Лекция 12. Оценка ровности поверхности искусственных покрытий

Лекция 12. Оценка ровности поверхности искусственных покрытий 1 В процессе эксплуатации покрытий конструкций аэродрома осуществляются физическое, температурное и химическое воздействия, вследствие чего происходит движение плит и их коррозия. Для измерения неровностей поверхности покрытий применяют высокоточные нивелиры и специальные шкальные линейки с миллиметровой шкалой и корректирующими винтами для установки вертикального положения шкалы. Ровность ИВПП является существенным фактором, определяющим срок службы летательных аппаратов, так как неровность покрытия вызывает знакопеременные нагрузки на конструкции воздушного судна во время взлета и посадки.

Для оценки ровности поверхности ИВПП выполняется короткошаговое нивелирование (с шагом 0, 5 м) с определением статистического индекса «R» и оценка макро- мезо- и микрорельефа на соответствие требованиям СП 121. 13330. Наличие такой информации позволяет выявить участки ИВПП с неудовлетворительной ровностью и своевременно включить их в планы текущего или капитального ремонта.

В результате короткошагового нивелирования формируется каталог отметок, фрагмент которого показан на рис. 1.

Каталог содержит отметки поверхности оси ИВПП и двух колейных рядов, расположенных на расстоянии 4 -5 м от оси с шагом 0, 5 м. Полученные статистические ряды анализируются для оценки ровности макро-, мезо- и микрорельефа. Макрорельеф представляет особенности рельефа длинных участков профиля, мезорельеф – участков длиной до 40 м, микрорельеф представляет оценку спектральной плотности ровности от 1 до 100 м.

Методика комплексной оценки ровности 1. Методика оценки ровности макрорельефа 5 Оценка соответствия фактического макрорельефа ИВПП требованиям ФАП «Технологическое проектирование и строительство аэродромов гражданской авиации» выполняется по следующим показателям: а) Максимальный продольный уклон крайних участков (1/6 часть длины ИВПП) – не более 0, 008; б) Максимальный продольный уклон среднего участка ИВПП – не более 0, 0125; в) Величина излома сопрягаемых поверхностей искусственных покрытий элементов аэродрома – не более 0, 015;

г) При наличии волнообразного продольного профиля расстояние , м, между смежными переломами продольных уклонов ВПП должно удовлетворять условию: , (1) где — алгебраическая разность продольных уклонов в смежных переломах элементов ВПП; — минимальный радиус вертикальной кривой, равный 20000 м для ВПП класса Б; д) Продольный профиль ВПП должен обеспечивать взаимную видимость двух точек, находящихся на расстоянии не менее половины длины ВПП на высоте 3 м от поверхности ВПП.

Согласно Федеральным авиационным правилам ФАП 262 на поверхности ИВПП не должно быть уступов высотой более 25 мм между кромками соседних плит и кромками трещин; волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм (кроме вершины двускатного профиля и дождеприемных лотков). 2. Методика оценки ровности мезорельефа

Для оценки размеров волнообразований по данным нивелирования для каждого профиля ИВПП вычисляются алгебраические разности высотных отметок точек, отстоящих друг от друга на расстоянии 3 м, по формуле , (2) где — отметки смежных точек. Алгебраические разности отметок определяются в соответствии с ГОСТ 30412 -96 Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерений неровностей оснований и покрытий.

Рисунок 1 – Алгебраические разности высотных отметок покрытия: 1 – рейка; 2 – алгебраическая разность высотных отметок точек i-1 и i+1; 3 – высотные отметки

Оценку ровности микрорельефа выполняют критерием ровности R. Данная оценка выполняется в соответствии с МОС АП-139, согласно которым для ИВПП классов А, Б, В международных аэродромов должна быть определена и объявлена в Инструкции по производству полетов (ИПП) обобщенная характеристика ровности (R). Значение R для этих ИВПП должно быть не менее 2. 3. Методика расчета критерия ровности R

Ровность покрытия по критерию R классифицируется как: • хорошая (при значении R большем 5); • удовлетворительная (R от 2 до 5 включительно); • неудовлетворительная (при значении критерия ровности R меньшем 2).

Если показатель ровности R не превосходит 3, то в заключении организации, производившей оценку, даются необходимые рекомендации по улучшению ровности покрытия ИВПП. Если R находится в пределах отрезка с границами от 2 до 3, последующую оценку ровности по критерию следует проводить не позднее, чем через 2 года. При значениях R менее 2 необходимо выполнить рекомендации по улучшению ровности покрытий с последующей оценкой ровности с целью подтверждения доведения ровности покрытий до требуемой.

Показатель ровности R определяется в зависимости от обобщенных характеристик уровня неровностей аэродромного покрытия C и k , аппроксимирующих спектральную плотность неровностей в виде функции , (3) где С – коэффициент мощности спектра; k — показатель степени; — пространственная частота длин волн неровностей (1/м).

