剛性鋪面維護及補強技術之建立ppt课件

1、簡報者：劉耀斌簡報者：劉耀斌中華民國九十九年七月三十一日中華民國九十九年七月三十一日Reappraisal of Pavement Classification Number Method for Rigid Airfield Pavements 三、PCN評估方法問題之分析與探討研究緣起文獻回顧研究成果結論建議 二、ACN/PCN評估方法之發展一、緒論 六、路基土壤等級分類於PCN評估之必要性探討 七、改良式PCN評估方法建立與應用 八、結論與建議 四、標準航機之選定與應用 五、剛性鋪面結構強度代表值之選擇現有現有 PCN = 60 ? 67 ?修補後修補後 PCN = 70? 80?研究緣

2、起文獻回顧研究成果結論建議機場鋪面結構強度機場鋪面結構強度評估方法之建議評估方法之建議1、國內外ACN/PCN相關文獻之探討2、機場剛性鋪面厚度設計方法之回顧3、機場剛性鋪面結構強度評估流程之回顧1、ACN/PCN之詳細計算流程2、ACN評估參數之探討與分析3、PCN評估流程之探討與分析1、國內外剛性鋪面結構強度評估相關文獻蒐集2、鋪面結構強度代表值與抽樣頻率建議3、PCN評估之應用1、標準航機之選用與建議2、機場剛性鋪面PCN評估方法修正建議3、改良式機場剛性鋪面PCN評估方法建議1、台東豐年機場厚度設計不足）2、高雄小港機場國際與國內航線）3、桃園國際機場不同輪軸型式之航機）研究緣起文獻回

3、顧研究成果結論建議ACN/PCNACN/PCN之定義之定義航機分類指數航機分類指數Aircraft Classification NumberAircraft Classification Number）根據不同鋪面類型及路基土壤，在不需指定鋪面厚度根據不同鋪面類型及路基土壤，在不需指定鋪面厚度下，以此數值來表示一單獨對鋪面之影響。下，以此數值來表示一單獨對鋪面之影響。機場鋪面分類指數機場鋪面分類指數Pavement Classifiation Pavement Classifiation NumberNumber）在不指定任一特殊機型下，以此數值來表示鋪面承載在不指定任一特殊機型下，以此數值

4、來表示鋪面承載荷重能力，亦即不需任何起降限制條件下，機場鋪荷重能力，亦即不需任何起降限制條件下，機場鋪面所能提供之承載強度。面所能提供之承載強度。PCN值值鋪面種類鋪面種類路基強度分類路基強度分類胎壓類型胎壓類型評定方法評定方法R剛性鋪面F柔性鋪面A高高( k 552)B中中(297 K 552)C低低(149 K 297)D極低極低( 79 )W高高(無限制無限制)X中中(146-217 psi)Y低低(74-145 psi)Z極低極低(0-73 psi)T技術評估U飛機經驗評估60 / R / B / W / U研究緣起文獻回顧研究成果結論建議ACN/PCN評估方法之發展過程ICAO於19

5、81年公佈此評估方法ACN/PCN評估方法於AIP上需公佈此一數值，用於機場營運，供航空公司進行航機排班Boeing2019年提出PCA厚度設計方法COMFAA 2.0修正2019年ACNComp程式FAA認可之ACN計算程式AC 150/5335-5A(2019)胎壓控制COMFAA 3.0 BetaAC 150/5335-5B初稿(2021)採用累積破壞因子軟體名稱發展單位分析方法柔性鋪面剛性鋪面COMFAAFAACBR設計方法FAA設計方法版理論PAVERSCROW多層彈性理論多層彈性理論PCASE美國陸軍工兵團CBR設計方法多層彈性理論PCA設計方法多層彈性理論WinPCNDynate

