论文部分内容阅读
摘要：现行机场道面设计寿命一般为20年，而FAA这项研究的目的是把道面设计寿命提升到40年，此举将会使跑道具有更长的服役周期，为机场节省大量的寿命周期成本，同时避免因重建和日常维护所产生的昂贵费用。由于本项目仍在进行中，很多研究成果没有公布，因此，本文就追踪到的信息对FAA40年寿命道面计划进行具体介绍。
关键词：机场道面；寿命；无损检测；水泥混凝土
统计表明，目前美国有29个大型枢纽机场，这些大型枢纽机场在2008年共计接待了68%的乘客，其花费占NPIAS总费用中的33.8%，且很多按现行标准建造的跑道已超过20年寿命，将要面临重建或改造。为了降低机场寿命周期成本，同时避免因为重建和经常维修所产生的昂贵费用，延长跑道服役周期是最为直接而有效的途径。因此，2011年，联邦航空局FAA下属机场管理组织ARP提出将枢纽机场跑道设计寿命从20年增加到40年。此建议的提出具有巨大的现实意义和经济效益，但也面临许多挑战：需要建立可以适用于40年道面使用寿命设计理论；需要研发新型材料，以适应40年寿命所需要的强度及耐久性等等。
1道面寿命分类和道面状况的表征
1.1 道面寿命分类
路面寿命分为以下几种：设计寿命、结构寿命、功能寿命、服役寿命、运营寿命、经济寿命 、“有益”寿命，但是机场经营者和设计工程师所看重的寿命是迥然不同的。下面重点介绍结构寿命和功能寿命。
（1）结构寿命。结构寿命，仅指道面结构可以承载未来荷载的能力，影响结构寿命的主要破坏形式有疲劳破坏和剪切破坏，在FAA的NAPTF测试大多只注重于结构寿命。
（2）功能寿命。功能寿命，主要考虑非结构性病害，如摩擦系数降低，表面车辙，畸变等会对机场运营安全造成影响的因素。
1.2 道面状况的表征
（1）道面状况指数（PCI）。根据ASTM标准，PCI主要来源于观测数据，原理是将结构病害和功能病害都放在一个指标中，不考虑其他可能引起重建的因素，ASTMD5340-10定义了影响PCI相关损伤的构成。结构状态指数SCI主要指通过定义一个与荷载相关的损伤筛选设置，从PCI中提取出机构性破坏的部分。到目前为止，柔性路面还没有公认的SCI指数标准，FAA规定当路面的SCI指数降低为80时，表示刚性路面已经破坏，如图1所示。
（2）损伤等级DL。FAA在厚度设计中会考虑非结构性损伤，主要体现为：1）经验：只要满足结构设计的标准，就可以是路面寿命达到20年；2）数据：FAA运行寿命研究证实了20年的PCI性能表现。但是如果要将路面寿命延长到40年，这两类信息是不够的。还需要发展有关自然路面寿命的理论，定义一个新的衡量标准DL（损伤等级）。这样才能体现具有多种路面病害的情况，DL明确了影响使用寿命的两个部分，结构病害和非结构病害（摩擦系数，粗糙程度等），可以为机场运营提供道面使用寿命参考依据。
（3）日常维护对路面寿命的影响。使用路面过程中，除了飞机会对路面寿命造成影响，日常维护也会对路面寿命造成影响。40年寿命周期路面的主要维护活动：1）表面研磨和修复路面纹理；2）面层恢复摩擦力的处理（磨，封层等）；3）恢复凹槽；4）进行路面保护；5）单独道面板的更换和传力杆的更换；6）重新接缝的密封处理。
2建立新的性能模型
建立新的性能模型主要包括以下几个步骤：1）跑道数据，收集大中型枢纽机场跑道数据；2）建立数据库；3）了解什么样的情况下，才应该对机场路面进行结构性或非结构性的干预；4）扩展FAA PAVEAIR性能预测模型，使其可以有一套非结构性性能指标。
自2012年开始，收集了许多中型和大型枢纽机场道面数据，数据包括道面的施工数据和性能数据。目标是建立实现40年使用寿命路面的标准，从而使AIP投资建设的项目不再是现在只有20年寿命的跑道，而且要求新的标准在柔性路面和刚性路面都适用。为了全面了解各方面数据，选择部分机场对其进行全方位的数据收集，对于1到2年周期的跑道数据收集工作已经完成。现在致力于完善数据库。
