КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ НЕЖЕСТКОГО ТИПА ПОД КОНКРЕТНОЕ ВОЗДУШНОЕ СУДНО

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

 

по выполнению расчетной работы №2 для студентов 4 курса дорожно-строительного факультета по дисциплине «Основы проектирования аэродромов»

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ НЕЖЕСТКОГО ТИПА ПОД КОНКРЕТНОЕ ВОЗДУШНОЕ СУДНО

СОДЕРЖАНИЕ

1 Общие указания…………………………………………………………………… 3

2. Исходные данные для выполнения расчетной работы………………………… 4

3 Методические указания по выполнению расчетной работы……………………. 9

3.1 Требования к расчету и конструированию аэродромных покрытий…………. 9

3.2 Методология и порядок расчета прочности аэродромного покрытия нежесткого типа……………………………………………………………….. 12

3.2.1 Исходные данные……………………………………………………………… 12

3.2.2 Определение типов воздушных судов принимаемых для расчета…………. 13

3.2.3 Конструирование аэродромного покрытия…………………………………... 13

3.2.4 Вычисление значений эквивалентной одноколесной нагрузки…………….. 15

3.2.5 Расчет прочности покрытия по предельному прогибу…………………….... 17

3.2.6 Расчет прочности асфальтобетонного слоя на растяжение при изгибе……. 19

4 Требования к оформлению материалов расчетной работы…………………....... 24

4.1 Требования к оформлению текстовых документов………………………….... 24

4.2 Нумерация страниц, разделов, подразделов, пунктов и подпунктов………… 27

4.3 Титульный лист………………………………………………………………….. 27

4.4 Содержание…………………………………………………………………….… 29

4.5 Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов………………………………………………………………………….. 31

4.6 Библиографическое описание источников информации…………………….... 32

4.7 Таблицы………………………………………………………………………...… 34

4.8 Формулы и уравнения…………………………………………………………… 37

4.9 Перечисления………………………………………………………………….…. 39

4.10 Примечания…………………………………………………………………...… 40

Список литературы………………………………………………………………..…. 42

1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

Методические указания по выполнению расчетной работы №2 «Конструирование и расчет прочности аэродромного покрытия нежесткого типа под конкретное воздушное судно» содержит рекомендации и вспомогательные данные для проектирования аэродромных покрытий нежесткого типа в соответствии с главой 5 СНиП 2.05.08-85 «Аэродромы» - Аэродромные одежды.

Цель расчетной работы – закрепление теоретических и практических знаний в области проектирования аэродромных покрытий нежесткого типа, самостоятельное выполнение студентом конструирования, расчета аэродромных покрытий и искусственных оснований.

Задача расчетной работы – выполнение инженерных расчетов аэродромных покрытий нежесткого типа под конкретное воздушное судно:

- выбор и обоснование конструкции аэродромного покрытия;

- определение приведенной повторяемости приложения расчетной нагрузки;

- расчет прочности по предельному прогибу;

- проверка прочности грунтового основания по сдвигу;

- проверка прочности асфальтобетонного слоя на растяжение при изгибе.

Расчетная работа состоит из пояснительной записки содержащей следующие разделы:

Введение

1 Исходные данные

2 Расчет асфальтобетонного покрытия нежесткого типа

2.1 Определение типов воздушных судов принимаемых для расчета

2.2 Конструирование аэродромного покрытия

2.3 Вычисление значения одноколесной эквивалентной нагрузки

2.4 Расчет прочности покрытия по предельному прогибу

2.5 Расчет прочности асфальтобетонного слоя на растяжение при изгибе

Примечание. Данная проверка выполняется только для асфальтобетонных покрытий.

Выводы

 

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

 

Исходными данными для выполнения расчетной работы являются:

- класс аэродрома;

- состав нагрузки на аэродромное покрытие (заданы типы воздушных судов, которые эксплуатируются на аэродроме);

- среднегодовое количество взлетов N_i для каждого типа воздушного судна;

- вариант нежесткого покрытия, которое необходимо законструировать и рассчитать;

- местные строительные материалы, используемые для сооружения искусственного основания покрытия;

- характеристика природно-климатических условий: дорожно-климатическая зона; географическое размещение района строительства аэродрома; тип гидрологических условий; годовая амплитуда среднесуточных температур (^оС); вид грунта природного основания; коэффициент пористости;

- технические характеристики воздушных судов.

