《某地区通航机场设计》17000字

某地区通航机场设计目录TOC\o"1-3"\h\u6624第一章绪论 绪论通航机场设计背景众所周知，十四五期间将会出现机场建设的热潮,相关航空枢纽建设进入各级"十四五"规划的可能性很大。REF_Ref8542\w\h[1]随着"一带一路"发展战略的发展，民航承担着构建我国与"一带一路"沿线国家空中运输大通道的建设、促进与沿线国家经济社会层面深入合作的重任。REF_Ref8902\w\h[2]我国现有的通用航空机场与其他发达国家相比，发展及其缓慢，机场数量无法满足我国人民的需求。截止到2019年底，我国在册的通航机场数量仅有246个，而美国公共机场目前约有5000多个，其中4000多个为通航机场REF_Ref9009\w\h[3]，我国的通航拥有数量远远低于美国等发达国家的水平。故此，前中国民航局局长李家祥在“一带一路”通航发展战略论坛上表示，中国将要实行“县县通”计划。中国拥有接近2800个县，而可以正常使用的通航机场仅有78个，所以必须加快通航机场建设.设计任务根据项目规范的要求和给定的数据，完成对航空业务量预测分析，对飞行区平面设计、地基处理、道面结构设计和排水设计。第二章航空业务量预测和分析2.1概述在人们进行机场机场道的规划设计时，首先需要对该机场的未来航空业务量、高峰小时客运量进行预测和分析，并根据预测结果确定该机场所需的设施、规模及其等级。航空业务量的预测和分析是机场规划和设计的基础。REF_Ref9111\w\h[4]通常常用的预测方法包括专家判断法、市场分析法、计量经济法、类比法、趋势外推法五种。本次设计主要采用趋势外推法。2.2预测客运量趋势外推法2.2.1直线1.年客运量直线模型参数计算表2-12010-2020年直线模型年份xyxxab2010-50.2936-1.468250.37240.02142011-40.2743-1.09716--2012-30.2981-0.8949--2013-20.3122-0.624442014-10.3459-0.34591--201500.371100--201610.39860.39861201720.42150.82304--201830.44361.33089--201940.45381.815216--202050.48322.41625N=114.09592.35431102.直线模型计算公式如下y=a+b×xt式中y——客(或货）运量，单位万人X——时间b——参数，为常数，由客运量求得为简化计算，设2015年的X=0a=x²y−x=b=nxy−x=所以，该机场每年客运量增加0.0214万人该机场年客运量计算式为y=0.3724+0.0214X计算相关系数r值r=nxy−x==0.9757 预测2031年的航空业务量2031年X=16,y=0.3724+0.0214×16=0.7148万人预测2041年的航空客运量2041年X=26,y=0.3724+0.0214×26=0.9288万人2.2.2曲线模型1.年客运量指数曲线模型参数计算表2-22010-2020年指数曲线模型年份xYlnxab2010-50.2936-1.2266.130.09871.1442011-40.2743-1.2945.176--2012-30.2981-1.213.63--2013-20.3122-1.1642.3282014-10.3459-1.0621.062--201500.3711-0.9910--201610.3986-0.920-0.92201720.4215-0.864-1.728--201830.4436-0.813-2.439--201940.4538-0.79-3.16--202050.4832-0.727-3.635N=11∑X=0∑y=4.0959∑lny∑xlnyyabx为了计算方便，直接把指数方程转化变成直线方程计REF_Ref9339\w\h[5]。因此，指数方程两边需要取对logy=loga(logb)x(2-2-5）logy=y',loga=a',logb=b',代入上述公式，即可获得直线方程式如下，用直线法求出a',b'a,b的值a’=x²y'−x=a=log⁻¹a’=log⁻¹（-1.0055）=0.0987b’=nxy'−x=0.0586b=log⁻¹b’=log⁻¹0.0586=1.144客运量每年增长b-1=14.4%年客运量计算式为y=0.09871.144x计算相关系数r值r=nxy'−x=预测2031年的航空业务量2031年X=16，y=0.8494万人预测2041年的航空业务量2041年X=26，y=3.2613万人因为直线模型的相关系数为0.9757，相比较之下，直线模型相关系数小于指数曲线相关系数，两者相比较，指数曲线模型预测更加精准。所以，2031年的陕北某通航机场航空客运量为0.8494万人，2041年的陕北某通航机场航空客运量为3.2613万人.2.3高峰小时客运量和起降架次2.3.1高峰小时客运量高峰小时客运量为高峰月份日均高峰小时客运量，一般使用年最大高峰小时客运量。但是，如果数据缺少或丢失，不能数据进行分析REF_Ref9545\w\h[6]，高峰小时客运量也被允许采用当年客运量的0.03％~0.05％。但随着年客运量的增加，采用百分数应递减。本次设计的陕西某通航机场，因资料不全，采用当年客运量0.05％来计算其高峰每小时客运量。2031年高峰每小时客运量为4.247人2041年高峰每小时客运量为16.3人2.3.2高峰每小时飞机的起降架次本次设计的陕西某通航机场，为A1级通航机场。