CC BY
32
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
интенсивности движения пассажирских и грузовых поездов, выполнения всего разработанного комплекса шумозащитных мероприятий.
Список использованной литературы:
1. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные нормы. М.: Информационно-издательский центр Минздрава России,1997.
2. ГОСТ 31297-2005 Шум. Технический метод определения уровней звуковой мощности промышленных предприятий с множественными источниками шума для оценки уровней звукового давления в окружающей среде. М.: Стандартинформ,2006.
3. ГОСТ 23337-2014 Шум. Методы измерений шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий. М.: Стандартинформ,2015.
©Горин В.А., Клименко В.В., Себелева А.А.,2018
УДК 699.844.69.825
Горин Виктор Александрович
кандидат техн.наук, профессор кафедры архитектуры гражданских
и промышленных зданий и сооружений ФГБОУ ВО Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар, Российская Федерация, Email: 2486550@mail.ru
Владимир Викторович Цыганков доктор сельскохозяйственных наук , профессор кафедры Строительные конструкции ФГБОУ ВО
Брянский государственный инженерно-технологический университет,
город Брянск, Российская Федерация, E-mail: proff_vv@mail.ru Клименко Виталий Владимирович кандидат техн. наук, доцент кафедры архитектуры гражданских
и промышленных зданий и сооружений ФГБОУ ВО Кубанский государственный технологический университет,
г. Краснодар, Российская Федерация, Email: 4552439@mail.ru
К РАСЧЕТУ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОРИСТО-ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО МЕТОДУ КОЭФФИЦИЕНТА ПОСТЕЛИ
Аннотация
Большое распространение в строительной практике получили пористо-волокнистые прокладочные звукоизоляционные материалы, используемые в конструкциях междуэтажных перекрытий гражданских зданий. Установлена зависимость между давлением и пористостью материалов, что позволяет получать значения модулей сжатия. Введено понятие коэффициента постели для рассматриваемых прокладочных материалов. Получены формулы зависимости коэффициента постели от высоты опытных образцов размеров штампа и нагрузок на образец.
Ключевые слова:
пористо-волокнистые материалы, междуэтажные перекрытия, коэффициент постели,
пористость, модуль сжатия.
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
Gorin Viktor Aleksandrovich
Ph.D., Professor of the Department of Architecture of Civil and Industrial Buildings and Structures Kuban State Technological University,
Krasnodar, Russian Federation, Email: 2486550@mail.ru Vladimir Viktorovich
doctor of agricultural sciences Professor оf Department Building construction Bryansk State Technological University of Engineering,
Bryansk, Russian Federation, E-mail: proff_vv@mail.ru Klimenko Vitaly Vladimirovich Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Architecture Department of Civil and Industrial Buildings and Structures FGBOU VO Kuban State Technological University,
Krasnodar, Russian Federation, Email: 4552439@mail.ru
TO THE CALCULATION OF STATIC AND DYNAMIC STIFFNESS OF THE SOUND INSULATING POROUS AND FIBROUS MATERIALS ACCORDING TO THE METHOD OF THE COEFFICIENT OF SUBGRADE RESISTANCE
Abstract
Widespread in building practice became porous and fibrous sound insulating cushioning materials used in the construction of floors of public buildings. The dependence between the pressure and the porosity of materials is established, which allows to obtain the values of compression modules. The concept of subgrade resistance coefficient for the considered cushioning materials is introduced. Formulas of dependence of coefficient of subgrade resistance on height of prototypes of the sizes of a stamp and loadings on a sample are received.
Keywords:
porous and fibrous materials, the floor, the coefficient of subgrade resistance, the compression module
В настоящее время наибольшее распространение в качестве звукоизоляционных прокладок в строительстве получили пористо-волокнистые материалы (ПВМ). Обладая оптимальными физико-механическими характеристиками (малый динамический модуль упругости, большой коэффициент потерь), они имеют достаточную эффективность звукоизоляции [1,7]. Звукоизоляционные пористо-волокнистые материалы (ПВМ) относятся к нелинейно деформированным телам со сложным анизотропным строением системы слоя. Схема их работы под сжимающей нагрузкой у различных исследователей описана по-разному [1, 2, 3, 7]. Единой теории деформации данных звукоизолирующих материалов нет. Исследователи, занимающиеся изучением физико-механических характеристик ПВМ, пользовались разными методами проведения испытаний на образцах различных форм. Поэтому результаты их исследований зачастую носят разноречивый характер.
