機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)課程作業(yè)

一、問(wèn)答題：

1、簡(jiǎn)述航空運(yùn)輸系統(tǒng)的組成。

航空運(yùn)輸系統(tǒng)包括：飛機(jī)系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)（空中港）系統(tǒng)、空中交通管理系統(tǒng)和飛行航線四個(gè)部分。這四

個(gè)部分有機(jī)結(jié)合，分工協(xié)作，共同完成航空運(yùn)輸?shù)母黜?xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)。

飛機(jī)是航空運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)載工具。按運(yùn)輸類型的不同，民用飛機(jī)可分為航線飛機(jī)（運(yùn)送旅客和貨物的

各種運(yùn)輸機(jī)，分客機(jī)和貨機(jī)及客機(jī)改裝成的客貨混裝的運(yùn)輸機(jī)）和通用航空飛機(jī)（用于除了進(jìn)行運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)

的所有非軍事用途的航空活動(dòng)，比如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)飛行、搶險(xiǎn)救災(zāi)、教學(xué)訓(xùn)練等服務(wù)）。

機(jī)場(chǎng)（空中港）是提供飛機(jī)起飛、著陸、停駐、維護(hù)、補(bǔ)充給養(yǎng)及組織飛行保障活動(dòng)的場(chǎng)所，也是旅

客和貨物的起點(diǎn)、終點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)。機(jī)場(chǎng)由飛行區(qū)、旅客航站區(qū)等組成。

空中交通管理系統(tǒng)是為了保證航空器飛行安全及提高空域和機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的利用效率而設(shè)置的各種助航

設(shè)備和空中交通管制機(jī)構(gòu)及規(guī)則?？罩薪煌ü苤茩C(jī)構(gòu)通常按區(qū)域、進(jìn)近、塔臺(tái)設(shè)置?？罩薪煌ü苤茩C(jī)構(gòu)及

規(guī)則包括飛行層的配備，垂直間隔和水平間隔的控制等。管制方式分程序管制和雷達(dá)管制。

2、簡(jiǎn)述機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的組成。

機(jī)場(chǎng)，亦稱飛機(jī)場(chǎng)、空港，較正式的名稱是航空站。它是航空運(yùn)輸系統(tǒng)中運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)（航線交匯

點(diǎn)），是地面交通轉(zhuǎn)向空中交通（反之亦然）的接口，是航空運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)環(huán)境影響的接觸點(diǎn)（空氣、噪聲、

生態(tài)、水污染、土地等）。

機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的主要組成部分有飛行區(qū)和旅客航站區(qū)，其他的一些設(shè)施還包括貨運(yùn)區(qū)、機(jī)務(wù)維修設(shè)施、供

油設(shè)施、空中交通管制設(shè)施、安全保衛(wèi)設(shè)施、救援和消防設(shè)施、行政辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)輔助設(shè)施、后

勤保障設(shè)施、地面交通設(shè)施。

1.飛行區(qū)

分空中部分和地面部分?？罩胁糠种笝C(jī)場(chǎng)的空域：包括進(jìn)場(chǎng)和離場(chǎng)的航路；地面部分包括跑道，滑行

道，停機(jī)坪和登機(jī)門(mén)，各種保障飛行安全的設(shè)施、無(wú)線電同行導(dǎo)航系統(tǒng)和目視助航系統(tǒng)，以及一些為維修

和空中交通管制服務(wù)的設(shè)施和廠地，如機(jī)庫(kù)，塔臺(tái)，救援中心等。

2.旅客航站區(qū)

旅客航站去是旅客、貨物、郵件運(yùn)輸服務(wù)設(shè)施所在的區(qū)域。包括航站樓（聯(lián)接地面交通、辦理各種手

續(xù)、聯(lián)接飛行的設(shè)施、營(yíng)運(yùn)以及管理的場(chǎng)所），區(qū)內(nèi)設(shè)施還包括客機(jī)坪、候機(jī)樓、停車場(chǎng)等。還配備有旅館、

銀行、公交車站、進(jìn)出港道路系統(tǒng)。

3、機(jī)場(chǎng)跑道設(shè)計(jì)與城市、公路道路設(shè)計(jì)的異同。

差別：

跑道為滿足飛機(jī)的順利起降，基本都采用長(zhǎng)距離的直線線路設(shè)計(jì)，而城市公路道路考慮到行車人員的

駕駛體驗(yàn)與疲勞狀況，多為曲線設(shè)計(jì)，盡量避免長(zhǎng)距離直線道路的設(shè)計(jì)；

跑道方位在設(shè)計(jì)的時(shí)候主要受風(fēng)力負(fù)荷的影響；

跑道構(gòu)型：有5種主要跑道構(gòu)型（單條跑道、兩條平行跑道、兩條不平行或者交叉跑道、多條平行跑

道以及多條平行及不平行或交叉跑道），跑道構(gòu)型的設(shè)計(jì)取決于：交通需求量。運(yùn)輸不很繁忙，且常年風(fēng)向

相對(duì)集中的機(jī)場(chǎng)，只需單條跑道，運(yùn)輸非常繁忙的機(jī)場(chǎng)，則需要兩條或多條跑道。

跑道道面應(yīng)有合適的粗糙度（抗滑性）和良好的平整度。跑道道面只有同時(shí)滿足強(qiáng)度、粗糙度和平整度三

方面技術(shù)指標(biāo)的要求，才能保障現(xiàn)代飛機(jī)的起飛、降落時(shí)的安全、舒適，才能延長(zhǎng)飛機(jī)和道面的使用壽命。

共性：

都受到周圍地形、工程發(fā)展規(guī)劃、可用面積大小以及周邊相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施狀況的影響。

存在高速公路機(jī)場(chǎng)建設(shè)的情況，將跑道與高速公路緊密聯(lián)系在一起。以高速公路為基礎(chǔ)，借用平直、寬

闊的高速公路作為飛機(jī)起降跑道的“準(zhǔn)機(jī)場(chǎng)”。，使地面公路交通的功能實(shí)現(xiàn)了立體化。高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與

飛機(jī)跑道的技術(shù)要求接近,高速公路建設(shè)無(wú)需做大的、質(zhì)的改動(dòng)。高速公路飛機(jī)跑道只需在寬度、縱橫坡度、

路基高度、路面厚度（強(qiáng)度）等方面滿足飛機(jī)起降的要求即可。

4、跑道方位最主要受哪些條件影響？最佳方位如何確定？

跑道方位主要受①風(fēng)力負(fù)荷（保證跑道使用率的重要因素）②凈空條件（保證飛機(jī)安全和跑道正常使

用的主要因素）的因素影響，同時(shí)還受到周圍地形、機(jī)場(chǎng)發(fā)展規(guī)劃、可用面積大小以及相鄰機(jī)場(chǎng)狀況的影

響。

跑道布置原則：①在飛機(jī)著陸、滑行和起飛的過(guò)程中受到的干擾和延誤最小；②從航站區(qū)（門(mén)位）到

跑道端部的滑行距離最??；③提供充分適當(dāng)?shù)某隹诨械?，使得著陸飛機(jī)占用跑道的時(shí)間最少，并沿盡可

能短的路線到達(dá)門(mén)位；④保證著陸飛機(jī)不與起飛飛機(jī)相互干擾；⑤繁忙機(jī)場(chǎng)，應(yīng)設(shè)置單向平行滑行道；⑥

