和路基层的破 坏， FAARFIELD对混凝土层厚度进行迭代， 直到CDF即累计损伤系数达到满足设计条件的值 1.0， 在混凝土最低厚度控制下， FAARFIELD不会将混凝土最低厚度降低到6英寸或150毫米 以下， 如果所有飞机的总 重量低于12,500磅或5,760公斤， FAARFIELD不会将混凝土最低厚 度降低到5英寸或125毫米以下， 如果达到了最小厚度， 设计过程将在CDF即累计损伤系数<   1.0时中止， 设计报告将显示 “达到了最小层厚度 ”； 步骤1.3、 混凝土路面地基模量即E值的测定： 在刚性路面设计 中， 地基模量的确定不仅 需要进行地基土的调查、 分析和路基条件的分类； 地基模量分配给路基层； 即所有 结构层下 面的层， 地基模量可以表示 为地基反力模量 k=50MN/m3， 直接输入到FA ARFIELD； 公式如下: k = 28.6926  ×  CBR0.7788, (k, pci)； 步骤1.4、 FAARFIELD采用三维有限元模型计算混凝土板 的边缘应力， 该模型的优点是 可以考虑板坯设计中临界应力发生的位置， 临界应力通常发生在板的边缘， 或者位于板的 中心与某些飞机齿轮配置； FAARFIELD使用LEAF计算内部应力， 并将内部或3D ‑FEM计算的边 缘应力的95%(减少25%)中的较大部分作为设计 应力； 步骤1.5、 FAARFIELD不计算刚性路面结构中除混凝土板以外的层的厚度， FAARFIELD要 求以下五个领域的设计输入 数据， 在初步设计中， 约定 设计寿命为20年、 混凝土抗弯强度为 5.15MPa、 结构层数据： 由P209级配碎石、 P304水稳、 P501混凝土组成、 路基模量k=50MN/m3和 飞机交通组合： 4F类型机场、 最大飞机A380、 20 50年飞机起降架次为1980 68架次， 增长率5%； 步骤1.6、 计算出混凝 土板厚度为 44cm； 步骤2、 确定可减薄 设计范围： 步骤2.1、 根据FA A有关规定， 依据断面确定跑道可减薄的范围； 步骤2.2、 根据减薄的设计范围， 60m道面结构考虑到使用的最大机型为A380,外侧主轮 距宽度为12.46m， 考虑飞机起 飞、 降落滑跑过程中的荷载扩散效应， 以及FAA有关规定， 跑道 中部至少11.4m宽不允许减薄， 混凝土道面分块尺寸通常为5 ×5m， 考虑飞机轮迹不与混凝 土板缝重合， 以5的整数倍确定跑道厚度不进行优化的范围， 最终跑道中线两侧各15m范围 内不减薄优化； 步骤3、 根据道面分块尺寸确定跑道边部厚度： 道面分块尺寸以及FAA的有关规定， 道面边部按跑道结构厚度使用飞机起飞降落权重 和机场飞机起降架次1%的预估频率， 确定为3 6cm， 步骤4、 完成优化设计： 确定跑道横断面后， 跑道全长结构完成优化设计， 60m宽度跑道范围内， 中间30m为全 厚， 两侧边部 5m板块为36cm厚， 连接段采用过渡设置 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114970271 A 2一种适用于4F级机场道面混凝 跑道的优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及混凝土施工技术领域， 具体是一种适用于4F级机场 道面混凝跑道的优 化方法。 背景技术 [0002]在机场建设领域， 需要耗用大量的地产类资源， 常规跑道等线性结构设计， 考虑到 跑道结构层的均匀 性， 根据国际民用航空组织相关规定， 跑道长度的设计与使用该跑道的 最大机型有关， 同时需要考虑的当地条件包括标高、 气温、 跑道坡度、 湿度和跑道的表面特 性； 跑道宽度以使用该跑道的最大机型外侧主起落架的距离确定； 通常断面结构形式设计 为全宽全厚， 优化空间较小。 发明内容 [0003]本发明的目的在于克服上述缺陷， 提出一种在道面结构设计阶段， 使道面结构在 满足功能的前提情况下， 进 行跑道道 面结构减薄设计， 实现资源节约， 满足绿色机场全生命 周期内资源节约的总体约束的方法。 [0004]为了达到上述目的， 本发明是这样实现的： 一种适用于4F级机场道面混凝跑道的优化方法， 包括 步骤1、 确定跑道整体结构厚度： 根据FAARFIELD计算软件确定道面厚度； 步骤1.1、 机场刚性路面由混凝土组成， 混凝土结构层设置在颗粒状或稳定的基层 上， 支撑在夯实的路基上； 步骤1.2、 FAARFIELD的设计过程 目前只考虑刚性路面的一种破坏模式， 即混凝土 板自下而上 的开裂， 通过限制混凝土板底部的水平应力来控制裂缝， 不考虑底层和路基层 的破坏， FAARFIELD对混凝土层厚度进行迭代， 直到CDF即累计损伤系数达到满足设计条件 的值1.0， 在混凝土最低厚度控制下， FAARFIELD不会将混凝土最低厚度降低到6英寸或150 毫米以下， 如果所有飞机的总 重量低于12,500磅或5,760公斤， FAARFIELD不会将混凝土最 低厚度降低到5英寸 或125毫米以下， 如果达到了最小厚度， 设计过程将在CDF即累计损伤系 数< 1.0时中止， 设计报告将显示 “达到了最小层厚度 ”； 步骤1.3、 混凝土路面地基模量即E值的测定： 在刚性路面设计中， 地基模量的确定 不仅需要进 行地基土的调查、 分析和路基条件的分类； 地基模量分配给路基层； 即所有结构 层下面的层， 地基模量可以表示为地基反力模量k=50MN/m3， 直接输入到FAARFIELD； 公式如 下: k = 28.6926  ×  CBR0.7788, (k, pci)； 步骤1.4、 FAARFIELD采用三维有限元模型计算混凝土板的边缘应力， 该模型的优 点是可以考虑板坯设计中临界应力发生的位置， 临界应力通常发生在板的边缘， 或者位于 板的中心与某些飞机齿轮配置； FAARFIELD使用LEAF计算内部应力， 并将内部或3D ‑FEM计算说　明　书 1/3 页 3 CN 114970271 A 3