本文作者:nihdff

桥梁单板受力加固方案计算,桥梁单板受力加固方案计算公式

nihdff 06-26 37
桥梁单板受力加固方案计算,桥梁单板受力加固方案计算公式摘要: 航母甲板上为什么不能铺沥青或者直接做成水泥跑道?航母甲板上为什么不能铺沥青或者直接做成水泥跑道?脑洞大开!我们都知道甲板钢属于航母结构钢中难度系数最大的存在,其要满足高屈服度、高强...
  1. 航母甲板上为什么不能铺沥青或者直接做成水泥跑道?

航母甲板上为什么不能铺沥青或者直接做成水泥跑道?

脑洞大开!我们都知道甲板钢属于航母结构钢中难度系数最大的存在,其要满足高屈服度、高强度、高韧性、强大的抗冷冲击性、低磁性等多方面近乎苛刻的要求,炼制加工极其复杂和困难,目前全世界也只有中美俄法英等少数国家掌握了这一技术!正因为如此,许多国家即使拥有或者自行开建航母,因为无法突破甲板钢技术,仍旧需要向国外进口甲板钢。典型的如印度自称国产的维克兰特号航母,虽然大部分钢材已经实现了自给自足,但是专用的甲板钢仍旧需要大量从俄罗斯进口。既然甲板钢如此难产,那么我们能不能另辟蹊径,直接使用水泥制作甲板或者用普通钢代替甲板钢,然后在上面铺设沥青跑道来代替技术复杂的专用特种甲板钢呢?

(俄罗斯库兹涅佐夫航母甲板)

从陆地机场的建造施工经验看,水泥甲板强度足够,但是却缺失很多关键性能

舰载机着舰时,重力加速度对甲板的冲击力高达百吨以上,现代的陆地军用机场对于水泥跑道的施工有着严格的标准,通常会分为四层,最底层为夯实的土层、然后是碾压紧实后的碎石层,次级为缓冲减压的细沙层,最后才是直接承压的水泥层,四层叠加的厚度平均超过1米,在高原高寒地区甚至能达到2米以上!如果要将这种分层水泥跑道复制到舰载机之上会造成多方面的水土不服!
(美军军用机场施工,可见水泥层厚度在30厘米左右)

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图片来源网络,侵删)

第一、厚度太大造成质量过重!

水泥和沙土的密度虽然没有钢铁大,但是现代钢甲板航母的厚度一般只有50毫米左右,上万平方米面积,一米多厚的水泥跑道重量肯定要大大超过普通的钢甲板,这会导致航母严重超载,进而影响航母的机动性!除了速度过低无法制造出舰载机起飞的甲板风之外,在行军打仗时的灵活性也会严重衰减!
(从这个机械盖板可以看出甲板厚度不过5厘米左右)

第二、无法适应航母特殊作战环境

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(图片来源网络,侵删)

航母属于海上机动作战装备,海浪海风不停冲击航母,时刻都处于颠沛流离的运动颠簸状态,而水泥甲板虽然强度可以达到要求,但是柔韧性太差,物理性质太脆,在动荡的航母上很容易因为船身摇晃而碎裂。加之经常涌上甲板的海浪以及风吹日晒造成的热胀冷缩,三百多米的航母船体能够在夏天和冬天收缩膨胀出一米以上的差距,水泥甲板在航母上可能熬不过一个整年就完全被扯碎了。
(辽宁舰在南海风浪中前行)

第三、水泥跑道无法安装更多附加设施

舰载机起飞着舰需要依靠弹射器和阻拦锁,停机时则需要挂上固定勾,而这些装置都必须在甲板上进行打孔挖洞,加装固定装置,只有钢铁这样可以任意切割而不影响整体物理属性的材料才能胜任这样的工作,如果是水泥材质如何进行打孔?如何与这些设备匹配工作?估计还没弄上就完全碎裂了吧?
(航母弹射器,这玩意儿水泥板怎么安装?)

