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機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土跑道局部損壞安全風(fēng)險(xiǎn)分析

文檔作者：王維，溫俊文檔來(lái)源：中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月21日
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機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土跑道局部損壞安全風(fēng)險(xiǎn)分析
王維，溫俊
(中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院，天津300300)
摘要：對(duì)機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土跑道各種損壞的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，建立了風(fēng)險(xiǎn)度尺的計(jì)算模型和方法。在大量
現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比與關(guān)聯(lián)分析基礎(chǔ)上，給出了破損安全風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)的標(biāo)度(A、B、C、D)和相應(yīng)的破損處置措施(停航搶
修、航閱搶修、航后維修和計(jì)劃維修) 通過(guò)應(yīng)用算例說(shuō)明了方法的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)；瀝青混凝土跑道：損壞：安全風(fēng)險(xiǎn)
中圖分類(lèi)號(hào)：X951 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674—5590(2013)02一0046—05
Research on safety risk of aerodrome asphaIt concrete
runway local damages
WANG Wei．WEN jun
(A卸on co№ge，甜UC，n嘶梳300300，∞ino)
Abs旬ract：Thmugh the systernati(、【eseaI℃h of ail kinds of the ajrport asphaIt eonerete nIflway damages，the mode』and
methodology aI℃established to calculate the saf毫fy risk index．Based on a great quantity of 6eld comparison
and correlation analysis，the safety risk rating scales (A，B，C，D)and fhe corresponding measures
(suspended repajr，repaif be￡ween釘ights，post—nighf main￡enance，scheduled main￡enance)are puI fonVard．
Finally，the application demonstrafes the efrectlveness of the methodology．
Key words：aemdmme；asphalt concrete nlnway；daⅡlage；safety risk
機(jī)場(chǎng)跑道狀況對(duì)于飛行安全具有重要影響。目
前，中國(guó)許多樞紐和干線(xiàn)機(jī)場(chǎng)，如北京首都機(jī)場(chǎng)、上海
虹橋機(jī)場(chǎng)、天津?yàn)I海機(jī)場(chǎng)、哈爾濱太平機(jī)場(chǎng)等，出于不
停航施工的便利性考慮，都對(duì)原來(lái)的水泥混凝土跑道
進(jìn)行了柔性加鋪，形成了瀝青混凝土道面。由于瀝青
混凝土在剛度、強(qiáng)度等諸多方面都不及水泥混凝土，
加之機(jī)場(chǎng)繁忙，因此不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種形態(tài)的局
部損壞。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青跑道損壞與航空器運(yùn)行安全的
關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)研究【ll，一些規(guī)章、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)瀝青跑道在何
種狀態(tài)下是適航的也沒(méi)有明確規(guī)定㈣，從而給瀝青跑道
的日常維護(hù)(特別是應(yīng)急維修)和安全評(píng)價(jià)帶來(lái)了很大
的困惑，不利于機(jī)場(chǎng)跑道安全水平的提升與管理。
為16種。而本文從影響航空器安全角度出發(fā)，針對(duì)其
具體危害表現(xiàn)，可將其分為4類(lèi)、7種形態(tài)，如表1所
示。研究表明，破裂類(lèi)損壞的主要危害為道面碎塊可
能導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)FOD(foreign objecc damage，外來(lái)物
損傷)；缺損類(lèi)和變形類(lèi)缺陷可能導(dǎo)致飛機(jī)滑跑時(shí)產(chǎn)
生強(qiáng)烈顛簸、振動(dòng)；磨光類(lèi)損壞的主要危害為跑道道