2.1 40年道面寿命的数据收集
所有机场的资料数据：1）设计和建造数据（包括成本）；2）维护活动和花费；3）道面性能资料（PCI，摩擦系数，粗糙度，沟槽狀况等）；4）交通历史（机型，起降架次，重量）。 现场调查资料：1）PCI；2）HWD所测数据；3）取样（沥青和混凝土），样本测试将会在NAPTF实验室进行；4）粗糙度测试和FAA手提式分析仪测试产生数据；5）沟槽（纵向纹理）数据；6）使用FAA激光成像产生的数据。
2.2 40年道面寿命的数据处理
数据收集完成后，使用FAA PAVEAIR处理数据。收集的数据分为两类：1）在PAVEAIR可读取的数据（例如PCI，某些修复活动）；2）现在版本的PAVEAIR无法处理的数据。
2.3 对FAA PAVEAIR功能的扩展
FAA PAVEAIR需要扩展的功能：1可以处理HWD数据，未经处理剖面数据，沟槽几何形式；2）计算粗糙度指标和沟槽特性；3）交通数据；4）气候数据；5）结构层和材料属性。
3路面材料的研究
为了实现40年使用寿命的路面计划，需要耐久性强的材料和强制性标准，研究内容如下：1）混凝土强度和道面板厚度的设计；2）实验室标准的沥青混合料在实际工程中实现；3）新型材料的耐久能力。
4结论
通过对FAA40年寿命路面项目的追踪，介绍了FAA在对机场道面设计寿命提高时所采用的先进设计理念，为国内机场道面设计提供一些借鉴和参考。
参考文献：
[1] 美国联邦航空局丹佛国际机场项目数据库[DB/OL]. http：//www.airporttech.tc.faa.gov/Databases/Denver-Instrumentation
[2] 中华人民共和国行业标准，MHT5004-2010民用机场水泥混凝土道面设计规范， [S]中国民航建设机场集团，2010.
[3] 美国民航咨询通告《机场设计标准》（AC150/5300—13A），FAA，2012.
基金项目： 中国民航大学研究生科技创新基金项目（Y17-16）；
关键词：机场道面；寿命；无损检测；水泥混凝土
统计表明，目前美国有29个大型枢纽机场，这些大型枢纽机场在2008年共计接待了68%的乘客，其花费占NPIAS总费用中的33.8%，且很多按现行标准建造的跑道已超过20年寿命，将要面临重建或改造。为了降低机场寿命周期成本，同时避免因为重建和经常维修所产生的昂贵费用，延长跑道服役周期是最为直接而有效的途径。因此，2011年，联邦航空局FAA下属机场管理组织ARP提出将枢纽机场跑道设计寿命从20年增加到40年。此建议的提出具有巨大的现实意义和经济效益，但也面临许多挑战：需要建立可以适用于40年道面使用寿命设计理论；需要研发新型材料，以适应40年寿命所需要的强度及耐久性等等。
1道面寿命分类和道面状况的表征
1.1 道面寿命分类
路面寿命分为以下几种：设计寿命、结构寿命、功能寿命、服役寿命、运营寿命、经济寿命 、“有益”寿命，但是机场经营者和设计工程师所看重的寿命是迥然不同的。下面重点介绍结构寿命和功能寿命。
（1）结构寿命。结构寿命，仅指道面结构可以承载未来荷载的能力，影响结构寿命的主要破坏形式有疲劳破坏和剪切破坏，在FAA的NAPTF测试大多只注重于结构寿命。
（2）功能寿命。功能寿命，主要考虑非结构性病害，如摩擦系数降低，表面车辙，畸变等会对机场运营安全造成影响的因素。
1.2 道面状况的表征
（1）道面状况指数（PCI）。根据ASTM标准，PCI主要来源于观测数据，原理是将结构病害和功能病害都放在一个指标中，不考虑其他可能引起重建的因素，ASTMD5340-10定义了影响PCI相关损伤的构成。结构状态指数SCI主要指通过定义一个与荷载相关的损伤筛选设置，从PCI中提取出机构性破坏的部分。到目前为止，柔性路面还没有公认的SCI指数标准，FAA规定当路面的SCI指数降低为80时，表示刚性路面已经破坏，如图1所示。
