Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 12
1.1. Краткий обзор исследований и нормативных документов по проектированию, строительству и оценке эксплуатационной пригодности аэродромов 12
1.2. Нормы проектирования, строительства и оценки эксплуатационной пригодности аэродромов, построенных в 1970-1995 гг . 18
1.3. Современные нормы эксплуатационной пригодности аэродромов 23
1.4. Сравнение состава и размеров элементов летных полос по нормам СниП (1970-85 гг.) и НГЭА (1995) 31
1.5. Покрытия взлетно-посадочных полос, конструкция и прочность 34
1.6. Анализ норм ИКАО по проектированию и оценке эксплуатационной пригодности аэродромов 39
1.7. Влияние эксплуатационной пригодности аэродрома и условий экс плуатации на доходы аэропортов 43
1.8. Выводы и задачи исследований по повышению эксплуатационной пригодности аэродромов, построенных в 1970-1995 гг. 45
Глава 2. Концепция и принципиальные схемы повышения классов взлетно-посадочных полос 48
2.1. Концепция повышения классов искусственных взлетно-посадочных полос (ИВПП) 48
2.2. Принципиальньїе схемы повышения классов ИВПП 51
2.3. Расширение диапазона допустимых типов самолетов по длине летных полос 55
2.4. Расширение диапазона допустимых типов самолетов по несущей способности покрытий 57
2.5. Принципиальные схемы конструкций покрытий при повышении классов ИВПП 61
2.6. Рекомендации по уточнению размеров участков различных групп на ИВПП 64
Глава 3. Расчет необходимых толщин покрытий ішї реконструкции аэродромов 68
3.1. Теоретическая база расчета жестких покрытий аэродромов на прочность 68
3.2. Вывод формулы необходимой толщины жесткого покрытия при реконструкции летных полос
3.3. Расчет условного показателя покрытия для различных категорий на грузок и типов самолетов 82
3.4. Определение упругой характеристики жестких покрытий 86
3.5. Расчет обобщенного коэффициента, учитывающего различные факто ры 88
3.6. Расчет необходимой толщины слоя асфальтобетона для усиления по крытий аэродромов 92
Глава 4. Примеры повышения эксплуатационной пригодности летных полос 96
4.1. Реконструкция летной полосы на аэродроме класса «Г» с повышением в класс «В» и расширением диапазона допустимых типов самолетов 96
4.2. Экономическая оценка эффективности предлагаемой реконструкции летной полосы 102
4.3. Учет состояния и определение ресурса эксплуатируемых покрытий аэродрома 104
4.4. Экономическая оценка различных способов повышения эксплуатационной пригодности покрытий аэродромов 108
4.5. Примеры повышения эксплуатационной пригодности аэродромов методом поверхностного ремонта покрытий 110
4.5.1. Фирмы и способы ремонта 110
4.5.2. Аэропорт «Минск» 112
4.5.3. Аэропорт «Пулково» 115
4.5.4. Аэропорт «Якутск» 117
Заключение 122
Библиографический список использованной литературы
- Нормы проектирования, строительства и оценки эксплуатационной пригодности аэродромов, построенных в 1970-1995 гг
- Принципиальньїе схемы повышения классов ИВПП
- Расчет условного показателя покрытия для различных категорий на грузок и типов самолетов
- Примеры повышения эксплуатационной пригодности аэродромов методом поверхностного ремонта покрытий
Нормы проектирования, строительства и оценки эксплуатационной пригодности аэродромов, построенных в 1970-1995 гг
В дальнейшем значительное влияние основания было показано в исследованиях д.т.н. А.С, Степушина [37,38] и в нормативном методе ИКАО, который изложен в подразделе 1.3. Учет слоистости оснований, в т.ч. упрочненных, разработан Г.Я.Ключниковым и Б.И.Деминым и включен в нормативные документы [30,33,40,45].
Вышеизложенные основы теории аэродромов были заложены во все нормативные документы по проектированию, строительству и оценке эксплуатационной пригодности аэродромов СССР: СН-120-60, СН-120-70, Сниії П-47-80, СниП 2.05.08-85, НАСГА-86, СниП 3.06.06-88,НГЭА-СССР-85, МОСНГЭА СССР-80 [21-24,29-30,39-44]. По этим документам в 1970-1995 гг. было построено или реконструировано большое количество аэродромов, эксплуатируемых в настоящее время.
