МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт гражданской авиации

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КОНСТРУКЦИЙ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ

(Окончательная редакция)

'Этап 2

Государственный Контракт № 048-17.003-03 ГА

Москва 2004 г.

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт гражданской авиации

СОГЛАСОВАНО

Начальник Управления производственной деятельности ФАВТ

Овчаренко С.М.

«    »_ 2004    г.

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КОНСТРУКЦИЙ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ

(Окончательная редакция)

Этап 2

Государственный Контракт № 048-17.003-03 ГА

Генеральный директор ФГУП ГПИ и НИИ ГА

«Аэронроскт»    В.Н.    Иванов

Москва 2004 г.

10

Расчет жестких и нежестких покрытий на скальном (практически несжимаемом) основании выполняется по схеме слоя конечной мощности. Несущая способность скального основания и грунтовой (или выравнивающей) прослойки характеризуется эквивалентным коэффициентом постели k_se или модулем упругости Е_е. Деформативные свойства грунтов прослойки характеризуются модулем упругости Е₀, а для нежестких покрытий -дополнительно углом внутреннего трения <р₀ и удельным сцеплением Со.

Расчетная схема жестких слоев усиления существующих жестких и нежестких аэродромных покрытий, несущая способность которых оценивается испытаниями штампом, представлена моделью бесконечной в плане плиты, лежащей на упругом основании, характеризующемся коэффициентом отпора С и жесткостью В_ш.

Нагрузка от воздушного судна передается на покрытие через опору и распределяется на одно или несколько колес. При расчете нежестких покрытий нагрузка на опору заменяется эквивалентной одноколесной нагрузкой F_e. Эквивалентной нагрузкой считается такая на^узка на одно колесо, которая создает в конструктивном слое покрытия те же расчетные напряжения , что и опора в целом. Для нежестких покрытий эквивалентную нагрузку определяют отдельно для асфальтобетонного слоя и подстилающего грунтовою основания.

Типовые схемы расчета аэродромных покрытий приведены в Приложении 2.

1.4 Проектирование аэродромного покрытия представляет собой единый процесс конструирования и расчета из условий обеспечения прочности, устойчивости и долговечности покрытия при воздействии климатических факторов и эксплуатационной нагрузки. При проектировании должно быть предусмотрено длительное сохранение ровности поверхности покрытия и его сцепных свойств с шинами самолетов.

Подстилающие грунты через аэродромную конструкцию воспринимают давление от самолетных нагрузок и собственного веса покрытия и подвергаются воздействию природных факторов, поэтому являются ответственным элементом конструкции.

Аэродромные покрытия и грунтовые основания должны проектироваться совместно, при необходимости, следует предусматривать конструктивные мероприятия по повышению сопротивления грунта внешним нагрузкам.

В настоящем Руководстве изложены вопросы, касающиеся проектирования аэродромных покрытий капитального типа. Вопросы проектирования грунтовых и

11

искусственных оснований, находящихся в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, изложены в Руководстве по проектированию оснований аэродромных покрытий [3].

Процесс конструирования включает: а) назначение типа покрытия; б) выбор материалов для устройства слоев покрытия и размещение их в конструкции в такой последовательности, чтобы наилучшим образом проявились их распределяющая и деформативная способности, прочностные и теплофизические свойства; в) установление требуемой толщины конструктивных слоев и площади сечения арматуры в железобетонных покрытиях.

При проектировании следует добиваться конструкции покрытия прочной и надежной в эксплуатации, экономичной, возможно менее матсриалоемкой, особенно по расходу дефицитных материалов и энергии.

Экономичный вариант аэродромной конструкции устанавливается путем сравнения приведенных капитальных затрат по каждому варианту с учетом их сроков службы и эксплуатационных расходов за один и тот же период сравнения, который равен максимальному сроку службы рассматриваемых вариантов.

Сравнение приведенных капитальных затрат различных вариантов аэродромных конструкций рекомендуется производить в соответствии с отраслевыми Методическими указаниями по определению экономической эффективности использования в гражданской авиации новой техники, изобретений и рационализаторских предложений [4].

В экономических расчетах рекомендуется принимать проектный срок службы жестких покрытий 20 лет, нежестких капитального типа - 10 лет.