6、stCBR設計方法FAA設計方法版理論研究緣起文獻回顧研究成果結論建議將欲求取之機型主輪放置於版中央利用Pickett & Ray影響圖求取應力（中央荷重）參考厚度4個等級的路基土壤標準胎壓181 psi利用Westergaard中央理論解將標準胎壓181 psi作用在已求得之參考厚度之鋪面上，在工作應力為399 psi時，求出在四個路基土壤等級下的推導單輪重公斤表示）ACN=推導單輪重推導單輪重X2/1000工作應力 399 psi利用利用PCA設計方法，設計方法，求取工作應力為求取工作應力為399 psi時之厚度為參考時之厚度為參考厚度厚度ACN計算方法計算方法研究緣起文獻回顧研究

7、成果結論建議交通量評估現地評估關鍵機型求取施測頻率等額交通量轉換現地佈設交通行為撓度校估數據回算分析評估參數決定AC 150/5320-6DAC 150/5370-11A航機涵蓋數求取COMFAA允許荷重求取PCN分析AC 150/5335-5APCN報告允許載重下ACN鋪面類型路基土壤代表等級胎壓評估方法與設計方法相關與現地評估相關PCN評估流程評估流程研究緣起文獻回顧研究成果結論建議1、採用逐點評估2、利用PCN方法比較 加鋪前後強度不同設計方法所得之PCN值不相同ACN/PCN相關研究回顧相關研究回顧PCNPCN評估方法面臨之問題評估方法面臨之問題等額起飛次數轉換方法之影響等額起飛次數轉

8、換方法之影響關鍵機型之決定關鍵機型之決定不同組合機群關鍵機型不同不同組合機群關鍵機型不同FAAFAA舊法舊法 V.S. CDF V.S. CDF方法方法等額起飛次數之增減對等額起飛次數之增減對PCNPCN之影響之影響增加新航機增加新航機增加年離場量增加年離場量滑行道佈設之影響滑行道佈設之影響航機允許荷重之求取航機允許荷重之求取厚度設計方法之差異厚度設計方法之差異不同疲勞模式之影響不同疲勞模式之影響不同設計理念之影響不同設計理念之影響路基土壤評估路基土壤評估不同等級之路基土壤無法比較不同等級之路基土壤無法比較路基愈差評估數值愈高路基愈差評估數值愈高研究緣起文獻回顧研究成果結論建議路基土壤愈差，路

9、基土壤愈差，PCN愈高愈高研究緣起文獻回顧研究成果結論建議A300-B4A319-100B727-200B737-300B747-400 B767-300ER B777-200DC8-63Aircraft TypeCDF MethodBoeingAC 150/5335-5A010203040506070PCN不同評估方法之比較不同評估方法之比較研究緣起文獻回顧研究成果結論建議機場原有之航機機場新增之航機PCN= 4X 5X R/B/W/TPCN= 4X 9X R/B/W/T增加航機種類對增加航機種類對PCN評估結果之影響評估結果之影響研究緣起文獻回顧研究成果結論建議關鍵機型關鍵機型待轉換航機（

10、各年起降量為待轉換航機（各年起降量為100架次）架次）B747-400B757-200A320-100MD90-30DC-10-10A300-B4B777-200ERB747-400(877,000 lbs)A- 34 32 41 111 67 156B- 1 28 165 39 45 15B757-200(256,000 lbs)A 415- 91 125 474 229 740B9,388-2,63215,4613,7004,1851,391A320-100(150,000 lbs)A 449107- 140 513 263 767B 357 4- 588 141 159 53MD90-3

11、0(172,500 lbs)A 297 78 74- 337 181 490B 61 1 17- 24 27 9DC-10-10(458,000 lbs)A 91 32 29 37- 58 140B 254 3 71 418- 113 38A300-B4(365,000 lbs)A 156 48 44 58 174- 253B 224 2 63 369 88- 33B777-200 ER(657,000 lbs)A 65 25 22 27 71 45-B 675 7 189 1,111 266 301-A為利用為利用FAA方法，方法，B為利用為利用CDF方法方法FAA方法與方法與CDF方法航機