В расчетной работе расчет аэродромных покрытий необходимо выполнить для участков группы А [1, п. 5.48]. Проверка грунтового основания покрытия на деформацию в мерзлых грунтах заданием не предусматривается.

Исходные данные необходимо взять из таблиц 2.1 … 2.3 исходя из сочетания букв фамилии студента. Если фамилия содержит менее 6 букв, то следующие исходные данные, которых не хватает, следует брать по последней букве фамилии.

 

 

Таблица 2.1 – Исходные данные для выполнения расчетной работы

Буква алфа-вита	Первая буква фамилии	Вторая буква фамилии	Третья буква фамилии	Четвертая буква фамилии
Коэффициент для расчета
Класс аэрод-рома	Тип воздушных судов	Ni, взл/год	Вариант нежесткого покрытия	Местные строительные материалы для строительства нежесткого покрытия	n1	n2	n3
А; Б	А	Ан-225 «Мрія» Ту-204 B747-200F	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень из природного камня с предельной прочностью при сжатии 80 и 60 Мпа из осадочных известняков	0,3	2,3	0,7
В; Г	Б	В757-200 Ан-70т Ан-26	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (100 и 80 Мпа), грубо- и мелкозернистая грунтогравийная смесь	0,2	1,6	1,8
Д; Е	А	Ан-124-100 Ил-96 F28.Mk2000HTR	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (80 Мпа), грубо- и мелкозернистая грунтогравийная смесь	0,7	1,2	2,2
Ж; З	Б	Ил-86 В-737-200 Як-40	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (80 и 60 Мпа), из изверженных горных пород	0,6	2,0	1,8
И; К	А	В-747-200C DC-10-40 Ан-22	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (100 Мпа), кислые металлургические шлаки.	0,5	1,4	0,9
Л; М	Б	Ил-76ТД В737-200 Ан-72	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (60 Мпа), средне- и мелкозернистые пескощебеночные смеси.	0,4	1,7	1,3
Н; О	А	DC-10-10 Ан-26 Ан-225 «Мрія»	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (80 и 60 Мпа), грубо- и среднезернистые грунтогравийные смеси	0,2	1,8	2,1
П; Р	Б	Ту-134А Ан-26 Ил-114	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (100 и 80 Мпа), основные металлургические разнозернистые шлаки	0,8	1,1	2,6
С; Т	А	В747-200С Ту-204 Ил-96	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень из природного камня с предельной прочностью при сжатии 80 и 60 Мпа из осадочных известняков	0,5	2,1	1,4
У; Ф	Б	Трейдинт 3 Як-42 В-737-200	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (100 и 80 Мпа), грубо- и мелкозернистая грунтогравийная смесь	1,3	1,9	0,4
Х; Ц	А	Ан-124-100 Ту-204 В747-200F	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (80 Мпа), грубо- и мелкозернистая грунтогравийная смесь	0,2	1,1	0,8
Ч; Ш	Б	Ту-134А Ан-26 Ил-114	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (80 и 60 Мпа), из изверженных горных пород	2,1	1,4	0,4
Щ; Э	А	Ил-96 Ан-124-100 Ту-154Б	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (100 Мпа), кислые металлургические шлаки.	0,9	1,3	1,1
Ю; Я	Б	В-737-200 Як-40 F28.Mk2000HTR	10000n1 10000n2 10000n3	Асфальто-бетонное	Щебень (100 и 80 Мпа), основные металлургические разнозернистые шлаки	1,5	2,0	0,4

Примечания:

1. Название «щебеночное» означает покрытие с прочностью щебня подобранного состава, обработанного органическим вяжущим материалом.