При проектировании и разработке типовых решений аэродромных покрытий следует учитывать также положительный опыт службы различных видов конструкций, применяемых в разных регионах страны.

При разработке конструктивных решений необходимо добиваться максимальной механизации и индустриализации строительных процессов, устранять многократность проходов укладочных машин и механизмов, стремиться к снижению трудоемкости и затрат ручного труда.

1.5 По степени воздействия нагрузок покрытия аэродромов подразделяют на группы участков в зависимости от применяемых планировочных решений в соответствии со схемами, приведенными на рисунке 1.1.

При расчете прочности аэродромных покрытий ВПП с неравномерной ветровой загрузкой направлений взлетов и посадок самолетов коэффициенты

12

условий работы для труни участков А и Б следует умножать на поправочные коэффициенты: 0,9 - для участков на конце ВПП с ветровой загрузкой от 70 до 90% и 1,1 - для участков, расположенных на противоположном конце ВПП.

1.6 Прочность аэродромных покрытий надлежит представлять классификационными числами искусственных покрытий (PCN) согласно классификации, установленной Международной организацией гражданской авиации ИКАО.

Расчет классификационного числа искусственного покрытия выполняется по методикам оценки соответствия нормам годности к эксплуатации в СНГ гражданских аэродромов МОС НГЭА [5].

Группы участков:

А — магистральные РД; магистральные пути руления на МС и перронах; концевые участки ИВПП; средняя по ширине часть ИВПП, по которой осуществляется систематическое руление воздушных судов;

Б — участки ИВПП, запроектированной по схеме 1, примыкающие к концевым ее участкам; краевые по ширине участки в    средней части    ИВПП,

запроектированной по схеме 2; вспомогательные и соединительные РД,    МС, перроны,    кроме

магистральных путей руления, и другие аналогичные площадки для стоянки воздушных судов;

В — средняя часть ИВПП (B_em,/2), запроектированной по схеме 1; Г— краевые по ширине участки в средней части ИВПП (В_впп/4), запроектированной по схеме 1 за исключением примыкающих к соединительным РД; укрепляемые участки,    примыкающие к    торцам

ИВПП, укрепленные обочины и концевые полосы торможения (КПТ).

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Руководство по проектированию конструкций аэродромных покрытий разработано ФГУП ГНИ и НИИ ГА «Лэропроекг».

Настоящее Руководство разработано взамен Пособия по проектированию гражданских аэродромов (к СНиП 2.05.08-85) Часть IV «Аэродромные покрытия».

Руководство содержит вспомогательные данные в виде методик, номограмм и таблиц для проектирования аэродромных покрытий в соответствии с главой СНиП 32-03-96 «Аэродромы» (МСН) и ФАП «Технологическое проектирование и строительство аэродромов гражданской авиации». В Руководстве особое внимание уделено расчету и конструированию многослойных аэродромных покрытий с различным сочетанием конструктивных слоев. Впервые включены разделы, касающиеся расчета усиления существующих жестких и нежестких покрытий с учетом данных испытаний, расчета жестких и нежестких покрытий на скальном основании. В руководстве приведены методики по расчету расстояний между швами расширения (опыт гражданской авиации и опыт ВВС МО РФ); искусственных оснований под типовые сборные плиты типа ПАГ-14,18,20 для тяжелых самолетов (опыт ВВС). Впервые в Руководство включена методика расчета асфальтобетонного слоя на аэродинамическую устойчивость от воздействия газовоздушных струй реактивных двигателей ВС. Заново написан раздел, касающийся конструктивных способов повышения трещиностойкости асфальтобетонных слоев усиления. В приложениях приведены справочные материалы о самолетных нагрузках, расчетных характеристиках строительных материалов, расчетные схемы покрытий, таблицы контактных давлений, изгибающих моментов, типовые конструкции.

При разработке Руководства использованы материалы: к.т.н. В.Г1. Апестиной (разделы:1-3, 6-7, 12, 14); д.т.н. Л.П. Виноградова, к.т.н. Е. Г. Рогальской к.т.н. В.И. (раздел 13); с.н.с. Ю.И. Волкова (раздел 4,5); к.т.н. Л.И. Комчихиной (п.п. 10.1-10.6); к.т.н. д.т.н. 0.11. Тоцкого (раздел 9); 26 ЦНИИ МО РФ (раздел 8, н.п. 10.7-10.10), к.т.н. В.А. Сабуренковой (приложения: 2,5,6,8).

