一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，所施工机场道面由多块道面板拼装而成，道面板为矩形水泥混凝土板，该方法包括步骤：一、自由翘曲曲率高度wqj确定；二、相邻板间相互作用下的翘曲高度wnj确定：三、自重作用下的翘曲高度wsj确定；四、翘曲变形量计算：根据公式wj=wqj+wsj+wnj，计算出道面板的翘曲变形量wj；五、道面板板厚确定：求解出当wj=c时道面板板厚h的取值并记作hc；其中，c为翘曲变形阈值且c=0或cs，cs为预先设计的道面板的最大允许翘曲变形量；根据计算得出的hc，确定道面板的设计板厚hs，其中hs≤hc。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能解决水泥混凝土道面板在温度作用下产生的翘曲变形问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法
本专利技术属于水泥混凝土道面板设计
，尤其是涉及一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法。
技术介绍
水泥混凝土道面板在环境气温和太阳辐射等因素作用下，道面板内部的温度会呈非均匀性分布。当道面板顶面的温度低于板底的温度时，道面板的四周便会向上翘起，形成四周高中间低的“锅”形变形。如长期在呈非均匀性分布的温度作用下，道面板便形成永久的翘曲变形。而道面板的永久翘曲变形会使道面平整度出现恶化，道面板板角的翘起会使板与基层之间脱空，造成断角、断边损坏。目前，道面板翘曲对道面造成的危害的研究主要集中在翘曲应力的计算方面，所采用的计算方法主要有：威斯特卡德计算方法、有限元计算方法等。上述方法主要解决的是温度翘曲应力的计算问题，用于解决道面结构设计时温度与荷载应力的相互作用问题，但这些方法无法进行翘曲变形计算，因而不能有效解决水泥混凝土道面板在温度作用下产生的翘曲变形问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能有效解决水泥混凝土道面板在温度作用下产生的翘曲变形问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，所施工机场道面由布设在同一平面上的多块道面板拼装而成，所述道面板为矩形水泥混凝土板，多块所述道面板的尺寸均相同，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、自由翘曲曲率高度wqj确定：首先，根据公式计算得出道面板的自由翘曲曲率半径R，式(1)中ΔT＝Tg×h，其中Tg为所施工机场道面的温度梯度且其单位为℃/m，h为道面板的板厚且其单位为m；之后，结合计算得出的道面板的自由翘曲曲率半径R，并根据公式wqj＝R-Rcosθa+R-Rcosθb(2)，计算得出道面板的自由翘曲曲率高度wqj，式(2)中其中a和b分别为道面板的设计长度和设计宽度且其单位均为m，α为道面板所采用水泥混凝土的热膨胀系数且其单位为1/℃；步骤二、相邻板间相互作用下的翘曲高度wnj确定：首先，根据公式和对道面板长度和宽度方向上的弯矩Mx和My分别进行计算；式(3)中和式(4)中E为道面板所采用水泥混凝土的弹性模量且其单位为Mpa，γ为道面板所采用水泥混凝土的容重且其单位为MN/m3，ΔTs为所施工机场道面所处区域的气温年较差且其单位为℃；之后，结合计算得出的弯矩Mx和My，并根据公式(5)，计算得出相邻板间相互作用下道面板的翘曲高度wnj；步骤三、自重作用下的翘曲高度wsj确定：根据公式(6)，计算得出自重作用下道面板的翘曲高度wsj；式(6)中q为道面板所采用水泥混凝土自重作用下的荷载集度且q＝γh；步骤四、翘曲变形量计算：结合步骤一中所确定的自由翘曲曲率高度wqj、步骤二中所确定的相邻板间相互作用下道面板的翘曲高度wnj和步骤三中所确定的自重作用下道面板的翘曲高度wsj，且根据公式wj＝wqj+wsj+wnj(7)，计算得出道面板的翘曲变形量wj；步骤五、道面板板厚确定：首先，根据步骤四中所述的公式(7)，求解出当wj＝c时道面板的板厚h的取值，并记作hc；其中，c为翘曲变形阈值且c＝0或cs，cs为预先设计的道面板的最大允许翘曲变形量；之后，根据计算得出的hc，对道面板的设计板厚hs进行确定，其中hs≥hc。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：步骤一中所述的Tg为所施工机场道面的最大温度梯度值。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：步骤一中所述的Tg为所施工机场道面所处区域的温度梯度，且其根据所施工机场道面所处区域的气象资料或实测气温数据进行确定。