滑行道路線盡可能避免穿過(guò)跑道

最佳方位確定方法：風(fēng)向分析

風(fēng)力負(fù)荷的要求：機(jī)場(chǎng)跑道應(yīng)保證風(fēng)力負(fù)荷不小于95%

具體方法：

①向機(jī)場(chǎng)或附近所在地（新建機(jī)場(chǎng)）氣象站收集不少于5年的風(fēng)向和風(fēng)速資料（每天8次等時(shí)間間隔

觀測(cè)的16個(gè)方向的風(fēng)速記錄）；同時(shí)對(duì)云層高不高于152m和能見(jiàn)度小于等于1.61km的壞天氣予以注明；

②將收集到的數(shù)據(jù)按不同方位和風(fēng)速編成統(tǒng)計(jì)表，分為全部天氣和壞天氣兩張，統(tǒng)計(jì)各不同方向和速

度的風(fēng)出現(xiàn)的頻率；

③根據(jù)統(tǒng)計(jì)表，繪制風(fēng)力負(fù)荷計(jì)算圖或者風(fēng)徽?qǐng)D；

④找出風(fēng)力負(fù)荷最大的方向，即跑道的方向；

5、跑道長(zhǎng)度有哪些影響因素？對(duì)跑道長(zhǎng)度起什么影響？

影響跑道長(zhǎng)度的因素大致可以從飛機(jī)、機(jī)場(chǎng)、大氣這三個(gè)方面來(lái)討論：

（一）飛機(jī)

①機(jī)型：發(fā)動(dòng)機(jī)推力（油門(mén)）飛機(jī)襟翼偏度

②飛機(jī)起飛質(zhì)量

③起飛爬升面上有障礙物：障礙物限制重

（二）機(jī)場(chǎng)

①停止道及凈空道

②跑道特性（1）跑道縱坡（2）跑道表面特性

③飛行區(qū)等級(jí)

飛行區(qū)等級(jí)用兩個(gè)部分組成的編碼來(lái)表示，第一部分是數(shù)字，表示飛機(jī)性能所相應(yīng)的跑道性能和障礙

物的限制。第二部分是字母，表示飛機(jī)的尺寸所要求的跑道和滑行道的寬度。對(duì)于跑道來(lái)說(shuō)飛行區(qū)等級(jí)的

第一個(gè)數(shù)字表示所需要的飛行場(chǎng)地長(zhǎng)度，第二位的字母表示相應(yīng)飛機(jī)的最大翼展和最大輪距寬度。

（三）大氣

①風(fēng)

順風(fēng)起降，跑道長(zhǎng)度增加，風(fēng)速每增加9.26Km/h,長(zhǎng)度增加7%；逆風(fēng)起降，跑道長(zhǎng)度減少，風(fēng)速每

增加9.26Km/h,長(zhǎng)度減小3%；

②氣溫

在氣溫較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨溫度增加可保持基本不變；當(dāng)氣溫增加到一定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨

氣溫的增加而減小。在氣溫較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨氣溫增加而減小的比例很大。氣溫每升高:TC,長(zhǎng)度需

增加l%o

跑道長(zhǎng)度計(jì)算氣溫：高溫使航班延誤起飛及減載起飛所造成的總損失等于跑道長(zhǎng)度減短獲得的總受益。

我國(guó)跑道長(zhǎng)度計(jì)算氣溫：每年最熱月的每天最高氣溫的平均值，近期多年均值。

③氣壓

空氣壓力下降，所需跑道長(zhǎng)度增大。跑道長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)，必需采用當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)的實(shí)測(cè)氣壓，即相當(dāng)于計(jì)

算氣溫的實(shí)測(cè)氣壓。

6、敘述機(jī)場(chǎng)障礙物限制面的作用和組成。

為了飛機(jī)的安全起降和機(jī)場(chǎng)的正常使用，根據(jù)機(jī)場(chǎng)使用的飛機(jī)特性和助航設(shè)備的性能，對(duì)機(jī)場(chǎng)及其附

近一定范圍規(guī)定了幾種稱為凈空障礙物限制面的平面、斜面用以限制機(jī)場(chǎng)周圍及其附近的建構(gòu)筑物，對(duì)超

過(guò)障礙物限制面的物體應(yīng)進(jìn)行處理，有些機(jī)場(chǎng)由于客觀條件不易改變，某些物體如大山等突破了凈空障礙

物限制面控制要求，規(guī)劃應(yīng)如實(shí)反映出突破的情況，以使在飛行程序編制時(shí)采取相應(yīng)措施，確保飛行安全。

障礙物限制面由八個(gè)假想的無(wú)障礙限制面組成，分別是：錐形面、內(nèi)水平面、內(nèi)進(jìn)近面、進(jìn)近面、過(guò)

渡面、內(nèi)過(guò)渡面、復(fù)飛面和起飛爬升面。

規(guī)定和公布機(jī)場(chǎng)障礙物限制面，限制機(jī)場(chǎng)及其周圍地區(qū)物體的高度，對(duì)保證飛機(jī)起飛降落的安全，有

效利用機(jī)場(chǎng)，提高總體效益具有重要意義。原則上，盡量不對(duì)障礙物進(jìn)行削減，能通過(guò)設(shè)計(jì)起飛一發(fā)失效

應(yīng)急程序避開(kāi)障礙物的，最好不進(jìn)行處理，確實(shí)不能避開(kāi)的，要通過(guò)仔細(xì)的性能分析后確定是否需要削減。

7、簡(jiǎn)述飛行區(qū)容量的影響因素及增容辦法。

機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)施在一定時(shí)段內(nèi)（通常lh,或1年或1天）通過(guò)不同運(yùn)輸對(duì)象（飛機(jī)、旅客、貨物等）

的最大能力，稱為容量或極限容量。

影響因素：

①空中交通管制：相關(guān)管制原則的限制，如跑道上不容許同時(shí)有兩架飛機(jī)運(yùn)行、著陸優(yōu)先于起飛、同

一飛行路徑的兩架飛機(jī)之間應(yīng)有足夠的水平間隔。跑道占用時(shí)間、飛機(jī)間隔距離/時(shí)間是影響跑道容量最主

要的因素。

②機(jī)隊(duì)組成：各類飛機(jī)的組成比例（大小飛機(jī)的運(yùn)行次數(shù)）；總運(yùn)行次數(shù)中著陸、著陸一離地、起飛各

占的比例。

③跑道布置及使用方案

④環(huán)境因素：機(jī)場(chǎng)最低天氣標(biāo)準(zhǔn)一云層和能見(jiàn)度指標(biāo)；風(fēng)、跑道表面狀況、噪聲減除要求

機(jī)場(chǎng)增容措施：

（1）增加機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)容量：建設(shè)新機(jī)場(chǎng)。

（2）擴(kuò)建現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)設(shè)施：擴(kuò)建現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)設(shè)施是增加機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)容量的另一重要措施，也是機(jī)場(chǎng)當(dāng)局為適

應(yīng)航空需求的增長(zhǎng)而普遍采用的一種方法。擴(kuò)建現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)設(shè)施包括了眾多方面，如擴(kuò)建跑道系統(tǒng)、停機(jī)坪

位、改進(jìn)滑行道系統(tǒng)等飛行區(qū)的擴(kuò)建以及為適應(yīng)處理旅客設(shè)施的不足而擴(kuò)建航站樓或新建另一航站樓等等。

（3）航空需求科學(xué)管理

①提供遠(yuǎn)程服務(wù)設(shè)施②發(fā)展超級(jí)樞紐機(jī)場(chǎng)③簡(jiǎn)化國(guó)際到達(dá)旅客手續(xù)④某些航空運(yùn)行的調(diào)整⑤短距航空