2 Применение асфальтобетонных покрытий для самолетов внеклассовых и I категории нормативных нагрузок (примечание к таблице 2.3) и щебеночных покрытий для самолетов I; II; III и IV категорий (что с точки зрения нагрузок не рекомендуется) в самостоятельной работе предусматривается с учебной целью.

Таблица 2.2 - Исходные данные для выполнения расчетной работы (продолжение)

Буква алфавита	Пятая буква фамилии	Шестая буква фамилии
Дорожно-климатическая зона	Расположение аэродрома относительно 50о северной широты	Годовая амплитуда среднесуточных температур	Тип гидрологических условий	Грунт природного основания	Коэффициент пористости, е
А; Б	II	более 50о	53,4		Супесь	0,62
В; Г	III	50о … 43о	51,2		Глина	0,53
Д; Е	IV	более 50о	48,5		Суглинок пылеватый	0,6
Ж; З	II	50о … 43о	46,6		Супесь пылеватая	0,74
И; К	III	более 50о	50,8		Супесь	0,81
Л; М	IV	50о … 43о	44,1		Глина	0,66
Н; О	II	более 50о	52,7		Суглинок	0,59
П; Р	III	50о … 43о	43,7		Супесь пылеватая	0,84
С; Т	IV	более 50о	50,1		Супесь	0,68
У; Ф	II	50о … 43о	46,8		Глина	0,75
Х; Ц	III	более 50о	52,4		Суглинок пылеватый	0,69
Ч; Ш	IV	50о … 43о	49,9		Супесь пылеватая	0,64
Щ; Э	II	более 50о	45,9		Супесь	0,75
Ю; Я	III	50о … 43о	51,9		Глина	0,70

 

Примечания:

1. Район строительства аэродрома находится на территории Украины.

2. Обозначение «больше 50^о» свидетельствует о расположении аэродрома на север от 50^о северной широты, а «50^о … 43^о» - о размещении аэродрома между 50^о и 43^о северной широты.

 

Таблица 2.3 - Исходные данные для выполнения расчетной работы (продолжение). Технические характеристики воздушных судов

Тип ВС	Макси-мальная взлетная масса, т	Нормативная нагрузка на основную опору Fn, кН	Число колес на основной опоре, nk	Расстояние между центрами отпечатков колес основной опоры, м	Число осей на основной опоре, na	Внутреннее давление воздуха в пневматиках основной опоры, ра МПа
в поперечном направлении, aT	в продольном направлении, вT
Ан-225 «Мрія»	600,0	2766,4		1,01	1,71 1,71 1,71 1,71 1,71 1,71		1,15
Ан-124-100	398,0	1835,1		1,01	1,71 1,71 1,71 1,71		1,1
Ан-22	225,0	1013,1		1,25	2,5 2,5		0,5
Ан-70т	112,0	499,0		0,73	1,5 1,5		0,75
Ан-12	61,0	277,4		0,49	1,23		0,75
Ан-74	34,8	157,0			1,3		0,65
Ан-72	31,2	140,8			1,3		0,65
Ан-32	27,0	123,7		0,5			0,49
Ан-26	24,0	109,7		0,5			0,39
Ан-30	22,1	101,1		0,5			0,5
Ан-24	21,0	96,0		0,5			0,49
Ан-140	19,15	84,5		0,5			0,45
Ан-38	7,0	28,9					0,45
Ан-28	6,5	26,9					0,5
Ил-96	231,0	718,4		1,1	1,49		1,08
Ил-86	216,4	662,3		1,25	1,49		0,932
Ил-76ТД	191,0	440,3		0,64 0,82 0,64			0,696
Ил-62М	168,0	774,6		0,8	1,65		1,08
Ил-114	22,75	106,0		0,6			0,588
Ту-154Б	98,0	433,6		0,62	1,03		0,932
Ту-204	93,5	421,0		0,782	1,4		1,372
Ту-134А	47,5	212,9		0,56	0,89		0,834
Як-42	56,5	269,5		0,62	0,98		0,88
Як-40	16,0	69,1					0,39
А300-В4	157,0	716,2		0,93	1,4		1,41
В747-200F	379,2	844,4		1,12	1,47		1,39
B747-200C	373,7	826,3		1,12	1,47		1,30
D767-300	159,6	724,9		1,14	1,42		1,21
B707-320C	152,4	698,2		0,88	1,42		1,24
B757-200	109,3	485,7		0,86	1,14		1,17
B737-200	78,5	355,7		0,86			1,15
B737-300	52,6	234,9		0,78			1,1
DC-10-40	253,1	936,1		1,37	1,63		1,17
DC-10-10	196,4	908,5		1,37	1,63		1,28
DC-8-63	162,4	758,3		0,81	1,4		1,3
DC-9-82	67,1	313,9		0,71			1,24
L-1011-500	225,9	1023,8		1,32	1,78		1,27
Трайдент 3	68,3	305,1		0,3			1,14
F28Mk2000HTR	29,5	138,5		0,55			0,69
F27Mk500	19,8	92,2		0,45			0,54