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：步骤一中对自由翘曲曲率高度wqj进行确定之前，先根据所施工机场道面的长度和宽度，对所需采用道面板的数量以及长度a和宽度b进行确定，并对道面板所采用水泥混凝土的弹性模量E、热膨胀系数α和容重γ进行确定；同时，还需对所施工机场道面所处区域的环境参数进行确定，所确定的环境参数包括温度梯度Tg和气温年较差ΔTs。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：步骤一中对自由翘曲曲率高度wqj进行确定之前，先通过与数据处理器相接的参数设置单元设定初始参数，并建立道面板防翘曲变形计算模型；所设定的初始参数包括翘曲变形阈值c以及道面板的结构参数、材料性能参数和环境参数；其中所述结构参数包括道面板的长度a和宽度b，材料性能参数包括道面板所采用水泥混凝土的弹性模量E、热膨胀系数α和容重γ，环境参数包括所施工机场道面所处区域的温度梯度Tg和气温年较差ΔTs；所建立的道面板防翘曲变形计算模型为采用所述数据处理器将步骤一中的公式(2)、步骤二中的公式(5)和步骤三中的公式(6)均代入步骤四中的公式(7)后，所获得的数学模型；步骤五中进行道面板板厚确定时，所述数据处理器结合所设定的初始参数，并利用所建立的道面板防翘曲变形计算模型计算得出hc。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：步骤一至步骤五中，均采用所述数据处理器进行运算处理；步骤一中的公式(2)为自由翘曲曲率高度wqj与板厚h的函数关系式，步骤二中的公式(5)为相邻板间相互作用下的翘曲高度wnj与板厚h的函数关系式，步骤三中的公式(6)为自重作用下的翘曲高度wsj与板厚h的函数关系式；步骤四中，结合所设定的初始参数，采用所述数据处理器且利用所建立的道面板防翘曲变形计算模型，换算出道面板的翘曲变形量wj与板厚h的函数关系式；步骤五中进行道面板板厚确定时，采用所述数据处理器且根据换算出的道面板的翘曲变形量wj与板厚h的函数关系式，计算得出hc。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：所施工机场道面中相邻两块所述道面板之间通过连接件进行连接，多块所述道面板均铺装在基础上。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：所施工机场道面沿纵向延伸方向由前至后分为多个道面节段，每个所述道面节段均由沿所施工机场道面的宽度方向由左至右布设的多块所述道面板拼装而成，左右相邻两块所述道面板之间通过连接件进行连接。上述一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征是：所述道面板为正方形水泥混凝土板。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、方法简单、实现方便且实现方便。2、投入成本低且使用操作简便。3、简化了机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计过程，大幅度缩短了防翘曲变形设计周期，有效减少了防翘曲变形设计成本。4、采用数据处理器便可直接完成道面板板厚的设计过程，不仅计算过程简单，计算量小，并且计算结果准确，其对因温度作用、自重、相邻板之间的相互作用等对道面板翘曲变形产生的影响进行了全面、综合考虑，因而能真实反映道面板翘曲变形状况。5、使用效果好且实用价值高，有效解决了道面板翘曲变形问题，为研究道面板永久翘曲变形的机理和计算提供了依据，克服了以往道面板在温度作用下只能计算应力的局限；实现了道面板翘曲变形的计算，为分析道面板产生翘曲变形的内在因素和外部条件提供了有力手段，并实现了道面结构设计由强度控制向强度和变形共同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，所施工机场道面由布设在同一平面上的多块道面板（1）拼装而成，所述道面板（1）为矩形水泥混凝土板，多块所述道面板（1）的尺寸均相同，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、自由翘曲曲率高度wqj确定：首先，根据公式计算得出道面板（1）的自由翘曲曲率半径R，式(1)中ΔT=Tg×h，其中Tg为所施工机场道面的温度梯度且其单位为℃/m，h为道面板（1）的板厚且其单位为m，α为道面板（1）所采用水泥混凝土的热膨胀系数且其单位为1/℃；之后，结合计算得出的道面板（1）的自由翘曲曲率半径R，并根据公式计算得出道面板（1）的自由翘曲曲率高度wqj，式(2)中其中a和b分别为道面板（1）的设计长度和设计宽度且其单位均为m，α为道面板（1）所采用水泥