運(yùn)輸?shù)钠渌绞交?/p>

（4）高峰時(shí)間管理①經(jīng)濟(jì)手段：高峰時(shí)間的價(jià)格措施；高峰時(shí)間使用權(quán)拍賣(mài)。

②行政手段：高峰時(shí)間交通配額；航空交通流量控制；限制通用航空飛機(jī)的運(yùn)行。

（5）改進(jìn)相關(guān)技術(shù)措施及提高運(yùn)行效率

包括改進(jìn)飛機(jī)技術(shù)、航站樓設(shè)計(jì)、門(mén)位分配技術(shù)、航站處理系統(tǒng)技術(shù)。

8、簡(jiǎn)述機(jī)場(chǎng)噪聲的計(jì)量方法及降噪措施。

噪聲計(jì)量主要按以下幾個(gè)指標(biāo)計(jì)量：

P2W

聲壓，聲強(qiáng)I——7；聲功率1=-----Q

pc2H

IW

聲壓級(jí);ZJ包魏地自n01g—；聲功率級(jí)Lw=101g——

W

「Po1°o

機(jī)場(chǎng)噪聲防治方法：

（1）控制噪聲源：

采用低噪聲襟翼；低噪聲起落架；采用吸聲和減震隔音設(shè)施；動(dòng)力消聲器等；啟用消音飛行程序和整

體消音飛行程序；

（2）控制跑道使用：

交替使用各條跑道起降飛機(jī)，避免集中干擾一個(gè)地區(qū)；在起飛后和著陸前飛機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，避開(kāi)居民密

集區(qū)；

（3）駕駛飛機(jī)采用必要措施：

使用多級(jí)進(jìn)近飛行，盡可能晚些降低飛行高度；起飛后快速爬升高度；飛機(jī)離地并爬升到240m以上;

減油門(mén)，但至少保持一臺(tái)關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)不工作的最小爬升梯度;按規(guī)定收襟翼或縫翼;高于機(jī)場(chǎng)地面900m后，

增速到航路爬升速度，過(guò)渡到正常航路爬升程序；

（4）使用隔音措施

隔離機(jī)場(chǎng)飛機(jī)維修實(shí)驗(yàn)場(chǎng)；建筑物本身的隔音材料和隔音結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；消音壁和樹(shù)林；研究表明，聲音

穿越100m的樹(shù)林，衰減25?30dBA；

9、結(jié)合課堂講解內(nèi)容，談?wù)剻C(jī)場(chǎng)平面布局的方法。

機(jī)場(chǎng)的平面布局：

為實(shí)現(xiàn)地面交通和空中交通的轉(zhuǎn)接，機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)包括空域和陸域兩部分。空域?yàn)楹秸緟^(qū)空域，供進(jìn)出機(jī)

場(chǎng)的飛機(jī)起飛和降落，包括等待空域、進(jìn)近凈空。陸域包括飛行區(qū)、航站區(qū)和進(jìn)出機(jī)場(chǎng)的地面交通三部分。

以下主要以跑道布局與航站樓布局加以討論；

跑道布局：

跑道方位的確定主要依據(jù)風(fēng)向的分析。要求機(jī)場(chǎng)跑道應(yīng)保證風(fēng)力負(fù)荷不小于95%

跑道構(gòu)型取決于：交通需求量。運(yùn)輸不很繁忙，且常年風(fēng)向相對(duì)集中的機(jī)場(chǎng)，只需單條跑道，運(yùn)輸非

常繁忙的機(jī)場(chǎng)，則需要兩條或多條跑道。

跑道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)：根據(jù)是否設(shè)置凈空道，停止道進(jìn)行計(jì)算，跑道長(zhǎng)度應(yīng)該保證飛機(jī)在不利條件下安全起

飛著陸。寬度要滿足飛機(jī)起飛著陸對(duì)跑道中心線的橫向偏移，橫斷面應(yīng)滿足排水要求，以及不危及飛行安

全。

滑行道設(shè)計(jì)：①道面寬度滿足最大主起落架外輪外側(cè)的間距加2倍主起落架外輪外側(cè)與滑行道道面邊

緣的凈距。②彎道曲線半徑應(yīng)同飛機(jī)的滑行速度相適應(yīng)。③增補(bǔ)面的設(shè)計(jì)方法有：模型模擬法、數(shù)學(xué)計(jì)算

法、圖解法（圓弧一曲線法），主要確定兩個(gè)參數(shù)：圓弧半徑r和切線的起終點(diǎn)。

機(jī)坪設(shè)計(jì)：（1）保證站坪和跑道間的滑行距離較短（節(jié)省燃油、時(shí)間和維護(hù)）；（2）容許飛機(jī)活動(dòng)自由

以避免不必要的延誤；（3）為將來(lái)的擴(kuò)建和技術(shù)改變保留足夠面積；（4）使站坪對(duì)周圍環(huán)境的不良影響最

?。òl(fā)動(dòng)機(jī)吹襲、噪聲、空氣污染）

航站樓一航站樓的布置：

對(duì)于單條跑道，如果在每個(gè)方向的起飛和著陸次數(shù)大致相等，航站區(qū)設(shè)在跑道中部位置；對(duì)于兩條平

行跑道，如果一條用于著陸，一條用于起飛，則平行跑道宜錯(cuò)位布置；如果風(fēng)向要求多個(gè)方向的跑道，將

航站樓設(shè)置在V型跑道或交叉跑道的中間；航站區(qū)不宜放在兩條跑道的外側(cè)，一方面增加了滑行距離，另

一方面影響另一條跑道的正常使用。

10、結(jié)合課堂學(xué)習(xí)，談?wù)勀銓?duì)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃的認(rèn)識(shí)和疑惑。

總體來(lái)說(shuō)，機(jī)場(chǎng)規(guī)劃有以下一些基本的要求：

飛行區(qū)設(shè)施和凈空應(yīng)符合安全運(yùn)行要求；航站區(qū)位置適中，并具備分期實(shí)施建設(shè)的方案；站坪機(jī)位與

航站樓相協(xié)調(diào)，航空器地面運(yùn)行順暢；陸側(cè)交通便捷、有序；空域規(guī)劃可行，飛行程序設(shè)計(jì)合理，目視助

航、通信、導(dǎo)航、航管、雷達(dá)和氣象設(shè)施配置適當(dāng)；航空器維修、貨運(yùn)、供油等輔助生產(chǎn)設(shè)施及消防、救

援、安全保衛(wèi)設(shè)施布局合理，直接為航空器運(yùn)行、客貨服務(wù)的設(shè)施靠近飛行區(qū)或站坪；供水、供電、供氣、

供暖、制冷、排水、通信等公用設(shè)施與城市公用設(shè)施相銜接，各系統(tǒng)規(guī)模及路由能夠滿足機(jī)場(chǎng)發(fā)展需求；

機(jī)場(chǎng)與城市間的交通連接順暢、便捷；機(jī)場(chǎng)內(nèi)供旅客、貨運(yùn)、航空器維修、供油等不同使用要求的道路設(shè)

置合理，避免相互干擾；根據(jù)機(jī)場(chǎng)噪聲影響預(yù)測(cè)，做好機(jī)場(chǎng)內(nèi)及鄰近地區(qū)的土地使用規(guī)劃，保持機(jī)場(chǎng)與周

