ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАГИ НА ОСНОВАНИЕ АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ Одномерная математическая модель тепловлагопереноса в грунтовых основаниях аэродромных покрытий из "Аэродромные покрытия Современный взгляд " Важным при выполнении таких расчетов является выбор закона изменения параметров внешней среды. Что касается температуры, то гармонический закон, либо табличные выражения температуры являются наиболее приемлемыми сегодня для аналитических решений и для численной реализации соответственно. [c.81] При решении задач о температурном режиме в системе покрытие-основание необходимо правильно сформулировать граничные условия особенно на границе воздух-нокрытие . В общем виде обычно принимают граничные условия III рода, куда входит коэффициент теплоотдачи. [c.81] Величина этого коэффициента зависит от двух составляющих — конвективной и лучистой, которые более подробно рассмотрены в восьмом разделе при решении конкретных теплофизических задач. [c.81] К природным воздействиям на покрытия следует отнести и сейсмические явления. Известно, что после землетрясений на аэродромах, попавших в зону с колебаниями почвы свыше 3 балов в покрытиях наблюдается возникновение различных дефектов — трещин, просадок, сколов и др., что свидетельствует об отсутствии учета сейсмических явлений при проектировании аэродрома. Отсутствовал и метод расчета покрытий, работающих в условиях сейсмики. В 90-х годах в этом направлении были сделаны определенные сдвиги [34], однако проблема расчета и конструирования в особенности жестких аэродромных покрытий остается и сегодня. Важным в этом случае становится выбор участка для строительства аэродрома, благоприятного в сейсмическом отношении по инженерно-геологическом и гидрологическим условиям. Конструктивные решения покрытий должны иметь ряд особенностей, чтобы обладать необходимой прочностью для восприятия сейсмических нагрузок. Необходимые требования должны быть установлены и для искусственных оснований покрытий, располагающихся в сейсмоактивном районе. [c.81] Практически при появлении первого поколения реактивных воздушных судов эксплуатационные подразделения аэродромов столкнулись с фактами нарушения структуры верхних слоев аэродромных покрытий (струйной эрозией) под влиянием высокотемпературных потоков, исходящих из сопла двигателей. Высокотемпературные потоки вызывают в покрытии возникновение резко выраженных нестационарных температурных полей, которые, в свою очередь, являются причиной температурных напряжений и деформаций в цементобетонных покрытиях. В ряде случаев высокотемпературные потоки могут приводить к оплавлению материала в покрытии нежесткого типа [255]. [c.81] Воздействие высокотемпературных газовых струй в наибольшей степени наблюдается на покрытиях мест стоянок и площадок для опробования работы двигателей, а также на концевых участках ВПП. В крайне неблагоприятных условиях оказываются покрытия, на которых базируется военная авиация с низко расположенными двигателями, а также самолеты вертикального взлета и посадки. [c.81] В настоящей работе не ставится целью приведение расчетов газодинамических параметров поля струй реактивных двигателей различных типов и определение их влияния на формирование температурных полей в покрытиях. Эти вопросы достаточно подробно изложены в монографии В.Е. Тригони [255]. Там же рассмотрен ряд теплофизических задач, в том числе с учетом изменения свойств бетона, работающего в условиях повышенных температур. [c.82] Ниже будет представлено решение задачи для условий, когда воздействие высокотемпературного и высокоскоростного потока вызывает расплавление материала верхних слоев, что может иметь место на асфальтобетонных покрытиях. Это весьма актуально, поскольку СНиП 32-03-96 Аэродромы рекомендует рассчитывать асфальтобетонные покрытия на восприятие аэродинамических нагрузок от газовоздущных струй авиационных двигателей, если средняя скорость струи в зоне контакта с покрытием равна или более 100 м/с. В работе [255] задача плавления не рассматривалась. Оценка влияния газовых струй авиационных двигателей на аэродромные покрытия в необходимых случаях позволяет правильно осуществить конструктивные мероприятия и повысить устойчивость аэродромных покрытий при эксплуатации современных воздушных судов. [c.82] Опираясь на известные законы изменения температуры среды (газового потока) и коэффициента теплоотдачи в районе рассматриваемой точки покрытия, можно сформулировать граничное условие на подверженной высокотемпературному нагреву поверхности в виде условия III рода, а на необогреваемой поверхности покрытия из-за