（2）损伤等级DL。FAA在厚度设计中会考虑非结构性损伤，主要体现为：1）经验：只要满足结构设计的标准，就可以是路面寿命达到20年；2）数据：FAA运行寿命研究证实了20年的PCI性能表现。但是如果要将路面寿命延长到40年，这两类信息是不够的。还需要发展有关自然路面寿命的理论，定义一个新的衡量标准DL（损伤等级）。这样才能体现具有多种路面病害的情况，DL明确了影响使用寿命的两个部分，结构病害和非结构病害（摩擦系数，粗糙程度等），可以为机场运营提供道面使用寿命参考依据。
（3）日常维护对路面寿命的影响。使用路面过程中，除了飞机会对路面寿命造成影响，日常维护也会对路面寿命造成影响。40年寿命周期路面的主要维护活动：1）表面研磨和修复路面纹理；2）面层恢复摩擦力的处理（磨，封层等）；3）恢复凹槽；4）进行路面保护；5）单独道面板的更换和传力杆的更换；6）重新接缝的密封处理。
2建立新的性能模型
建立新的性能模型主要包括以下几个步骤：1）跑道数据，收集大中型枢纽机场跑道数据；2）建立数据库；3）了解什么样的情况下，才应该对机场路面进行结构性或非结构性的干预；4）扩展FAA PAVEAIR性能预测模型，使其可以有一套非结构性性能指标。
自2012年开始，收集了许多中型和大型枢纽机场道面数据，数据包括道面的施工数据和性能数据。目标是建立实现40年使用寿命路面的标准，从而使AIP投资建设的项目不再是现在只有20年寿命的跑道，而且要求新的标准在柔性路面和刚性路面都适用。为了全面了解各方面数据，选择部分机场对其进行全方位的数据收集，对于1到2年周期的跑道数据收集工作已经完成。现在致力于完善数据库。
2.1 40年道面寿命的数据收集
所有机场的资料数据：1）设计和建造数据（包括成本）；2）维护活动和花费；3）道面性能资料（PCI，摩擦系数，粗糙度，沟槽狀况等）；4）交通历史（机型，起降架次，重量）。 现场调查资料：1）PCI；2）HWD所测数据；3）取样（沥青和混凝土），样本测试将会在NAPTF实验室进行；4）粗糙度测试和FAA手提式分析仪测试产生数据；5）沟槽（纵向纹理）数据；6）使用FAA激光成像产生的数据。
2.2 40年道面寿命的数据处理
数据收集完成后，使用FAA PAVEAIR处理数据。收集的数据分为两类：1）在PAVEAIR可读取的数据（例如PCI，某些修复活动）；2）现在版本的PAVEAIR无法处理的数据。
2.3 对FAA PAVEAIR功能的扩展
FAA PAVEAIR需要扩展的功能：1可以处理HWD数据，未经处理剖面数据，沟槽几何形式；2）计算粗糙度指标和沟槽特性；3）交通数据；4）气候数据；5）结构层和材料属性。
3路面材料的研究
为了实现40年使用寿命的路面计划，需要耐久性强的材料和强制性标准，研究内容如下：1）混凝土强度和道面板厚度的设计；2）实验室标准的沥青混合料在实际工程中实现；3）新型材料的耐久能力。
4结论
通过对FAA40年寿命路面项目的追踪，介绍了FAA在对机场道面设计寿命提高时所采用的先进设计理念，为国内机场道面设计提供一些借鉴和参考。
参考文献：
[1] 美国联邦航空局丹佛国际机场项目数据库[DB/OL]. http：//www.airporttech.tc.faa.gov/Databases/Denver-Instrumentation
[2] 中华人民共和国行业标准，MHT5004-2010民用机场水泥混凝土道面设计规范， [S]中国民航建设机场集团，2010.
[3] 美国民航咨询通告《机场设计标准》（AC150/5300—13A），FAA，2012.
基金项目： 中国民航大学研究生科技创新基金项目（Y17-16）；