12、轉換差異性之比較方法航機轉換差異性之比較相差相差20倍倍相差相差124倍倍如何修正如何修正PCNPCN評估方法評估方法等額起飛次數等額起飛次數採用標準航機採用標準航機不同方法評估結果不同不同方法評估結果不同關鍵機型不同評估結果不同關鍵機型不同評估結果不同不同評估年限不同評估年限PCNPCN不同不同僅考量現地材料疲勞僅考量現地材料疲勞允許荷重造成之問題允許荷重造成之問題應以發展理念為出發點應以發展理念為出發點不同厚度設計方法結果不同不同厚度設計方法結果不同不同應力計算方式允許荷重不同不同應力計算方式允許荷重不同不同鋪面破壞條件允許荷重不同不同鋪面破壞條件允許荷重不同參考厚度求取參考厚度求取應以發

13、展理念為出發點應以發展理念為出發點可回顧到可回顧到ACNACN評估流程評估流程PCAPCA厚度設計方法為中央應力厚度設計方法為中央應力利用邊緣荷重求取允許荷重，再代入中央荷重公式利用邊緣荷重求取允許荷重，再代入中央荷重公式不同等級之路基土壤無法相比較不同等級之路基土壤無法相比較標準路基土壤的標準路基土壤的採用採用研究緣起文獻回顧研究成果結論建議=研究緣起文獻回顧研究成果結論建議發展理念之依據發展理念之依據等額起飛次數轉換當量因子之建立等額起飛次數轉換當量因子之建立參考公路參考公路ESALESAL之觀念之觀念建議標準機型建議標準機型應力分析應力分析採用採用Lee, et al.Lee, et a

14、l.建立之應力預估模式建立之應力預估模式允許荷重計算允許荷重計算採用中央應力採用中央應力疲勞模式採用疲勞模式採用參考參考CDFCDF之觀念之觀念考量到未來之可擴充性考量到未來之可擴充性輪軸形式雙輪單軸 D鼻輪 5% 9,474.7 lbs主輪軸重 47.5 %90,000.0 lbs單輪重 23.75 %45,000.0 lbsMTOW189,474.7 lbs標準航機資料研究緣起文獻回顧研究成果結論建議 05101520051015200510152005101520Edge Stress Obtained from R805FAA, MPa0246802468024680246802468

15、02468Stress Estimated by Prediction Models, MPaA-300-B2A-300-B4B-747-200B-747-SPB-757B-767-200C-130DC-10-10DC-10-30DC-10-30 BellyDual Tan-100Dual Tan-200Dual Tan-300Dual Tan-400Dual Whl-100Dual Whl-150Dual Whl-200Dual Whl-50Dual Whl-75L-1011Single WH-75Sngl Whl-30Sngl Whl-45Sngl Whl-60應力分析方法之選用應力分析方

16、法之選用PCN評估方法修正之應用 (1/2)中央應力等額起飛次數轉換因子之應用建議標準航機輪軸型式雙輪單軸MTOW： 189,474 lbs、主降落輪軸重：90,000 lbsPCA厚度設計方法之應用疲勞公式之採用計算待轉換航機與標準航機之破壞比值改善以往先利用邊緣應力求取允許荷重，再利用中央應力公式評估之問題)ln(03585.09725.0LRSR航機航機輪軸型式輪軸型式主輪重主輪重(lbs)中央應力中央應力(psi)應力比應力比理論涵蓋數理論涵蓋數(架架)標準航機標準航機D 90,000.0465.790.67 5,250B747-4002D/2D2409,208.2476.480.68