混凝土的热膨胀系数且其单位为1/℃；步骤二、相邻板间相互作用下的翘曲高度wnj确定：首先，根据公式Mx=h2E8a[(R+h2)sin(aαΔTh)+h2tg(-γha36EIx)+αΔTsa-a]---(3)]]>和My=h2E8b[(R+h2)sin(bαΔTh)+h2tg(-γhb36EIy)+αΔTsb-b]---(4),]]>对道面板（1）长度和宽度方向上的弯矩Mx和My分别进行计算；式(3)中和式(4)中E为道面板（1）所采用水泥混凝土的弹性模量且其单位为Mpa，γ为道面板（1）所采用水泥混凝土的容重且其单位为MN/m3，ΔTs为所施工机场道面所处区域的气温年较差且其单位为℃；之后，结合计算得出的弯矩Mx和My，并根据公式(5)，计算得出相邻板间相互作用下道面板（1）的翘曲高度wnj；步骤三、自重作用下的翘曲高度wsj确定：根据公式(6)，计算得出自重作用下道面板（1）的翘曲高度wsj；式(6)中q为道面板（1）所采用水泥混凝土自重作用下的荷载集度且q=γh；步骤四、翘曲变形量计算：结合步骤一中所确定的自由翘曲曲率高度wqj、步骤二中所确定的相邻板间相互作用下道面板（1）的翘曲高度wnj和步骤三中所确定的自重作用下道面板（1）的翘曲高度wsj，且根据公式wj=wqj+wsj+wnj(7)，计算得出道面板（1）的翘曲变形量wj；步骤五、道面板板厚确定：首先，根据步骤四中所述的公式(7)，求解出当wj=c时道面板（1）的板厚h的取值，并记作hc；其中，c为翘曲变形阈值且c=0或cs，cs为预先设计的道面板（1）的最大允许翘曲变形量；之后，根据计算得出的hc，对道面板（1）的设计板厚hs进行确定，其中hs≤hc。...

【技术特征摘要】
1.一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，所施工机场道面由布设在同一平面上的多块道面板(1)拼装而成，所述道面板(1)为矩形水泥混凝土板，多块所述道面板(1)的尺寸均相同，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、自由翘曲曲率高度wqj确定：首先，根据公式计算得出道面板(1)的自由翘曲曲率半径R，式(1)中ΔT＝Tg×h，其中Tg为所施工机场道面的温度梯度且其单位为℃/m，h为道面板(1)的板厚且其单位为m；之后，结合计算得出的道面板(1)的自由翘曲曲率半径R，并根据公式wqj＝R-Rcosθa+R-Rcosθb(2)，计算得出道面板(1)的自由翘曲曲率高度wqj，式(2)中其中a和b分别为道面板(1)的设计长度和设计宽度且其单位均为m，α为道面板(1)所采用水泥混凝土的热膨胀系数且其单位为1/℃；步骤二、相邻板间相互作用下的翘曲高度wnj确定：首先，根据公式和对道面板(1)长度和宽度方向上的弯矩Mx和My分别进行计算；式(3)中和式(4)中E为道面板(1)所采用水泥混凝土的弹性模量且其单位为Mpa，γ为道面板(1)所采用水泥混凝土的容重且其单位为MN/m3，ΔTs为所施工机场道面所处区域的气温年较差且其单位为℃；之后，结合计算得出的弯矩Mx和My，并根据公式(5)，计算得出相邻板间相互作用下道面板(1)的翘曲高度wnj；步骤三、自重作用下的翘曲高度wsj确定：根据公式(6)，计算得出自重作用下道面板(1)的翘曲高度wsj；式(6)中q为道面板(1)所采用水泥混凝土自重作用下的荷载集度且q＝γh；步骤四、翘曲变形量计算：结合步骤一中所确定的自由翘曲曲率高度wqj、步骤二中所确定的相邻板间相互作用下道面板(1)的翘曲高度wnj和步骤三中所确定的自重作用下道面板(1)的翘曲高度wsj，且根据公式wj＝wqj+wsj+wnj(7)，计算得出道面板(1)的翘曲变形量wj；步骤五、道面板板厚确定：首先，根据步骤四中所述的公式(7)，求解出当wj＝c时道面板(1)的板厚h的取值，并记作hc；其中，c为翘曲变形阈值且c＝0或cs，cs为预先设计的道面板(1)的最大允许翘曲变形量；之后，根据计算得出的hc，对道面板(1)的设计板厚hs进行确定，其中hs≥hc。2.按照权利要求1所述的一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征在于：步骤一中所述的Tg为所施工机场道面所处区域的温度梯度，且其根据所施工机场道面所处区域的气象资料或实测气温数据进行确定。3.按照权利要求1或2所述的一种机场水泥混凝土道面板防翘曲变形设计方法，其特征在于：步骤一中对自由翘曲曲率高度wqj进行确定之前，先根据所施工机场道面的长度和宽度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁兴中，寇雅楠，姜乐，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61