Safety in TechnosphereSafety in TechnosphereБезопасность в техносфере1998-071X2778110.12737/article_5c7e31176cbc64.23089493Методы и средства обеспечения безопасностиMethods and means of safetyМетоды и средства обеспечения безопасностиCalculation Methodology of Geometrical Dimensions for Noise-Protective Automotive ScreensМетодика расчета геометрических размеров шумозащитных автотранспортных экрановТуповВладимир ВикторовичTupovVladimir Viktorovichvvtupov@mail.ru
кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
ДудьевТ. И.Dud'evT. I.Московский государственный технический университет им. Н. Э. БауманаМоскваРоссияBauman Moscow State Technical UniversityMoscowRussian FederationМосковский государственный технический университет им. Н. Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation732734https://zh-szf.ru/en/nauka/article/27781/view
Для определения оптимальных размеров проектируемого экрана предложен способ расчета, позволяющий количественно оценить автотранспортный шум, поступающий на защищаемую экраном территорию. В инженерных расчетах часто шумозащитный экран рассматривается бесконечно протяженным, поэтому не учитывается дифракция звука на его боковых кромках и шум от частей, незакрытых экраном. Предлагаемый комплексный подход при проектировании экранов позволяет количественно оценить уровни шума, поступающего от части транспортного потока, закрытой экраном, и от частей, незакрытых им. Таким образом проектировщик, в случае превышения уровнем шума установленных значений, может оценить — откуда поступает наибольший шум: сверху экрана или с его боков, включая шум от незакрытых экраном участков автотранспортного потока, как слева от экрана, так и справа от него. Отсюда появляется возможность рационально варьировать геометрическими размерами экрана, увеличивая его высоту, или удлиняя его в ту или другую сторону. В результате такого проектирования определяются оптимальные основные геометрические размеры экрана с точки зрения обеспечения необходимого уровня шума на защищаемой территории. Это позволяет сократить время проектирования и экономические затраты на сооружение экранов.
To determine the projected screen’s optimal dimensions has been proposed a calculation method allowing assay an automotive noise entering the area, protected by this screen. In engineering calculations the noise screen is often considered as infinitely extended, so that the sound diffraction on its side edges and the noise from the parts which are not covered by the screen are ignored. The proposed complex approach in the screens design allows assay the levels of noise emanating from the parts of transport stream, covered and uncovered by the screen. Thus, the designer, in case of exceeding the set values by the noise level, can estimate from where the loudest noise comes: from the top of the screen or from its sides, including the noise from the road traffic parts which are not covered by the screen, both from the right and left sides of it. From here is emerged the possibility to rationally vary the screen’s geometric dimensions, increasing its height, or extending it in one or another direction. As a result of such design, the screen’s optimal basic geometrical dimensions are determined in terms of providing the necessary noise level in the protected area. This allows reduce the design time and economic costs for the construction of screens.
1. ВведениеБурный рост количества транспортных средств приводит к существенному повышению уровня городского шума, превышающего значения, установленные санитарными нормами. Автомобильный транспорт является одним из главных источников акустического загрязнения городской среды [1, 2]. Длительное воздействие высоких уровней шума приводит к серьезным заболеваниям нервной системы и ухудшению физического состояния населения. Относительно недорогим и эффективным способом решения данной проблемы является установка шумозащитных экранов (ШЭ) вдоль транспортных магистралей [1, 3]. Такие экраны защищают от шума прилегающие территории, на которых могут располагаться жилая застройка, общественные и производственные здания. В данной работе предложен способ расчета оптимальных размеров экрана, позволяющий проектировщику количественно оценить автотранспортный шум, поступающий на защищаемую экраном территорию, дифрагирующий на верхней кромке экрана и на его боковых кромках, а также шум от незакрытых экраном участков автотранспортного потока (АТП). 