機(jī)場規(guī)劃設(shè)計(jì)課程作業(yè)

一、問答題：

1、簡述航空運(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（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

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（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)的場所，也是旅

客和貨物的起點(diǎn)、終點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)。機(jī)場由飛行區(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。空中交通管制機(jī)構(gòu)通常按區(qū)域、進(jìn)近、塔臺設(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、簡述機(jī)場系統(tǒng)的組成。

機(jī)場，亦稱飛機(jī)場、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)場的空域：包括進(jìn)場和離場的航路；地面部分包括跑道，滑行

道，停機(jī)坪和登機(jī)門，各種保障飛行安全的設(shè)施、無線電同行導(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，塔臺，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、營運(yùn)以及管理的場所），區(qū)內(nèi)設(shè)施還包括客機(jī)坪、候機(jī)樓、停車場等。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

相對集中的機(jī)場，只需單條跑道，運(yùn)輸非常繁忙的機(jī)場，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”。，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)場發(fā)展規(guī)劃、可用面積大小以及相鄰機(jī)場狀況的影

響。

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

跑道端部的滑行距離最??；③提供充分適當(dāng)?shù)某隹诨械溃沟弥戯w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，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)場或附近所在地（新建機(jī)場）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

觀測的16個(gè)方向的風(fēng)速記錄）；同時(shí)對云層高不高于152m和能見度小于等于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)徽圖；

④找出風(fēng)力負(fù)荷最大的方向，即跑道的方向；

5、跑道長度有哪些影響因素？對跑道長度起什么影響？

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

（一）飛機(jī)

①機(jī)型：發(fā)動(dòng)機(jī)推力（油門）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

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

飛行區(qū)等級用兩個(gè)部分組成的編碼來表示，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。對于跑道來說飛行區(qū)等級的

第一個(gè)數(shù)字表示所需要的飛行場地長度，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，跑道長度增加，風(fēng)速每增加9.26Km/h,長度增加7%；逆風(fēng)起降，跑道長度減少，風(fēng)速每

增加9.26Km/h,長度減小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,長度需

增加l%o

跑道長度計(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度減短獲得的總受益。

我國跑道長度計(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，所需跑道長度增大。跑道長度計(jì)算時(shí)，必需采用當(dāng)?shù)貧庀笈_的實(shí)測氣壓，即相當(dāng)于計(jì)

算氣溫的實(shí)測氣壓。

6、敘述機(jī)場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)場的正常使用，根據(jù)機(jī)場使用的飛機(jī)特性和助航設(shè)備的性能，對機(jī)場及其附

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)場周圍及其附近的建構(gòu)筑物，對超

過障礙物限制面的物體應(yīng)進(jìn)行處理，有些機(jī)場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

渡面、內(nèi)過渡面、復(fù)飛面和起飛爬升面。

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

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

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

7、簡述飛行區(qū)容量的影響因素及增容辦法。

機(jī)場系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)施在一定時(shí)段內(nèi)（通常lh,或1年或1天）通過不同運(yùn)輸對象（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)場最低天氣標(biāo)準(zhǔn)一云層和能見度指標(biāo)；風(fēng)、跑道表面狀況、噪聲減除要求

機(jī)場增容措施：

（1）增加機(jī)場系統(tǒng)容量：建設(shè)新機(jī)場。

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

應(yīng)航空需求的增長而普遍采用的一種方法。擴(kuò)建現(xiàn)有機(jī)場設(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)展超級樞紐機(jī)場③簡化國際到達(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。

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)、門位分配技術(shù)、航站處理系統(tǒng)技術(shù)。

8、簡述機(jī)場噪聲的計(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;ZJ包魏地自n01g—；聲功率級Lw=101g——

W

「Po1°o

機(jī)場噪聲防治方法：

（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，避開居民密

集區(qū)；

（3）駕駛飛機(jī)采用必要措施：

使用多級進(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，但至少保持一臺關(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)場地面900m后，