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(图片来源网络,侵删)

那么使用普通钢做成甲板,然后铺上厚厚的沥青能不能代替特种甲板钢?

这个更是完全不行,沥青在一两百度就会高度软化,到达300℃以上更是会直接沸腾,而战斗机喷射的尾焰温度通常高达上千摄氏度,随便起飞几个架次,沥青就完全被蒸发成气体了。而且附着在比热容较小的钢甲板之上,由于高温炙烤钢板会迅速升温,沥青会极速软化,根本难以进行舰载机的起飞和着舰。
(沥青即使铺设跑道路面,也必须和沙石混合搅拌,而且不能辐射在容易急剧升温的金属表面)

其实航母甲板上确实是有十毫米左右的涂层,但是这一涂层主要是起防滑、防锈作用,防止人员和舰载机直接在钢铁表面起降行走打滑,也顺便提高了甲板寿命。航母甲板涂层的主要成分为抗高温、耐磨性较好、抗腐蚀性能突出的碳化硅制作而成,附着在甲板表面能够形成类似于毛玻璃的褶皱状,增强钢铁表面的摩擦力。根据美军航母的建造标准,甲板碳化硅涂层的寿命要能够承受1000架次舰载机起飞造成的损耗,就算是如此坚韧,还必须每年进行定期维护!以沥青的耐磨性,同样不适用航母甲板涂层的工作!
(美军敷设尼米兹级航母甲板防滑涂层,一般先喷黄色底漆,然后在喷碳化硅,最后再划上白色和红色标志线)

民航机场的跑道确实是混凝土建造的,上面再铺上沥青,能够承受大型客机的起降工作。

(无论是民用机场还是军用机场,都是用混凝土铺设的,绝对能够满足飞机的起降要求)

不过民航机场的跑道是在陆地上,不需要考虑地面的承载能力,混凝土的浇灌厚度至少要达到30厘米。

而如果是国际机场,需要起降大型客机,混凝土厚度则不能低于35厘米。

试想35厘米厚的混凝土,外加铺一层沥青,这重量得多大啊!

若是在在地面上,我们可以不考虑跑道的重量,反正大地不会塌,但是在航母上就不能不考虑重量了,超载可是要沉船的。

(美军航母甲板的厚度在50-60毫米之间)

其实混凝土一旦凝固,跟石头没有多少区别,密度非常大,把它用作航母甲板,航母即便不沉,也铁定跑不快了,而且还是头重脚轻,搞不好一个急转弯就翻了。

试想,美国的核动力航母顶着一大块水泥盖板到处跑,这到底是军队还是建筑队?跑别人家门口揽工程吗?

并且要想铺设水泥跑道,你得先有个地基才行,你总不能铺在空中吧?而船上的地基就是钢制的甲板啊。

图片上我军歼–11B战斗机在高原机场起降,相对于陆上机场沥青跑道和水泥停机坪,航母的甲板强度要求的标准更高!

坐过飞机的看官们到了飞机场就会看到机场跑道和停机坪的样子,它们都是用高强度改性沥青和高标号水泥建筑而是,首先是要挖很深的跑道路基,然后铺设钢筋和各种颗粒大小不一的石块儿和砾石,初步压实后要灌注水泥浆固结为整体,再在上面铺设超过20~30厘米厚的沥青,从底部岩石层到最上面的沥青厚度接近一米,只有这样厚度和强度才能经受住大型客机或者大型军用运输机的巨大起飞/降落冲击重量。
图片上是“大兴国际机场”的建设航拍图片,机场跑道的陆基被挖掘的很深。
而停机坪最上层则是采用预制水泥板铺设,这样有利于某一处损坏后可以更换...但是,水泥和沥青不能用到航母甲板的铺设,原因就是它们的强度不够,经受不了舰载机的起降。
我军歼–15战斗机的重量与空军的歼–11系列差不多,空重都在16~17吨左右,最大起飞重量在30~33吨,这么重的飞机在180公里/小时的“重力加速度”作用下Duang的拍在甲板上冲击力量是非常大的!如果甲板是用沥青和水泥铺设的就会砸出来一个大洞🕳️!出现这种状况就不是飞机受损严重这样简单了。

