جاده

جاده

تحلیل و مقایسه عملکرد روسازی­های صلب و انعطاف­پذیر فرودگاهی ایران با استفاده از نرم­افزارهای اجزاء محدود FAARFIELD و ABAQUS

نویسندگان
1 گروه عمران، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 گروه عمران، واحد نوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، نوشهر، ایران
چکیده
طراحی روسازی فرودگاه­ها همواره با چالش­های بسیاری همراه بوده است. زیرا علاوه بر تأمین مقاومت کافی جهت تحمل بار ناشی از عبور هواپیما، اجرای آن نیز  باید تا حد ممکن اقتصادی باشند. از این­رو محققین نرم­افزارهای متعددی برای پاسخ به این نیاز ارائه داده‌اند، آخرین نسخه نرم­افزار ارائه شده توسط سازمان هوانوردی آمریکا(FAA)  در این خصوص، FAARFIELD است. این نرم افزار به دلیل استفاده از مدل المان محدود سه­بعدی در طراحی روسازی، رفتار واقعی­تری از بارگذاری هواپیما بر باند فرودگاه نسبت به نسخه­های پیشین خود ارائه می­دهد. در طراحی روسازی فاکتور­های فنی و اقتصادی مختلفی از قبیل حجم ترافیک، هزینه، نوع خاک، شرایط آب و هوایی، مواد و مصالح، دوام، مقاومت، عمر مفید روسازی، تعمیر و نگهداری و مسائل زیست محیطی را باید در نظر گرفت. در این پژوهش با توجه به مدل سازی المان محدود سه بعدی صورت گرفته با استفاده از نرم­افزار های FAARFIELD و ABAQUS، به منظور تعیین تنش بحرانی وارد بر روسازی باند فرودگاه و تعیین نواحی بحرانی برای دو نوع روسازی صلب و انعطاف­پذیر تحت شرایط بارگذاری مجموعه هواپیما­هایی که به فرودگاه بین المللی مهرآباد تردد دارند، مدل سازی­های مختلفی انجام شده است. در فرآیند تحلیل، بعد از مدل­سازی بوسیله نرم افزار­FAARFIELD، در تحلیل دوم با استفاده از نرم­افزار ABAQUS و پارامتر­های خروجی تحلیل اول از قبیل، ضخامت لایه، مدول الاستیسیته و ضریب پواسون و فرضیاتی بابت تعریف تکیه­گاه گیردار و شرایط مرزی و تئوری الاستیک و ویسکو الاستیک به ترتیب برای روسازی صلب و انعطاف­پذیر، مجدداً مدل­ سازی انجام شد و نتایج خروجی ABAQUS علاوه بر تائید نتایج FAARFIELD، اطلاعات جامع­تری در مورد تنش، کرنش، حداکثر جابجایی روسازی و نقاط بحرانی ارائه نمود. حداکثر تنش و جابجایی در اولین لایه روسازی که در تماس مستقیم با بار فشاری ناشی از لندینگ و چرخ هواپیما می­باشد، متمرکز است. با افزایش عمق لایه به تدریج از مقادیر تنش فشاری، خستگی و ترسکا، همچنین کرنش حداکثر کاسته می­شود. همچنین تایید شد که در هیچکدام از سناریو­ها نقطه بحرانی و تسلیم روی سطح باند مشاهده نمی­شود. بلکه نقاط دارای تنش و جابجایی حداکثر عمدتاً در نقاط مرزی است که این مطلب می‌تواند به علت بحث تمرکز تنش در نقاط مرزی باشد در حالیکه در طول باند به علت گستردگی و وسعت باند این شرایط مرزی وجود ندارد و در صورت وجود درز در روسازی­های بتنی وسعت این شرایط مرزی محدود­تر می‌شود. بنابراین می‌توان با اطمینان خاطر از بخش عمده­ای از بحث تمرکز تنش در شرایط مرزی، چشم­پوشی نمود.
کلیدواژه‌ها