该机场主要为SF3、YU7、AN4、SA365、EC155等机型。表2-3预计2031年机型组成表机型(人数)机种比例满座率YU7(50)10%70%AN4(50)15%70%SF3(30)30%70%EC155（14）22%70%SA365（13）23%70%预计2031年陕西某通航机场平均客座数：（50×0.1+50×0.15+30×0.3+14×0.22+13×0.23）×0.7飞机起降架次：8494÷19.3≈4表2-4预计2041年机型组成表机型(人数)机种比例满座率YU7(50)30%70%AN4(50)20%70%SF3(30)30%70%EC155（14）10%70%SA365（13）10%70%预计2041年陕西某通航机场平均客座数：(50×0.3+50×0.2+30×0.3+14×0.1+13×0.1)×0.7=25.69座飞机起降架次：32613÷25.69≈1270架表2-52041年高峰小时各机型起降架次表机型总起降架次机型比例年起降架次高峰小时起降架次高峰小时年起降总架次YU7127030%3810.171AN420%2540.11SF330%3810.17EC15510%1270.057SA36510%1270.0572.4航站楼和机坪停机位数量2.4.1航站楼通常，航站楼面积的大小由高峰每小时客运量来决定。2041年的高峰小时的客运量经预测是16.3人，按照规定建筑面积配置标准为24㎡/人，24×17=408㎡。由于客运量过少，因此不能按照此标准执行，所以航站楼建筑面积定为1000㎡。2.4.2机坪停机位数量按照规定，机坪所需的停机位数量由高峰每小时飞机起落架次决定，用以下公式计算(2-4-1）在式中N－机坪所需的停机位数量U－机位所得到利用的系数，一般U取值为0.7~0.5ni—第i类飞机高峰时间的出动架次最大值；ti——i类飞机所占用机坪所需的时间本次设计中飞机起降架次占飞机总起降架次的0.65倍，机位利用系数0.62041年陕北某机场所需停机位数量YU7:N=,取1机位AN4:N=,取1机位SF3:N=，取1机位EC155:N=,取1机位SA365:N=,取1机位表2-62041年各机型所需的机位机型占用时间高峰小时起降架次机位YU70.90.171AN40.90.111SF30.80.171EC1550.750.0571SA3650.750.05712041年陕西某通航机场机坪停机位需要5个。第三章飞行区平面设计通常飞行区平面设计包括以下几个部分，跑道、跑道端安全地区、净空道、滑行道、升降带等等。REF_Ref9689\w\h[7]其中跑道长度设计最为重要。3.1跑道设计3.1.1风力荷载表3-1陕西某地区全年风向风频率统计表风速风向北北东北东北东东北东东东南东南南东南南0.5~1.86.0~7.93.13.1-4.3--8.0~9.91.510.0~12.913.0~14.915.0~17.9≥18.0共计风向风速南西南西南西西南西西西北西北北西北无风共计0.5~1006.0~8.0~9.910.0~12.913.0~14.915.0~17.9≥18.0共计8.58.7100根据相关规定，飞机在起飞降落时遭遇的最大逆风速<15m/s，相垂直的侧风风速<8m/s。REF_Ref9760\w\h[8]根据对陕西某地区全年风速风向频率统计，全年风速均为超过8m/s，故可认为无论机场跑道的方向如何布置，飞机均可正常起飞降落，不会受到风速影响。3.1.2跑道长度的确定由预测的2041年陕西某通航机场航空业务量和高峰小时飞机起降架次可知，高峰小时总起降架次为1，由于航空量较小，设计的通航机场构型较为简单，因此不需要设计平行滑行道。该机场预计所使用飞机为SF3、YU7、AN4、SA365、EC155等机型。表3-2各机型数据YU7AN4SF3最大载油量4790Kg4600Kg3200Kg最大商载4700Kg5500Kg3850Kg起飞所需滑跑距离640m600m385m最大起飞重量21800Kg21000Kg5000kg该机场所需的YU7、AN4、SF3等机型飞机的年起降次数均达到250架次/年，因此，按照规范要求，可认定以上三种型号飞机均为关键飞机。其中，YU7起飞所需距离最长，为640m。所以通常不记降落滑行跑道的长度。所以该机场预设跑道长度为1000m。经过查询数据，陕西某地区的标高为48.5m，所以修正后的机场场地长度为FL=1.07H300F因此，该机场跑道起飞高程修正后为647.03m。该机场基准气温为20°，根据规范，海拔升高1000米，温度降低5度，该区域海拔48.5米，因此标准大气温度降低为0.25°。所以经过温度修正后跑道长度为647774.82/647.03=1.198<1.35因此，按照规范所定的修正长度与原长度对比校核的要求校验，高程与温度的修正长度满足此规范要求。跑道有效纵坡修正：774.82×所以，经过坡度修正后的跑道长度为813.56m。因为修正后的跑道长度为813.56m，小于预设跑道长度1000m，所以预设跑道长度满足要求。3.1.3跑道宽度设计表3-3跑道的最小宽度飞行区等级ABCD1181823-2232328-3282828454--4545经查询，国际民航组织公约规定，A1级通航机场的跑到宽度不得小于18m。REF_Ref9865\w\h[9]跑道最小宽度公式为(3-1-2）式中：——外侧轮间距,经检查，该机场飞机外侧车轮间距为4米至7米——飞机主起落架的外轮与机场跑道道边之间的净距，按照规范要求，飞行区指标为A的跑道净距为1.5m所以跑道最小宽度为6+2×1.5=9m故此，设定机场跑道宽度为30m。