بررسی عددی رشد ترک بر پایه ضرایب شدت تنش در اثر بارگذاری چرخ هواپیما در روسازی آسفالتی فرودگاه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد‌، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

تسهیلات زمینی بخش جدا ناپذیر فرودگاه­ها بوده که از جمله مهمترین آنها روسازی باند فرودگاه می­باشند. یکی از مشکلات و خرابی­های اجتناب ناپذیر روسازی ترک خوردگی است. ترک خوردگی در روسازی­ها انعطاف پذیر از جمله عوارضی است که در اکثر محوطه های پروازی دیده می‌شود. بنابر­این، این مسئله اهمیت دارد که با اتخاذ تدابیری سرعت گسترش آن را کاهش داد. در این پژوهش برای دستیابی به این هدف و جهت انطباق نتایج با واقعیت، از اطلاعات میدانی فرودگاه کرمان استفاده گردید و از مقادیر واقعی ضخامت لایه­ها و چگالی آنها و سایر مشخصات لایه­ها که با استفاده از نتایج آزمایش­های به دست آمده استفاده شد. با استفاده از نرم افزار المان محدود روسازی باند فرودگاه و یک شکل ترک مدلسازی شد و از خروجی آن جهت تحلیل روسازی در حالت­های مختلف استفاده گردید. ابتدا با
جابه­جایی بار هواپیمای طرح نسبت به موقعیت ترک محدوه محلی که بارگذاری بیشترین تنش را به ترک وارد می‌کند به دست آورده و سپس تحلیل­های مختلف در این فاصله انجام گرفت و تأثیر تغییر ضخامت آسفالت، تغییر طول ترک و همچنین تغییرات دما بر رفتار ترک بررسی شد. نتایج تغییر طول ترک نشان داد با 2 برابر شدن طول آن، میزان ضریب شدت تنش K1 حدود 17 درصد افزایش پیدا می‌کند و با افزایش ضخامت آسفالت مقدار ضریب شدت تنش کاهش پیدا می‌کند. به عبارت دیگر با افزایش ضخامت لایه آسفالتی سرعت رشد ترک کاهش پیدا می‌کند. نتایج نشان می‌دهند که به ازای هر درجه افزایش دما، میزان تنش متمرکز 3 درصد کاهش می‌یابد که نشان دهنده اهمیت پارامتر دما می‌باشد. بنابراین می‌توان ساعات پروازی هواپیما را به نحوی تنظیم نمود که در دماهای نزدیک به صفر درجه و کمتر از آن، تعداد پروازها محدود گردند.
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of Stress Intensity Factors in Airport Asphalt Pavement by Aircraft Wheel Loading

نویسندگان [English]

  • M.J Akhavan-behabadi 1
  • M.M Khabiri 2
  • A.R Fotohi-firozabadi 3
چکیده [English]

Ground facilities are an integral part of the airport, which the most important of them is runway pavements. One of the difficulties and the inevitable failure of the pavement are cracking. Cracking in flexible pavements is a distress seen in the most flight zones. Therefore, it is important to take action to reduce the speed of its spread. In this study, field data of Kerman airport (Iran) were used to achieve the mentioned goal and to adapt the results to the reality. Also, the real values of the thickness and density of the layers and other layer properties obtained from the experiments were used. By using finite element software for runway pavement, a crack was modeled and then its output was used to analyze the pavement in different modes. At first, by loads displacement to the position of the cracking, the place where loading causes the highest stress to the cracking was determined. Next, the different analysis in the targeted area was conducted to investigate the effect of the asphalt thickness changes, crack length changes and the temperature changes in the cracking behavior. The results of change in the crack length showed the stress intensity factor KI increase to 17% with increasing the crack length two times. The amount of stress intensity factor decreases with increasing the asphalt thickness. In other words, the crack growth rates decrease with increasing the asphalt thickness. The results showed that for each degree increase in temperature, the stress reduces by 3%, which reflects the importance of temperature parameter. It is recommended at the temperatures close to zero degrees or below zero, the number of flights to be limited.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical analysis
  • Pavement Cracking
  • Airfield Flexible Pavement
  • Stress intensity factor
  • Crack propagation
─   Airbus Manual. (2014), “Aircraft Characteristics Airport and Maintenance Planning”, A320/A320NEO, Revision No. 28, May 2014.

─   Al-Balbissi, A., and Little, D. N. (1990), “Effect of fracture healing on laboratory-to-field shift factor” Transportation Research Record 1286, Transportation Research Board, Washington, D.C., pp.173-183.

─   Ayatollah, M. (2012),"The crack growths under combined loads stretch in asphalt shear (low-temperature)." Printing. Transportation Research Institute, spring 2012[In Persian].

─   Al-Qadi, I.L. (2006),”Pavement Interlayer System Mechanisms: Separation, Reinforcement, and Reflective Cracking Control” Chinese Society of Pavement Engineering.

─   Balbissi, A., and Little, D. N. (1990), “Effect of fracture healing on laboratory-to-field shift factor.” Transportation Research Record 1286, Transportation Research Board, Washington, D.C., pp.173-183.

─   Chia-pei & Shih-ying Wang. (2005), "The Development and Application of Finite Element Model in the Chiang Kai-Shek International Airport". Preceding the 8th Int’l Conference on Concrete Pavements, August 10-12, 2005. Colorado, USA.

─   Erkens, S. M. J. G., Groenendijk, J., Moraal, J., Molenaar, A. A. A., and Jacobs, M. M. J. (1997), “Using Paris’ Law to determine fatigue characteristics – A discussion.” Proc., Eight International Conferences on Asphalt Pavements, Seattle, Washington, 1123-1140.

─   Evdorides, H.T. and Snaith, M.S. and Anyala, M., (2006), “An analytical study of road pavement fatigue”, Transport 159 Issue TR2,
pp. 93– 100.

─   Erol Tutumluer & In Tai Kim, (2004). "Permanent Deformation Behavior of Airport Pavement Base and Subbase Courses" University of Illinois, Urbana-Champaign November 9.

─   Fakhri, M. and Farokhi, M.,(2013), "The top-down method of crack propagation (TDC) in asphalt pavements using fracture mechanics hypothesis" Journal of Civil Tarbiat Modares 64, Fall 2010, Issue 3, [In Persian].

─   Paris, P. and Erdogan, F., (1963), “A critical analysis of crack propagation laws”, Journal of Basic Engineering, Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, December 1963, pp. 528-534.

─   Rodney N. Joel, (2006), "FAA Rigid Pavement and Tools Design Philosophy" Northwest Region Airports Conference, April 10.

─   Ten Statistical Yearbook of Air Transport (TSYAT), 2004-2014, (2014), Civil Aviation Authority, Office of the Information and Communication Technology Survey 2014 [In Persian].

─   Taha, M., Yusoff, N.and Hainin, M. (2013), “Study of the Effect of Temperature Changes on the Elastic Modulus of Flexible Pavement Layers”, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, Maxwell Scientific Organization, pp.1661-1667.

─   Shafabakhsh, G., Kashi, E. (2012), “A numerical study effect of aircraft’s main gear configuration on airport runway damages”. Technics Technologies Education Management TTEM Journal, Vol. 7, No. 2, pp. 811-819.

─   Willis, M., Johnson, D. and Sukumaran, B. (2006), “Three-Dimensional Finite Element Analyses of Flexible Airport Pavements for the Next Generation of Aircrafts”, Minnesota Department of Transportation, USA.