面摩擦系數(shù)降低，使飛機(jī)產(chǎn)生滑{留現(xiàn)象。
表1瀝青跑道損壞分類(lèi)和潛在安全風(fēng)險(xiǎn)
T曲．1 aass嫡cation of￡he asphalf nlnway d8mages a蝴
potential safbty risl‘s
損壞種類(lèi)代碼I Ⅱ Ⅲ Ⅳ
損壞種類(lèi)名稱(chēng)
損害形態(tài)名稱(chēng)
主要潛在危險(xiǎn)
破裂
龜裂。塊裂，補(bǔ)塊
FOD
缺損變形
坑槽沉陷，隆起
飛機(jī)顛簸、振動(dòng)
磨光
滑溜
道面摩阻性差
1瀝青跑道局部損壞類(lèi)型及危害分析
2跑道局部損壞風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型
根據(jù)《民用機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土道面設(shè)計(jì)規(guī)范》【3]以及
道面摩阻系數(shù)要求等因素，瀝青跑道損害類(lèi)型大致分根據(jù)問(wèn)題特點(diǎn)，選用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)尺(risk index)作
收稿日期：2叭2一06—08；修回日期：2012一08—30
作者簡(jiǎn)介：王維(19∞一)。男，河北豐南人，教授，碩上．研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第3l卷第2期王維，溫?。簷C(jī)場(chǎng)瀝青混凝土跑道局部損壞安全風(fēng)險(xiǎn)分析
一47一
為指標(biāo)，綜合考慮損壞引發(fā)事故的可能性和危害性
(即風(fēng)險(xiǎn)度)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判別。對(duì)瀝青跑道，其損壞風(fēng)險(xiǎn)
度與損壞類(lèi)型、損壞程度(深度、面積、長(zhǎng)度等)、損壞
位置(隱含機(jī)型組合、跑道幾何參數(shù)、飛機(jī)飛行性能等
影響)等因素有關(guān)。
根據(jù)安全工程學(xué)理論并結(jié)合瀝青跑道損壞影響
問(wèn)題特點(diǎn)[4j，采用以下模型計(jì)算損壞風(fēng)險(xiǎn)度
l m n l
R=100(≮cc％)～=100[qn＆兀％]一(1)
i=l l=1
式中：尺為損壞風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，0～100；c^為損壞種類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)系
數(shù)，0～1；c，為接觸損壞的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，0～1；R。?為接觸損
壞的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)因子，0～l；cn為損壞程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，0～
1；R。為損壞程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)因子，0～1；m為接觸損壞風(fēng)
險(xiǎn)系數(shù)因子個(gè)數(shù)；n為損壞程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)因子個(gè)數(shù)。
3損壞種類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算
如前所述，瀝青跑道損壞有4類(lèi)，因安全風(fēng)險(xiǎn)各
不相同，需要對(duì)其進(jìn)行影響權(quán)重排序。由于層次分析
法AHP(the analytic hierarchy process，簡(jiǎn)稱(chēng)AHP)具有
定性、定量分析相結(jié)合的特點(diǎn)，口J‘將人的主觀判斷做
定量處理，故采用AHP進(jìn)行瀝青跑道損壞種類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)系
數(shù)的計(jì)算分析。
定義瀝青跑道破裂類(lèi)、缺損類(lèi)、變形類(lèi)、磨光類(lèi)損
壞的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分別為形。、形：、形。、形。。則對(duì)本問(wèn)題，構(gòu)
造判斷矩陣如下，其中
吩=鯽。／嘶i√=1，2，3，4
Ⅱll 0Iz Ⅱl’ 014
AA=：’：礎(chǔ)82國(guó)甌} ((22))
毋l ck n∞ n弭
l國(guó)l ‰ 啦3 ‰J
％取值及含義采用表2所示的9標(biāo)度法。
表2判斷矩陣的標(biāo)度
Tab．2 Judgment matrix scal姻
根據(jù)研究、調(diào)查和分析，依據(jù)各權(quán)重的相對(duì)重要
性，構(gòu)造判斷矩陣如下
l 糾8 彰7 1
8／9 1 8／7 8／9
A 2}7／9 7，8 1 7／9
： l 9／8 9／7 1
j
通過(guò)求解判斷矩陣A的最大特征值、特征向量并
對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，得出W=(0．274，0．243，0．227，0’257)’。
為滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算要求，將最高級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)定義為
