Оценка уровней шума потоков железнодорожного транспорта Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научно-технический и производственный журнал

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

УДК 355.691.21

М.В. БУТОРИНА, канд. техн. наук, заместитель начальника отдела акустических исследований (Институт комплексного транспортного проектирования НИПИ ТРТИ, Санкт-Петербург); Д.А. КУКЛИН, канд. техн. наук (Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург)

Оценка уровней шума потоков железнодорожного транспорта

В статье приводится методика расчета внешнего шума поездов. Методика учитывает коррекции на различные условия распространения шума поездов. Разработанная методика, учитывающая все параметры, влияющие на распространение шума потока железнодорожного транспорта, позволяет спрогнозировать уровни шума и разработать эффективные мероприятия шумозащиты.

Ключевые слова: поезд, источник шума, шумозащита, уровень звукового давления, эквивалентный уровень звука.

Железнодорожный транспорт - один из основных источников шума в жилой застройке. Так, например, превышение ПДУ по шуму, создаваемому поездами в жилой застройке крупных мегаполисов, достигает: в Москве 16-27 дБА; в Санкт-Петербурге 16-21 дБА.

Для разработки и выбора эффективных мер защиты от шума поездов был выполнен комплекс исследований: уточнение механизмов шумообразования; исследования распространения шума от поездов в окружающей среде при различиях в рельефе местности; исследования средств шумозащиты и их сравнительный анализ.

Были выполнены экспериментальные исследования, с целью установить зависимости эквивалентных и максимальных уровней звука от типа поездов, скорости, длины и т. д. Выборка была получена по расчетам линейной регрессии для результатов измерений шума при прохождении 56 пассажирских поездов длиной от 175 до 500 м; 59 грузовых поездов длиной от 506 до 1188 м; 139 электропоездов длиной от 176 до 264 м и 37 высокоскоростных поездов длиной 250 м.

На основании результатов исследований разработан проект ГОСТа по расчету уровней шума, создаваемых потоками железнодорожного транспорта.

Основной источник шума - ударный процесс взаимодействия колеса с рельсом на микронеровностях последнего. Данные о характере шумообразования сведены в табл. 1.

Таблица 1

Источник шума Ориентировочный вклад в процессы шумообразования, % Основной частотный диапазон излучения звука, Гц

Колесо Менее 30% 1000-4000

Рельс Менее 70% 500-2000

Шпалы 1-2% До 400

Корпус подвижного состава, тормозные колодки 3-5% До 400

Скорость - основной параметр, влияющий на шум поезда (рис. 1).

На скоростях до 50 км/ч (14 м/с), как правило, превалирует шум двигателей и вспомогательных установок, в диапазоне свыше 50 (14 м/с) и до 200 км/ч (55 м/с) - основной вклад шума от взаимодействия колеса с рельсом, а при скоростях свыше 200 км/ч (55 м/с) начинает проявляться вклад аэродинамического шума.

Дополнительными источниками шума поездов являются тормозные колодки, стыки рельсов, пантограф, сцепка и др.

По результатам регрессионного анализа результатов измерений уровней шума поездов было установлено, что эквивалентный уровень звука ^деч25), создаваемый отдельными поездами 1-й категории на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути, наиболее точно можно определить по формулам: - для пассажирских поездов (категория 1):

4 м

1-^25 =25,3^+1019 аг(Лд

25

+ 33,3;

(1)

Ц дБА 95

90 -85 -80 -75 -70 -65 -60

V, км/час

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Рис. 1. Зависимость шума железнодорожного поезда от скорости: 1 — пассажирские; 2 — грузовые; 3 — электропоезда; 4 — высокоскоростные

6'2012

37

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

- для грузовых поездов (категория 2):

~Аед25

= 20,41д у2 +101д|агсЛд

для электропоездов (категория 3); ^ео 25 = 28,91ду3 +101д| агс1:д

к

25,

ч у

25

+ 46;

+ 28;

для высокоскоростных поездов (категория 4):

^Ав„25=41,11ду4+Ю1д^агйд

и.

