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航空機の地上走行時の運動特性を考慮した空港舗装施設の構造設計
補修規準の策定
国土技術政策総合研究所
空港研究部空港施設研究室長
八谷 好高

施設のパフォーマンス
T 供用期間中の性能低下
T 補修・補強1

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背景・目的
T 舗装変状地盤沈下，繰返し走行T 航空機走行

パイロット操縦性・乗り心地への影響
静止時と異なる荷重構造・形状の新規準

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空港ランキング（2002年旅客数）
01234567（千万人）8ATLANTACHICAGOLONDON羽田
LOS ANGELESDALLAS/FT WORTH

FRANKFURTPARISAMSTERDAM
DENVER.

背景・目的
T 舗装変状地盤沈下，繰返し走行T 航空機走行

パイロット操縦性・乗り心地への影響
静止時と異なる荷重

構造・形状の新規準

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超大型航空機(NLA)機種

全幅 (m)

全長 (m)

全高 (m) 質量 (t) 車輪数

B-747-400

64.3

70.7

19.6

396

18

NLA

79.8

79.4

24.1

583

226

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研究の内容

イル
側
右 ロファ
プ部 イル
中心 ファロプ
ル
側
左 ロァイ
プ

GPS（Global Positioning System）
を使用した舗装縦断プロファイルの高精度高速測定
・高速高精度プロフィロメータの適用
・東京国際空港C滑走路での測定
・縦断プロファイルの評価

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高速・高精度プロフィロメータ
3mプロフィロメータ
水準測量
非接触型レーザー + GPS
・測定間隔：1mm・測定精度：±1.2mm
・測定速度：60km/h

高速・高精度プロフィロメータ

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GPSデータとプロファイルデータの合成
長波長成分＋短波長成分正確な絶対縦断プロファイル

東京国際空港34R

16L

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絶対縦断プロファイル
600
Elevation(mm)
高 さ (mm)

絶対縦断プロファイル

4002000
従来型プロファイル-2003000

2000

10000

距離 (m)
Distance(m)測定方向による比較

Elevation (mm)

600

34R起点
起点

400200016L起点
起点-200
3000

2000

10000Distance (m)10All Rights Reserved, Copyright (C) 2004, National Institute for Land and Infrastructure Management

縦断プロファイルの評価
T プロファイル

スペクトル解析：ドイツ道路規準
Wavelet解析
T 乗り心地IRI（International Roughness Index)

PSD／Waveletによる解析結果
波長100
PSD(m[m22/(c/m))/(c/m)]PSD

VDI Standard:
VDI評価規準-210劣る
Poor
良好Good非常に良いVery Good

10-410-6

波長40m300~400m-81,200～1,300m
1200~1300m

10-310-210-1100(c/m)
Wave波数
Number[c/m]

10大平坦性悪い101

小0m～～3,000m

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IRI（International Roughness Index）
M1
K1

C1

Z1

M2
K2

C2Z2
基準面

IRIによる解析結果

IRI)
IRI (m/km[m/km]

10

測線①Line1②Line2③
Line3④Line4Line5⑤
Line6⑥Line7⑦864
202500 2000 1500 1000区間[m](m)区間

500012

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走行時におけるパイロットの操縦性ならびに航空機応答特性・パイロットの意識調査
・航空機走行時の応答解析
・縦断プロファイルの規準策定

ﾊﾟｲﾛｯﾄによる乗り心地と走行安全性の評価
T 因子による影響の違い

段差，わだちぼれ，波状路面，破片，
勾配，湿潤路面，雪氷路面，灯火凹凸
T 滑走路，誘導路，エプロン別T 走行挙動別
T 対象は国内線パイロット 62名
10%

30%

17%
23%

30%

2%
5000時間未満
5,000〜10,000時間未満
10,000〜15,000時間未満
15,000時間以上

飛行経験時間

15%
26%
30%
15%

2%

B747
B777
DC‑10（MD‑11を含む）
B767
A300
A320
DC‑9（MD‑90を含む）

乗務している航空機

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乗り心地評価影響ありトップ3
波状路面
段差
航空灯火の凹凸

走行挙動別評価①エプロン：Push back時②エプロン：直線走行時③エプロン：転回時④誘導路：直線走行時⑤誘導路：転回時⑥誘導路：停止時⑦滑走路：離陸滑走開始時⑧滑走路：加速時⑨滑走路：離陸時⑩滑走路：着陸時⑪滑走路：減速時⑫滑走路：:転回走行時