Новые принципы и методы оценки эксплуатационной пригодности аэродромов, учитывающие нормы ИКАО, начали вводиться в России с 1995 г. путем введения поправок к «Нормам годности к эксплуатации гражданских аэродромов (НГЭА СССР-92) и «Методике оценки соответствия нормам годности» (МОСНГЭА) [23,24]. Данные поправки не публиковались, но вводились в действие директивами. Одна из последних и важных директив - Приказ Департамента воздушного транспорта (ДВТ) № ДВ-156/4 от 29.11.93 «О совершенствовании требований к летным полосам гражданских аэродромов», который вводился с действие с 1.01.1995 г. в виде поправок к НГЭА СССР-92. Поэтому в дальнейшем тексте диссертации все нововведения будут обозначены условно, как «НГЭА-95» и «МОСНГЭА-95». Первое издание НГЭА-95 и МОСНГЭА-95 со всеми поправками было осуществлено в Академии ГА (ЦАО) в сборнике «Сертификация аэродромов» [35].
В диссертации рассматриваются две существенные «поправки», а по существу - новые принципьі и методы проектирования и оценки эксплуатационной пригодности аэродромов: а) замена КПБ на концевые полосы торможения КПТ с упрощенными требованиями; б) необязательность наличия Kill ; отмена необходимости в ГВПП и боковых полосах безопасности.
Эти изменения, естественно, изменяют эксплуатационную оценку действующих аэродромов, построенных по «старым» (классическим) нормам в 1970-1995 гг., а также правила их реконструкции и развития. Это имеет важное значение как для эксплуатационных служб авиапредприятий, так и для проектных институтов, и, в частности, для института «Ленаэропроект». Поэтому дальнейшей нашей задачей является более детальный анализ «старых» и новых норм проектирования, строительства и эксплуатационной пригодности аэродромов для сравнения и выявления различия, в т.ч. при применении к действующим аэродромам, построенным в 1970 - 1995 гг.
В период 1970-1995 гг. все нормы проектирования, строительства и оценки эксплуатационной пригодности аэродромов СССР, перечисленные в подразделе 1.1, были принципиально однозначны. Поэтому в данном подразделе эти нормы кратко изложены в целом по всем документам, с детализацией лишь по тем определениям и характеристикам аэродромов, которые будут рассмотрены далее в диссертации. Основные нормативные характеристики аэродромов по классам приведены в табл. 1.2-1.3 по данным документов [29,39-44].
Направление и ветровая нагрузка летных полос (табл. 1.2). Нормы объединены в рамках 4-х классов аэродромов (А, Б, В, Г). Следовательно, на всех построенных в 1970-1995 гг. аэродромах данных классов имеется возможность экономичного перевода в повышенный класс без изменения направления летных полос.
Элементы аэродромов и их геометрические размеры (табл. 1.3). Все элементы аэродромов соответствуют теории, кратко изложенной в п. 1.1. Отме 19 элементы аэродромов соответствуют теории, кратко изложенной в п. 1.1. Отметим лишь те элементы и размеры, которые имеются на всех аэродромах, построенных в 1970-1995 гг., но отсутствуют в новых нормах эксплуатационной пригодности аэродромов и, следовательно, являются резервом для экономичного перевода аэродрома в более высокий класс.
Принципиальньїе схемы повышения классов ИВПП
Наличие на генплане аэродрома КПБ и КПТ различное, т.к., согласно НГЭА п. 3.1.14, КПТ может отсутствовать. Это дает возможность экономично удлинять ИВПП за счет имеющихся на аэродромах КПБ, оставляя часть КПБ для КПТ. Экономичность следует из пригодности рельефа поверхности КПБ для устройства покрытия, т.е. без проведения значительных земляных работ.
Расположение на генплане КПБ и КПТ— идентичное (у концов ИВПП). Количество на летной полосе. КПБ на аэродромах имеется, как правило с обеих сторон; КПТ может не быть вообще или быть только с одной стороны. Это дает возможность экономичного удлинения ИВ1І1І, как минимум, в одну сторону, а при отсутствии КПТ — в обе стороны.
Размеры в плане. Размеры КПБ весьма значительны по длине (250-400 м) и по ширине (равны ширине ЛП). Длина КПТ в требованиях отсутствует, а ширина равна ширине ВПП, т.е. значительно меньше ширины КПТ. Это дает возможность экономично удлинять и расширять ИВПП за счет имеющийся КПТ.
Рельеф поверхности. На КПБ требования к рельефу близки к требованиям для ИВПП. На КПТ требования отсутствуют. Поэтому можно экономично удлинять и расширять ИВПП за счет КПБ.
Прочность поверхности на КПБ и КПТ принципиально должна быть одинакова, так как должна выдержать нагрузку от расчетного типа самолета (в случае прекращения взлета), не вызывая повреждения его конструкции. Согласно СниП, для этого достаточно иметь задернованную поверхность КПБ или уплотненную грунтовую с прочностью, требуемую для ГВПП (незначительно превышающую внутренне давление в колесах шасси).