3.2跑道系统设计3.2.1升降带为了避免飞机冲出跑道，酿成重大安全事故，为保证飞机可以正常起飞，故设置升降带。该机场为A1级通航机场，按照相关规范向外延伸30m为60m。表3-4升降带宽度飞行区基准代码4321每侧扩展距离(距仪表跑道150757575非仪表跑道75754030m3.2.2跑道端安全区设计跑道端安全区场地必须平整压实，不能有杂物或障碍物在安全区内。根据相关规范要求，通航机场飞行区指标Ⅰ为机冲出跑道对飞机造成巨大损伤伸90m，并且宽度至少为跑道的两倍以上设计为30m。跑道端安全宽度为60m。3.2.3道肩设计按照规范要求，A1级通航机场其跑道道肩宽应为1.5m。道肩的颜色应与跑道颜色有所区别，有明显不同，方便辨认。3.2.4防吹坪设计根据相关规范要求，A1级通航机场未设计停止道和净空道，但需要设计防吹坪，防止飞机的发动机气流对地面进行吹蚀，所以在跑道端外进行加固。通常防吹坪的长度应沿着跑道端向外继续延伸不少于60米。3.3滑行道系统设计滑行道在设计中，应遵循以下设计要求：节约经济滑行道应既畅通又短，尽量延直线设计，避免转弯、交叉、穿越跑道应符合设计规范，使设计的滑行道可以安全使用与机场的其他设施系统能够相互适应，不会对跑道、导航设备造成影响3.3.1滑行道宽度表3-5滑行道面、道肩滑行带最小宽度飞行区基准代字ABCDE滑行道面7.510.515/1818/2323最小宽滑行道面和道肩--253844度(m)滑行带2739578593滑行带平整部分2225253844主起落架外轮缘到滑行道边缘最小净距（m） 4.54.5因为本机场为A1级通航机场，经查表可知，飞机的主起落架外轮缘到滑行道边缘的最小净距为1.5米。本机场预计起飞降落的最大机型为YU7 型号飞机。根据相关参数，该机型飞机翼展是29.2m，两侧轮距是5.2m。滑行道直线部分宽度=5.2+1.5×2=8.2m>7.5m所以，设计的滑行道宽度为8.2m3.3.2滑行道数量设计由于本次设计的为陕西某地区A1级通航机场，预计2041年客运量为3.2613万人，高峰小时总起降架次为1架，因此，如下图所示，仅需设计一条联络滑行道，即可满足该机场需求。第四章地基处理陕西某地区地质情况本次设计的陕西某通航机场选址陕西中部某地区，该地区区别于陕西北部的黄土高原区和陕西南部的秦巴山区，该地势较为平坦，属于关中平原地区。由于该地区属于平原，地势平坦土地肥沃，盛产粮食木材。该地区属于低级黄土塬，地层土质分布较为稳定，主要为湿陷性黄土层，厚度高达20m。且由于陕西地区黄河水冲洗，且雨季长，降水量大，故而对湿陷性黄土造成一定的影响,REF_Ref21402\w\h[10]土质的结构较为松散，孔隙比较大。湿陷性黄土的颗粒一般为粉土颗粒，质量约占总体的50％－70％。在湿陷性黄土上进行通航机场场道设计，必须要考虑由地基湿陷而引起的附加沉降等问题。由于地基沉降会给通航机场场道带来很大的问题和苦脑，所以必须进行地基处理，彻底消除因地基湿陷带来的危害，以提高地基承载力。4.2地基处理4.2.1地基处理的目的在工程中，一般通过地基处理对地基内的软弱土进行改善，以达到：提高地基土的地基承载力和抗剪强度，增加地基的稳定性减小渗流量，改善土质的渗透性，避免地基遭到破坏减少震动反应，以改善土的动力性能，避免土质液化4.减小土质压缩性，防止且避免地基变形REF_Ref22924\w\h[11]4.2.2地基处理的方法通过查询规范和技术比较，确定采用强夯法来对地基进行处理。表4-1处理规定处理方法适用范围一般处理湿陷性黄土厚度强夯S<60%的湿陷性黄土3~6重锤夯实S<60%的湿陷性黄土3~6挤密法底下水位以下5~15垫层法地下水位以下1~3强夯法具体施工过程中，夯击设备会将重量在10-25吨范围内的重锤提高至10-25米的高度，然后让其自由下落，借助于比较强大的冲击波和夯击作用力对土壤进行夯击处理，REF_Ref16784\w\h[12]从而可达到提高地基承载力、对地基加固、消除湿陷性的作用。强夯因为其处理工艺简单、施工方便，且对比其他湿陷性黄土地基处理办法具备明显的工期短、费用低等特点，被广泛应用于湿陷性黄土地基的处理。REF_Ref18860\w\h[13]REF_Ref19236\w\h[14]REF_Ref19242\w\h[15]经过粗略计算，强夯法与传统的换土垫层和桩基进行比较，工期大约缩短4个月，造价节约50%。REF_Ref22191\w\h[16]当然，由于强夯法本身自有的特点，会产生巨大的噪音，对周围居民平时的生活起居造成较大的影响。但由于本次通航机场的选址在陕西某地郊区，离周围居民区和商场较远，因此不会对其造成较大影响。4.2.3单击夯沉量y=α·e−xβ上述式中:α—首次夯沉量系数β—待加固场地系数δ—平均夯击量系数X—夯击的次数y—单击夯沉量类别αβδ系数夯击能粉质粘土38.745.725.030.9933000KN.m非饱和粘土34.132.284.690.972000KN.m湿陷性黄土102.931.865.590.9942000KN.m经查上述规范可得知，α为102.93，β为1.86，δ为5.59，夯击能为2000KN.m。y=α·e−x=102.93×e=65.71cm4.2.4夯点布置根据规范，第一遍的夯点间距为夯锤的直径的2.5——3.5倍。重锤直径为2.52m，锤底面积5m2。