кратковременности действия газовых струй температуру принять постоянной и равной первоначальной. [c.82] Для расчета и анализа температурного режима и процессов, происходящих в покрытиях, необходимо знать изменение физико-механических характеристик материалов при различных температурах. Что касается теплофизических параметров, то на сегодняшний день они изучены достаточно подробно и приводятся во многих изданиях. В меньшей степени изучены характеристики влагопереноса, поэтому некоторые исследователи считают, что с достаточной для практики точностью при повышенных температурах, когда интенсивно происходит миграция влаги, например в бетоне, экспериментально полученный теплофизический параметр косвенным путем учитывает и изменение влажности в материале. Это позволяет ограничиваться решением только задачи теплопроводности, не выделяя явно процессы влагопереноса. [c.82] Что касается самолетов вертикального взлета и посадки, а также аэрокосмических систем, то защита покрытий от воздействия на них высокотемпературных газовых струй в настоящее время выполняется металлом, либо особо жаростойким бетоном. [c.83] Для описания работы многослойного аэродромного покрытия нод действием самолетной нагрузки важным является учет изменения состояния грунтов основания в условиях сезонных колебаний температуры и влажности. [c.84] Водно-тепловой режим основания изменяется постоянно в течение года в летнее время оно высыхает при нормальной работе дренажной системы, в осенне-весенний период, наоборот, переувлажняется, в зимнее время — промерзает. [c.84] Влага попадает в грунтовое основание покрытий несколькими путями поднимаясь от уровня горизонта грунтовых вод но капиллярам, по пленкам, покрывающим частицы грунта, в виде водяного пара, а также проникая с поверхности цементобетонного покрытия через швы и трещины, а с поверхности асфальтобетонного — дополнительно через материал покрытия при нарушении его структуры. Основным источником избыточного увлажнения грунтовых оснований покрытий является вода, которая подтягивается к покрытию из нижележащих слоев под влиянием температурных градиентов. [c.84] В зимний период при промерзании основания происходит повышение его сопротивляемости самолетным нагрузкам, увеличивается несущая способность. В периоды оттепелей и слабых морозов, когда промерзание приостанавливается, под покрытием интенсивно накапливается влага. Особенно заметен этот процесс в весеннее время при оттаивании грунтов в основании покрытия. Переувлажнение грунта приводит к понижению его сопротивляемости внешним нагрузкам. Таким образом, прочность грунтов в основаниях покрытий меняется в течение года в зависимости от изменения их влажности, которая, в свою очередь, связана с температурой. Поэтому определение тепловлажностного состояния оснований аэродромных покрытий является важной задачей, и ее решению всегда уделялось большое внимание [80, 90, 91, 207]. [c.84] Анализ отечественных и зарубежных исследований дает возможность выявить принципиальные подходы к описанию процессов тепловлагопереноса в грунтах, которые можно принять при построении модели. Отличия подходов касаются, в основном, способов представления в моделях движения влаги. В нашей стране наибольшее распространение получили модели, в которых на макроскопическом уровне этот процесс записывается уравнениями переноса тепла и влаги, связанными определяюш,ими соотношениями, устанавлива-ЮШ.ИМИ взаимосвязь между потоками тепла, влаги, а также градиентами температуры и влажности. Основополагающими в таком подходе явились работы А.В. Лыкова [155]. [c.85] За рубежом разработки модельных представлений движения влаги в грунтах основаны на потенциальной теории миграции влаги в почве. Наиболее развитой и доведенной до расчетно-прикладного уровня моделью изменения тепловлажностного состояния грунтов является модель группы исследователей США [303, 304]. Уравнения тепловлагопереноса в этой модели записываются относительно двух макроскопических параметров (температуры и полного гидравлического напора). Коэффициенты уравнения нелинейны и зависят от этих параметров. Их функциональные зависимости устанавливаются экспериментальным путем. Именно этот подход представлен в данном разделе. [c.85] Рассмотрим задачу об изменении параметров тепловлажностного состояния грунтовых оснований аэродромных покрытий в одномерной постановке. [c.85] Необходимо подчеркнуть, что каждое из этих допущений приводит не только к формальным упрощениям математической постановки задачи, но и может изменить, причем довольно существенно, пределы допустимого приложения результатов, полученных в ходе решения. [c.86] Вернуться к основной статье