Для КПТ в НГЭА, п. 3.1.14-3.1.15, конкретные требования по прочности отсутствуют. Но в МОС НГЭА, п. 3.1.14-3.1.15, указано, что требования НГЭА «следует считать выполненными, если КПТ имеет рассчитанное на прочность искусственное покрытие. Расчетная нагрузка для покрытия КПТ должна составлять не менее 0.5 расчетной нагрузки для участка покрытия ИВПП группы Г». Это более высокие требования, чем в СниП для КПБ. Однако, по нашему мнению, это требование не рационально, и даже нецелесообразно, по трем причинам:
а) наличие КПТ не обязательно; б) необходимая длина Kill и облегченного покрытия не нормируется; в) более рационально устроить это покрытие для выдерживания полной расчетной нагрузки от самолета, т.к. при незначительном увеличении расходов покрытие можно использовать для постоянной эксплуатации ИВПП увеличенной длины более тяжелыми самолетами.
Вследствие вышеизложенного, на действующих аэродромах покрытия КПТ еще, как правило, не строились.
Таким образом, из сравнения требований СниП к КПБ и НГЭА к КПТ следует, основной принцип концепции повышения классов летных полос на аэродромах, построенных в 1970-1995 гг.: использовать возможности экономичного повышения эксплуатационной пригодности летных полос путем увеличения размеров ИВПП за счет имеющихся КПБ и ГВПП значительных размеров. Экономичность следует из пригодности рельефа поверхности КПБ и ГВПП для устройства покрытия ИВПП (т.е. без проведения значительных земляных работ).
При увеличенных размерах ИВПП аэропорты могут получать дополнительные доходы (аэропортовые сборы) за эксплуатацию новых типов самолетов.
Повышение эксплуатационной пригодности летных полос может быть как по классам аэродромов, так и по типам самолетов и их взлетной массе.
Класс аэродрома определяется согласно НГЭА-95 только одним показателем - длиной ИВПП в стандартных условиях, которая приведена в подразделе 1.3, табл. 1.10.
Для оценки возможностей повышения классов ИВПП, построенных по СниП в 1970-1995 гг., необходимо учитывать, кроме длины ИВПП, также ее ширину и размеры имеющихся КПБ, БПБ, ГВПП, т.е. расположение и размеры летных полос в плане.
Системный анализ генпланов и размеров летных полос различных классов приведен на рис. 2.2. Численные значения размеров ИВПП, КПБ, ГВПП, БПБ и летных полос в плане были приведены в подразделе 1.3, табл. 1.10. Эти размеры изображены на рис. 2.2 в масштабе. Пунктиром показано возможное удлинение ИВПП до требуемой длины более высокого класса ИВПП (за счет использования имеющихся на аэродромах КПБ). Учитывая, что длина КПТ в НГЭА не нормирована и этот элемент вообще не обязателен, для него вполне может быть использована часть КПБ, остающаяся после удлинения ИВПП.
Расчет условного показателя покрытия для различных категорий на грузок и типов самолетов
При расчете жестких покрытий аэродромов, в частности, изгибающих моментов в покрытии при воздействии нагрузки от шасси самолетов, используется теория расчета плит на упругом основании, являющаяся частью строительной механики [1,2,10,19]. В основу метода расчета положена техническая теория изгиба плит. Принимается плита постоянной средней толщины, прогибы которой от воздействия нагрузки малы по сравнению с толщиной. Это допущение является вполне естественным для расчета гибких пиит, лежащих на сжимаемом упругом основании.
Плита постоянной средней толщины ограничена двумя параллельными плоскостями; при отсутствии других границ плита называется бесконечной в плане. Если же имеются какие-либо границы, то отношение толщины плиты к ее размерам должно быть достаточно мало.
В подразделе 1.5 отмечено, что покрытие ИВПП разделено на множество плит технологическими и температурными швами, поэтому плиты имеют конечные размеры в плане (ширина 7 м, длина 7 -20 м). Но все шшты соединены в швах стыковыми соединениями, передающими усилия с нагруженной плиты на смежные. Неполная монолитность всего покрытия ИВПП компенсируется увеличением изгибающего момента. Толщина плит равна 16-5-40 см, т.е. отношение толщины к размерам плиты в плане достаточно мало. Поэтому вышеизложенные теоретические предпосылки расчета плит для аэродромов соблюдаются. В плите выделяется срединная плоскость, которая при изгибе также искривляется, при этом искривленная поверхность называется упругой поверхностью.