Примечания:

1. По своим характеристикам самолеты, приведенные в таблице, могут быть отнесены к следующим категориям нормативной нагрузки (таблица 28 СНиП 2.05.08-85):

- категория В/к – Ан-225 «Мрія», Ан-124-100, Ил-62М, В747-200, В747-200F, DC-10-10, DC-10-40, L-1011-500.

- категория I – Ил-96, А300-В4, В767-300, В707-320С, DC-8-63;

- категория II – Ан-22, Ил-86, Ил-76Т, Ил-76ТД, Ту-204, Ту-154Б, В727-200, В757-200, DC-9-82;

- категория III – Ан-70т, В737-200, Трейдент-3;

- категория I – Ан-12, Ан-72, Ар-74, Ан-32, Ту-134А, Як-42, F28.Mk2000HTR;

- категория V – Ан-140, Ан-24, Ан-26, Ан-30, Ил-114, Як-40, F27.Mk500;

- категория VI – Ан-38, Ан-28.

3 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

 

3.1 Требования к расчету и конструированию аэродромных покрытий

 

Аэродромное покрытие (одежда), воспринимающее нагрузки и воздействия от воздушных судов, эксплуатационных и природных факторов, должно включать:

- покрытие – верхний несущий слой (слои), непосредственно воспринимающий нагрузки от колес воздушных судов, воздействия природных факторов (переменного температурно-влажностного режима, многократного замораживания и оттаивания, влияния солнечной радиации, ветровой эрозии), тепловых и механических воздействий газовоздушных струй авиационных двигателей и механизмов, предназначенных для эксплуатации аэродрома, а также воздействия антигололедных химических средств;

- искусственное основание – несущая часть аэродромной одежды, обеспечивающее совместно с покрытием передачу нагрузок на грунтовое основание и состоящее из отдельных конструкторских слоев, которые могут выполнять также дренирующие, термоизолирующие, противопучинные, гидроизолирующие и другие функции.

Аэродромные покрытия подлежит подразделять по характеру сопротивления нагрузок от воздушных судов на:

- жесткие (с бетонным, армобетонным, железобетонным покрытием на цементобетонном основании);

- нежесткие (с покрытием из асфальтобетона: прочных каменных материалов подобранного состава, обработанных органическими вяжущими; щебеночных и гравийных материалов, грунтов и местных материалов, обработанных минеральными или органическими вяжущими).

Аэродромные покрытия надлежит подразделять по сроку службы и степени совершенства на:

- капитальные (с жестким и асфальтобетонным покрытиями);

- облегченные (с нежестким покрытием, кроме покрытия из асфальтобетона).

Нежесткие аэродромные покрытия совместно с искусственными основаниями необходимо проектировать многослойными, обеспечивая, как правило, плавный переход от менее деформативных верхних слоев к более деформативным нижним.

