Шум и вибрация, создаваемые движением рельсового транспорта (стр. 1 )

Вибрация

ШУМ И ВИБРАЦИЯ, СОЗДАВАЕМЫЕ ДВИЖЕНИЕМ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

Часть 1

Общее руководство

ISO 14837-1:2005
Mechanical vibration - Ground-borne noise and vibration arising from rail systems -
Part 1:
General guidance
(IDT)

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническомрегулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (ОАО «НИЦ КД»)на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация и удар»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. № 586-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 14837-1:2005 «Вибрация. Шум и вибрация, создаваемые движением рельсовоготранспорта. Часть 1. Общее руководство» (ISO 14837-1:2005 «Mechanical vibration - Ground-borne noise and vibration arising from rail systems - Part 1: General guidance»).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочного международного стандарта соответствующий ему национальныйстандарт Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении D

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом указателе «Национальные стандарты», а текст изменений ипоправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящегостандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты».Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайтеФедерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Содержание

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Дата введения - 

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общее руководство по оценке вибрации грунта (сейсмических волн), создаваемой при движении рельсовыхтранспортных средств, и ее воздействия на сооружения.

Приведен перечень факторов, которые необходимо принимать во внимание при анализе вибрации грунта, и дано общее руководство по построениюпрогностических моделей для широкого диапазона практических ситуаций (например, в целях оценки риска повреждения конструкции здания, определениявоздействия вибрации на обитателей здания и размещенное в нем оборудование).

В настоящем стандарте рассмотрены характеристики:

- источника вибрации (транспортное средство, колеса, рельсы, рельсовый путь, опорная конструкция);

- пути распространения вибрации (состояние грунта, расстояние до объекта воздействия);

- объекта воздействия (фундамент, вид сооружения).

Установленное руководство распространяется на рельсовые транспортные средства всех типов и все способы укладки рельсового пути (по земле, наэстакаде, в туннеле).

Настоящий стандарт не распространяется на вибрацию, возникающую в процессе строительства рельсовых коммуникаций и их технического обслуживания.

Настоящий стандарт не распространяется на шум, излучаемый в окружающую среду искусственным сооружением (эстакадой) при прохождении по немурельсового транспортного средства.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующий стандарт:

ИСО 2041:1990 Вибрация и удар. Термины и определения

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 передаваемая (через грунт) вибрация: Вибрация, создаваемая при прохождении рельсового транспортного средства, распространяющаяся в видесейсмических волн по земной поверхности или через искусственные конструкции и воздействующая на сооружения.

3.2 переизлученный шум: Шум, порождаемый внутри зданий вибрацией, передаваемой через грунт вследствие движения рельсового транспортногосредства.

Примечание - Переизлученный шум не включает в себя акустический шум, непосредственно излучаемый источником в воздушную среду.

3.3 параметр модели: Коэффициент или функция, характеризующий (ая) поведение физического объекта в рамках данной математической модели.

3.4 элемент модели: Важная составляющая физической системы, описываемой моделью.

3.5 разработка модели: Создание математического описания физического объекта.

Примечание - Разработка модели представляет собой итерационную процедуру, в ходе которой параметры, компоненты и общий вид модели уточняют, чтобы прогнозные и полученные врезультате измерений значения параметров наилучшим образом соответствовали друг другу.

3.6 калибровка модели: Подгонка модели, осуществляемая с целью обеспечить наилучшее согласие выходных данных модели с результатами измерений.

3.7 тестирование модели: Сравнение выходных данных модели с результатами измерений, не использованными при разработке и калибровке модели.

3.8 проверка модели: Подтверждение соответствия результатов, полученных с помощью математической модели объекта, поставленной задачемоделирования.

3.9 показатель: Параметр, через который задают критерии оценки и значения которого получают в результате измерений или прогноза.

3.10 вносимое усиление: Отношение между значениями показателя после и до внесения изменений в систему.

Примечания

1 Уменьшение показателя соответствует отрицательному вносимому усилению при его выражении в децибелах.

2 «Вносимое усиление» является рекомендуемым термином, однако наряду с ним также используют термин «вносимые потери». Уменьшение показателя соответствует положительнымвносимым потерям при их выражении в децибелах.

3.11 неподрессоренная масса: Общая масса колес, осей, тормозных дисков, двигателя с осевой подвеской, редукторов и других элементов рельсовоготранспортного средства, расположенных ниже системы его подвески.

4 Общие сведения о передаваемой вибрации и переизлученном шуме

4.1 Предмет исследования

Вибрация, передаваемая через грунт, и переизлученный шум могут вызывать неприятные ощущения у людей, находящихся в зданиях. Указанные факторымогут также негативно влиять на установленное в зданиях оборудование (на правильность его функционирования), если это оборудование чувствительно к динамическим воздействиям. Если же вибрация, передаваемая через грунт, достаточно высока, это может составить угрозу и для целостности конструкциизданий и других сооружений.