17、 3,429等額起飛次數轉換因子等額起飛次數轉換因子1.53研究緣起文獻回顧研究成果結論建議研究緣起文獻回顧研究成果結論建議12 13 14 15 16 17 18 19 2012 13 14 15 16 17 18 19 2012 13 14 15 16 17 18 19 20Pavement Thickness (in)0123456701234567factorAircraft: A300B4Aircraft: B747Aircraft: B757Aircraft: B777Aircraft: MD-90Aircraft: S-75航機類型與標準機型類似單輪航機對鋪面影響小對鋪面影響小P

18、CN評估方法修正之建議評估方法修正之建議 (2/2)等額起飛轉換因子於等額起飛轉換因子於PCNPCN評估方法之應用評估方法之應用中央應力等額起飛轉換因子之應用中央應力等額起飛轉換因子之應用根據現地鋪面條件進行各航機中央應力根據現地鋪面條件進行各航機中央應力等額起飛次數轉換因子求取。等額起飛次數轉換因子求取。將各航機之通過涵蓋數轉換為標準航機將各航機之通過涵蓋數轉換為標準航機之通過涵蓋數。之通過涵蓋數。利用利用PCAPCA疲勞模式求取允許應力。疲勞模式求取允許應力。利用利用Lee, et al. Lee, et al. 之中央應力預估公式，之中央應力預估公式，求得在允許應力下之標準航機允許荷重。

19、求得在允許應力下之標準航機允許荷重。利用標準航機之允許荷重，以及利用標準航機之允許荷重，以及Lee, et al.Lee, et al.之中央應力預估模式，求取之中央應力預估模式，求取當允許應力為當允許應力為399 psi399 psi時之鋪面厚度。時之鋪面厚度。將求得之鋪面厚度以及現地之鋪面條件將求得之鋪面厚度以及現地之鋪面條件代入代入WestergaardWestergaard中央應力理論公式，中央應力理論公式，求取推導單輪重，其中標準胎壓為求取推導單輪重，其中標準胎壓為181 psi181 psi。將推導單輪重之單位轉為公斤，將推導單輪重之單位轉為公斤，並乘以並乘以2 2除除100010

20、00即為現地之即為現地之PCNPCN值。值。 研究緣起文獻回顧研究成果結論建議僅考量現地疲勞僅考量現地疲勞考量航機起降次數考量航機起降次數現有鋪面結構強度代表值評估方法之探討AC 150/5370-11A鋪面特徵參數之平均數與變異數可用於鋪面評估與設計必須根據檢測結果進行鋪面分段平均數減一個標準差之數值，可用在設計以及評估的特徵參數，並且去除異常值。亦可利用包含85%全段資料之數值前15%之數值做為評估與設計參數，但資料需為常態分配。Pr(-1Z0) + Pr(0 Z ) = 0.34 + 0.5 = 0.84 問題與改善根據柴比氏定理，不論何種分配最少會有1-1/k2的機率涵蓋住資料，而此處

21、採用1個標準差其涵蓋資料之機率為0其採用累積機率之方式，會因為不同之分組組數而有不同之結果 85%五、剛性鋪面結構強度代表值之選擇五、剛性鋪面結構強度代表值之選擇研究緣起文獻回顧研究成果結論建議研究緣起文獻回顧研究成果結論建議現有鋪面結構強度代表值評估方法之探討現有鋪面結構強度代表值評估方法之探討Pave. life (yrs)ACN/ PCNSub-sec. 1Sub-sec. 2Sub-sec. 3Sub-sec. 4Sub-sec. 5Sub-sec. 62054 RCWT61 RCWT50 RDWT42 RCWT46 RCWT61 RDWT1059 RCWT69 RCWT54 RDWT