邊地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展；在滿足機(jī)場(chǎng)運(yùn)行和發(fā)展需要的前提下節(jié)約用地，盡可能少占耕地，減少拆遷；結(jié)合場(chǎng)地

條件進(jìn)行規(guī)劃布局，豎向設(shè)計(jì)結(jié)合地形，公用設(shè)施管線布置合理；注意建筑群的相對(duì)集中和群體效果。

機(jī)場(chǎng)規(guī)劃最重要的部分應(yīng)該是飛行區(qū)的設(shè)計(jì)，飛行區(qū)中就包括跑道，滑行道，機(jī)坪等。對(duì)于跑道的設(shè)

計(jì)，可與我們的專業(yè)課公路設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比。首先跑道有5中主要的構(gòu)型，決定其構(gòu)型的主要因素是交通量

的多少，這與公路設(shè)計(jì)的車道數(shù)有些類似，只是跑道的設(shè)計(jì)會(huì)有平行及不平行的方式。其中還有需要注意

的是跑道方位的設(shè)計(jì)，這里比公路設(shè)計(jì)就多出一道程序，就是風(fēng)向分析。跑道長(zhǎng)度應(yīng)該保證飛機(jī)在不利條

件下安全起飛著陸。寬度要滿足飛機(jī)起飛著陸對(duì)跑道中心線的橫向偏移，橫斷面應(yīng)滿足排水要求，以及不

危及飛行安全。機(jī)場(chǎng)的滑行道設(shè)計(jì)也是十分重要，其涉及一些需要嚴(yán)格控制的參數(shù)。同時(shí)，在道面材料方

面，機(jī)場(chǎng)跑道設(shè)計(jì)與公路設(shè)計(jì)肯定也是有很大的區(qū)別，跑道的負(fù)荷要比車道大的多，所以其剛度和抗裂要

求也會(huì)更高，其中也涉及到抗滑方面的要求。

航站樓的設(shè)計(jì)更多的是要與乘客的需求以及容量分析相適應(yīng)，所以在進(jìn)行機(jī)場(chǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，首先要

對(duì)機(jī)場(chǎng)未來(lái)的客運(yùn)量、貨郵運(yùn)量等航空業(yè)務(wù)量做出預(yù)測(cè)，然后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果確定機(jī)場(chǎng)所需各項(xiàng)設(shè)施，它們

的規(guī)模和等級(jí)、合理的建設(shè)分期，這比較適合與運(yùn)籌規(guī)劃的學(xué)科相結(jié)合考慮。

課堂上還著重分析了航空業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)，機(jī)場(chǎng)容量分析延誤分析，這也是機(jī)場(chǎng)規(guī)劃很重要的一部分。根

據(jù)航空業(yè)務(wù)量與影響它的各個(gè)主要因素之間相互關(guān)系，推測(cè)未來(lái)的航空業(yè)務(wù)量，將為規(guī)劃員以及決策者提

供在各種影響因素的不同變化條件下預(yù)測(cè)量可能變動(dòng)的范圍，同時(shí)能夠?qū)τ绊懸蛩剡M(jìn)行排序。容量的分析

對(duì)機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)有很大的影響，而延誤問(wèn)題，得不到處理，將會(huì)影響航空業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行，需要進(jìn)

行擴(kuò)容。

對(duì)于這門(mén)課程，我也有自己的一些疑問(wèn)。①對(duì)于當(dāng)今高速鐵路的迅速發(fā)展，勢(shì)必對(duì)航空運(yùn)輸會(huì)造成不

曉得沖擊，航空似乎并不一定是最快的運(yùn)輸方式，而且在其便捷程度上，也無(wú)法與高速鐵路相媲美，這樣

一來(lái)，航空運(yùn)輸應(yīng)該怎樣在逆境中就發(fā)展，迎合人們的需求？②機(jī)場(chǎng)的發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾是客觀存在

的，尤其是聲污染越來(lái)越得到人們的重視，在查閱文獻(xiàn)時(shí)也看到一些關(guān)于回收性道面的利用。就機(jī)場(chǎng)規(guī)劃

與環(huán)境保護(hù)問(wèn)題如何做到提早防范而不是被動(dòng)處理這一問(wèn)題，應(yīng)該怎樣改善？③在一些中小城市的機(jī)場(chǎng)建

設(shè)中面臨著很多的問(wèn)題，比如土地資源的緊張，資金問(wèn)題，建設(shè)布局的不合理，往往與大型樞紐機(jī)場(chǎng)存在

很大的差距，所以中小型機(jī)場(chǎng)建設(shè)的必然性值得考慮。④機(jī)場(chǎng)與軌道交通的結(jié)合問(wèn)題。

二、計(jì)算題：

設(shè)計(jì)某機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)近期的平面尺寸并繪出平面示意圖。

［前提］機(jī)場(chǎng)近期主要供B737—300和B757—200使用，但要保證IL86等較大的4D飛機(jī)也能

偶爾使用。機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)期供B747V00等4E飛機(jī)使用。

［題a］試確定跑道長(zhǎng)度及凈空道長(zhǎng)度。

［已知］跑道長(zhǎng)度按B757—200飛機(jī)最遠(yuǎn)航程3000km,備降機(jī)場(chǎng)距目的地機(jī)場(chǎng)500km的使用

要求確定。飛機(jī)無(wú)燃油滿載質(zhì)量83.5t,平均燃油消耗0.0047t/km或4t/h。要求飛機(jī)在目的

地機(jī)場(chǎng)不能著陸而飛至備降機(jī)場(chǎng)上空時(shí)還有飛行0.75h（45分鐘）的備份燃油。跑道平均縱

坡i=0.005。機(jī)場(chǎng)最熱月平均最高氣溫=32.2°C=90F,最熱月平均氣壓P=87543。跑道端不

設(shè)停止道，設(shè)凈空道。

解：

①求跑道的氣壓高度

根據(jù)P=87543KN/m2,從國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓表中可以查到：Hp=1219.2m=4000ft.

②求跑道長(zhǎng)度計(jì)算用的飛機(jī)的最大起飛質(zhì)量

1.根據(jù)最遠(yuǎn)航程確定最大起飛質(zhì)量

Mmax=83.5+3000*0.0047+500*0.0047+0.75*4=102.95t^2270001b

2.第二階段爬升梯度限制的最大起飛質(zhì)量.

取6=5°,由圖一種箭頭所示計(jì)算程序Tp-Hp-m,可得NL*=2320001bNL*〉2270001b

取6=15°,由圖二中箭頭所示計(jì)算程序Tp-Hp-m,可得Mmax=2210001bM3〈2270001b

由上可得，Mmax=2320001b,8取5°.

3.突發(fā)故障中斷起飛剎車時(shí)允許的最大的表速VMBE

由圖中箭頭所示的計(jì)算程序Tp-Hp-m-i-Vw-VMBE（其中飛行速度VW=0）

得到VMBE=180.Ikn（海里/小時(shí)）

4.輪胎速度限制的最大起飛質(zhì)量.

飛機(jī)輪胎速度限制為225mile/h,風(fēng)速為Vw=0.由四中箭頭所示計(jì)算程序Tf-Hp-Vw-m,得到

M?=2710001b.

5.初步確定飛機(jī)的最大起飛質(zhì)量NU

取最小值，得到取”=2270001b,以后檢驗(yàn)是否滿足VI<180.Ikn

③求跑道長(zhǎng)度

1.全發(fā)起飛所需的跑道長(zhǎng)度La.