REF_Ref20389\w\h[17]第一遍夯点间距设置为7.5m，采用正方形矩阵排列。同时第二遍、第三遍夯点间距在第一遍之间，尽量使处理范围内的地基夯点分布均匀，以达到消除湿陷性、提高地基承载力的目的。4.2.5强夯夯沉量S=a×H×m(4-2-2）m=AnL₁×L₂上述式中：S—强夯平均沉降量H—夯坑沉降平均值m—夯点覆盖率An—夯锤底面积a—沉降系数，通常为0.75~0.92夯击能次数含水率干重度孔隙比夯坑沉降平均值10002014.913.90.9362.0312001416.814.50.8293.6616001715.214.230.9285.5920002014.614.20.9367.42m=52.5×2.5=S=a×H×m=0.92×7.42×0.8=5.46m强夯法对湿陷性黄土地基的夯击能为2000KN.m,单点次数为20次，处理深度可达5.46m，满足该通航机场地基要求。第五章道面结构设计5.1交通量根据第二章对航空业务量的预测，陕西某通航机场未来在2041年预计飞机年起降架次达到1270架。故此，2041年各型号飞机起降架次如下：表5-1预计2041年飞机机型起降架次机型(人数)机种比例起降架次YU7(50)30%381AN4(50)20%254SF3(30)30%381EC155（14）10%127SA365（13）10%127按照民航组织的国际标准分类的机型情况为：表5-2标准分类的机型情况机型分类：ICAO（A、B、C、D、E、F）ASA365、EC155BYU7、AN4、SF3因此，预计2041年，A类机型占总比重的20％，共254架，B类机型占总比重的80％，起降1016架。该通航机场场道使用水泥混凝土道面结构。5.2道面结构层设计5.2.1水泥混凝土的道面土基设计通过排水设计减少地下水冰冻等情况对土基的危害。在经过处理后的土基的工作区深度范围内的回弹模量预计可达到30MPa左右。5.2.2基层设计基层需要满足抗冻性和水稳定性的特点，起到稳定跑道路面的作用。表5-3不同等级飞行区基层厚度飞行区等级基层厚度A、B150mmC、D、E300mm经过查询规范，可知该机场基层厚度为150mm。5.2.3垫层设计由于设计的该陕西某通航机场选址地处于低级黄土塬，土基较为湿润，为了改善土基的状况条件，满足所需的要求，所以需要设计垫层。垫层法为传承多年的黄土地基处置措施，广为运用。REF_Ref27015\w\h[18]垫层一般用灰土、碎石或混凝土组成。按照相关规定，设计的垫层应该比设计的基础层至少宽300mm，并且设计垫层的厚度应该不小于150mm。5.2.4面层设计由于水泥混凝土板具有一定的强度，同时具有抗腐蚀性能、抗裂性、耐磨性、耐久性、抗冻性，故此选用水泥混凝土作为面层。根据规范，查询下表可得知，该机场的水泥混凝土拉弯强度为4.5MPa，REF_Ref27064\w\h[19]水泥混凝土板的最小的厚度为200mm。表5-4飞行区水泥混凝土设计规范飞行区等级水泥混凝土设计强度水泥混凝土板最小厚度A、B4.5MPa200mmC、D、E5.0MPa240mm5.2.5道面结构设计方案根据相关规定和要求，共设计出三种不同的方案。表5-5道面结构设计方案编号基层垫层方案一水泥稳定碎石2级配碎石20方案二水泥稳定220片石、卵石20方案三碾压混凝土180石灰205.3土基的反应模量K0确定根据之前对道面结构层的设计，确定该机场的水泥混凝土强度为4.5MPa，回弹模量预估可达30Mpa，水泥混凝土的泊松比为0.35，承载板的直径为74cm，求得土基回弹模量：E0=μ0=0.35K0为土基反应模量，K0=D－承载板直径P－承载板的压力值L－回弹变形E0－μ0－水泥混凝土K5.4道面结构计算由之前计算可得以下表格：表5-6标准分类的机型情况ASA365、EC155BYU7、AN4、SF3因此，预计在2041年，A类机型占总比重的20％，共起降254架，B类机型占总比重的80％，共起降1016架，客运量年增涨量为14.4％。已知该通航机场场道的道面设计寿命为30年，则在设计年限内的年均运行次数Ns为：Ns=表5-6交通组成机型PG(kN)St(m)SL1(m)q(MPa)NsncnwYU70.95218.000.401.21490322AN40.95210.000.301.19326822EC1550.957163422SA3650.957163422SF30.95158.000.301.13490322表中：－荷载分布系数；－最大重量；－轮间净距；－轮轴净距；－胎压；－年使用次数；－主起落架数量；－单个主起落架轮数5.4.1基顶反应模量Kj为基层顶面的反应模量，K0为土基的反应模量，ℎje为基层的当量厚度。Kj由表5-7基层反应模量因为水泥稳定碎石的当量系数为1.5，水泥稳定沙砾的当量系数为1.4，碾压混凝土是2，所以可求得：方案一：h方案二：h方案三:由前文计算可得，土基反应模量K0为58.8MN/m³，方案一：Kj1=75MN/m3方案二:Kj2=78MN/m3方案三:Kj3=83MN/m3表5-8基层顶面反应模量最低值飞行区指标ⅡA、BC、D、E、FKj(MN/m3)5080经过查询规范，三种方案的Kj均大于50，故此三种方案均满足要求。5.4.2各类机型的轮印尺寸及其累计作用的次数1、YU7机型主起落架轮载：；(5-4-2）轮印：；(5-4-3）；(5-4-4）累计作用次数：次。2、AN4机型；；次。3、SF3机型；；次。4、EC155机型；；次。5、SA365机型；；次。