-­اخوان بهابادی، محمدجواد، خبیری، محمدمهدی و فتوحی فیروزآبادی، علیرضا (1391). بررسی عددی رشد ترک بر پایه ضرایب شدت تنش در اثر بارگذاری چرخ هواپیما در روسازی آسفالتی فرودگاه. پژوهشنامه حمل و نقل، دوره 13، شماره3، شماره پیاپی 48، پاییز، 30-14.
- بابا­گلی، رضوان، عباسپور مرز­بالی، کریم، محمدی، زهرا و عاملی، علیرضا (1398). مقایسه فنی و اقتصادی روسازی بتن غلتکی با روسازی آسفالتی و اولویت بندی پارامترهای موثر با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی فازی. فصلنامه مهندسی حمل و نقل، شماره 58، 306-291.
- خانی، علی و گلی، احمد (1390). مدل سازی رفتار آسفالت در شرایط الاستیک و ویسکو­الاستیک تحت تحلیل دینامیکی. دومین کنفرانس بین­المللی دستاورد­های نوین پژوهشی در عمران، معماری و مدیریت شهری.
- شرکت فرودگاه­ها و ناوبری هوایی ایران، (1402). گزارش مطالعات بهسازی اپرون غربی فرودگاه بین­المللی مهرآباد. مطالعات مرحله اول روسازی، مهندسین مشاور گسترش محمدیان.
- شرکت فرودگاه­ها و ناوبری هوایی ایران (1400). گزارش مطالعات روسازی باند 29 چپ فرودگاه بین­المللی مهرآباد. پروژه بهسازی سطوح پروازی و اجرای سیستم زهکشی باند 29 چپ فرودگاه بین­المللی مهرآباد.
- شفابخش، غلامعلی، اکبری، عباس و کاشی، احسان (1391). تحلیل عددی اثر مجموعه چرخ­های انواع هواپیماها در تعیین نواحی بحرانی روسازی صلب باند فرودگاه. مجله مدلسازی در مهندسی، سال دهم، شماره 29.
- شفا­بخش، غلامعلی و اکبری، عباس(1390)­. مطالعه اثر خرابی هواپیماهای پهن­پیکر بر روسازی باند فرودگاه. ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.
-طاهر­خانی، حسن و صفاری، حامد (1398). بررسی تاثیر هواپیماهای سنگین بر روی ترک­های انعکاسی روسازی مرکب فرودگاه­ها با استفاده از روش المان محدود تعمیم­یافته. فصلنامه علمی پژوهشی حمل و نقل، سال شانزدهم.
- غافری، مرضیه و حجازی، سید جعفر (1394). تحلیل و بررسی آخرین نسخه نرم­افزار سازمان هوانوردی امریکا در طراحی روسازی بتنی باند فرودگاه. اولین کنفرانس ملی فناوری­های نوین بتن، رشت، گیلان.
- فخری، منصور و غنی­زاده، علیرضا (1391). توسعه برنامه­ای برای تحلیل غیر­خطی روسازی­های انعطاف­پذیر. فصلنامه علمی پژوهشی حمل و نقل، سال سوم.
- میرزا خانلری، امید، طاهری، نیما و ملکی­ها، مهدی (1390). طراحی روسازی باند فرودگاه با استفاده از نرم­افزار FAARFIELD. دومین کنفرانس بین­المللی دستاورد­های نوین پژوهشی در عمران، معماری و مدیریت شهری.
-Divandari, H., Sarkar, A., Kargar Aldaghi, O., and Hosseinian, SM., (2025). Evaluation of Performance Characteristics of Microsurfacing Treatment Modified With Gilsonite as a Substitute for Natural Aggregate Filler. International Journal of Pavement Engineering, 26 (1), 2477766doi.org/10.1080/10298436.2025.2477766
 -Golizadeh, M., Divandari, H., and Sobhi, S., (2023). Investigation of using Coal Waste in asphalt mixtures and it's effects on moisture damage with the approach of bitumen chemistry and asphalt mixture mechanical test. Amirkabir J. Civil Eng., 54(12) (2023) 965-968. doi.org/10.22060/ceej.2022.21476.7735
- Haydon, M., Wardle, L., and Chai, G., (2016). Airfield Pavement Design for a Major Airport Using FAARFIELD and APSDS. Proc. of the Eighth Intl. Conf. on Maintenance and Rehabilitation of Pavements. 
Published by Research Publishing, Singapore.
- Kaya, O., (2020). Comparative Design and Economic Analysis for Airfield Pavements. Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering.
- Moghimi, S., Shafabakhsh, G.A., and Divandari, H. (2023). Evaluation of rutting, fatigue, and moisture resistance of low‐energy Asphalt mixtures modified by crumb rubber. Advances in Civil Engineering, Vol. 2023, doi.org/10.1155/2023/6668963
 -Pei, C., and Wang, S.Y., (2005). The Development and Application of Finite Element Model in the Chiang-Kai-Shek International Airport. Proceedings of the 8th International Conference on Concrete Pavements, Colorado, USA.
-Shen, S., Zhang, W., Wang, H. and Huang, H., (2017). Numerical Evaluation of Surfaceinitiated Cracking in Flexible Pavement Overlays with Field Observations. Road Materials and Pavement Design, Taylor & Francis, No. 1, 221-234.
 -Shimu, T.H., Rahman, M.M., Naim Hossain, Md., Nilu, N.J., and Ahmad, K.S., (2015). Finite Element Analysis of Airfield Flexible Pavement. First International Conference on Advances in Civil Infrastructure and Construction Materials, Daka, Bangladesh.
  -Tahmouresi, G., Amouzadeh Omrani, M., Divandari, H., and Seyedkazemi, A., (2025). Experimental Investigation of the Mechanical Properties of Asphalt Mixtures Containing Lightweight Expanded Clay Aggregate Replacing Coarse Aggregates and Modified With Nano-AL2O3. International Journal of Pavement Engineering, 26 (1), 2532690
 -Shafabakhsh, G., and Kashi, E., (2012). A Numerical Study Effect of Aircraft’s Main Gear Configuration on Airport Runway Damages. Technics Technologies Education Management TTEM Journal, Vol. 7, No. 2, 811-819.
-U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration­, (2021). Airport Pavement Design and Evaluation. Advisory Circular, AC NO 150/5320-6G.
-Wang, H., and Al-Qudi, I., (2010). Evaluation of Surface – Related Pavement Damage Due to Tire Braking.