Настоящим стандартом установлено руководство по построению прогностических моделей, позволяющих оценить воздействие вибрации на людей (но неживотных) и на оборудование, находящихся внутри зданий, а также непосредственно на конструкцию этих зданий.

Люди ощущают вибрацию по-разному в зависимости от ее частотного состава: через вибрацию всего тела и его частей в диапазоне от 1 до 80 Гц и как звук, излученный вибрирующими элементами здания (стенами, полом, потолком) в диапазоне от 16 до 250 Гц.

Примечания

1 Человек, помимо ощущения колебаний своего тела, может воспринимать вибрацию также тактильно в более широком диапазоне частот.

2 В некоторых специальных случаях при анализе воздействия шума следует принимать во внимание частоты ниже 16 и выше 250 Гц.

3 Вторичный эффект воздействия вибрации представляет собой шум, излучаемый дребезжащими предметами (посудой, оконными стеклами, потолками, светильниками, мебелью и пр.). Этотшум может создавать значительные неудобства, но его трудно описать количественно, поэтому в настоящем руководстве не рассматривается механизм его возникновения.

Вибрация в зданиях может влиять на состояние находящегося в них чувствительного измерительного инструмента и на выполняемые технологическиепроцессы. Диапазон частот, принимаемый во внимание при анализе этого влияния, зависит от конкретной ситуации и может составлять до 200 Гц.

Примечание - Обычно основная энергия колебаний сосредоточена в диапазоне ниже 100 Гц, поскольку это определяется динамическими характеристиками элементов здания.

Диапазон частот при анализе риска повреждений конструкции здания вследствие воздействия вибрации составляет от 1 до 500 Гц, хотя высокие значениямеханических напряжений, обусловливающие высокий риск повреждений, связаны с низкочастотной вибрацией. Большинство повреждений конструкции здания вследствие действия источников техногенной природы вызвано вибрацией в диапазоне частот от 1 до 150 Гц.

4.2 Источник передаваемой вибрации

4.2.1 Общие положения

Источником вибрации является рельсовый транспорт. Вибрация передается, видоизменяясь, через рельсовые пути на их опору и далее в грунт, окружающиездания, являясь как самостоятельным источником воздействия, так и порождая переизлученный шум. Источник, путь распространения и объект воздействияпоказаны схематически на рисунке 1. Причина вибрации - взаимодействие колеса и рельсового пути, как показано на рисунке 2.

1 - источник вибрации; 2 - путь распространения (2а - волны внутри тела: сжатия, сдвига; 2b - поверхностные волны: Рэлея, Лява; 2с - волны на границе сред: Стоунли); 3 - объект воздействия(вибрация, переизлученный шум); 4 - поверхность грунтовых вод

Рисунок 1 - Примеры источника, пути распространения и объекта воздействия

При прогнозировании передаваемой через грунт вибрации и переизлученного шума следует учитывать, что характеристики источника, путираспространения и объекта воздействия зависят от многих факторов (см. приложение А), одни из которых более существенны, чем другие. Данные дляпрогнозирования должны быть определены из опыта, литературных источников, экспертных оценок или по результатам измерений на месте.

Точность прогностической модели зависит от ее назначения и определяется полнотой учета всех существенных факторов и знанием значенийсоответствующих параметров.

1 - расстояние между опорными элементами пути; 2 - расстояние между колесными парами тележки; 3 - расстояние между соседними тележками соседних вагонов; 4 - расстояние междутележками одного вагона; 5 - междувагонное расстояние

а) Характерные параметры источника вибрации

1 - скорость движения v, 2 - часть массы кузова mс; 3 - часть массы тележки mв; 4 - неподрессоренная масса mw; 5 - неровность поверхности обода колеса; 6 - неровность поверхности катаниярельса; 7 - импеданс рельса; 8 - модель системы «рельс - колесо»; 9 - модель системы «основание - рельс»; 10 - импеданс грунта

b) Динамическая модель системы «рельсовый путь - транспортное средство»

Рисунок 2 - Описание источника вибрации, лист 1

X - частота, Гц; Y - сила, дБ; 1 - составляющая на частоте прохождения опорных элементов пути [элемент 1 на рисунке 2а)]; 2 - составляющая на частоте прохождения колесных пар тележек[элемент 2 на рисунке 2а)]; 3 - составляющая на частоте прохождения тележек одного вагона [элемент 3 на рисунке 2а)]; 4 - составляющая на частоте прохождения тележек соседних вагонов[элемент 4 на рисунке 2а)]; 5 - составляющая на частоте прохождения вагонов [элемент 5 на рисунке 2а)]; 6 - широкополосная вибрация, связанная с неровностями колес и рельсов

Примечание - Частоту прохождения fn, Гц, соответствующую n-му характерному расстоянию ln, м [см. рисунок 2а)], определяют через скорость движения транспортного средства v, км/ч, по формуле fn = v/(3,6ln).