Минимальную допустимую толщину конструктивных слоев (в уплотненном состоянии) нежестких покрытий и искусственных основания следует принимать согласно таблице 3.1 [1 таблица 24]

 

Таблица 3.1 – Минимально допустимая толщина нежестких аэродромных покрытий

Материал конструктивного слоя нежесткого покрытия и искусственного основания	Минимальная толщина слоя
Асфальтобетон при внутреннем давлении воздуха в пневматических колес воздушных судов, МПа (кг/см2): - менее 0,6 (6) - от 0,6 (6) до 0,7 (7) - свыше 0,7 до 1,0 (10) - свыше 1,0 (10)
Щебень, гравий, грунты, обработанные органическими вяжущими
Щебень, обработанный органическими вяжущими по способам: - пропитки - полупропитки
Грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные минеральными вяжущими
Щебень или гравий не обработанные вяжущими и укладываемые на песчаном основании
Щебень, не обработанный вяжущими и укладываемый на прочном (каменном или укрепленном вяжущими грунтовом) основании

 

Устройство верхних слоев асфальтобетонного покрытия следует предусматривать из плотных асфальтобетонных смесей, нижних слоев – из плотных или пористых асфальтобетонных смесей.

Вид, марку и тип асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытия, а также соответствующую марку битума надлежит принимать по ГОСТ 9128-84 в зависимости от категории нормативной нагрузки, элементов аэродрома (вертодрома) и дорожно-климатической зоны.

Под нагрузку IV нормативной категории и выше асфальтобетонные покрытия следует устраивать на основаниях из материалов, обработанных вяжущими.

Асфальтобетонные покрытия не допускается устраивать на участках, воспринимающих длительное (свыше 3 – 4 минут) воздействие газовой струи от реактивных двигателей воздушных судов, где температура на поверхности покрытия превышает 100^оС, а скорость газового потока 50 м/с и выше.

В расчетной работе рассчитывается одноколесная эквивалентная нагрузка, при которой определяется расчетная нагрузка на колесо основной опоры в зависимости от расстояний колес основной опоры.

Минимальные и максимальные расчетные расстояние между ближайшими колесами основной опоры а, а_T и а_d определяются с учетом геометрических характеристик опоры воздушного судна. Расчетные схемы расстояний между колесами опор воздушных судов приведены в таблице 3.2

 

Таблица 3.2 – Расчетные схемы расстояний между колесами опор воздушных судов

Расчетная схема	Расстояния между колесами опор ВС	Метод определения значений
	a; at = ad	Определяется разработчиком ВС. Значения приведены в таблице 2.3 - Исходные данные
	a; at; ad.	Определяется разработчиком ВС. Значения приведены в таблице 2.3 - исходные данные
	a; at; ad.	Определяется разработчиком ВС. Значения приведены в таблице 2.3 - исходные данные
	a; at; ad.	Определяется разработчиком ВС. Значения приведены в таблице 2.3 - исходные данных
	a; at; ad.	Определяется разработчиком ВС. Значения приведены в таблице 2.3 в исходных данных

 

3.2 Методология и порядок расчета прочности аэродромного покрытия нежесткого типа

 

3.2.1 Исходные данные

 

Буква фамилии студента	Исходные данные
П	Аэродром класса – «В». Воздушные суда, эксплуатируемые на аэродроме:   В757-200: Ni = 10000 х 0,3 = 3000 взл/год; Fп1 = 484,7 кН, nk = 4; аT = 0.86 м; вT = 1,14 м; па = 2; ра = 1,17 МПа.   Ту-204: Ni = 10000 х 0,5 = 5000 взл/год; Fп2 =421,0 кН; nk = 4; аT = 0,782 м; вT = 1,4 м; па = 2; ра = 1,372 МПа.   Ан-72: Ni = 10000 х 0,7 = 7000 взл/год; Fп3 = 140,8 кН; nk = 2; аT =0 м; вT = 1,3 м; па = 2; ра = 0,65 МПа.
Е	Вариант нежесткого покрытия – асфальтобетон.
Т	Местный строительный материал для сооружения искусственного основания нежесткого покрытия - щебень из природного камня с предельной прочностью при сжатии 80 Мпа; гравелистый песок.
Р	n1 = 0,3, n2 = 0,5 n3 = 0,7
О	Дорожно-климатическая зона – IІI. Расположение аэродрома относительно 50о северной широты - более 50о Годовая амплитуда среднесуточных температур - 52,7о
В	Тип гидрологических условий – 2; Грунт природной основы – суглинок; Коэффициент пористости -0,52

Примечание. Исходные данные, приведенные в настоящей таблице, являются условными и в дальнейшем используются только для расчетов в настоящих методических указаниях.