2. Анализ работ и постановка задачи исследования Согласно проведенному анализу источников информации, на данный момент отсутствует комплексный подход к расчету и проектированию ШЭ. Авторы обычно вводят ряд допущений, упрощающих задачу: рассматривают экран бесконечным по длине [4, 5], применительно к точечным источникам шума [6, 7], предлагают методы расчета, обеспечивающие достаточную точность в ограниченном диапазоне частот [8]. Есть работы, в которых учитываются ограниченность длины экрана и потери акустической энергии при распространении звука от автотранспортного потока до расчетной точки (РТ) [9, 10]. В работе [11] изложен способ определения акустической эффективности экрана и его геометрических размеров, даны рекомендации по усовершенствованию конструкции ШЭ. Однако, в рассмотренных работах отсутствует комплексная методика расчетного проектирования ШЭ, учитывающая в РТ как шум, дифрагирующий на всем открытом контуре экрана, так и шум, поступающий от частей АТП, незакрытых экраном. Поэтому целью данной работы явилась разработка комплексной методики проектирования, позволяющей определять оптимальные размеры ШЭ, при которых уровни звука на защищаемой территории соответствуют заданным требованиям приограниченных затратах на сооружения экранов. 3. Расчет уровней шума на защищаемой территории, создаваемого частями АТП, незакрытыми экраном В данной работе рассматривается одностороннее параллельное расположение ШЭ относительно прямолинейной магистрали; не учитывается отражение звука от ее покрытия, от экрана и других объектов; принимается, что источник шума (ИШ), ШЭ и РТ находятся на горизонтальной поверхности одного уровня. Расчетная схема, используемая для оценки уровня звука (УЗ), создаваемого незакрытыми экраном участками АТП в РТ на защищаемой ШЭ территории, представлена на рис. 1.
Шубин И. Л. Акустический расчет и проектирование конструкций шумозащитных экранов: Дис. … доктора технических наук/ ГОУВПО “Московский институт коммунального хозяйства и строительства”. М., 2011. - 325 с.Shubin I. L. Akusticheskiy raschet i proektirovanie konstruktsiy shumozashchitnykh ekranov. Dokt. Diss [Acoustic calculation and design of noise protection screens. Doct. Diss]. GOUVPO “Moskovskiy institut kommunal’nogo khozyaystva i stroitel’stva” [GOUVPO “Moscow Institute of Utilities and Construction”]. Moscow, 2011. 325 p. (in Russian).Шум на транспорте / Пер. с англ. К. Г. Бромштейна / Под ред. В. Е. Тольского, Г. В. Бутакова, Б. Н. Мельникова. М.: Транспорт, 1995. 368 с.Shum na transporte [Noise on transport]. Moscow: Transport Publ., 1995. 368 p. (in Russian).Осипов Г. Л., Коробков В. Е. Распространение и защита от шума на территориях застройки// Снижение шума в зданиях и жилых районах / Под ред. Г. Л. Осипова, Е. Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1987. С. 154-255.Osipov G.L., Korobkov V. E. Rasprostranenie i zashchita ot shuma na territoriyakh zastroyki [Distribution and protection from noise in the built-up areas]. Snizhenie shuma v zdaniyakh i zhilykh rayonakh [Reducing noise in buildings and residential areas]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1987, pp. 154-255. (in Russian).Kawai Y., Flujimoto K., Itow T. Noise propagation around a thin half plane. Acustica, 1978. Vol. 38, pp. 313-323.Kawai Y., Flujimoto K., Itow T. Noise propagation around a thin half plane. Acustica, 1978. Vol. 38, pp. 313-323.Kawai Y. Sound attenuation by finite barriers / Proc. 11-th ICA, Paris, 1983. Vol.1, pp.129-132.Kawai Y. Sound attenuation by finite barriers / Proc. 11-th ICA, Paris, 1983. Vol.1, pp.129-132.Terai T. On calculation of sound fields around three dimensional objects by integral equation methods // J.S. a V., 1980, 69 (1), pp.71-100.Terai T. On calculation of sound fields around three dimensional objects by integral equation methods // J.S. a V., 1980, 69 (1), pp.71-100.Kurze U. J. Noise reduction by barriers //JASA, 55-3, 1974, pp.504-518.Kurze U. J. Noise reduction by barriers //JASA, 55-3, 1974, pp. 504-518.Kohshi N., Katsuo F. Boundary element analysis of the sound field around a finite barrier // J. Jap. Soc. Precis. Eng., 1988. Vol.54, pp.1351-1356.Kohshi N., Katsuo F. Boundary element analysis of the sound field around a finite barrier // J. Jap. Soc. Precis. Eng., 1988. Vol.54, pp.1351-1356.