В отличие от механики сплошных сред (т.е. твердых и жидких) механика пористо-волокнистых материалов опирается на широкую физическую базу и рассматривает тела, деформации которых не связаны с напряжениями линейной зависимостью.
Сжатие пористо-волокнистых веществ зависит от размеров пустот между волокнами, заполненных воздухом. После приложения нагрузок объем пустот сильно сокращается. При рассмотрении деформаций это сокращение должно быть учтено.
Разноречивый характер физико-механических свойств пористо-волокнистых материалов, отсутствие учета сокращения объема пор в процессе приложения нагрузки является причиной, затрудняющей создание аналитического расчета статической и динамической жесткости пористо-волокнистого
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
звукоизоляционного слоя.
Целью данной работы является установление зависимости между давлением и пористостью звукоизоляционных пористо-волокнистых материалов, что позволяет создать расчет статической и динамической жесткости этих материалов по методу коэффициента постели.
По аналогии с механикой грунтов, основанной на принципе «несжимаемости» скелета, сформулированного профессором Герсевановым Н.М. [4] и заключающемся в том, что значительной плотности минеральной фазы дискретной системы, изменением ее объема в определенном диапазоне малых нагрузок можно пренебречь, мы вводим такое же допущение по отношению к нашему материалу. Это позволит с достаточной для практики точностью принимать зависимость между деформациями и напряжением линейной. За основу сжимаемости принимаем изменение пористости в процессе приложения или снятия нагрузки. Деформация волокон представляет деформацию изгиба, которая пропорциональная приложенной нагрузке.
На этих допущениях о линейной деформируемости пористо-волокнистого слоя и основывается расчет напряжений и деформаций материала.
Необходимо отметить, что механика пористо-волокнистых материалов все-таки отличается от механики грунтов тем, что они оказывают сопротивление изгибу и не содержат влаги. Грунты работают только на сжатие, в то время как в волокнах пористо-волокнистых материалов могут возникнуть напряжения изгиба, среза, сжатия и даже растяжения.
При рассмотрении вопроса об изменении пористости при действии статических нагрузок могут быть использованы следующие характеристики ПВМ: пористость п, объем скелета Кск, коэффициент пористости е.
Они равны
п = = ! - = ! - Г0, (1)
Цж+Цюр ^ск+Пюр У
где V - объем скелета ПВМ во взятом образце;
у0- объемная масса образца материала;
у - удельная масса образца материала
^ск = У0. (2)
Коэффициент пористости е - отношение объема пор к объему минеральной фазы, т.е. скелету пористо-волокнистого материала.
е = Пюр = _^ = уо_ 1 (3)
Уск 1-П У
Пользоваться коэффициентом пористости представляется более удобным. В отличие от пористости это есть отношение переменной величины Кпор к постоянной Кск для данного образа ПВМ, в первом случае мы имеем отношение двух переменных величин.
Исследование сжимаемости ПВМ следует производить на неоднократно обжатых образцах с постепенным увеличением величины нагрузки. Ступени нагружения не должны превышать 0,5 кг/см2. По времени каждая ступень нагружения выдерживается до полной стабилизации осадки.
Предполагая, что деформация образца происходит только за счет изменения пористости, а коэффициент Пуассона для ПВМ примерно равен нулю, можем определить коэффициент пористости по величине относительной деформации £.
-Т. (4)
где - ¿4 к величина абсолютной вертикальной деформации укорочения образца ПВМ, см;
к - высота образца, см.
Объем образца и его пористость до приложения нагрузки определяется выражением
у = у + у = к • Р' 'ск 1 'пор 1 '
е=^Р = У-У0 = Х_1. (5)
Уск Уо Уо
Здесь F - площадь образца, см2.
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
Изменение объема образца АУ запишется в следующем виде:
V = ЕЮ.
Тогда коэффициент пористости при данной нагрузке будет равен [5]
<Уск+Упор) _
V —p.h^F v _ ^пор с г _ ^пор
во - е(1 + ео).
