CC BY
37Научно-технический и производственный журнал
Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
УДК 53.084.846
Н.Н. МИНИНА, канд. техн. наук, Институт комплексного транспортного проектирования, Санкт-Петербург; Н.И. ИВАНОВ, д-р техн. наук, В.А. КОРНИЛОВ, инженер, Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург
Расчет акустической эффективности искусственных сооружений
Разработан метод расчета акустической эффективности искусственных сооружений (насыпи, эстакады, выемки, акустические экраны) взамен метода, базирующегося на числе Френеля. В расчетных формулах используются понятия коэффициента дифракции и эффективной высоты искусственных сооружений (ИС). При расчетах также учитываются акустические свойства и геометрические параметры ИС. Приведены формулы расчета, дан пример сравнения предложенного метода с данными эксперимента.
Ключевые слова: акустическая эффективность, искусственные сооружения, оценка, коэффициент дифракции, эффективная высота.
При сооружении автомобильных и железных дорог широко используются эстакады, выемки и насыпи. Эти устройства наряду с акустическими экранами (АЭ) являются эффективными средствами защиты от повышенного шума, распространяющегося от автотранспорта и подвижного состава железнодорожного транспорта к жилой застройке. Для расчетов снижения шума этими сооружениями используется метод Френеля, в основу которого положена геометрическая акустика. Данные расчетов по этой методике для приблизительно одинаковых параметров приведены в табл.1.
В табл. 1 можно выделить две группы ИС: применение АЭ, насыпи, выемки и края эстакады (№№ 1-4) с примерно одинаковыми параметрами высоты (АЭ, насыпь, выемка) или ширины (эстакада); применение АЭ, установленного на краю эстакады, выемки, насыпи (№№ 5-7).
В первой группе отмечаем, что при расчетах с использованием числа Френеля разница в эффективности между наиболее эффективной конструкцией (насыпь) и наименее (выемка) невелика и составляет всего около 8 дБА. Это противоречит значениям, которые приводятся в литературе, где указываются большие значения. Также представляется заниженной разница в эффективности ИС первой группы (№№ 2-4) и второй (№№ 5-7), составляющая незначительную величину (0,5 дБА), например, для насыпи. Таким образом, необходимо разрабатывать новые методы акустического расчета ИС.
С использованием основных положений волновой, геометрической и статистической теорий акустики предложен новый метод расчета эффективности ИС. Под акустической эффективностью подразумевается:
Таблица 1
Сравнительные расчетные данные снижения шума ИС
1 - источник шума; 2 - акустический экран (АЭ); 3 - расчетная точка; 4 - насыпь; 5 -выемка; 6 - край эстакады; 7 - эстакада
Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 2
б/ИС
Наименование ИС Коэффициент дифракции Рдифр Значение 10!двдифр, дБ (или ^дР^дБ)
АЭ на эстакаде 1 2л- 101д—= —8 271
Выемка 1 ж 101д— = —5 ж
АЭ на краю выемки 1 2ж 10|д-1 = -8 ¿Л
Насыпь 1 ~ (двойная дифракция) 201д— = -10 ж
АЭ на насыпи 1 — (двойная дифракция) 7Г 201д— = —10 я
I 0/1
А1_ис=101д^ис
' РТ
- ДБ,
(1)
где: 1%и° - интенсивность звука в расчетной точке (РТ) без применения ИС, Вт/м2; - интенсивность звука в РТ с применением ИС в качестве шумозащиты, Вт/м2.
В расчетах предложено использовать коэффициент дифракции ИС и эффективной высоты ИС (Л.^). Под
коэффициентом дифракции понимается отношение интенсивности звука, дифрагированного через ИС (ребро АЭ, край выемки или насыпи), интенсивности падающего на ИС звука.
"" ' ' (2)
I ИС оИС _ тфр Рдифр . ИС ' пад
Принятые значения коэффициентов дифракции для различных ИС приведены в табл. 2.
Эффективная высота введена взамен понятия высоты ИС и получена геометрическими методами. Значения эффективных высот ИС приведены в табл. 3.