Иванов Н. И., Тюрина Н. В. Проблема снижения шума железнодорожного транспорта // Сборник докладов международной научно-технической конференции “Применение акустических экранов для снижения шума и увеличения безопасности движения поездов”. М., 2006. - C. 9-36.Ivanov N.I., Tyurina N. V. Problema snizheniya shuma zheleznodorozhnogo transporta [The problem of noise reduction of railway transport]. Sbornik dokladov mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii “Primenenie akusticheskikh ekranov dlya snizheniya shuma i uvelicheniya bezopasnosti dvizheniya poezdov” [Collection of reports of the international scientific and technical conference “The use of acoustic screens to reduce noise and increase train safety”]. Moscow, 2006, pp. 9-36. (in Russian).Бобровских В. П., Иванов Н. И., Тюрина Н. В. О коэффициенте дифракции акустических экранов// “Новое в теоретической и прикладной акустике”, труды семинара / Под ред. Н. И. Иванова, 2007. СПб.: ГТУ. С. 141-147.Bobrovskikh V.P., Ivanov N. I., Tyurina N. V. O koeffitsiente difraktsii akusticheskikh ekranov [On the diffraction coefficient of acoustic screens]. “Novoe v teoreticheskoy i prikladnoy akustike”, trudy seminara [“New in theoretical and applied acoustics”, proceedings of the seminar]. 2007. St. Petersburg: GTU Publ., pp. 141-147. (in Russian).Методические рекомендации по оценке необходимого снижения звука у населенных пунктов и определению требуемой акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения. М.: Минтранс РФ, 2003, 38 с.Metodicheskie rekomendatsii po otsenke neobkhodimogo snizheniya zvuka u naselennykh punktov i opredeleniyu trebuemoy akusticheskoy effektivnosti ekranov s uchetom zvukopogloshcheniya [Guidelines for assessing the required sound reduction in populated areas and determining the required acoustic efficiency of screens, taking into account sound absorption]. Moscow: Mintrans RF Publ., 2003. 38 p. (in Russian).Маекава З. Акустические экраны // Снижение шума в зданиях и жилых районах / Под ред. Г. Л. Осипова, Е. Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1987. С. 426-448.Maekava Z. Akusticheskie ekrany [Acoustic Screens]. Snizhenie shuma v zdaniyakh i zhilykh rayonakh [Reducing Noise in Buildings and Residential Areas]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1987, pp. 426-448. (in Russian).ГОСТ 31295.2-2005 (ИСО 9613-2:1996). Шум. Затухание звука при распространении на местности. Ч. 2. Общий метод расчета. Межгосударственный стандарт. 2007.GOST 31295.2-2005 (ISO 9613-2:1996). Shum. Zatukhanie zvuka pri rasprostranenii na mestnosti. Ch.2. Obshchiy metod rascheta. Mezhgosudarstvennyy standart [GOST 31295.2-2005 (ISO 9613-2: 1996). Noise. Sound attenuation during propagation on the ground. Part 2 General method of calculation. Interstate standard]. 2007. (in Russian).Тупов В. В., Черешнева О. А. Расчет и исследование снижения шума автотранспортного потока шумозащитным экраном // Безопасность в техносфере, 2014, № 5, с. 17-24.Tupov V.V., Chereshneva O. A. Raschet i issledovanie snizheniya shuma avtotransportnogo potoka shumozashchitnym ekranom [Calculation and study of the noise reduction of the traffic flow noise screen]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2014, I. 5, pp. 17-24. (in Russian).Защита от шума в градостроительстве/ Под ред. Г. Л. Осипова. - М.: Стройиздат, 1993. 96 с. (Справочник проектировщика).Zashchita ot shuma v gradostroitel’stve [Protection against noise in urban planning]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1993. 96 p. (in Russian).ГОСТ 31295.1-2005. Шум. Затухание звука при распространении на местности. Ч. 1. Расчет поглощения звука атмосферой. Межгосударственный стандарт. 2007.GOST 31295.1-2005. Shum. Zatukhanie zvuka pri rasprostranenii na mestnosti. Ch.1. Raschet pogloshcheniya zvuka atmosferoy. Mezhgosudarstvennyy standart [GOST 31295.1-2005. Noise. Sound attenuation during propagation on the ground. Part 1 Calculation of sound absorption by the atmosphere. Interstate standard]. 2007. (in Russian).