（1）全發(fā)起飛所需的修正場(chǎng)地長(zhǎng)度Lao

Lao是指正常起飛不考慮風(fēng)與跑道縱坡等影響所需的飛行區(qū)場(chǎng)地長(zhǎng)度.

根據(jù)6為5°,TF=90F,Hp=4000ft,M?x=2270001b

由圖五中的箭頭所示計(jì)算程序Tf--HpfLa0*-M1Tm得到Lao=9550ft^2911m.

2.起飛發(fā)生一故障所需修正場(chǎng)地長(zhǎng)度Lb°

(1)起飛一發(fā)故障所需修正場(chǎng)地長(zhǎng)度Lm。

Lbco是描述飛機(jī)出現(xiàn)一發(fā)故障不考慮風(fēng)與跑道縱坡等影響所需的平衡場(chǎng)地長(zhǎng)度

取8=5°,空調(diào)關(guān)，Tf=90F,Hp=4000ft,Mmax=2270001b,由圖七種箭頭所示計(jì)算程序Tf

-*Hp-*Lb。。-Mmax得至【JLbeo=10200ft=3109m

(2)起飛一發(fā)故障所需跑道長(zhǎng)度.

皿計(jì)算圖分區(qū)，根據(jù)Tf=90。，Hp=4000ft,由圖可查得應(yīng)采用A區(qū)的計(jì)算圖

目修正繼續(xù)起飛距離S'T。

修正中斷起飛距離S飛及決斷速度VI,S'T0,S'指不考慮風(fēng)和跑道縱坡等影響的繼續(xù)起飛

和繼續(xù)起飛距離

根據(jù)A區(qū)，6=5U,Lbco=10200ft,由圖八中箭頭所小的計(jì)算程序STO-Lb。。一Sso及Lb。。-*VI,

初步得到S',S'及VI值.由于設(shè)置凈空道不設(shè)置停止道，S'T。應(yīng)該稍大于S'S。，使下一步

得出Lb=Lc,得到S、T°=10200ft,S'so=10000ft,Vl=0.982VR

團(tuán)繼續(xù)起飛所需跑道的長(zhǎng)度Lb.

根據(jù)S'TO=10200ft,防水系統(tǒng)關(guān)，Vw=0,i=0.005,根據(jù)圖六中箭頭所示計(jì)算程序

S、T°fVw—ifLc—Lb,得到lc=650ft=200m,得到Lb=10200ft

日中斷起飛所需的跑道長(zhǎng)度

S'so=lOOOOft,Vw=0,i=0.005由圖H—'中箭頭所示計(jì)算程序S-fVwfi—S's

得到S's=10200ft,由于本機(jī)場(chǎng)沒(méi)有停止道，所以Lc=S's=10200ft

—初步確定起飛一發(fā)故障所需跑道長(zhǎng)度Lbc及決斷速度VI,由于Lb=Lc=10200ft,取

Lbc=10200ft,Vl=0.982

國(guó)檢查決斷速度是否符合要求

a.決斷速度是否小于抬起前輪速度”

由于Vl=0.982%,所以VI〈VR是符合要求的

b.決斷速度是否小于剎車能量限制的最大速度V幀

8=5°,Tf=90F,Hp=4000ft,NU=22700由圖十二所示計(jì)算程序Tf-Hp-M喇一VR得到VR=148kn

Vl=0.982*VR=145.336kn<180,Ikn

因此，Mmax=2270001b未超過(guò)剎車能量限制的最大起飛質(zhì)量

C.決斷速度VI是否大于最小地面操縱速度VMCG

根據(jù)Tf=90F,Hp=3000ft,MTC=2270001b,由圖十三箭頭所示計(jì)算程序Tf-Hp-M皿-V.

得到VHCC=92.5kn因此VDVMCG,符合要求

目確定起飛一發(fā)故障所需跑道長(zhǎng)度L

由于決斷速度VI符合要求，所以取Lb°=10200ft

3.確定跑道長(zhǎng)度L

La=9550ft,Lbc=10200ft,取大值則有L=10200ft

［題b］試確定跑道寬度和道肩寬度、防吹坪長(zhǎng)度和寬度、升降帶長(zhǎng)度和寬度、跑道端安全地區(qū)

的長(zhǎng)度和寬度。

（一）機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)期供4E飛機(jī)使用，基準(zhǔn)代碼是4,基準(zhǔn)代字取E,取跑道的寬度是45m,其兩側(cè)應(yīng)該設(shè)置寬

度是7.5m的道肩

（二）在跑道入口之前要設(shè)置防吹坪，其寬度與跑道相同，取為60m,其長(zhǎng)度為30m,不妨設(shè)301n.

（三）升降帶包括跑到=道和停止道，所以升降帶長(zhǎng)度為3100m.

查閱書(shū)中的表3-7得到代碼為4的跑道自跑道中線算起每側(cè)不許有固定物體的最小寬度為60m.

又因?yàn)榇a3or4的儀表跑道的升降帶中平整范圍是離跑道中線至少有75m,對(duì)于代碼3or4的精

密進(jìn)近儀表跑道的升降帶其平整范圍更大一些。那么升降帶可以設(shè)置為如下圖所示：

（四）跑道端部安全地區(qū)的寬度應(yīng)該與升降帶的壓實(shí)寬度相同，取為150m,跑到端部安全地區(qū)的長(zhǎng)度取

凈空道長(zhǎng)度200m.圍欄高2.5m,其位置應(yīng)該符合端凈空要求，因此升降帶應(yīng)該小于125m（2.5/2%）

本機(jī)場(chǎng)凈空道長(zhǎng)200m,圍欄應(yīng)該設(shè)置在距離跑道端200m處（距離升降帶140m）

［題C］試確定站坪的平面尺寸及站坪邊緣距平行滑行道邊緣的凈距。

［已知］客運(yùn)量450萬(wàn)人/年，機(jī)型B737-300占80%、B757—200占20%、滿座率均為75%。

站坪停機(jī)位除根據(jù)起降架次確定外還要增加2個(gè)B737—300和1個(gè)B757—200的停機(jī)位。

飛機(jī)前列式集結(jié)機(jī)頭垂直向內(nèi)停放。

1.高峰小時(shí)客運(yùn)量區(qū)全年客運(yùn)量的0.04%

4500000*0.004%=1800人/小時(shí)

2.站坪需要的停機(jī)位數(shù)目漢族要根據(jù)高峰小時(shí)飛機(jī)起降架次確定.