22、46 RCWT50 RCWT65 RDWT562 RCWT75 RCWT59 RDWT50 RCWT55 RCWT72 RDWT176 RCWT88 RCWT71 RDWT59 RCWT65 RCWT84 RDWT55 R / D / W / T研究緣起文獻回顧研究成果結論建議交通量分析關鍵機型求取等額交通量轉換抽樣頻率FWD施測- FAA建議抽樣頻率-222)1)(4/(SNeNSn現地校估- 溫度- 濕度- 動態回算、靜態回算- .鋪面代表值求取- 彈性模數- 路基土壤反力模數- 12/ , 1NnNnStXnPCN分析PCN報告- 允許載重下ACN- 鋪面類型- 路基土壤代表等級- 胎壓

23、探討- 評估方法機場航機起降量評估與分析機場航機起降量評估與分析A、改良式機場剛性鋪面、改良式機場剛性鋪面PCN評估流評估流程：程： 1、僅考量現地疲勞、僅考量現地疲勞 2、考量各航機起降次數、考量各航機起降次數 標準航機之採用標準航機之採用 等額交通量轉換等額交通量轉換建議結構強度評估方法於建議結構強度評估方法於PCN評估之應用評估之應用ACNACN造成造成PCNPCN評估時影響之探討評估時影響之探討路基土壤愈差路基土壤愈差ACNACN愈高愈高? ?為排除各機場不同鋪面厚度為排除各機場不同鋪面厚度主要原因：主要原因：399 psi399 psi之允許應力之允許應力在應力相同的條件下在應力相同

24、的條件下路基土壤等級愈差時，所需的參考厚度將增加路基土壤等級愈差時，所需的參考厚度將增加對對PCNPCN評估造成之影響評估造成之影響不同路基土壤等級之不同路基土壤等級之PCNPCN無法比較無法比較建議修正方法建議修正方法以以ACNACN評估理念為出發點評估理念為出發點配合等額起飛次數轉換因子配合等額起飛次數轉換因子ACNACN評估代碼簡化評估代碼簡化在一標準斷面下評估在一標準斷面下評估路基土壤等級路基土壤等級B B研究緣起文獻回顧研究成果結論建議PCN R/C/W/TPCN R研究緣起文獻回顧研究成果結論建議現 地 非 破 壞 性 檢 測 數 據(E、 k、 h)標 準 航 機 轉 換（ 等

25、額 起 飛 架 次 轉 換 ）標 準 航 機 允 許 荷 重 求 取（ Lee, et al.中 央 應 力 ）參 考 厚 度 求 取（ Lee, et al.中 央 應 力 、工 作 應 力 399 psi）推 導 單 輪 重 求 取（ W estergaard 中 央 應 力公 式 ， k： 294.7 pci）允 許 應 力 求 取（ PCA 疲 勞 公 式 ）PCN 求 取（ 推 導 單 輪 重 （ 公 斤 ）/1000*2）根 據 現 地 鋪 面 結 構 狀 況 將各 航 機 轉 換 為 標 準 航 機SR=0.9725-0.03585*LN(LR)允 許 應 力 =SR*混 凝 土

26、 抗 彎 強 度現 地 鋪 面 厚 度 、 現 地 鋪 面 結 構強 度 與 現 地 路 基 反 力 模 數 ， 求取 允 許 應 力 下 之 標 準 航 機 允 許荷 重利 用 上 步 驟 求 取 之 標 準 航 機 允許 荷 重 ， 求 取 工 作 應 力 為 399 psi時 之 鋪 面 厚 度 為 參 考 厚 度利 用 上 步 驟 求 得 之 參 考 厚 度 ，配 合 Westergaard中 央 應 力 ， 求取 在 k為 294.7 pci， 標 準 胎 壓為 181 psi時 之 推 導 單 輪 重將 推 導 單 輪 重 轉 換 為 公 制（ kg） 除 以 1000乘 以 2即 為 現 地鋪 面 轉 換 為 單 一 路 基 土 壤 (B)時之 PCN值利 用 研 究 中 建 議 之 抽 樣 方法 以 及 信 賴 區 間 求 得 各 鋪面 結 構 強 度 代 表 值改良式機場改良式機場PCNPCN評估方法之建立評估方法之