(6) (7)
^Ск ^Ск ^Ск
Откладывая измерения в декартовой системе координат, получим так называемую компрессионную кривую, т.е. кривая зависимость между давлением на ПВМ и его деформацией (рис. 1)
Рисунок 1 - Схема компрессионной кривой 1 - кривая нагружения; 2 - кривая разгрузки; 3 - отрезок прямой
По кривой (рис. 1) можно определить модуль сжатия Е для любого давления, воспользуясь известной формулой Герсеванова [4], т.е. считая, что модуль сжатия равен:
(8)
_ Р(1-Уо)
С - Ah -
Ah h
где р - данная статическая нагрузка, кг/см2.
Если построить кривую разгрузки, то она пройдет ниже первой, а обе кривые имеют вид гипербол. При малых давлениях в интервале от р1 до р2 по аналогии с механикой грунтов, можно считать, что участок компрессионной кривой здесь прямой. Тогда соотношение между е и р будет выражено в следующем виде:
е = е0 — ар, (9)
где во - отрезок, отсекаемый продолжением прямой на вертикальной оси;
а = Ьда - коэффициент сжимаемости ПВМ в данном интервалt изменения р (кг/см2), или по компрессионной кривой рис. 1.
а = ^2 (10)
Pz-Pi
Коэффициент постели ПВМ k - сопротивление пористости волокнистых материалов на единицу длины штампа при прогибе, равном единице.
к=к^ьШ (11)
о
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
где k - коэффициент постели ПВМ; К - коэффициент объемного сжатия; Ь - ширина штампа, см.
Коэффициент объемного сжатия К в данном интервале измерения р равен
К-^ (12)
shF v '
Коэффициент постели ПВМ на основании формулы (11) будет равен:
к-M-iE (13)
shF ehl v '
Подставляя s из формулы (7) в последнее выражение, получим:
('4)
При малых давлениях p, т.е. когда можно принять отрезок компрессионной кривой за прямую линию, коэффициент постели будет выражен для данного давления следующим выражением:
к-^(ео-ар) (15)
Выводы
1. Установлена зависимость между давлением и пористостью звукоизоляционных пористо-волокнистых материалов, что позволяет определить модуль сжатия для любого давления.
2. По аналогии с механикой грунтов введено понятие коэффициента постели ПВМ.
3. Выведенные формулы показывают, что при малых нагрузках при данном изменении давления коэффициент постели ПВМ «k» зависит от высоты образца из размеров штампа.
4. Проведенные исследования позволят создать расчет статической и динамической жесткости ПВМ по методу коэффициента постели.
Список использованной литературы:
1. Горин В.А., Смирнова А.В., Сенан А.М. К теории измерений динамических характеристик прокладочных материалов из песка методом комплексного «перепада» ускорений. Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: сборник материалов V международной научно-практической конференции МНИЦПГСХА. - Пенза, 2003. С. 47-79.
2. Горин В.А, Даниелян А.С., Клименко В.В. Изменение физико-технических показателей материалов звукоизоляционных подложек от действия равномерно-распределенных нагрузок. Физическая акустика. Нелинейная акустика. Оптоакустика. Распространение и дифракция волн. Акустические измерения и стандартизация. Сборник трудов XXII сессии Российского акустического общества и Сессия Научного совета РАН по акустике. - М: ГЭОС, 2010 - С. 320-322.
3. Горин В.А., Клименко В.В., Давыдова Я.С. Деформативные характеристики упругих подложек междуэтажных перекрытий гражданских зданий. Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство, транспорт: Материалы 2-ой международной научно-практической конференции института архитектуры. строительства и транспорта Тамбовского государственного технического университета / ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет». - Тамбов: Изд-во Першина Р.В., -2015. - С. 70-74.
4. Герсеванов Н.М. Теоретические основы механики грунтов и их практическое применение М., Стройиздат, 1948.
5. Клейн Г.К., Дорошкевич Н.М., Смиренкин П.П. Основания и фундаменты. М., Высшая школа, 1967.
6. Цитович Н.А. Механика грунтов. М. - Л., Госстройиздат, 1963.
7. Юдин Е.Я., Осипов Г.Л., Федосеева Е.Н., Блохина И.П., Кисенишская Р.Д. Звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы. М.: Стройиздат, 1966.
© Горин В.А., Цыганков В.В., Клименко В.В, 2018