N=￡ni*ti/U

確定參數(shù)值：飛機(jī)出發(fā)或者到達(dá)的架次占飛機(jī)起降總架次的0.65,機(jī)位利用系數(shù)U=0.6

飛機(jī)占用機(jī)位時(shí)間t=0.75h

下面計(jì)算飛機(jī)起降的平均架次，經(jīng)過(guò)查閱資料得到：

B737-300中型飛機(jī)140座

B757-200大型飛機(jī)220座

1800

n=--------------------------=15.4架次

（140*80%+220*20%）*75%

0.65*（15.4*0.75）

根據(jù)題意，站坪停機(jī)位數(shù)量B737-30012個(gè)

B757-2004個(gè)

3.站坪長(zhǎng)度

查閱資料得到:B737-300翼展28.08m,B757-200翼展38.06m

停放飛機(jī)距臨近停放飛機(jī)7.5m

L=28.28*12+38.06*4+7.5*15+7.5*2=619.9m取為620m

4.站坪寬度

口能停放伊爾-86（較大的4D飛機(jī)），機(jī)身長(zhǎng)56.1m

2停放飛機(jī)的機(jī)頭與站坪邊緣相平

3機(jī)尾后面設(shè)置5m寬行車道

士機(jī)坪滑行道寬度23m

司機(jī)坪滑行道中線距離車道邊緣40.5m

5+40.5+56.1-11.5=90.1m

90.1+23=113.1m取為120m

5.確定站坪邊緣距離平行滑行道的距離，要保證將來(lái)B747-400等4E飛機(jī)使用要求進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)，候

機(jī)樓和平行滑行道的不需要拆遷，而戰(zhàn)坪邊緣距離平行滑行道的邊緣的凈距：72m

［題可試確定滑行道的布局、道面和道肩的寬度、轉(zhuǎn)彎半徑及彎道增補(bǔ)面尺寸。

1.由于B737-300與B757-200在本機(jī)場(chǎng)著陸距離相差不大，因此跑道每端只設(shè)一條快速出口滑行

道，距跑道每端1850m

2.站坪長(zhǎng)度較短，可只在站坪兩端設(shè)置通往滑行道的聯(lián)絡(luò)值，可根據(jù)如下草圖布置

其中，滑行道中線與儀表跑道中線182.5m

3.滑行道道面寬度23m,道面道肩總寬度44m,滑行帶總寬度95m,其中平整寬度

4.跑道端部出口滑行道的平面尺寸參閱下面的表格及圖形

供中型飛機(jī)使用的滑行道及彎道尺寸單位：m

入口和出口滑行道寬度WTi26.5(WTa11.5,WTb15)

Ri41.5

R241.5

彎道半徑53

「125

「225

防吹坪

用應(yīng)力相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)估機(jī)場(chǎng)道面惡化

KasthuriranganGopalakrishnan*,HalilCeylanandAlperGuclu

愛(ài)荷華州立大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，353城鎮(zhèn)工程建設(shè)，Ames,IA50011-3232,

美國(guó)

(2006年6月1日收稿;2007年2月23日最終版本收稿)

摘要：

在這項(xiàng)研究中，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的方法被用來(lái)反演瀝青混凝土和非線性應(yīng)力相關(guān)的路基模

量，這種方法來(lái)自于在美國(guó)聯(lián)邦航空管理局的全國(guó)機(jī)場(chǎng)道面試驗(yàn)設(shè)施(NAPTF)全面交通測(cè)試中獲得的無(wú)損

檢測(cè)(NDT)數(shù)據(jù)。

這種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由軸對(duì)稱有限元路面結(jié)構(gòu)模型的結(jié)果進(jìn)行培訓(xùn)。使用基于無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的人工

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模量，表征了模擬波音777(B777)和波音747(B747)飛機(jī)齒輪營(yíng)運(yùn)對(duì)NAPTF柔性路面試驗(yàn)

段結(jié)構(gòu)惡化的相對(duì)嚴(yán)重程度的影響。結(jié)果表明：只要機(jī)場(chǎng)路面結(jié)構(gòu)為采集可靠的數(shù)據(jù)產(chǎn)生足夠的撓度，使

用力幅較小的無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)用于常規(guī)的機(jī)場(chǎng)路面結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)是可能的。

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);無(wú)損檢測(cè)；NAPTF;非線性;機(jī)場(chǎng)柔性路面系統(tǒng)

1、介紹和高強(qiáng)度(指標(biāo)CBR為20)。

全國(guó)機(jī)場(chǎng)道面試驗(yàn)設(shè)施(NAPTF)位于美國(guó)聯(lián)邦NAPTF為生成全面的測(cè)試數(shù)據(jù)而構(gòu)建，特別是

航空管理局(FAA)的威廉J?休斯技術(shù)中心，在美國(guó)支持受到新一代飛機(jī)(NGA)復(fù)雜的齒輪載荷配置

新澤西州大西洋城國(guó)際機(jī)場(chǎng)附近。它以支持開(kāi)發(fā)先的機(jī)場(chǎng)路面性能調(diào)查，例如波音777o在NAPTF第

進(jìn)機(jī)械為基礎(chǔ)的機(jī)場(chǎng)路面設(shè)計(jì)程序而修建，基于健一組的交通量測(cè)試期間，在一條跑道模擬六輪架波

全的理論原則和由相應(yīng)的全面試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的模型。音777(B777)起落架降落，并在另一條車道模擬

第一組試驗(yàn)路面，被稱為建設(shè)周期1(CC-1),四輪波音747(B747)起落架降落，并且同時(shí)營(yíng)運(yùn)，

由寬為18.3米，共274.3米長(zhǎng)的九個(gè)儀表測(cè)試路面直到測(cè)試路面被視為破壞。無(wú)損檢測(cè)(NDTS)同時(shí)

(六組彈性和三個(gè)剛性)組成。這九個(gè)測(cè)試路面是使用落錘式彎沉儀(FWDs)和重型落錘式彎沉儀

建立在三種不同的路基材料上：低強(qiáng)度(指標(biāo)為加(HWDs)進(jìn)行路面和路基施工的均勻性記錄，以及

州承載比，CBR,4),中等強(qiáng)度(指標(biāo)CBR為8)監(jiān)測(cè)全面營(yíng)運(yùn)對(duì)路面響應(yīng)和性能隨時(shí)間的影響。

McQueen等人(2001)分析了在NAPTF取得的用于檢查波音777和波音B747的營(yíng)運(yùn)對(duì)NAPTF柔

柔性路面無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)損檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)性路面段中結(jié)構(gòu)狀況(反算模量)的破壞性影響。

評(píng)估力振幅下的無(wú)損檢測(cè)響應(yīng)和反算路基模量(使

用彈性分層方案為基礎(chǔ)的反算軟件)。為測(cè)試無(wú)損檢2、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反算模型

測(cè)響應(yīng)是否與增加的力是非線性的關(guān)系，在相同的在柔性路面的分析和設(shè)計(jì)中使用的彈性層狀方

位置評(píng)價(jià)4個(gè)負(fù)載(40kN,60kN,82kN和115kN)案(ELPs)將路面作為彈性多層介質(zhì)，并假設(shè)路面

下的FWD數(shù)據(jù)以及在三個(gè)負(fù)載(53kN,107kN和材料是線彈性，均勻和各向同性的。然而，未結(jié)合

160kN)下的HWD數(shù)據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是脈沖剛的顆粒材料和細(xì)粒路基土，簡(jiǎn)稱路面巖土材料，不

度模量(8乂=負(fù)載板作用力的最大撓度比)還是反遵循線性應(yīng)力-重復(fù)交通荷載下的應(yīng)變特性。未結(jié)

算的路基模量都與FWD和HWD的力振幅保持相對(duì)合顆粒材料和粘性細(xì)粒土基回彈模量的非線性或應(yīng)

恒定。在丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)(DIA)(Lee等，1998)進(jìn)行力相關(guān)性說(shuō)法一直是很完善的(Brown和Pappin

的中心板儀表剛性路面HWD測(cè)試也得到了類似的1981年,Thompson和Elliot1985年,GARG等,1998)。

結(jié)果。未結(jié)合的骨料表現(xiàn)出應(yīng)力硬化型行為，而細(xì)粒路基

基于這些觀察(線性負(fù)載響應(yīng)行為)，對(duì)柔性和土表現(xiàn)出應(yīng)力軟化型的行為。

剛性機(jī)場(chǎng)路面，McQueen等人(2001)提出，在原以前的研究已經(jīng)表明在NAPTF中的底層鋪裝層

型飛機(jī)裝卸時(shí)使用無(wú)損檢測(cè)力振幅來(lái)評(píng)估機(jī)場(chǎng)路面是非線性。Gomez-Ramirez和Thompson(2002)通過(guò)