由此可得：机型（kN）(m）（mm）（次）YU751.78286.13171.6816469AN449.88283.18169.910863SF337.53252.07151.2414508EC15511.69144.5786.742773SA36510.09134.3280.5925765.4.3各方案板厚的相对刚度半径方案一：板厚h=200mm，基顶反应模量为75MN/㎥，水泥混凝土的泊松比为0.15，弯拉弹性模量为35000MPa。则它的相对刚度半径为：lp=方案二：板厚h=220mm，Kj2=78MN/㎥，μc=0.15,Ec=35000MPa，则它的相对刚度半径为：lp方案三：板厚h=200mm，Kj3=83MN/㎥，μc=0.15,Ec=35000MPa,则它的相对刚度半径为：lp5.4.4边板弯矩的计算已知方案一的板厚相对刚度半径为751.1mmEC155机型EC155机型，G=49.2KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M表5-9诺谟图由此可得;板边拉弯应力：σe=6板边计算应力：σp=1−β飞机的容许作用次数为：N(5-4-8）疲劳损耗比：n(5-4-9）SA365机型SA365机型，G=42.5N,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得σσNnYU7机型YU7机型，G=218KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNnAN4机型AN4机型，G=210KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNnSF3机型SF3机型，G=158KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNn方案二：已知方案二的板厚相对刚度半径为798.9mmEC155机型EC155机型，G=49.2KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNnSA365机型SA365机型，G=42.5KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNnYU7机型YU7机型，G=218KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNenAN4机型AN4机型，G=210KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNenSF3机型SF3机型，G=158KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNn方案三：板厚相对刚度半径为732.3mmEC155机型EC155机型，G=49.2KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNnSA365机型EC155机型，G=42.5KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNnYU7机型YU7机型，G=218KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNenAN4机型AN4机型，G=210KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNenSF3机型SF3机型，G=158KN,通过查询诺谟图，得到其板边弯矩M由此可得;σσNe=1014.048−15.117n5.4.5板边弯矩影响图法方案一：板厚h=200mm，相对刚度半径为751.1mm，采用直尺量板边弯矩影像图上的刚度半径L′p=118mm。EC155机型，该机型的轮印为144.57mm。LWt表5-10数据统计放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直2021252389轮子与0相切25232729104轮印覆盖格数Nb板边弯矩Me=ql板边弯拉应力：σe板边计算应力：σp飞机容许作用次数为：N疲劳损耗比：nSA365机型，该机型的轮印为134.32mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直1819232181轮子与0相切2221242592NbMσeσpNneNYU7机型，该机型的轮印为286.13mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直81518356271轮子与0相切89668661302NbσeσpNneAN4机型，该机型的轮印为283.18mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直80498152262轮子与0相切87668561299NbMσeσpNeneSF3机型，该机型的轮印为252.07mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直63456844220轮子与0相切76538066262NbMσeσp=Ne=ne方案二：板厚h=220mm,相对刚度半径为798.9mm，采用直尺量板边弯矩影像图上的刚度半径L’p=118mm。