25

-12,3,

(2)

(3)

(4)

Аеч25,1И,1

(6)

~Аед25,к

= 1010^1 о-

'к 1=1

.0,1 ц

■Аед25,1И,1

,(7)

1Лтах25 = 241ду1+101д агс*д

50

- для грузовых поездов (категория 2):

+ 41,2;

,(8)

= 151д + 101д<!агс1д

к 50

- для электропоездов (категория 3):

к. 50

-Атах25

= 27,51ду3 +101д|агсЯд

+ 5919;

+ 36,2

,(9)

(10)

■ для высокоскоростных поездов (категория 4):

/I м

-Атах25

= 45,11ду4 +10Ы агсЛд

к 50

-19,2, (11)

где V- скорость движения поезда 1-й категории, км/ч;

| - длина поезда 1-й категории, м;

I = 1,2,3,4.

Звуковые сигналы применяют на железнодорожном транспорте только в случае необходимости предотвращения аварийной ситуации, поэтому учитывать данный источник для расчета эквивалентного уровня звука нецелесообразно.

При этом часовой эквивалентный уровень звука 1_'Аед25им,1 потока поездов 1-й категории, прошедших по рассматриваемому участку пути в течение часа, рассчитывают по формуле:

и™» ШОз^ф, и/"4—. й

где Ц^^ - эквивалентный уровень звука, дБА, создаваемый на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути ]-м поездом 1-й категории, проходящим в течение часа;

п! - число поездов 1-й категории, проходящих по рассматриваемому участку пути в течение 1-го часа;

- время следования каждого поезда по рассматриваемому участку пути в течение 1-го часа, с.

Часовой эквивалентный уровень звука созда-

ваемый на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути потоками поездов железнодорожного транспорта всех категорий, прошедших по рассматриваемому участку пути в течение часа, определяется по формуле: .

п 0,11.1

= 101д£ю Аач2ВД.

где V I, и I - те же величины, что в формулах (1) - (4).

Коэффициент корреляции, показывающий меру линейной зависимости между значениями х, =101дУ: и

У] '-Атах25'

I:

агс1д 1 -101д(-^),]=1.....п,

(п, - число испытанных поездов 1-й категории), составил для пассажирских поездов 0,77; для грузовых поездов 0,69; для электропоездов 0,69; для высокоскоростных поездов 0,98. Зависимость от длины поезда получена аналитически для модели поезда в виде линейного источника длиной I с равномерным распределением вдоль I синфазных точечных источников одинаковой производительности.

За максимальный уровень звука потока поездов, следующего по рассматриваемому участку пути, за время оценки (16 ч днем и 8 ч ночью) принимают наибольшее из рассчитанных по формулам (8) - (11) значение:

'-Атах25,к - таХ I {Ц

А тах?5 /

(12)

Эквивалентный уровень звука за время оценки

(16 ч днем и 8 ч ночью) рассчитывают по формуле

где |_Атах25 к - максимальный уровень звука от поездов 1-й категории, дБА.

Факторы, которые влияют на распространение шума поездов, а следовательно, и на их шумовые характеристики, следующие: наличие стыков пути и стрелок; тип пути; наличие кривых участков пути; наличие железнодорожных мостов; характер движения (ускорение,торможение).

Анализ литературных источников, расчетных методик, используемых в разных странах, а также результатов экспериментов позволил определить коррекции, которые следует принимать в расчет при оценке шумовых характеристик поездов.

Коррекцию на тип пути, наличие стыков и стрелок определяют по формуле:

Д1^ь = Д1^+101д(1-а

(13)

где Тк - время оценки, ч, принимаемое равным 16 ч (пк = 16) для дня и 8 ч (пк = 8) для ночи; 1, = 1 ч.

Максимальный уровень звука 1_1дтах25 шума, создаваемого поездами различных категорий на расстоянии 25 м от оси крайней полосы движения, наиболее точно оценивается при расчете по формулам:

- для пассажирских поездов (категория 1):

г I м

где Д1_п - коррекция на тип пути, принимаемая по табл. 2; \ - параметр, учитывающий наличие стыков и стрелок, определяемый по табл. 3.

Коррекцию на прохождение кривых участков пути следует принимать в зависимости от радиуса кривизны проходимого участка:

- на кривых участках пути с радиусом от 300 до 650 м -А^ = 3 дБА;

- на кривых участках пути с радиусом менее 300 м -АЬКр = 8 дБА.