 

3.2.2 Определение типов воздушных судов принимаемых для расчета

 

Выполняем расчет покрытия на участках группы А [1, п. 5.48].

В соответствии с нормами [1, п. 5.65] делаем вывод, что при проведении расчета покрытий самолет Ан-72 не должен учитываться, поскольку нагрузка на его основную опору F_п3 = 140,8 кН меньше половины загрузки F_п1 = 484,7 кН от самолета В757-200 (F_п3 / F_п1 = 140,8 / 484,7 = 0,29 < 0,5).

При расчете необходимо учитывать нагрузку от самолетов В757-200 и Ту-204 (для самолета Ту-204 F_п2 / F_п1 = 421,0 /484,7 = 0,87 > 0,5).

 

3.2.3 Конструирование аэродромного покрытия

 

В соответствии с нормами [1, п.п. 5.6, 5.34 - 5.36] назначаем конструкцию покрытия (рисунок 3.1). По нормам [1, таблица 2, 5 і 6 приложение 9] принимаем расчетные характеристики материалов:

- плотного асфальтобетона из смесей марок І и ІІ соответственно Е_ab1 =12 ^. 10² МПа і Е_аЬ2 = 10 ^. 10² Мпа (при расчетной температуре асфальтобетона плюс 15^оС в ІІІ дорожно-климатической зоне);

- щебня из природного камня с пределом прочности при сжатии 80 Мпа, обработанного вязким битумом способом смешения в установке, E₃ = 7 ^. 10² МПа (для района з умеренным климатом в III дорожно-климатической зоне);

- щебня из природного камня с пределом прочности при сжатии 80 Мпа, уложенного методом расклинцовки - Е₄ = 3,5 ^. 10² Мпа;

- гравелистого песка – Е₅ = 1,5 ^. 10² МПа.

Модуль упругости суглинка в грунтовом основании принимаем по данным норм [1, приложение 4 и п. 5.60] Е= 28 МПа.

 

Рисунок 3.1 – Конструкция асфальтобетонного покрытия:

1 - плотный асфальтобетон из смеси марки І типа А;

2 – плотный асфальтобетон из смеси марки ІІ типа Б;

3 – щебень с пределом прочности при сжатии 80 МПа,обработанный битумом смешиванием в установке;

4 – щебень с пределом прочности при сжатии 80 МПа уложенный способом расклинцовки;

5 - гравелистый песок:

6 – суглинок.

 

Суммарная толщина слоев назначенной конструкции покрытия:

 

t_tot=t₁+t₂+t₃+t₄+t₅= 0,05 + 0,06 + 0,12 + 0,40 + 0,50 = 1,13 м. (3.1)

 

3.2.4 Вычисление значения одноколесной эквивалентной нагрузки

 

В соответствии с нормами [1, п. 5.64] вычисляем значения одноколесной эквивалентной нагрузки F_e1, для самолета В757-200, который имеет наибольшую нормативную нагрузку на основную опору F_п и может стать расчетным для проектируемого покрытия.

Для этого выполняем следующие промежуточные вычисления.

Расчетная нагрузка на колесо основной опоры определяется по формуле:

 

(3.2)

 

где к_d і γ_f принимаем по нормам [1,таблица 30].

Минимальные расчетные расстояние между ближайшими колесами основной опоры а, а_t и а_d определяем с учетом геометрических характеристик опоры (рисунок 3.2), принятых по нормам [1, чертеж 10 приложение 10]:

 

Рисунок 3.2 – Расчетная схема основной опоры самолета В757-200

 

(3.3)

 

Максимальное расстояние между колесами основной опоры (между центрами их отпечатков, рисунок 3.2):

 

(3.4)

 

 

При условии выполнения:

 

t_tot = 1,13 м > а/2 = 0,54/2 = 0,27 м, и

t_tot = 1,13 м < 2a_d = 2 х1,43 = 2,86 м.