增速到航路爬升速度，過渡到正常航路爬升程序；

（4）使用隔音措施

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

穿越100m的樹林，衰減25?30dBA；

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

機(jī)場的平面布局：

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

場的飛機(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)向相對集中的機(jī)場，只需單條跑道，運(yùn)輸非

常繁忙的機(jī)場，則需要兩條或多條跑道。

跑道長度設(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）為將來的擴(kuò)建和技術(shù)改變保留足夠面積；（4）使站坪對周圍環(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C(jī)場規(guī)劃的認(rèn)識和疑惑。

總體來說，機(jī)場規(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)場發(fā)展需求；

機(jī)場與城市間的交通連接順暢、便捷；機(jī)場內(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)場噪聲影響預(yù)測，做好機(jī)場內(nèi)及鄰近地區(qū)的土地使用規(guī)劃，保持機(jī)場與周

邊地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展；在滿足機(jī)場運(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；注意建筑群的相對集中和群體效果。

機(jī)場規(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)場規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，首先要

對機(jī)場未來的客運(yùn)量、貨郵運(yùn)量等航空業(yè)務(wù)量做出預(yù)測，然后根據(jù)預(yù)測結(jié)果確定機(jī)場所需各項(xiàng)設(shè)施，它們

的規(guī)模和等級、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，機(jī)場容量分析延誤分析，這也是機(jī)場規(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，推測未來的航空業(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

對機(jī)場基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)有很大的影響，而延誤問題，得不到處理，將會影響航空業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行，需要進(jìn)

行擴(kuò)容。

對于這門課程，我也有自己的一些疑問。①對于當(dāng)今高速鐵路的迅速發(fā)展，勢必對航空運(yùn)輸會造成不

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，也無法與高速鐵路相媲美，這樣

一來，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)場規(guī)劃

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

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

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

二、計(jì)算題：

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

［前提］機(jī)場近期主要供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)場遠(yuǎn)期供B747V00等4E飛機(jī)使用。

［題a］試確定跑道長度及凈空道長度。

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

要求確定。飛機(jī)無燃油滿載質(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)場不能著陸而飛至備降機(jī)場上空時(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,從國際的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓表中可以查到：Hp=1219.2m=4000ft.

②求跑道長度計(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求跑道長度

1.全發(fā)起飛所需的跑道長度La.

（1）全發(fā)起飛所需的修正場地長度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)場地長度.

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地長度Lb°

(1)起飛一發(fā)故障所需修正場地長度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地長度

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)場沒有停止道，所以Lc=S's=10200ft

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

Lbc=10200ft,Vl=0.982

國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)故障所需跑道長度L

由于決斷速度VI符合要求，所以取Lb°=10200ft

3.確定跑道長度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、防吹坪長度和寬度、升降帶長度和寬度、跑道端安全地區(qū)

的長度和寬度。

（一）機(jī)場遠(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，所以升降帶長度為3100m.

查閱書中的表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)的長度取

凈空道長度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)場凈空道長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)模型評估機(jī)場道面惡化

KasthuriranganGopalakrishnan*,HalilCeylanandAlperGuclu

愛荷華州立大學(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

(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，這種方法來自于在美國聯(lián)邦航空管理局的全國機(jī)場道面試驗(yàn)設(shè)施(NAPTF)全面交通測試中獲得的無損

檢測(NDT)數(shù)據(jù)。

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

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

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

用力幅較小的無損檢測數(shù)據(jù)用于常規(guī)的機(jī)場路面結(jié)構(gòu)評價(jià)是可能的。

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

1、介紹和高強(qiáng)度(指標(biāo)CBR為20)。

全國機(jī)場道面試驗(yàn)設(shè)施(NAPTF)位于美國聯(lián)邦NAPTF為生成全面的測試數(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際機(jī)場附近。它以支持開發(fā)先的機(jī)場路面性能調(diào)查，例如波音777o在NAPTF第

進(jìn)機(jī)械為基礎(chǔ)的機(jī)場路面設(shè)計(jì)程序而修建，基于健一組的交通量測試期間，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)營運(yùn)，