ｴﾌﾟﾛﾝ

誘導路

8 9 10 11滑走路

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安全性評価
影響ありトップ3
雪氷路面
波状路面
破片散乱

乗り心地〜空港内箇所
C

B

A

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航空機の走行シミュレーション
・航空機上下方向加速度
パイロット座席（PSA）
重心（CGA）
・縦断プロファイル入力
・大型航空機

離陸走行シミュレーション結果
PSA [G] (パイロット座席における垂直加速度
パイロット座席における垂直加速度)
パイロット座席における垂直加速度

CGA [G] (機体重心における垂直加速度
機体重心における垂直加速度)
機体重心における垂直加速度

速度 [knots]

縦断プロファイル [mm]16All Rights Reserved, Copyright (C) 2004, National Institute for Land and Infrastructure Management

計算値と実測値の比較
Vertical Acceleration [G]0.3
シミュレーションによる推定加速度0.20.10-0.1-0.2-0.30

実測加速度1020Time [s]30

定速走行時の応答（20knots）

T 定速走行時
U 20m以下の波長影響大，10m付近にピーク

17All Rights Reserved, Copyright (C) 2004, National Institute for Land and Infrastructure Management

離着陸時の応答

離着陸時
U 長波長でもピーク（50m以上）

航空機応答から見た平坦性基準

T 評価基準：±0.4g以下の上下方向加速度
T 定速走行時：5～16mの波長域で振幅8mm以下
T 離陸時：広範囲の波長域で振幅12～16mm以下

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航空機の走行時における空港舗装の応答と舗装構造へ及ぼす影響
・構造設計時の支配的因子の特定
・移動荷重に対する舗装の応答解析
・静的・動的解析による舗装構造の評価

舗装構造の支配的因子
ひび割れ

表・基層

AC層 ひ ず み

上層路盤
下 層 路 盤（ 上 部 ）
（下部）
路床

路床ひずみ
わだち掘れ

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FWD（Falling WeightDeflectometer）

FWDによる評価
START
たわみ測定

T 概略評価と詳細評価
T 概略評価温度補正
設計条件入力（施設・カバレージ）

U 最大たわみに着目

T 詳細評価U たわみ曲線の逆解析
U ひずみ（表・基層）に着目
U ひずみ（路床）に着目

たわみ規準との比較
NG
逆解析・ひずみ計算
ひずみ規準との比較
NG
オーバーレイ厚算定

SOK TOPSOK TO
PSTOP20All Rights Reserved, Copyright (C) 2004, National Institute for Land and Infrastructure Management

滑走路のD0_stdとオーバーレイ厚

舗装応答解析モデルの構築
T 空港舗装構造設計：航空機荷重対応
U 静的解析：現行方法
U 移動荷重応答解析：実載荷対応

T 空港舗装構造評価：非破壊試験対応
U 静的解析：現状では一般的
U 動的解析：実態に則して

T 解析法
U 多層弾性理論・有限要素解析

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走行荷重に対する空港舗装の応答v
3D-FEMモデル
アスファルト層0.32 m

路盤

1.087 mεa

路床10 m

V

対称面
Y

X

20 m
Zm
10

軸数〜たわみ／速度〜ひずみ

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航空機走行時荷重の測定正規化した航空機走行荷重
正規化荷重／静止重量1.00.80.60.40.2
0020

406080速度(km/h)

10012023

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ひずみの航空機走行速度による変化

解析方法による評価の違い
T 載荷試験→逆解析→順解析
T 載荷試験・解析方法① 静的載荷，静的逆解析，静的解析② 走行載荷，走行荷重逆解析，走行荷重解析③ FWD，静的逆解析，静的解析④ FWD，動的逆解析，走行荷重解析

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荷重載荷方法

FWD

静的載荷
静的載走行載荷解析手法による評価の違い（③vs.④）25

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破壊回数の違い（全体）
ひずみ (1x10-6 )
1000

ひずみ (1x10 -6 )
10000
表・基層

④1000
③②
①③④100②①103

路床

10 4

10 5
10 6 10 7載荷回数（回）

10 8100103

10 4

10 5 10 6 10 7載荷回数（回）

10 8

T 破壊回数：路床<>表・基層
T 設計：走行載荷試験②<静的載荷試験①
T 評価：動的解析④<静的解析③

まとめ
T 縦断プロファイルの高速・高精度計測

測定方法の規格化
T 乗り心地・走行安全性による評価

設計・補修基準の制定
T 走行航空機に対する応答設計法の改訂→ 構造設計修規準の合理化→ 社会資本整備マネジメント手法の向上→ 国際社会への貢献

26