可能不是必要的。有人還建議，機(jī)場(chǎng)路面能通過(guò)更單獨(dú)分析個(gè)別層壓縮的多深彎沉儀(MDD)讀數(shù)，

輕的負(fù)載設(shè)備達(dá)到令人滿意的評(píng)價(jià)，如FWD,提供提出NAPTF中存在材料的非線性。Garg和Marsey

了可靠的傳感器記錄中獲得的足夠的響應(yīng)。(2002)在NAPTF的柔性測(cè)試部分中，也觀察到類似

因此，在NAPTF和DIA感性上的研究結(jié)果的基的顆粒和路基層的應(yīng)力相關(guān)的性質(zhì)。因此，路面結(jié)

礎(chǔ)上，只要所產(chǎn)生的撓度都在撓度傳感器的范圍之構(gòu)模型可以考慮用非線性巖土材料來(lái)表征，如

內(nèi)，脈沖負(fù)載的振幅似乎不是關(guān)鍵。路面層的厚度I山-PAVE有限元程序(Raad和Figueroa1980),需

和材料類型是決定脈沖負(fù)載允許范圍的主要因素。要可被用來(lái)實(shí)行NAPTF路面結(jié)構(gòu)分析，以及需要更

因此，除非路面是很厚的硅酸鹽水泥混凝土(PCC)實(shí)際的路面響應(yīng)預(yù)測(cè)來(lái)做以機(jī)械為基礎(chǔ)的路面設(shè)計(jì)。

或是瀝青混凝土(AC)覆蓋著PCC構(gòu)架，F(xiàn)WD設(shè)有人用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)來(lái)自于NAPTF柔性路面

備是最能被接受的，因?yàn)樗鼈兡軌驗(yàn)椴杉煽康臄?shù)的FWD數(shù)據(jù)進(jìn)行反算非線性路面結(jié)構(gòu)層模量做了

據(jù)產(chǎn)生足夠的撓度(2004FAA)。一項(xiàng)研究。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越多地被用來(lái)解決資

為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究使用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)源密集型的復(fù)雜問(wèn)題，以替代使用諸如回歸法等較

(ANN)的方法，根據(jù)NAPTF全面交通測(cè)試中獲得傳統(tǒng)的方法。多年來(lái)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為成功

的FWD數(shù)據(jù)來(lái)反算瀝青混凝土和路基模量。結(jié)果可的計(jì)算工具，用于研究大部分的路面工程問(wèn)題

(Meier和Rix1995,Gucunski和Krstic1996,迭代，結(jié)構(gòu)層的模量有所改變，并且將所計(jì)算的撓

Khazanovich和Roesler1997,Meier等人1997,度與測(cè)得的撓度進(jìn)行比較，直到在允許范圍內(nèi)得到

Kim和Kim1998,Ceylan2002,Ceylan等人2004)。一個(gè)接近的值。這種方法有幾個(gè)缺點(diǎn)，并且不會(huì)得

在這項(xiàng)為指導(dǎo)國(guó)家公路和運(yùn)輸官員協(xié)會(huì)(AASHTO)到單獨(dú)的結(jié)構(gòu)層模量值，因?yàn)榭梢杂幸粋€(gè)以上的組

的新項(xiàng)機(jī)械經(jīng)驗(yàn)路面設(shè)計(jì)的發(fā)展中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)合層模量，使理論值和測(cè)量的表面撓度變的接近。

已被公認(rèn)為是非傳統(tǒng)的，但非常強(qiáng)大的計(jì)算方法，雖然，基于ANN模型已經(jīng)成功地在過(guò)去應(yīng)用于

并用于編制混凝土路面分析軟件包。由FWD數(shù)據(jù)反算路面模量(Meier等人，1997),但

在愛(ài)荷華州立大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)，最近的研是他們沒(méi)有考慮到，實(shí)際巖土材料對(duì)應(yīng)力敏感的性

究都集中與發(fā)展基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正向和反算公質(zhì)作為ELP生成的合成數(shù)據(jù)庫(kù)，被用來(lái)培訓(xùn)ANN。

路柔性路面分析模型，用于預(yù)測(cè)臨界路面響應(yīng)和個(gè)因此，可以考慮到巖土材料非線性和應(yīng)力相關(guān)特性

別路層的模量(Ceylan等人，2005)?Gopalakrishnan的IUJ-PAVE有限元程序，被用來(lái)生成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

和Thompson(2006)和Gopalakrishnan等人(2006)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，以準(zhǔn)確地從實(shí)際的FWD彎沉輪廓來(lái)

成功地展示了用基于ANN的方法反算來(lái)自HWD測(cè)預(yù)測(cè)路面結(jié)構(gòu)層模量。

試數(shù)據(jù)的機(jī)場(chǎng)柔性路面結(jié)構(gòu)層模量，并朝著NAPTF

柔性路面的部分進(jìn)行針對(duì)性的研究。3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)和測(cè)試數(shù)據(jù)集的生成

在目前的研究中，ANN模型最初開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證是ILLI-PAVE是在伊利諾伊大學(xué)(Raad和

用于預(yù)測(cè)公路柔性路面在40kN的FWD彎沉盆下的Figueroal980)開(kāi)發(fā)的，是一種在柔性路面結(jié)構(gòu)分析

路面結(jié)構(gòu)層模量，用在NAPTF全面交通測(cè)試中獲得中常用的軸對(duì)稱有限元(FE)程序。它將路面作為

的40kN的FWD數(shù)據(jù)，來(lái)反算柔性路面結(jié)構(gòu)層模量。一個(gè)二維軸對(duì)稱的回轉(zhuǎn)體模型，并對(duì)粒狀材料和細(xì)

這些ANN模型已經(jīng)得到了綜合的培訓(xùn)，并在大范圍粒土采用非線性應(yīng)力相關(guān)的模型和破壞準(zhǔn)則。許多

內(nèi)對(duì)鋪裝層的性能進(jìn)行了測(cè)試，因此，預(yù)計(jì)能在研究已經(jīng)驗(yàn)證了，軸對(duì)稱I山-PAVE模型為圓形輪裝

NAPTF試驗(yàn)段產(chǎn)生切實(shí)的反算結(jié)果。載下的公路和機(jī)場(chǎng)路面提供了一個(gè)切實(shí)的路面結(jié)構(gòu)

FWD/HWD的測(cè)試是對(duì)結(jié)構(gòu)完整性和現(xiàn)有路面響應(yīng)預(yù)測(cè)(Thompson和Elliot1985,Thompson1992,

的承載能力進(jìn)行評(píng)估。從FWD/HWD測(cè)量中獲得的Garg等人，1998)o

路面彎沉輪廓，可用于反算路面結(jié)構(gòu)層剛度，同樣因此在本研究中，ILLI-PAVE有限元模型被用作

可以用來(lái)估計(jì)路面的剩余壽命。目前，沒(méi)有封閉形解決柔性路面彎沉，其他臨界路面應(yīng)力以及一個(gè)車

式的解決方案以實(shí)現(xiàn)反算。現(xiàn)在，彈性分層分析常輪施加載荷下的應(yīng)變的先進(jìn)結(jié)構(gòu)模型。我們的目標(biāo)