Редакторы: в.н.с., к.т.н. В.П. Апестина и к.т.н. В.А. Сабуренкова.

Руководство предназначено для специалистов но проектированию аэродромов, работников аэродромных служб на предприятиях ГА а также студентов, обучающихся в вузах по специальности «Строительство и эксплуатация аэродромов»

3

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Основные буквенные обозначения..................................... 5

1    Общие положения.......................................................... 9

2    Исходные данные для проектирования................................ 14

3    Требования к материалам, конструирование аэродромных

покрытий..................................................................... 18

4    Деформационные швы и стыковые соединения..................... 29

5    Повышение трещиностойкости асфальтобетонного    слоя

усиления существующих покрытий.................................... 42

6    Область применения аэродромных покрытий........................ 52

7    Расчет аэродромных покрытий на скальном основании...........    58

8    Рекомендации по проектированию сборных аэродромных

покрытий из плит 11ЛГ-14, ПАГ-18 и ПАГ-20 ТМ под тяжелые нагрузки (практика 26 ЦНИИ МО РФ)................................ ^

9    Проектирование жестких слоев усиления при реконструкции

покрытий аэродромов..................................................... 78

10    Расчет расстояний между швами расширения в монолитных

жестких покрытиях......................................................... 87

11    Рекомендации по проектированию покрытий на МС

и перронах .................................................................. ^

12    Расчет асфальтобетонного слоя усиления существующих

покрытий с использованием данных испытаний штампом........    103

13    Методика расчета асфальтобетонного слоя на

аэродинамическую устойчивость....................................... 113

14    Расчет приведенной повторности приложения нагрузки..........    121

15    Конструирование железобетонных покрытий...................... 124

Литература................................................................... 126

Приложение! Действующие нормативные документы................ 127

Приложение 2 Ч иповые схемы расчета аэродромных покрытий ....    130

Приложение 3 Расчетные характеристики грунгов    и оснований из    133

материалов, не обработанных вяжущими...............

Приложение 4	Характеристики материалов аэродромных покрытий и искусственных оснований.................	142
Приложение 5	Характеристики воздушных судов, используемые в расчетах конструкций аэродромных покрытий......	161
Приложение 6	Максимальные контактные давления и центральные изгибающие моменты в жестких покрытиях....................................................	176
Приложение 7	Армирование плит железобетонных покрытий........	188
Приложение 8	Типовые конструкции аэродромных покрытий......	195
Приложение 9	Таблица соотношений между некоторыми единицами физических величин.........................	211

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

В руководстве используются следующие буквенные обозначения Характеристики нагрузок и усилия от их воздействия в расчетных сечениях покрытий

F	-	максимальная взлетная масса воздушного судна;
**		доля взлетной массы, приходящаяся на основные опоры;
Fn		нормативная нагрузка или нагрузка на основную опору расчетного воздушного судна;
Пк	-	число колес на основной опоре;
Fd	-	расчетная нагрузка на колесо основной опоры;
Fe	"	условная одноколесная нагрузка, эквивалентная воздействию основной опоры воздушного судна;
Ра	-	давление воздуха в пневматических шинах колес основных опор;
Па	-	число осей на основной опоре воздушного судна;
а	-	минимальное расстояние между ближайшими колесами основной опоры в свегу;
a»» ad	"	расстояния между осями ближних колес и основной опоре и максимально удаленных от расчетного колеса соответственно;
Re	-	радиус круга, равновеликого площади отпечатка пневматика колеса;
De	“	диаметр круга равновеликого площади отпечатка пневматика колеса для эквивалентной одноколесной нагрузки;
Nt	“	число взлетов воздушного судна за проектный срок службы покрытия;
Uei	'	эквивалентное число приложений нагрузки i-ro воздушного судна, приведенное к расчетному воздушному судну;
v<	“	суммарное число приложений расчетной нагрузки за проектный срок службы для жестких покрытий;
	"	максимальная суточная приведенная повторяемость расчетной нагрузки в последний год срока службы нежестких покрытий;
mi	“	изгибающий момент от действия колеса, центр отпечатка которого совпадает с расчетным сечением;
mx(y)i	"	изгибающий момент, создаваемый действием i-ro колеса, расположенного за пределами расчетного сечения плиты;
Pic,max	*	максимальный изгибающий момент or нагрузки при центральном загружении плиты;
md	-	расчетный изгибающий момент;
та,SUp	■	расчетный момент в верхнем слое двухслойного покрытия;
fPd.inf	-	расчетный момент в нижнем слое двухслойного покрытия;