 

значение одноколесной эквивалентной нагрузки F_е1 необходимо вычислить в соответствии с нормами [1, п. 5.64] по формуле:

 

(3.5)

 

которая равнозначна F_e = 10^c:

 

(3.6)

 

Для самолета В757-200:

 

тогда, F_e1 = 10^2,49 = 309,0 кН.

 

Аналогично (как это было сделано для самолета В757-200) определяем
F_e2 = 263,0 кН для самолета Ту-204.

Убеждаемся, что расчетным типом воздушного судна для данного покрытия, как и предусматривалось, есть самолет В757-200, поскольку он имеет наибольшую одноколесную эквивалентную нагрузку F_e (309,0 кН > 263,0 кН).

Примечание. В пояснительной записке к расчетной работе вычисление значения F_e, для всех самолетов, которые учитываются, необходимо привести полностью, как это выполнено для самолета В757-200.

 

3.2.5 Расчет прочности покрытия по предельному прогибу

 

По формуле [1, формула 28] определяем диаметр круга, равновеликого площади отпечатка пневматика одноколесной эквивалентной нагрузки от расчетного типа воздушного судна:

 

(3.7)

 

Средний модуль упругости многослойной конструкции покрытия, который включает и естественное основание, равен:

 

(3.8)

 

Вычислив значения

 

и (3.9)

 

 

по номограмме [1, чертеж 7 приложение 10] определяем коэффициент Ψ_k:

 

Ψ_k = 0,46.

 

Дальше рассчитываем эквивалентный модуль упругости нежесткой конструкции покрытия (включая искусственное основание) и естественного основания:

 

Е_ed = Е_тt Ψ_k.= 3,71 ^. 10² - 0,46 = 1,71 ^. 10² МПа. (3.10)

 

По формуле [1, формула 26] определяем расчетный относительный прогиб покрытия от одноколесной эквивалентной нагрузки F_е:

 

(3.11)

 

Используя исходные данные об интенсивности движения самолетов
В757-200 и Ту-204 (которые включены в расчет), в соответствии с нормами [1, п. 5.65] рассчитываем приведенную повторяемость приложения нагрузки N_r.

Значение определяется по формуле [1, формула 29]:

 

, (3.12)

 

где N_i - среднесуточное число взлетов i -го воздушного судна, принимаемое для последующего года проектного срока службы покрытия;

п_j = 2 - обозначает число воздушных судов, которые рассчитываются;

і – порядковый номер воздушного судна;

n_a - число осей в расчетной опоре. Внимание! В расчете прочности по предельному относительному прогибу принимают n_a = 1;

k_ni – коэффициент приведенных нагрузок, определяемый по графикам [1 чертеж 11, приложение 10].

Для определения N_r выполним промежуточные вычисления, результаты которых приводим в табличной форме (таблица 3.2). Определим, что табличные величины D_ed і p_ad относятся к расчетному типу самолета (В757-200).

 

Таблица 3.2 – Промежуточные вычисления для определения приведенной повторяемости приложенной нагрузки N_r самолета В757-200

Тип самолета	pаі, МПа	Dei, м			knі [1 чертеж 11 приложение 10]	взл/сутки	nai
В757-200 Ту-204	1,17 1,372	0,58 0,49	1,0 0,84	1,0 1,17	1,0 0,5	8,2 15,1

 

Предельный относительный прогиб покрытия λ_и определяется по графику из [1, график «а» чертеж 8 приложение 10] для суглинка, с учетом давление воздуха в пневматиках колес расчетного типа самолета р_а = 1,17 МПа и приведенной повторяемости приложенной нагрузки N_r. самолета В757-200 (N_r = 16 взл/сутки):

 

λ_и = 6,4 • 10^-3.

 

Проверяем условия норм [1, формула 25]:

 

λ_d = 0,0062 < γ _c λ_и = 1,0 ^. 6,4 ^. 10^-3 = 0,0064 (на 3,2%),

 

где γ _c = 1,0 (принимаем из норм [1, п. 5.60] для участков покрытий группы А).