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

(六組彈性和三個(gè)剛性)組成。這九個(gè)測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)測全面營運(yùn)對路面響應(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的營運(yùn)對NAPTF柔

柔性路面無損檢測數(shù)據(jù)，并通過無損檢測的數(shù)據(jù)來性路面段中結(jié)構(gòu)狀況(反算模量)的破壞性影響。

評估力振幅下的無損檢測響應(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)。為測試無損檢2、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反算模型

測響應(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)，無論是脈沖剛的顆粒材料和細(xì)粒路基土，簡稱路面巖土材料，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。在丹佛國際機(jī)場(DIA)(Lee等，1998)進(jìn)行力相關(guān)性說法一直是很完善的(Brown和Pappin

的中心板儀表剛性路面HWD測試也得到了類似的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)，對柔性和土表現(xiàn)出應(yīng)力軟化型的行為。

剛性機(jī)場路面，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)使用無損檢測力振幅來評估機(jī)場路面是非線性。Gomez-Ramirez和Thompson(2002)通過

可能不是必要的。有人還建議，機(jī)場路面能通過更單獨(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)測來做以機(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)對來自于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)越來越多地被用來解決資

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

的FWD數(shù)據(jù)來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)，并且不會得

在這項(xiàng)為指導(dǎo)國家公路和運(yùn)輸官員協(xié)會(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

在愛荷華州立大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)，最近的研是他們沒有考慮到，實(shí)際巖土材料對應(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，被用來培訓(xùn)ANN。

路柔性路面分析模型，用于預(yù)測臨界路面響應(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

成功地展示了用基于ANN的方法反算來自HWD測預(yù)測路面結(jié)構(gòu)層模量。

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

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

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

用于預(yù)測公路柔性路面在40kN的FWD彎沉盆下的Figueroal980)開發(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全面交通測試中獲得中常用的軸對稱有限元(FE)程序。它將路面作為

的40kN的FWD數(shù)據(jù)，來反算柔性路面結(jié)構(gòu)層模量。一個(gè)二維軸對稱的回轉(zhuǎn)體模型，并對粒狀材料和細(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)對鋪裝層的性能進(jìn)行了測試，因此，預(yù)計(jì)能在研究已經(jīng)驗(yàn)證了，軸對稱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)場路面提供了一個(gè)切實(shí)的路面結(jié)構(gòu)

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

的承載能力進(jìn)行評估。從FWD/HWD測量中獲得的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

可以用來估計(jì)路面的剩余壽命。目前，沒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，并能

來預(yù)測層模量。在這種方法中，結(jié)構(gòu)層模量最初是最終構(gòu)成訓(xùn)練和測試的數(shù)據(jù)集，用于開發(fā)基于ANN

假設(shè)的，理論表面撓曲由計(jì)算得來。通過一系列的的結(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),用來使模型中的應(yīng)力無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，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)庫解決方案的培訓(xùn)，

并作為預(yù)測柔性路面結(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)被用來開發(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，而相對適用于較低質(zhì)量的ANNFWD

集料。層厚度來預(yù)測路面結(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后來的研究(1981),K值

的令人滿意的結(jié)果而專門選擇的，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"無摩擦”的，但只有凝聚力的我們對幾個(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)大小的增長和隱藏層越來越多的神經(jīng)元

而降低。測試的均方誤差在一般情況下比培訓(xùn)過的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)和測試的均方誤差，只有IXIO"次（對應(yīng)于一

10

個(gè)均方根誤差，值為0.3%）,且對于和ER?這兩5

個(gè)輸出變量都是這樣。由于目標(biāo)是由現(xiàn)場測量的0

051015202530354045

FWD撓曲數(shù)據(jù)來反算和琢“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)被用來預(yù)測和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)測能力。平均絕對誤差（AAEs）被算作通sn

z

z20

過1500次獨(dú)立測試模式的個(gè)體絕對誤差的總和。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，對于測量的相對精度也是一樣

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

量更高。乎所有的