6

W_f - прогиб в центре плиты;

X_d    - расчетный относительный прогиб нежесткой аэродромной

конструкции;

Х_и    -    предельный относительный прогиб нежесткой конструкции;

о_г    -    наибольшее растягивающее напряжение при изгибе в асфальто

бетонном слое от единичной и расчетной нагрузки соответственно;

D_r    - условный диаметр круга передачи нагрузки от покрытия на

основание;

Р_к    -    наибольшее контактное давление на основание под покрытием;

Р_и    -    предельно допустимое давление на грунт;

]?    -    горизонтальное    отрывающее    усилие    при    расчете    на

аэродинамическую устойчивость;

F_b    -    прижимающее    усилие при    расчете    асфальтобетона    на

аэродинамическую устойчивость;

<у_у    -    результирующая отрывающая сила на единицу поверхности при

расчете на аэродинамическую устойчивость;

<s_tft - удельное давление от собственной массы покрытия.

Расчетные коэ<Ь<Ьиииенты

у₍    -    разгрузки;

k_d    -    динамичности;

k_N    -    учитывающий увеличение изгибающего момента в покрытии

вследствие неравномерного накопления остаточных деформаций в грунтовом основании и искусственном иеупрочненном основании;

к_И    -    учитывающий число приложений колесных нагрузок воздушных

судов на жесткие покрытия;

к    -    учитывающий увеличение изгибающих моментов в краевых зонах

плит;

к'    -    то же, для двухслойных покрытий с совмещенными швами;

к,    -    учитывающий концентрацию напряжений в верхнем слое

двухслойного покрытия над швами (и трещинами) нижнего слоя для покрытий с несовмещенными швами и конструкций усиления;

к_>(у)    -    учитывающий перераспределение внутренних усилий в

ортотропных плитах в зависимости от отношения жесткостей в продольном и поперечном сечениях;

у_с    -    условий работы в зависимости от типа покрытия;

к_го    -    поправочный множитель к коэффициенту условий работы,

определяемый в зависимости от толщины верхнего слоя двухслойного покрытия или слоя усиления;

9

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I.I Руководство разработано в развитие и дополнение СНиП 32-03-96 «Аэродромы» [I] и ФАП «Технологическое проектирование и строительство аэродромов ГА» [2] и содержит указания по проектированию покрытий аэродромов гражданской авиации. Руководством следует пользоваться при проектировании покрытий на вновь строящихся и реконструируемых аэродромах, при разработке альбомов типовых конструкций, а также при составлении программ и алгоритмов их расчета на ЭВМ.

12 Проектирование аэродромных покрытий должно выполняться, как правило, исходя из условий воздействия нормативных нагрузок, которые являются статистически обобщенными показателями для аэродромов различных классов с учетом перспективы развития воздушных судов гражданской авиации. Проектирование аэродромных покрытий иа конкретное воздушное судно допускается как исключение, при условии соответствующего технико-экономического обоснования. В последнем случае необходимо учитывать возможную модификацию расчетного воздушного судна (в частности, увеличение максимальной взлетной массы и давления в нневматиках) на перспективу не менее 10 лет.

При проектировании международных аэродромов прочность покрытий следует проверять на воздействие зарубежного тина воздушного судна, являющегося аналогом расчетному типу, принятому в проекте.

Аналоги отечественных и зарубежных типов воздушных судов, а также характеристики некоторых типов отечественных и зарубежных судов приведены в таблицах П 5.1 и Г15.2 .

1.3 По характеру сопротивления действию нагрузок от воздушных судов аэродромные покрытия разделяются на два типа: жесткие и нежесткие.

Расчетная схема жестких конструкций представлена моделью однослойной или двухслойной бесконечной в плане плиты, лежащей на упругом основании Винклера (с одним коэффициентом постели k_s).

Расчетная схема нежестких аэродромных конструкций представлена моделью слоистого упругого полупространства. Несущая способность грунтового основания выражается модулем упругости Е.