Для расчета напряженно-деформированного состояния шшты строится система координат так, чтобы оси «х» и «у» лежали в средней плоскости, а ось «z» была перпендикулярна к ним и направлена вниз (рис. 3.1).
Перемещения плиты в направлении оси «z», которые будут получать точки средней плоскости в результате изгиба, называются прогибами и обозначаются буквой «W». В технической теории изгиба предполагается, что все точки плиты, которые до деформации находились на одной вертикали, получают одинаковые перемещения в направлении оси «z». Поэтому прогиб характеризует не только вертикальные перемещения точки средней плоскости, но и вертикальные перемещения любой точки плиты. Эти перемещения не зависят от координаты z, поэтому W = f(x,y) . (3.1)
Второе существенное предположение технической теории изгиба состоит в том, что горизонтальные перемещения точек средней плоскости принимаются равными нулю, а горизонтальные перемещения любой точки плиты в направлении осей «х» и «у», обозначаемые соответственно «U» и «V», определяются исходя из так называемой гипотезы прямых нормалей. Это означает, что перемещения «U» и «V» возникают в результате наклона линейного элемента, который до деформации был вертикальным, а вследствие деформации повернулся, оставаясь перпендикулярным упругой поверхности. Поэтому перемещения равны: u = -z—;v = -z—. (3.2) ox ay Знак «минус» в этих формулах объясняется тем, что при положительных значениях «z» (т.е. для точек, расположенных ниже средней плоскости плиты) и дт д(о „ тт при положительных производных —и— направление перемещении «и» и ох ду «V» противоположно направлению осей «х» и «у».
Далее принимается, что плита является упругим телом, и исходя жз сделанных допущений все направления в плите выражаются через функцию со(х,у). Нормальные напряжения считаются положительными, когда они являются растягивающими.
В технической теории изгиба плит нормальные напряжения в горизонтальных площадках, обозначаемые Zz, считаются равными нулю на основе вышеизложенных допущений. Нормальные напряжения, действующие в элементарной вертикальной полоске шириной dy, находящихся в пределах поперечного сечения, статически эквивалентны паре сил. Отношение момента этой пары к ширине полоски называется изгибающим моментом в рассматриваемом сечении плиты.
Примеры повышения эксплуатационной пригодности аэродромов методом поверхностного ремонта покрытий
Такая оценка выполнена по данным сравнения двух вариантов ЛП, приведенных в подразделе 4.1: — 1-й вариант: доведение ЛП класса «Г», построенной в 1970-90 гг. по старым нормам, до требований современных норм НГЭА-95 и МОС НГЭА-95; — 2-й вариант: предлагаемая реконструкция ЛП с повышением в класс «В» в соответствии с современными нормами.
В результате такой реконструкции ЛП экономический эффект складывается из влияния трех факторов:
1) возможности получения дополнительных доходов (аэропортовых сборов с авиакомпаний) за наземное обеспечение дополнительных авиарейсов самолетов, допускаемых на удлиненной ИВИП (АН-26, ЯК-42, АН-72 согласно табл. 4.1 подраздела 4.1);
2) готовности рельефа поверхности существующих КПБ для устройства покрытия на удлинении ИВПП;
3) незначительного повышения стоимости устройства 1 кв. м покрытия на 100%-ную расчетную нагрузку (для удлинения ИВПП), по сравнению со стоимостью покрытия на 50%-ную расчетную нагрузку (для КПТ).
Сравнение расходов на оба варианта ЛП приведены в табл. 4.3. При этом учитывалось только устройство покрытия на КПТ и удлинении ВИН. Необходимое расширение ЛП с 210 до 300 м одинаково для ЛП классов «Г» и «В», поэтому в табл. 4.3 не учитывалось.
Как видно из данных табл. 4.3, стоимость удлинения ИВПП для перевода в повышенный класс «В» близка к стоимости устройства облегченного покрытия при сохранении класса «Г». Дополнительные расходы на уширение ИВПП составят 31,5 млн. руб. Что касается расходов на устройство облегченного покрытия, то при повышении в класс «В» они меньше на 7,7 млн. руб. вследствие сокращения длины с 350 м до 200 м (которая в МОС НГЭА-95 не нормирована). Здесь возможно поставить под сомнение целесообразность устройства такого покрытия на ЛП обоих классов, т.к. по ранее действовавпшм и современным нормам у торцов ИВІШ требуются упрочненные участки длиной всего по 30 м в классе «Г» и по 50 м в классе «В». Однако, в данной работе не ставится задача доказать нецелесообразность устройства облегченного покрытия на определенной длине под 50%-ную нагрузку.