На рис. 2 показаны схема расположения профилей и система координат измерения их отметок. Пример оценки ровности поверхности ИВПП Исходные данные 14 Рисунок 2 – Схема измерения отметок профилей ИВПП аэродрома

15 Для обработки результатов короткошагового нивелирования с целью определения критерия ровности ИВПП исследованы 3 статистических ряда высотных отметок: • Ось+3, 5 м – отметки профиля, расположенного в 3, 5 м влево от оси ИВПП при движении от порога 27 к порогу 09 (севернее оси). • Ось – отметки профиля оси ИВПП, измеренные в направлении от порога 27 к порогу 09; • Ось-3, 5 м – отметки профиля, расположенного в 3, 5 м вправо от оси ИВПП в направлении от порога 27 к порогу 09 (южнее оси). Для ИВПП длиной 3200 м при шаге съемки 0, 5 м по каждому профилю выполнен спектральный анализ статистического ряда размерностью 6400 элементов.

Продольный профиль оси ИВПП показан на рис. 3. Соответствие аэродромных покрытий требованиям ровности к макрорельефу

17 Продольный профиль состоит из восьми участков, средние уклоны и длины которых показаны в табл. 1. № участка Границы участка Средний уклон Направление уклона 1 ПК 0 – ПК 4+80 0, 0078 восходящий 2 ПК 4+80 – ПК 8+40 0, 0025 восходящий 3 ПК 8+40 – ПК 13+20 0 нулевой 4 ПК 13+20 – ПК 22+80 0, 0053 нисходящий 5 ПК 22+80 – ПК 25+20 0 нулевой 6 ПК 25+20 – ПК 26+40 0, 0048 восходящий 7 ПК 26+40 – ПК 28+80 0, 0011 восходящий 8 ПК 28+80 – ПК 32 0, 0027 нисходящий Анализ рис. 3 и табл. 1 показал, что продольный профиль ИВПП соответствует требованиям к макрорельефу

Анализ профилей показал, что на поверхности профилей «Ось+3, 5 м» и «Ось» нет волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм, т. е. требования АП-139 выполняются. На поверхности профиля «Ось-3, 5 м» имеются недопустимые волнообразования, образующие просвет под трехметровой рейкой до 39, 2 мм, которые согласно требованиям АП-139 необходимо устранить. Соответствие аэродромных покрытий требованиям ровности к мезорельефу

19 В табл. 2 приведены расстояния от порога 27 до точек недопустимых волнообразований и величины просвета под трехметровой рейкой с центром в указанных точках. Недопустимые просветы ряда «Ось-3, 5 м» Расстояние от порога 27, м Величина просвета, мм 818, 5 35, 0 819, 0 31, 5 820, 0 35, 2 … …

На рис. 4 -6 для наглядности показаны фрагменты профиля «Ось-3, 5 м» с недопустимыми волнообразованиями. 20 Рисунок 4 – Фрагмент продольного профиля «Ось-3, 5 м» на дефектном участке

21 Рисунок 5 – Недопустимые просветы под трехметровой рейкой в точках 818, 5, 820 и 827,

22 Рисунок 6 – Точки 859, 0 — 939, 5 с недопустимыми просветами под трехметровой рейкой

В соответствии с методикой расчета критерия ровности R из нестационарных рядов высотных отметок получены стационарные ряды. Для фильтрации рядов был использован низкочастотный симметричный нерекурсивный фильтр. Для определения спектральной плотности вычислены статистические оценки отфильтрованных рядов, корреляционные функции и спектральная плотность. Функции спектральной плотности показаны на рис. 7– 9 графиками « 1» в логарифмических координатах. Спектральный анализ рядов отметок поверхности ИВПП

24 Рисунок 7 – Спектральная плотность ряда Ось

25 Рисунок 8 – Спектральная плотность ряда Ось-3, 5 м

26 Рисунок 9 – Спектральная плотность ряда Ось+3, 5 м

1. Продольный профиль ИВПП удовлетворяет требованиям к макрорельефу, предъявляемым ФАП «Технологическое проектирование и строительство аэродромов гражданской авиации» . 2. На поверхности профиля оси ИВПП и профиля, расположенного в 3, 5 м севернее оси ИВПП нет волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм, т. е. требования МОС АП-139 выполняются. 3. На поверхности профиля, расположенного в 3, 5 м южнее оси ИВПП, на участке 818 — 940 м от порога 27 имеются недопустимые волнообразования, образующие просвет под трехметровой рейкой от 25, 2 до 39, 2 мм, которые необходимо устранить. 4. На основании спектрального анализа данных нивелирования ИВПП определен критерий ровности ИВПП R=3, 85. Соответствующая критерию ровности оценка: удовлетворительная ровность. Выводы