Следовательно, покрытие в критическом состоянии по показателю относительного прогиба удовлетворяет нормативным требованиям.

Примечание.В расчетах нежестких покрытийразница между числовыми значениями
λ_d и λ_и может допускаться в пределах 5 % (разница вычисляется относительно значения λ_и).

 

3.2.6 Расчет прочности асфальтобетонного слоя на растяжение при изгибе

 

Внимание! Данный проверочный расчет выполняется только для асфальтобетонных покрытий.

В соответствии с нормами [1, п. 5.64] при суммарной толщине слоев асфальтобетонного покрытия t_ab (t_ab = t₁ + t₂ = 0,05 + 0,06 = 0,11 м) рассчитаем одноколесную эквивалентную нагрузку от расчетного самолета, на который должен выполняться расчет прочности асфальтобетонных слоев.

Для этого проверяем условие:

 

(3.13)

 

Результат проверки показывает, что расчетное значение одноколесной эквивалентной нагрузки необходимо определить как:

 

F_е = F_d = 133,3 кН. (3.14)

 

Аналогично определяем F_e = 115,8 кН для самолета Ту-204.

Убеждаемся, что расчетным типом воздушного судна для данного покрытия при проверке прочности асфальтобетонных слоев на растяжение при изгибе будет самолет В757-200, поскольку он имеет наибольшую расчетную нагрузку F_e
(133,3 кН > 115,8 кН).

Для найденного значения F_е = 133,3 кН по формуле [1, формула 28] определяем:

 

(3.15)

 

Аналогично с определением Е_mt (3.8 стр. 17) вычисляем средний модуль упругости асфальтобетонных слоев:

 

(3.16)

 

Аналогично вычисляем средний модуль упругости слоев покрытия под асфальтобетоном (без учета грунтового основания):

 

(3.17)

 

Вычислив соотношение:

 

и (3.18)

 

по номограмме [1, чертеж 7 приложение 10] находим Ψ_k:

 

Ψ_k =0,5.

 

После этого определяем эквивалентный модуль упругости слоев покрытия под асфальтобетонном с грунтовым основанием включительно:

 

Е_е = Е_т Ψ_k = 2,93 • 10² • 0,5 = 1,47 • 10² МПа. (3.19)

 

Рассчитав отношения

 

и (3.20)

 

 

по номограмме [1, чертеж 9 приложение 10] находим удельное растягивающее напряжение при изгибе ῡ_r в нижнем слое асфальтобетона

 

ῡ_r = 1,74, которое отвечает значению р_а.

 

Наибольшее напряжение растяжения при изгибе в нижнем слое асфальтобетона:

 

σ_r= ῡ_r ^. р_a = 1,74 ^. 1,17 = 2,04 МПа. (3.21)

 

Выполнив необходимые вспомогательные вычисления (таблица 3.3), по формуле [1, формула 29] рассчитываем приведенную повторяемость приложенной нагрузки N_r., расчетной нагрузки, которая учитывается при проверке прочности асфальтобетонных слоев:

, (3.22)

 

где N_i - среднесуточное число взлетов i -го воздушного судна, принимаемое для последующего года проектного срока службы покрытия;

п_j = 2 - обозначает число воздушных судов, которые рассчитываются;

і – порядковый номер воздушного судна;

n_a - число осей в расчетной опоре, берется из таблицы 2.3 исходных данных;

k_ni – коэффициент приведенных нагрузок, определяемый по графикам
[1 чертеж 11, приложение 10].

 

Таблица 3.3 – Предварительные вычисления для определения приведенной повторяемости приложенной нагрузки N_r самолета В757-200

Тип самолета	pаі, МПа	Dеі, м			kni [1, чертеж 11 приложение 10]	взл/сутки	nаі
В757-200	1,17	0,38	1,0	1,0	1,0	8,2	2
Ту-204	1,372	0,33	0,87	1,17	0,7	15,1	2

 

В таблице 3.3 значения D_еі і D_ed должны отвечать значениям, которые определяются по методике вычисления значения