Таблица 3
№ пп
Наименование
Расчетная схема
Обозначение на схеме
Значение эффективной высоты
АЭ на эстакаде
1 - источник шума;
2 - эстакада; 3 - АЭ;
4 - защищаемый объект (4 тж при расположении ИШ и защищаемого объектана одной поверхности); 6 - поверностьна которой расположенаэстакада, и защищаемый объект 6 -поверхность на которой расположен ИШ и защищаемый объект)
^фР> =Ьэкр+Ь, в/'Пф ф=02-0;
Выемка
1 - ИШ; 2 - РТ; 3 - зда-
ние; 4 - поверхность; 5 -
выемка, 2,3 - РТ, и здание на одной плоскости с ИШ
4 - условная поверхность-на которой располагается ИШ
Кь =ЛВ+ЛВ Э/Лфа
АЭ на краю выемки
1 - ИШ, 2 - РТ, 3 - здание; 4 - поверхность; 5 - выемка, 6 - АЭ на краю выемки
.э(жр) _ , ■ .
эф 1 'Экр
Насыпь
1- ИШ; 2 - насыпь; 3 - здание; 4 - РТ; 5 - поверхность
= /7н+Внв/Лфн
АЭ на противоположном ИШ краю насыпи
1 - ИШ; 2 - насыпь; 3 - АЭ; 4 - здание; 5 - РТ; 6 - поверхность
пэф -Пэкр+Пн Э/Пфн
фГ =&2-®1
2
3
4
5
48
6'2012
Научно-технический и производственный журнал
ЖИЛИЩНОЕ
Л
Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
Таблица 4
Акустическая эффективность ИС
Расчетная схема
Обозначения на схеме
Формула расчета
1 - источник шума;
2 - акустический экран;
3 - эстакада;
4 - расчетная точка;
5 - подстилающая (опорная) поверхность.
лЦа =Ю1д-^-+Ю1д " Д"-
-101оа-«„)-
-10/дагсф
1„
1 - источник шума;
2 - выемка;
3 - расчетная точка.
АЦ=1ад^--1ад(1-а,)-1ад^-10дапЯд^г+2,аА
1 - источник шума;
2 - насыпь;
3 - расчетная точка.
Л/-; = ЮдЦ- + 101д^г + Юд-101д(1- а,) -
я 4) "ж
-201д/3-ш + КЯдаг&д-
I,
2Д,
2а, 2Я(
УЗД, дБ 75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f П,
Рис. 1 Экспериментальные (1—3) и расчетные данные эффективности выемки глубиной 10 м при движении автотранспорта: 1 — 7,5 м от оси движения; 2— на краю выемки; 3 — на расстоянии 15 м от края выемки; 4—расчет, на расстоянии 15 м от края выемки
Чтобы понять характер эффективной высоты фф покажем, что, например, для схемы 1 в табл. 3 значение hэф выше, чем высоты АЭ, но ниже, чем суммарной высоты АЭ ф ) и эстакады ф ), т. е. h < h х h + h . Введение поня-
4 экр т 4 э'' экр эф экр э т
тия Иэф увеличивает точность акустических расчетов.
Формулы расчетов акустической эффективности основных типов ИС приведены в табл. 4.
где, Ьэкрэф - эффективная высота АЭ, установленного на эстакаде, м;
X - длина звуковой волны, м; h - высота АЭ, м;
экр
hэ - высота эстакады, м; Йэ - расстояние от эстакады до РТ, м; аэкр - коэффициент звукопоглощения акустического экрана (АЭ);
!экр - длина АЭ, м;
вэкрдифр - коэффициент дифракции АЭ; ввтфр - коэффициент дифракции выемки; ^эф - эффективная высота выемки, м; йв - расстояние от вершины выемки до РТ, м; 1в - длина выемки, м;
УЗД, дБ 80
- N. ______ 1
у _ \ 1 1 1 - 1 1 1
500 1000 2000
4000 8000
1, Гц
Рис. 2. Экспериментальные (1,2) и расчетные (3) данные снижения шума насыпью: 1 — спектр шума стройплощадки; 2 — измеренный спектр шума за насыпью; 3 — расчетный спектр за насыпью
вндифр - коэффициент дифракции насыпи; вн - ширина насыпи, м; 1н - длина насыпи, м; ^эф - эффективная высота насыпи, м; Ин - расстояние от насыпи до РТ, м; На рис. 1 и 2 приведены сравнительные данные расчетов и экспериментов снижения ИС.
Данные расчетов и экспериментов удовлетворительно совпадают друг с другом. Предложенный метод расчета акустической эффективности ИС может быть рекомендован для практических расчетов.
Список литературы
1. Минина Н.Н. Новая методика расчета шума автотранспорта. Сборник трудов III научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» СПб 2011 г., С. 549-554.
2. Иванов Н.И. Инженерная акустика: Теория и практика борьбы с шумом: М.: Университетская книга, Логос, 2008. 424 с.
2
3
70
60
50
40
30
20
63
250