用于大多數(shù)反算軟件，通常采用彎沉盆相配的方法是建立一個(gè)ILLI-PAVE響應(yīng)解決方案的數(shù)據(jù)庫(kù)，并能

來(lái)預(yù)測(cè)層模量。在這種方法中，結(jié)構(gòu)層模量最初是最終構(gòu)成訓(xùn)練和測(cè)試的數(shù)據(jù)集，用于開(kāi)發(fā)基于ANN

假設(shè)的，理論表面撓曲由計(jì)算得來(lái)。通過(guò)一系列的的結(jié)構(gòu)模型快速反算分析。

一個(gè)普通的三層柔性路面結(jié)構(gòu)，由一個(gè)AC面層,

級(jí)配碎石基層和由I山-PAVE建模的路基層組成。頂ER=%+Ki(°d-%)for%<bdi,(3

ER=ERi+K2((7d—Gdi)forffd>Cdi,

面的AC層使用楊氏模量和泊松比n表征的線性

彈性材料。該K-y模型(希Hicks和Monismith1971)

用來(lái)表征未結(jié)合碎石層的非線性模型：

其中是ER?是斷點(diǎn)彈性模量，與是斷點(diǎn)偏應(yīng)力

((Td=q3)，。心是斷點(diǎn)偏應(yīng)力，Ki和K?是統(tǒng)計(jì)

e

ER=K(-y(1)學(xué)中從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定的系數(shù)。如由Thompson和

Po

Elliot(1985)表示的，在雙線性曲線中斷點(diǎn)的彈性

模量ER?可用于細(xì)粒土軟，中，硬的分類。琢》是在

其中ER是彈性模量，9=q+%+方=<11+2<13=體

路基土的模型中主要輸入的值。雙線性模

力，Po為單位壓力(lkPa),用來(lái)使模型中的應(yīng)力無(wú)ILLI-PAVE

型的參數(shù)設(shè)置為缺省值。

量綱化，K和n是從粒狀材料的重復(fù)荷載三軸測(cè)試數(shù)

因此，瀝青混凝土彈性模量%「顆?；鶎?/p>

據(jù)中獲得的多元回歸常數(shù)。根據(jù)Rada和WitczakK-y

模型的參數(shù)和路基土的斷點(diǎn)偏應(yīng)力在所有不

(1981)的工作提供的綜合顆粒材料數(shù)據(jù)庫(kù)，使用KER?,

同的柔性路面山運(yùn)作中，作為雙線性模型中

下面的公式，K和n的模型參數(shù)可以關(guān)聯(lián)到只有一I-PAVE

結(jié)構(gòu)層剛度的輸入值。的車輪施加的荷載作為

個(gè)模型參數(shù)表征的非線性應(yīng)力相關(guān)的行為(Rada和40kN

在半徑為毫米圓形區(qū)域的均勻壓力，

Witczak1981)((測(cè)定系數(shù))R2=0.68,估計(jì)值的標(biāo)152552kPa

模擬的負(fù)載。

準(zhǔn)誤差(SEE)=0.22)：FWD

倒傳遞類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(Haykin1999)在此研

Logio(K)=4,.657-1.807n(2)究中接受了I山-PAVE合成數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案的培訓(xùn)，

并作為預(yù)測(cè)柔性路面結(jié)構(gòu)層模量的快速分析工具。

因此，良好質(zhì)量的顆粒材料，如碎石，表現(xiàn)出倒傳遞類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)開(kāi)發(fā)兩種不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

的結(jié)構(gòu)模型，利用撓曲數(shù)據(jù)和路面結(jié)構(gòu)

較高的K值和低的n值，而相對(duì)適用于較低質(zhì)量的ANNFWD

集料。層厚度來(lái)預(yù)測(cè)路面結(jié)構(gòu)層的模量(&c和琮1。有兩

個(gè)隱含層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是根據(jù)這些網(wǎng)絡(luò)之前取得

根據(jù)Rada和Witczak后來(lái)的研究(1981),K值

的令人滿意的結(jié)果而專門(mén)選擇的，考慮到他們的能

常用的范圍為20.7至82.7MPa,相應(yīng)的n值由公式

力可以更好地促進(jìn)非線性函數(shù)的映射

(2)獲得。(Ceylan2002)0

細(xì)粒土被認(rèn)為是"無(wú)摩擦”的，但只有凝聚力的我們對(duì)幾個(gè)有兩個(gè)隱含層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了培

訓(xùn)。總體而言，培訓(xùn)和測(cè)試的均方誤差(隨

材料常用雙線性模型(Thompson和Elliot1985)為IMSEs)

彈性模量建模：著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大小的增長(zhǎng)和隱藏層越來(lái)越多的神經(jīng)元

而降低。測(cè)試的均方誤差在一般情況下比培訓(xùn)過(guò)的45

略低。當(dāng)隱藏節(jié)點(diǎn)的數(shù)目接近60,培訓(xùn)集和測(cè)試集40

(

的誤差水平十分接近。e35

od

)30

在這項(xiàng)研究中，（八個(gè)輸入，兩個(gè)隱=

8-60-60-1n

p

o25

含層，每層有60個(gè)隱藏神經(jīng)元和一個(gè)輸出）被選中w

0

<20

作為ANN模型的最佳體系結(jié)構(gòu)，這基于其最低的培z

z15

<

訓(xùn)和測(cè)試的均方誤差，只有IXIO"次（對(duì)應(yīng)于一

10

個(gè)均方根誤差，值為0.3%）,且對(duì)于和ER?這兩5

個(gè)輸出變量都是這樣。由于目標(biāo)是由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的0

051015202530354045

FWD撓曲數(shù)據(jù)來(lái)反算和琢“在最佳性能ANN結(jié)

ILLI-PAVEACModuli(GPa)

構(gòu)中的八個(gè)輸入值中，包括在降落位置（0）收集的

6個(gè)FWD表面撓度值（DQ,D]2,D24>D36，D48>

120

）,和毫米，毫米，毫米毫米，AAE=3.46%

D60,3056109141219(

eNoofTestingData=1,500

wd100

1524毫米的徑向偏移，以及兩個(gè)已知的路面層的厚:

3

度,AC層（hAC）和粒狀層（hGB）。同樣的ANN結(jié)P80

WO

構(gòu)被用來(lái)預(yù)測(cè)和ER

p0>60

圖1描繪了8-60-60-1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在第10000次培-e

q640

訓(xùn)時(shí)的預(yù)測(cè)能力。平均絕對(duì)誤差（AAEs）被算作通sn

z

z20

過(guò)1500次獨(dú)立測(cè)試模式的個(gè)體絕對(duì)誤差的總和。AC<

層模量的AAE較低，為1.25%,路基斷點(diǎn)模量ER?的0

020406080100120

AAE為3.46%。需要注意的是AC模量與最大的FWD

ILLI-PAVESubgradeModuli(MPa)

表面撓度值Do是密切相關(guān)的，而路基模量在很大程(b)

度上與在偏移超過(guò)914毫米情況下的FWD表面撓度Figure1.PredictionperformanceoftheANN

backcalculalionmodels:(a)ACmoduli,and(b)subgrade

moduli.

值有關(guān)。需要注意的是FWD表面撓度的幅度隨徑向

偏移的增加而減小，對(duì)于測(cè)量的相對(duì)精度也是一樣

的。最終結(jié)果，對(duì)AC模量預(yù)測(cè)的精度一般比路基模正如圖1所示，對(duì)于兩種路面結(jié)構(gòu)層模量，幾

量更高。乎所有的