机场道面弹坑修复的数值模型及验证

《机场道面弹坑修复的数值模型及验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、机场道面弹坑修复的数值模型及验证*许巍1，3魏武2岑国平3（1，长安大学公路学院陕西西安710064；2，清华大学土木学院；3，空军工程大学工程学院）摘要分析了反跑道弹药破坏作用下机场道面弹坑类型破坏特点，推导了弹坑参数的计算公式，建立了弹坑修复的有限元模型，并用足尺试验对有限元模型进行了验证。结果表明：基层材料弹性模量及回填深度对修复效果的影响最为显著；采用弹性模量在200MPa以上的基层材料，回填深度控制在40～60cm效果最好。关键词机场工程反跑道弹药弹坑修复回填有限元陈太林和吴祥林等对机场道面弹坑

2、的修复进行了分析［1］，［2］，葛东华等对简易机场跑道基层快速加固进行研究［3］。目前，对机场道面复合结构中的弹坑形态、弹坑参数计算方法及影响弹坑修复效果的因素进行深入讨论尚不多。本文分析了反跑道弹药作用下机场道面弹坑类型特点，推导了参数计算公式，建立了弹坑修复的数值模型，并进行验证。式中m为炸弹质量，kg；ν为弹药初始接地速度，0m/s；α、β为计算参数［4］。2.2弹坑形状弹坑形状可由抛掷指数n确定。n>1.00时，为Ⅰ型弹坑；0.75

3、1姨）3（2）kH31弹坑的形成反跑道弹药破坏形成不同形式、不同大小的弹坑。试验研究表明，随爆炸深度（反跑道弹药侵彻道面深度）不同，破坏模式可分为成坑破坏和隐爆破坏。相应的弹坑类型可分三种（图1）。Ⅰ型弹坑（浅层爆炸）的可见部分近似一个半球形，大量抛掷物以小块飞散出去；Ⅲ型弹坑（深层爆炸），不产生可见弹坑，但地表下形成一个压缩空腔，产生少量抛掷物，并伴随有径向巨大的环裂混凝土块；Ⅱ型弹坑（中等深度爆炸）具有Ⅰ型和Ⅲ型某些特征，可见弹坑是圆锥型的，底部成球状，飞散物处于Ⅰ型和Ⅲ型破坏之间。式中ω为装药量，k

4、g；H为弹药侵彻深度，m；k为介质系数。弹坑体积弹坑体积为V=nD2H2.3（3）式中V为含土基和混凝土道面部分的实际弹坑体积之和，m3；D为弹坑口部直径，m，表面散落物移除后，弹坑口部内边缘间的平均距离；H为弹药侵彻深度，m。对于Ⅰ型弹坑，可将体积计算公式［5］简化为3π·H姨4姨D2d2Dd1++（4）V=42式中d为弹坑底部直径，m，坑底散落物移除后，弹坑底部内边缘间的平均距离，实测得到；其余参数意义同上。弹坑口部半径径弹坑口部半径实际弹坑深度飞散物实飞实际弹坑深度际弹坑深度原道面飞散物原道面3弹坑

5、修复的数值模型3.1基本假设（1）为简化计算，将弹坑均视为Ⅰ型；实际弹坑及修复后结构见图2；同时取弹坑口部直径与弹坑底可见弹坑可见弹坑实际弹坑实际弹坑实际弹坑（a）I型弹坑（b）II型弹坑图1弹坑类型图（c）III型弹坑1-原道面6-修复面层1-原道面板2-基（垫）层5-飞散物（垫）层2弹坑参数计算2.1弹药侵彻深度Forrestal给出了炸弹所受的径向阻力公式［4］，化简可得弹药侵彻深度为散物4-爆炸挤密土层炸挤密土层3-压实土基βνH=ln[1+0]23-压实土基m（1）2βα（a）实际弹坑结构（b）

6、修复后弹坑结构（示意）*空军简易机场项目。许巍，男，讲师，博士研究生。图2弹坑结构简图7-回填基层2-基5-飞4-爆8-回填土基物原道面散弹坑口部半许巍等：机场道面弹坑修复的数值模型及验证·17·部直径一致，即D＝d。（2）爆炸挤密土层及飞散物层的实际厚度远小于其它结构层，建模时忽略这两层的影响。3.2模型建立与单元划分采用ANSYS软件，取有限三维尺寸进行分析。因模型符合轴对称特性，计算时仅取模型的1/2。机轮荷载采用荷载圆进行简化。面层壳体结构采用shell63单元（6自由度），其余结构层均采用sol

7、id45单元（3自由度），由于两种单元自由度不一致，故用MPC结点耦合。在修复面层与回填基层、弹坑侧壁回填材料与原道面结构层材料之间采用contact170与target174接触单元，考虑层间摩擦作用，取摩擦系数分别为0.1、0.5。3.3实例分析弹坑面层修复材料采用玻璃钢道面板，基层采用级配碎石回填，见表1，按某型飞机单轮荷载计算，荷载圆半径16.8cm，胎压1.27MPa。弹坑口部直径2m，弹坑深度1m。构承载能力有所增加，荷载圆中心点竖向位移相应减小，但幅度不大。实例表明，当回填基层厚度从0.2m

8、增至0.6m时，面层竖向位移减少5%～30%；厚度继续增大时，对竖向位移影响不明显。（4）随回填基层模量增大，回填深度对荷载圆中心点的竖向位移影响不断增大。4试验验证（1）利用18.0m×6.0m×0.3m混凝土道面板，开挖直径为4.0m、深度为1.0m的模拟弹坑。先在模拟弹坑下部回填70cm土基，再在其上填充60cm厚的级配砾石材料（粒径5~40mm，弹模150MPa）。回填后采用12t压路机连续碾压8～10遍，以保证密实度