Общая стоимость перевода ИВПП из класса «Г» в класс «В» составляет 45,3 млн. руб. Эти расходы могут быть профинансированы из различных источников, но прежде всего, за счет дополнительных доходов от наземного обеспечения и обслуживания новых (для данного аэродрома) типов самолетов АН-26, ЯК-42 и АН-72, которые допускаются за счет удлинения ВГШ и повышения класса «Г» в класс «В».
Для представления конкретной величины сборов в табл. 4.4 приведен стандартный Акт сборов за эксплуатацию на аэродроме и обслуживание самолета ЯК-42. Как видно из этого примера, суммарная стоимость аэропортового обеспечения одного рейса ЯК-42 равна 37,7 тыс. руб. Для учета других самолетов (АН-26 и АН-72) примем осредненное значение стоимости, равное 30,0 тыс. руб. Общая сумма дополнительных доходов будет зависеть от общего количества рейсов.
Для компенсации разницы расходов в сумме 45,3 млн. руб. только за счет дополнительных доходов от аэропортовых сборов за наземное обеспечение и обслуживание самолетов АН-26, ЯК-42 и АН-72 необходимое количество рейсов составит:
В последние годы наблюдается все возрастающая потребность в реконструкции искусственных покрытий аэродромов, расположенных в различных регионах России.
Причинами преждевременного выхода покрытий из строя являются: - недоучет при проектировании инженерно-геологических, гидрологических и климатических факторов площадки строительства; - некачественный состав укладываемой смеси, нарушение технологии строительства; Акт № 26183 от 14.08.2001 за вьшолненные работы (услуги) по аэропортовому и наземному обслуживанию 1. Номер рейса по прилету/по вылету Г5869 /Г5870 6. Номер борта 42388 2. Вид и категория полета пассажирский 7. Максимальная взлетная масса 57500 3. Владелец судна 8. Маршрут следования Санкт-Петербург - Иркутск 4. Плательщик 9. Дата и время посадки 13.08.200112:06 5. Тип воздушного судна ЯК-42 10. Дата и время вылета 13.08.200116: Перечень сборов, тарифов ж цен Сведения по Стоимость Дата вы услугам полнения / примечание Ед.изм. Кол-во PyoJ ед. изм Всего руб. 11. Аэропортовые сборы Взлет-пос/кр.ано, метеооб. т 58 108.00 6264.00 Сбор за безопасность т 58 24.00 1392.00 Сверхнормативная стоянка Час 2 156.60 313.20 Прибывающие - В Пасс 80 20.00 1600.00 Прибывающие - Р Пасс 5 10.00 50.00 Убывающие-В Пасс 56 20.00 1120.00 Убывающие-Р Пасс 3 10.00 30.00 Метеообеспечение за С-В С-В - 954.00 954.00 Аэронавигация в зоне А/н т 58 12.00 696.00 12. ИТОГО (№11) 12419.20 13. Тарифы за наземное обслуживание
Обслуживание пассажиров - Р пасс 3 32.00 96.00 Обслуживание пассажиров - В пасс 56 64.00 3584.00 Обраб. почты прибывающей кг 46 0.58 26.68 Обраб. груза убывающей кг 1018 0.58 590.44 Обраб. почты убывающей кг 121 0.58 70.18 13.2. Техническое обслуживание
Обеспечение встречи Н-час 1.590 242.00 384.78 Обеспечение вылета Н-час 5.130 242.00 1241.46 А-транзитнаж Н-час 10.36 242.00 2507.12 13.3 Использование технических средств
Доставка пассажиров к ВС Ед. 1 365.00 365.00 Доставка пассажиров от ВС Ед. 2 365.00 730.00 Услуга: обесп. б/пит. за ВС С-В 1 - 1460.00 14. ИТОГО (№ 13) 11055.66 15Дены за наземное обслуживание
Борт.питание пасс. С-В 1 - 8036.80 Обеспеч. долговрем. стоянки Н-час 1.000 242.00 244.42 Буксиров. ВС до 500 м Ед, 1 331.0 331.00 Электропитание от АЛА (час) Час 0.83 918.00 761.94 Замена подголовников С-В 1 111.00 111.00 Раскладка ремней на креслах С-В 1 94.00 94.00 Обраб. и запр. С/У (тип ВС) Ед. 1 357.00 357.00 Санипак Пакет 2 24.80 49.60 16. ИТОГО (№15) 9985.76 17.ВСЕГО(№ 12,14,16) 33460.62 18. НДС 4208.28 19. Оплата всего с учетом НДС (Ш17-18) 37668.90