l，于是可根據(jù)歸一化特征向量求得機(jī)場(chǎng)瀝青跑道7
種損壞形態(tài)的對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，如表3所示。
表3各種損壞的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)
Tab．3 msk coemcients of alI“nds of d蛐ag鶴
損壞種類(lèi)代碼I
損壞種類(lèi)名稱(chēng)破裂
損害形態(tài)名稱(chēng)龜裂，塊裂，補(bǔ)塊
損害風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1．000
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
缺損變形磨光
坑槽沉陷，隆起滑溜
O．889 O．828 O．939
4損壞接觸風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算
4．1第1類(lèi)損壞的接觸風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)
破裂類(lèi)損壞的主要潛在威脅在于FOD㈣，因此應(yīng)
主要考慮損壞對(duì)飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，即跑道損壞
位置與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的接近程度，包括道面損壞的橫向
位置、機(jī)型組合與運(yùn)行架次、飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)高度等
因素。
4．1．1橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)尺，
某機(jī)型的橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)定義如下弘卜高努‰ (3)
式中：玩為道面損壞位置與跑道中線(xiàn)距離(m)；D。為
飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中心與機(jī)身中線(xiàn)的距離(m)；肜，為跑道寬
度(m)。
運(yùn)行機(jī)隊(duì)的橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)定義如下
Σ心尺， R，=—— (4)
ΣⅣf
式中：Ⅳf為某機(jī)型一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行架次。注意，4發(fā)飛
機(jī)的Ⅳ。為實(shí)際運(yùn)行架次2倍；尺，為各機(jī)型橫向風(fēng)險(xiǎn)
系數(shù)。
4．1．2豎向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)尺．
某機(jī)型的豎向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)定義如下
m=1一^： (5)
式中：^。為某機(jī)型歸一化發(fā)動(dòng)機(jī)垂直高度(發(fā)動(dòng)機(jī)下緣
與地面距離)，用下式計(jì)算
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
一48一
中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)2013年4月
————————————————————————————————————————————一危，：衛(wèi)
Σ日i
式中：日。為各機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)下緣垂直高度。
機(jī)隊(duì)豎向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)定義如下
尺．，Σ=尺—，Ⅳ—f
ΣM
(6)
(7)
式中：m為某機(jī)型一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行架次。注意，4發(fā)飛
機(jī)的m為實(shí)際運(yùn)行架次2倍。
4．2第Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)損壞接觸風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)
影響機(jī)輪輪跡橫向分布的主要因素有飛機(jī)類(lèi)型、
主起落架組數(shù)、機(jī)輪間距和輪胎寬度等。根據(jù)飛行試
驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，飛機(jī)在跑道上滑跑時(shí)，其機(jī)輪在跑道
橫向上符合正態(tài)分布【6】。
對(duì)于離跑道中線(xiàn)距離為￡、損壞寬度為肜。的某
類(lèi)損壞，飛機(jī)機(jī)輪從該處軋過(guò)的概率為
p=Jr吣曠一、】 rW棚 1 一了l “石)出=i——Le”(k ‘ J。一彤，。』Ⅲt 、／2耵礦
(8)
式中：形D為道面損壞寬度；形。為飛機(jī)輪輪印寬度(對(duì)
于多輪起落架，為外輪外側(cè)間距)；L為損壞位置離跑
道中線(xiàn)的距離。
顯然，跑道損壞位置越靠近中線(xiàn)，損壞面積越大，
機(jī)輪從該位置軋過(guò)的可能性就越大。
對(duì)于缺損(Ⅱ類(lèi))、變形(Ⅲ類(lèi))和磨光(Ⅳ類(lèi))損
壞，其影響主要體現(xiàn)在飛機(jī)機(jī)輪通過(guò)損壞位置時(shí)對(duì)飛