EC155机型，该机型轮印为144.57mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直2319231984轮子与0相切2216221676NbMσeσpNnSA365机型，该机型轮印为134.52mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直2117201775轮子与0相切2015201469NbMσeσpNnYU7机型，该机型的轮印为286.13mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直65546554238轮子与0相切76577657266NbMσeσpNneAN4机型，该机型的轮印为283.18mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直62526250226轮子与0相切75547453256NbMσeσpNneSF3机型，该机型的轮印为252.07mm。LW放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直57455447203轮子与0相切63566155235NbMσeσpNene方案三：板厚h=200mm，它的相对刚度半径732.3mm。采用直尺量板边弯矩影像的图上的刚度半径L′p=118mm。EC155机型，该机型轮印为144.57mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直32242619101轮子与0相切2422251889NbMσeσpNnSA365机型，该机型轮印为134.32mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直2922251894轮子与0相切2017231676NbMσeσpNnYU7机型，该机型的轮印为286.13mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直78667663283轮子与0相切95718967322NbMσeσpNeneAN4机型，该机型的轮印为283.18mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直75617358267轮子与0相切87688463302NbMσeσpNeneSF3机型，该机型的轮印为252.07mm。LWt放置方式左下左上右下右上汇总轮子与0垂直66476249224轮子与0相切73527553253NbMσeσpNe=neN方案一诺谟图法和影响图法边板弯矩对比机型诺谟图Me影响图法Me差值EC1550.0090.006280.00363YU70.0220.02060.0014SA3650.0090.005550.00345AN40.0220.020070.00193SF30.0190.016730.00227方案二诺谟图法和影响图法边板弯矩对比机型诺谟图Me影响图法Me差值EC1550.0110.005740.00526YU70.0240.02050.0035SA3650.0110.00450.0065AN40.0240.02020.0038SF30.020.0170.003方案三诺谟图法和影响图法边板弯矩对比机型诺谟图Me影响图法Me差值EC1550.0080.00580.0022YU70.020.02090.0009SA3650.0080.005390.00261AN40.020.01930.0007SF30.0180.01530.0027表5-11各机型疲劳损耗值对比EC155YU7SA365AN4SF3疲劳损耗比第一种方案2.754×0.008990.005550.020070.016730.03127第二种方案3.800.008230.00450.02020.0170.04993第三种方案4.020.01160.005390.01930.01530.05159上述所设计的的三个方案，由于他们的疲劳损耗比均小于0.8，而规范中疲劳损耗比为0.8~1.1，故此三个方案均不满足规范的要求。由于本次设计的是陕北某通航机场，级别为A1级，而小型通航机场的跑道设计需要考虑荷载和温度影响，温度应变会对跑道道板产生胀应力、缩应力、翘曲应力。道面板的线膨胀系数αc=0.00001。经查询，陕西某地区的年平均气温为6.8°，Vc=0.15，故此，温度应变产生的应力为：σ(5-4-12）飞机容许作用次数为：NeEC155机型，EC155的ne=2873疲劳损耗比：neYU7机型，YU7的ne=16469疲劳损耗比：neAN4机型，AN4的ne=10863疲劳损耗比：neSF3机型，SF3的ne=14508疲劳损耗比：neSA365机型，SA365的ne=2576疲劳损耗比：ne经计算，温度疲劳损耗比总和为1.037，在0.8至1.1之间，三种方案均满足规范的要求。5.4.6技术经济分析经查询，陕西某地区的材料价格如下：表5-12材料价格材料水泥稳定碎石水泥稳定沙砾碾压混凝土石灰稳定粒料片石卵石级配碎石价格220元/m³270元/m³680元/m³450元/m³150元/m³500元/m³拟定的方案为：方案编号基层垫层方案一水泥稳定碎石2级配碎石20方案二水泥稳定220片石、卵石20方案三碾压混凝土180石灰20方案一：0.2×220+0.2×500=144元/㎡方案二：0.22×270+0.2×150=89.4元/㎡方案三：0.18×680+0.2×450=212.4元/㎡经对比，方案二价格实惠，故选用方案二为最终方案。