X - частота, Гц (отложены среднегеометрические частоты третьоктавных фильтров); Y - вносимое усиление вибрации (относительно эталонного рельсового пути), дБ

е) Пример вносимого усиления вибрации, рассчитанного для модели на рисунке 2 b)

Рисунок 2, лист 2

4.2.2 Механизм возбуждения вибрации

Причинами возбуждения вибрации являются:

а) движущиеся нагрузки (квазистатическое возбуждение), т. е. перемещающийся вместе с движением поезда прогиб пути и опорной системы. Еслизафиксировать точку на рельсовом пути, то действующие в ней переменные нагрузки вызывают появление изгибных волн, как в самих рельсах, так и вприлегающем грунте. Механизм этого возбуждения еще не известен в деталях (в том числе, влияние граничных условий, неоднородностей пути и грунта нараспространение волн). Если высокоскоростной состав движется по пути, уложенному на мягкий грунт, то скорость его движения может превышать скоростьраспространения поверхностной (рэлеевской) волны в грунте. Это порождает вибрации высокого уровня подобно тому, как полет сверхзвукового самолетасопровождается звуковым ударом. Более всего такая вибрация влияет на состояние самих путей. Для решения данной проблемы балластный слой рельсовогопути устраивают на уплотненном грунте или на бетонных плитах со свайным фундаментом, который достигает более плотных слоев грунта. Если рельсовыйпуть проложен в туннеле, то его обделка и обратный свод обеспечивают жесткое основание, которое уменьшает уровень вибрации, распространяющейся вокружающий грунт;

b) неровности поверхностей катания колес и рельсов. Случайные неровности в зоне контакта рельса с колесом вызывают возбуждение всей системы«транспортное средство - рельсовый путь». Такие неровности появляются, в первую очередь, в процессе изготовления, поэтому при приемке в эксплуатацию состояние колес и путей должно быть подвергнуто контролю. Однако это не может защитить от появления неровностей в процессе эксплуатации;

c) параметрическое возбуждение. Если рельсовая опора имеет дискретную структуру - шпалы, упругие подушки поверх бетонного основания (в отличие отзаглубленных в бетон рельсов), то колесо при качении по рельсу «чувствует» изменение жесткости опоры. Переменная сила упругости создает колебанияколеса и рельса на частоте, зависящей от скорости движения транспортного средства и пространственной дискретности опоры. Другая дискретность (исоответствующие ей частоты возбуждения) характеризуется расстояниями между осями колесных пар и тележками. Если частоты возбуждения совпадают ссобственными частотами транспортного средства или системы «транспортное средство - рельсовый путь», то колебания пути и окружающего грунта могутбыть весьма значительными;

d) дефекты колес (рельсов). Помимо неровностей на поверхностях катания колес и рельсов могут наблюдаться более грубые дефекты, возникающие приэксплуатации транспортных средств и рельсового пути. Наиболее серьезные дефекты рельсов связаны с выбоинами. Выбоины могут присутствовать и на поверхности катания колес, для которых, кроме того, характерны такие дефекты, как овальность формы, дисбаланс и эксцентриситет. Со временем дефектынакапливаются, особенно если рельсовые коммуникации не обеспечены своевременным и должным техническим уходом;

e) разрывы рельсового пути (на стрелочных переводах, в глухих пересечениях, в стыках рельсов и т. д.), вызывающие появление ударов. Если длиныстыкующихся или сварных рельсов равны расстоянию между тележками вагонов, уровень вибрации может существенно возрасти;

f) подвеска транспортного средства;

g) случайные или периодические изменения твердости стальной поверхности рельсов, являющиеся следствием дефекта изготовления или (более вероятно)результатом старения рельсового пути;

h) нагрузки в поперечном направлении, в частности при движении транспортного средства по закругленному участку пути малого радиуса или припрохождении стрелочных переводов;

i) изменение режима движения. Ускорение или торможение транспортного средства сопровождается возникновением переменных сил и, соответственно, вибрацией;

j) экстремальные внешние факторы. Например, температура и влажность головки рельса влияют на ее износ и, следовательно, появляющуюся в результатеэтого вибрацию.

Уровень вибрации, обусловленной вышеперечисленными причинами, зависит от входных импедансов головки рельса и обода колеса в области их контакта.

Значение входного импеданса головки рельса определяется конструкцией верхнего строения рельсового пути, его основания, а также характеристикамиприлегающего грунта.

Входной импеданс колеса в исследуемой области частот зависит в основном от неподрессоренной массы транспортного средства. Однако для жесткойподвески (например, из-за отсутствия должного технического ухода или вследствие особенностей конструкции демпфера и его поведения на высоких частотах)большое значение имеет также общая масса транспортного средства вместе с грузом.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6