機(jī)造成的影響，因此計(jì)算破損位置風(fēng)險(xiǎn)時(shí)主要考慮損
壞位置與機(jī)輪的接近程度，用橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)表示。某
機(jī)型的橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)定義如下，機(jī)隊(duì)橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)公
式同式(4)，但這里的R，指各機(jī)型第Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)
損壞接觸橫向風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，ⅣI指某機(jī)型一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行
架次，且當(dāng)飛機(jī)有4組主起落架時(shí)，運(yùn)行架次加倍即卜高黔‰ (9)
式中：鞏為損壞位置與跑道中線(xiàn)距離(m)；D。為飛機(jī)
主起落架輪組中心與機(jī)身中線(xiàn)的距離(m)；形，為跑道
寬度(m)。
5危害程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算
5．1第1類(lèi)損壞的危害程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)
第1類(lèi)損壞主要涉及龜裂、塊裂和補(bǔ)塊。其危害
程度主要用松動(dòng)狀況來(lái)進(jìn)行衡量，即仍然主要考慮造
成FOD的風(fēng)險(xiǎn)舊。根據(jù)前面分析，可用下式來(lái)計(jì)算危害
程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)
『0．10損壞無(wú)松動(dòng)
C。={0．50損壞有部分松動(dòng)(10)
1．00損壞有大量松動(dòng)
5．2 第Ⅱ類(lèi)損壞的危害程度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)
第Ⅱ類(lèi)損壞為坑槽，其危害程度由坑槽深度和機(jī)
輪嵌入情況(隱含坑槽幾何特征)而定。
根據(jù)《附件14》卷I附篇A同、《機(jī)場(chǎng)勤務(wù)手冊(cè)》和
Boeing飛機(jī)振動(dòng)研究資料，為保障飛行安全，機(jī)場(chǎng)道
面的坑槽深度一般不得超過(guò)3 cm。當(dāng)坑槽深度為3～5
cm時(shí)飛機(jī)振動(dòng)較大，而當(dāng)坑槽深度超過(guò)5 cm時(shí)飛機(jī)
振動(dòng)加劇，不能接受。另?yè)?jù)Boeing有關(guān)飛機(jī)振動(dòng)的研
究，當(dāng)飛機(jī)在道面上安全滑跑時(shí)，其豎向加速度不超
過(guò)±0．4 d8圳。并且經(jīng)過(guò)飛機(jī)滑跑遭遇坑槽的力學(xué)模型
計(jì)算，表明欲使飛機(jī)豎向加速度不得超過(guò)±o．4 g，坑槽
深度不得大于4 cm。如果考慮起落架阻尼效應(yīng)，此值
還略可增加，因此控制坑槽深度不超過(guò)5 cm是合理
的?據(jù)此，坑槽深度風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)按以下原則確定
恥嚆
下面分析機(jī)輪遭遇坑槽時(shí)的嵌入情況。顯然，如
果坑槽較小，對(duì)機(jī)輪不會(huì)造成影響。只有機(jī)輪部分或
全部嵌入坑槽，飛機(jī)才會(huì)受到影響。根據(jù)坑槽的寬度
(垂直跑道中線(xiàn)方向)、長(zhǎng)度(平行跑道中線(xiàn)方向)與機(jī)
輪輪印寬度(垂直跑道中線(xiàn)方向)、長(zhǎng)度(平行跑道中
線(xiàn)方向)的對(duì)比，機(jī)輪遭遇坑槽時(shí)出現(xiàn)的嵌人情況有
懸浮、半臥和全臥三種。為判斷機(jī)輪一坑槽嵌臥關(guān)系，
需將損壞坑槽面積與機(jī)輪輪印面積進(jìn)行比較。根據(jù)
《民用機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面設(shè)計(jì)規(guī)范》吧機(jī)輪輪印尺
寸計(jì)算方法如下：
輪印長(zhǎng)度(mm) 扛、／醬?)
輪印寬度(mm)
形，=0．6厶(13)
式中：母為機(jī)輪胎壓(MPa)；只為機(jī)輪單輪荷載(kN)。
將飛機(jī)機(jī)輪輪印與坑槽面積、形狀相對(duì)照，即可
得出機(jī)輪的嵌臥狀況。機(jī)輪嵌臥狀況風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)按下式
計(jì)算
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第3l卷第2期王維，溫?。簷C(jī)場(chǎng)瀝青混凝土跑道局部損壞安全風(fēng)險(xiǎn)分析
一49—
1．0 形d≥形。，厶≥厶
尺。，：!乙7，， 形一≥形”L。<厶(14)>200
摩阻風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)根據(jù)磨光道面的摩擦系數(shù)肛(指跑
道摩阻測(cè)試車(chē)的濕態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù))來(lái)確定
O．4肛>O．2
R“={0．7 0．1<肛≤0．2>

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