5.5接缝设计5.5.1分块设计由于跑道路面为水泥混凝土路面，过高的温度会引起道面形变，产生涨应力、缩应力、翘曲应力等，会对道面产生巨大的危害，极大的降低了道面的使用寿命。为了避免此类事情的发生，故此进行分块设计。预设跑道长为1000m，宽为30m，使跑道分为矩形块，长为5m，宽为5m，满足规范宽长比1：1至1：1.25的要求，板角预设为90°，遇特殊情况板角大于180°，这样避免跑道产生温度应力。预设升降带为自跑道端向外延伸30m，宽度为自跑道端向外延伸30m，即自道边延伸15米。为了方便施工，升降带同样分为矩形块，长为5m，宽为5m，板角预设为90°，遇特殊情况板角大于180°。5.5.2接缝设计为了避免由于温度引起的温度应力使道面板产生温度应力，造成相互挤压碰撞的状况发生，故设计接缝。接缝设置采用目前通用技术，道面的纵向施工缝采用纵向企口缝，宽为8mm，横向施工缝为横向假缝，宽为8mm。5.5.3道纹设计道纹的出现，可以有效的增大跑道摩擦力和路面抗滑性，有效的减少了飞机滑行失控现象的发生。通过查询相关设计规范，跑道的道纹深度确定为0.6mm，采用拉毛刻槽法施工。滑行道的道纹深度确定为0.8mm。5.6PCN通报值计算5.6.1评价机型法评价机型法，确定对于机场场道的道面结构厚度要求最高的机型，一般会通过比较该机场的各机型的疲劳损耗比，疲劳损耗比最大的即为评价机型。REF_Ref32560\w\h[20]经过比较，YU7机型是该机场所有机型中的疲劳损耗比是最高的，所以YU7为本次设计的陕西通航机场的评价机型，评价期确定为5年。1.确定评价期内年运行次数将评价期内设计的陕西某通航机场内所有机型的起落次数通过轴载公式进行换算，转化为评价机型YU7当量运行次数。Ns=(5-6-1）Ns－评价机型的年运行次数Ni－将要换算的机型的年运行的次数Pi－将要换算的机型的轮载（KN)Ps－评价机型的轮载（KN)注：PiPs<0.75表5-17飞机主起落架换算系数δ机型的年运行的次数为16469。(5-6-2）Pi—飞机主起落架的单个飞机轮所分配的荷载G－飞机的最大重量P－飞机的主起落架荷载的分配系数nc－飞机主起落架的个数nw－飞机主起落架的轮数因为YU7为评价机型，所以Pi/Ps=1。将上述所求数据代入公式，求得Ns=16469AN4机型δ机型的年运行的次数为10863。Pi—飞机主起落架的单个飞机轮所分配的荷载G－飞机的最大重量P－飞机的主起落架荷载的分配系数nc－飞机主起落架的个数nw－飞机主起落架的轮数Pi/Ps=0.96将上述所求数据代入公式，求得Ns=8585。SF3机型δ机型的年运行的次数为14508。Pi—飞机主起落架的单个飞机轮所分配的荷载G－飞机的最大重量P－飞机的主起落架荷载的分配系数nc－飞机主起落架的个数nw－飞机主起落架的轮数Pi/Ps=0.72由于Pi/Ps=0.72<0.75,所以不计入到评价其内的年运行次数。EC155机型δ机型的年运行的次数为2773。Pi—飞机主起落架的单个飞机轮所分配的荷载G－飞机的最大重量P－飞机的主起落架荷载的分配系数nc－飞机主起落架的个数nw－飞机主起落架的轮数Pi/Ps=0.23由于Pi/Ps=0.23<0.75,所以不计入到评价其内的年运行次数。SA365机型δ机型的年运行的次数为2576。Pi—飞机主起落架的单个飞机轮所分配的荷载G－飞机的最大重量P－飞机的主起落架荷载的分配系数nc－飞机主起落架的个数nw－飞机主起落架的轮数Pi/Ps=0.19由于Pi/Ps=0.19<0.75,所以不计入到评价其内的年运行次数。表5-18数据统计机型起落架的构型δPi(KN)Pi/PsNiNsYU7双轮双轴151.7811646916469AN4双轮双轴149.880.96108638585SF3双轮双轴137.530.72145080EC155双轮双轴111.690.2327730SA365双轮双轴110.090.1925760经计算，该评价机型的总当量的运行次数为Ns=16469+8585=25054次。确定通航机场场道的道面结构参数水泥混凝土的道面结构有效厚度he=Cr×h（5-6-3）上述式中：Cr—道面厚度损坏的折减系数he—水泥混凝土的道面结构有效厚度h—水泥混凝土实际厚度表5-19道面厚度损害的折减系数Cr取值范围道面损坏等级优良中次或差Cr值1.000.75~1.000.5~0.750.35~0.5因为设计的陕北某通航机场场道道面的实际厚度为220mm，道面损害等级为优，所以道面厚度损害的折减系数为1.00。带入上述公式：he=Cr×h=1.00×220=220mm所以水泥混凝土的道面结构有效厚度为220mm。水泥混凝土弯拉疲劳强度frmfrm=fcm(0.885-0.063logne)（5-6-4）上述式中：frm—水泥混凝土弯拉疲劳强度fcm—水泥混凝土弯拉强度ne—评价机型累计作用次数前文设计中得知，水泥混凝土弯拉强度为4.5MPa，评价机型YU7的累计作用次数为16469次，代入式中:frm=fcm(0.885-0.063logne)=4.5(0.885-0.063×log16469)=2.785MPa求得水泥混凝土弯拉疲劳强度为2.785MPa。曲线法确定边板计算所需的应力p(1LT)e（5-6-5）上述公式：p—板边的计算应力e—评价机型单个起落架在接近半无限大板的临界荷载时所产生的板边应力LT—板边的应力折减率让p=frm=2.785MPa，代入上述公式：e=2.785Me=e×ℎ26×所以板边弯矩Me为30KN•m/m。