那么,为何会砸出一个大洞?因为航母的飞行甲板与陆上机场是不一样的,陆上机场是:沥青→砾石层→石块层→大地土层,多重的飞机降落在跑道上最下面的大地土层都能吸收和分散绝大部分的能量...而这个问题到了航母的飞行甲板就不一样了,因为航母是多层甲板结构,最上面是飞行甲板,在甲板的下面就是机库和助飞助降设备舱,两层甲板中间是空的,就靠厚钢板隔断和型材支撑...如果制造飞行甲板的材料抗冲击和抗拉强度不够,就会大面积垮塌!更会危及到下面的机库里面的人员和飞机安全
“辽宁舰”飞行甲板下面机库的3D模拟图片,要是从上面掉水泥块、沥青块...那还了得?砸坏了得花多少钱去修理?所以,机库上面的飞行甲板必须要采用理化性能更高的低合金高强度钢板制造才行。
建造中的“福特号航空母舰”很直观的看到多层甲板结构,如果用沥青、水泥铺设飞行甲板会因为理化性能很差导致航母不能起降舰载机,航母也就失去了作战能力。

另外一点,飞行甲板不但强度要高,抗“蠕变性能”要求更高,热胀冷缩的系数要控制在极低,因为航母要去全世界各海域执行任务,昨天可能在接近北极严寒的海域,几天后可能位于炎热的赤道,飞行甲板在这样高的温差下整体结构变形要求极小才行,否则强大的冷缩拉扯应力和热涨挤压力会让飞行甲板出现变形的,时间一长就会出现凸起或者凹陷!严重的影响到了舰载机的起降安全...钢板尚且如此水泥和沥青就更不行了,我们看到的马路上沥青开裂就是因为车辆的碾压和气候环境的变化引起的。
航母的飞行甲板还要有耐高温能力,舰载机在起飞时发动机要全功率运行,会产生1000度以上的高温,如果钢板不耐热也会导致变形,比如说:我们经常从媒体上看到,说是日本的“出云级”或者“日向级”直升机母舰不能起降F–35B战斗机...主要原因就是飞行甲板不是耐热钢,F–35B在垂直起降时发动机尾喷口要向下调整,尾部的火焰和高温废气会烧蚀飞行甲板的!
F–35B的尾喷口调整到垂直角度会产生至少800度的高温,一般钢材制造的飞行甲板接触几次就会烧蚀变形严重。而不能垂直起降的舰载机在起飞的时候都有水冷的“挡焰板”,它的作用就是将发动机的高温向上传导,以免高温气流烧蚀到后面的舰载机和飞行甲板。
那么,航母飞行甲板的制造是什么标准呢?这张“企业号航空母舰”
因为舰载机事故引发的大爆炸,就很直观的说明了航母飞行甲板的制造标准,在剧烈的爆炸和长时间的烈焰烧蚀下:不融化、变形很小、不垮塌!如果是沥青和水泥那样的材料早就融化和整体性的垮塌了!
这是美军航母的另一起严重的事故,越南战争期间“福莱斯特号航母”上发生的,当时一架挂满弹药的舰载机等待起飞,不知为何挂载的一枚127毫米火箭弹自动点火,击中了边上的几架同样挂满弹药的舰载机,随即引起大火并且引爆了一枚1000磅的航弹...。经过几个小时的奋力扑救大火熄灭,但损失惨重!从图片上可以看到飞行甲板已经严重变形开裂,但仔细观察会发现变形塌陷处周围的甲板仍然非常牢固,没有形成更大面积的变形和开裂...这说明航母的飞行甲板不论是材质还是建造标准都极高!

通过上面对于沥青、水泥和钢板之间的粗略性能比较来看,沥青和水泥根本不适宜建造飞行甲板,各种性能指标相差太大,唯有高标准冶炼、轧制生产出来的专用钢板才适宜建造航母的飞行甲板。

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