Уровень шума нагруженного поезда, двигающегося с ускорением или замедляющего ход, выше, чем ненагру-женного поезда при постоянной скорости.

При расчете шумовой характеристики поезда, движущегося с ускорением, следует принимать следующие значения коррекции А1_у:

38

6'2012

Научно-технический и производственный журнал

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

Коррекции на тип пути

Таблица 2

Коррекция при торможении поезда

Таблица 4

Тип пути Коррекция, дБА

Путь с бетонными шпалами 0

Путь с деревянными шпалами -2

Путь на бетонных плитах 3

Таблица 3

Параметр, учитывающий наличие стыков и стрелок

Конструкция пути f

Путь без стыков, стрелок и пересечений 0

Путь со стыками, одиночная стрелка 1/30

2 стрелки на 100 м 6/100

Более 2 стрелок на 100 м 8/100

Категория по таблице 1 Коррекция при торможении, дБА

1 10

2 12

3 10

4 0

Таблица 5

Коррекция на тип моста

Тип моста Коррекция, дБА

Стальной мост 10

Стальной мост с балластным слоем 5

Армированный бетонный мост с балластным слоем 3

- порожний подвижной состав, движущийся с ускорением минус 6 дБА;

- груженый подвижной состав, движущийся с ускорением минус 2 дБА.

На участках, где происходит торможение, коррекция, определяется по табл. 4 в зависимости от категории поезда.

При проходе по мосту уровни шума, генерируемые поездом, выше, чем при проходе по обычному пути. Увеличение уровня шума зависит от типа моста и пути.

Коррекцию при прохождении поезда по мосту принимают по табл. 5.

Разработанная методика, учитывающая все параметры, влияющие на распространение шума потока железнодорожного транспорта, позволяет наиболее точно спрогно-

зировать уровни шума, создаваемые в жилой застройке и разработать эффективные мероприятия шумозащиты.

Список литературы

1. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом. М.: Университетская книга, Логос, 2008. 424 с.

2. HandBook of noise and Vibration control / Edited by Malkolm J. Crocker,: NY, John Wiley and Sons Inc., 2007. 1569 p.

3. Цукерников И.Е., Хасс Р. Уравнения линейной регрессии шумовых характеристик пассажирских поездов // Труды III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» СПб 22-24 марта 2011 г. С. 286-290.

В издательстве «Стройматериалы» Вы можете приобрести специальную литературу

Книга «Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кладки»

Автор - канд. техн. наук М.К. Ищук

На конкретных примерах зданий, возведенных в конце 1990-х гг. рассмотрены различные дефекты наружных стен с лицевым слоем из кирпичной кладки. Приведены результаты экспериментальных и расчетно-те-оретических исследований наружных облегченных стен, инженерные методы расчета различных воздействий на наружные многослойные стены с учетом поэтапности и длительности возведения, включая темпе-ратурно-влажностные, а также конструктивные требования по назначению расстояния между горизонтальными и вертикальными швами, к конструкциям гибких связей и армированию кладки. Книга предназначена для работников проектных и контролирующих качество строительства организаций.

ИщнНН.

Отечественны» опыт осомдснип зданий t HflUyiwHw^n стенами И1 лйлегчРинаВ кладки

1-4- 1 ta-'

■ Г

Книга «Керамика вокруг нас»

Авторы - канд. техн. наук А.М. Салахов, Р.А. Салахова

Керамика представлена как искусство и как продукт тонкой технологии. Показано, что свойства керамических изделий определяются химическим, минералогическим и гранулометрическим составом исходных компонентов, а также технологическими параметрами их переработки. Подробно рассмотрены глинистые минералы как основа керамического сырья. Проведено сравнение микроструктуры и минералогического состава различных видов обожженных керамических изделий, изготовленных как несколько веков назад, так и в наши дни.

Книга предназначена специалистам предприятий, производящих керамические материалы, ученым-материаловедам, преподавателям, аспирантам и студентам вузов технологических и архитектурно-строительных специальностей. Будет полезна архитекторам и проектировщикам, работающим в области жилищного и гражданского строительства.

Для приобретения специальной литературы обращайтесь в издательство «Стройматериалы» Тел./факс: (499) 976-22-08, 976-20-36 E-mail: [email protected] www.rifsm.ru

62012

39