经前文计算可得知，方案二的相对刚度半径为798.9mm，通过查询下面的图片，可得知：当G为300KN时，Me=34KN•m/m当G为400KN时，Me=42KN•m/m前文求得Me为30KN•m/m，使用内插法可求得：G=300+[（400-300）/（42-34）]×(34-30)=350KN道面PCN值因为｜σp-frm｜=｜2.785-2.785｜=0，远远小于0.025frm，故满足规范要求。所以可确定评价机型YU7的最大的容许运行重量为350KN。根据所确定的土基强度和道面层类型，采用内插、外延方法，确定YU7最大容许重量G相对应的ACN,即飞机等级，作为该通航机场场道的道面等级代码PCN值。REF_Ref19806\w\h[21]通过查询《机场飞行区技术标准（MH5001-2013）105号》可知表5-19YU7飞机在刚、柔性道面ACN值飞机机型胎压MPa重量柔性道面土基CBR刚性道面土基K0，MN/m3最大/kN高中低特低高中低特低151063150804020182910111310111212YU70.7211055676677已知YU7的最大的容许运行重量为350KN，土基反应模量为58.8MN/m³，REF_Ref21338\w\h[22]根据查询上表，利用内插、外延的方法，可求得：最大重量：11最小重量：6−518.2经查询规范，所以跑道的PCN通报值确定为PCN6.535.6.2单轮荷载法G=（5-6-6）上述式中：h—所需的水泥混凝土的道面厚度E—水泥混凝土弹性模量K—基础反应模量σ—混凝土容许抗弯应力μ—混凝土泊松比a=G‘πPsREF_Ref24411\w\h[23]上述式中：a—飞机轮胎接触地面面积半径Ps—胎压已知标准的轮胎压力为1.25MPa=12.75kg/cm³，假定G'=3500Kg，可得a=G‘π已知道面厚度为220mm，即22cm，代入下面公式，可得：b===10.13m已知基础反应模量K≈10kg/cm³，弹性模量为3500000kg/cm³，容许抗弯应力为45×1.1/1.8=27.5kg/cm²，泊松比为0.15，代入公式求G：G=G−满足其规范要求，PCN=6.8经查询规范，所以跑道的PCN通报值确定为PCN6.8第六章排水设计由于跑道上存在积水，会影响跑道湿度，对跑道使用寿命造成影响，加剧了对跑道的损害，破坏了跑道结构，近而会影响飞机起降安全。所以跑道会设计排水系统，避免了此类现象的发生。6.1排水工程概况经查询，陕北某地年降水量大多数集中在350mm—600mm之间，在全国范围来看属于平均水平，但近5年来单日最大降水量高达39.8mm，属于特大暴雨。因此，为了避免跑道存在积水的现象发生，应设计相应配套的排水工程。6.2相关水利计算通过查询《民用机场排水设计规范》，得知相关水利计算公式。6.2.1设计暴雨强度公式q=167A₁×（1+ClgP）上述式中：q—设计的暴雨强度t—降雨历时p—设计重现期6.2.2设计暴雨重现期设计暴雨重现期通常依据机场的级别和水文条件确定。表6-1空侧涉及暴雨重现期适用条件暴雨重现期运输机场5年通用机场1年至3年由于本机场为通用机场，故暴雨重现期为1-3年。6.2.3机场内涝防治设计暴雨重现期表6-2机场内涝防治设计暴雨重现期适用条件重现期备注飞行区指标为4C及4C以上50年地面设计标准为：建筑物底层不进水，车道积水深度≤150mm飞行区的指标为4C20年该机场内涝防治设计暴雨重现期为20年。6.2.4雨水流量计算Q=ψKaF（6-2-2）上述式中：Q—雨水流量ψ—径流系数K—换算系数a—暴雨强度F—雨水汇集面积6.2.5汇流时间计算τ₁=[2.41nfL(ψa)上述式中：τ₁—坡面的汇流时间nf—地面表面粗糙系数L—坡面径流长度S—地面坡度经查询相关规范，径流系数确定为0.95，粗糙系数确定为0.011，暴雨强度确定为8.22，地面坡度为0.005。τ₁=[2.41nfL(=[2.41×0.011=3.17min<5min符合规范要求。设安全水深为2.5m，沟长为200m，排水沟宽50m，起始水深为1m，水面坡度则为：J=i-ℎ−ℎ₀Lg=0.005－2.5−16.2.6末端断面流速V=1nR上述式中：R—水流半径J—水流坡度V=1=1=1.458m/s6.2.7沟槽汇流时间τ₂=Lg60Kv上述式中：τ₂—汇流时间Lg—排水沟长度v—流速K—断面系数τ₂=Lg=200=2.788min汇流总时间:τ=3.17+2.788=5.958min汇水面积：F=50×200=10000m²设计流量：Q=ψqF=0.95×130×1=123.5(L/s)Q₁=vA=1.458×0.5×1=0.729(m³/s)=729(L/s)因为Q<Q₁，且流速远大于0.6m/s，沟深沟宽所以沟宽0.5m，深2.5m。6.3排水泵设计由于本设计机场采用明沟排水，易造成堵塞，导致排水不利现象的发生。为了更好的进行排水工作，故在明沟的线路坡度最低点设计排水泵，并在泵旁设计长3m，宽2m，深2m的蓄水池，在排水高峰期预计可储水12m³，可有效缓解排水压力。每个排水泵设置点预设两台排水泵，单个排水泵Q=36m3/h,H=40m,N=15kW,平时可互为备用,在排水高峰期2台可同时启动。REF_Ref29339\r\h[24]6.4飞行区排水布置为了保证飞行区在面对强降雨、洪峰时不存在积水的现象发生，避免因跑道积水问