Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Выбор метода исслeдoвания.
1.1. Существующие методы расчета и моделирования транспортного шума 10
1.2. Использование организации движения для борьбы с транспортным шумом 28
1.3. Постановка задач диссертационной работы 33
Глава 2. Моделирование акустических параметров транспортных потоков.
2.1. Предпосылки моделирования 45
2.2. Параметры модели 50
2.3. Акустические характеристики автомобилей 58
2.4. Исследование взаимодействия акустических полей автомобилей 67
2.5. Описание модели акустических параметров транспортного потока 78
Глава 3. Зкспериьентальное исслед0вание акустическйх параметров транспортного потока.
3.1. Разработка методики экспериментального исследования 83
3.2. Проведение измерений и обработка результатов ... 96
3.3. Проверка адекватности модели акустических параметров транспортного потока . 100
Глава 4. Методические основы использования организаций движения для уменьшения транспортного шума .
4.1. Аналоговая модель процесса шумообразования 106
4.2. Зависимость акустических характеристик от параметров транспортного потока III
4.3. Математическая модель акустических характеристик транспортного потока 127
4.4. Методика расчета уровня транспортного шума 134
4.5. Методические рекомендации по управлению транспортным шумом 137
4.6. Применение разработанных методик 151
Основные выводы 166
Список литературы 168
- Использование организации движения для борьбы с транспортным шумом
- Акустические характеристики автомобилей
- Проведение измерений и обработка результатов
- Методика расчета уровня транспортного шума
Использование организации движения для борьбы с транспортным шумом
Вопросы снижения городского шума постоянно находятся в центре внимания советских ученых. Большой вклад в дело борьбы с транспрртным шумом внесли Е.Я.Юцин, Ю.М.Ильящук, С.П.Алексеев, Г.Л.Осипов, Б.НДукашш, В.Е.Тольский, Б.Г.Прутков, Е.П.Самойлюк, Б.Д.Тартаковский, И.А.Шишкин. Значителен методический вклад в разработку и решение этой проблемы I.Л.Афанасьева, В.Ф.Бабкова, Д.П.Великанова, А.Б.Дьякова, Г.И.Клин-ковштейна, Д.С.Самойлова, М.С.Фишельсона, Я.Б.Хомлка, В.Б.Шес-токаса. Задачи уменьшения транспортного шума решаются в работах и других вузов, НИИ и производственных организаций. Существующие методы расчета уровней транспортного шума можно разделить на - методы, полученные путем натурных измерений; - теоретические методы.
Экспериментальные методы. Наиболее распространенньм методом расчета уровней транспортного шума на магистральных улицах в нашей стране является метод, описанньй в / 36 /. Характеристикой транспортного шума в данном случае принят эквивалентный уровень звука в расчетной точке скорректированный по шкале А. Определение этого показателя осуществляется в два этапа:
I) вычисляется эквивалентный уровень звука ид} на рас - II стоянии 7,5 м от оси ближней полосы Дви ШНИЯ;
2) исходя из расстояния между точкой, расположенной в 7,5 м от оси первой полосы движения и расчетной точкой и условий распространения звука (окружающая застройка, поверхностный покров, наличие препятствий и т.д.) вычиаляется эквивалентный уровень звука в расчетной точке.
На основе многолетних статистических исследований шумовых характеристик транспортных потоков в различных городах СССР авторы предложили следующую зависимость для расчета эквивалентного уровня звука где Lfr - расчетный эквивалентный уровень звука на расстоянии 7,5 м от оси ближней полосы движения, на высоте 1,2 м от поверхности земяи для заданных условий, ДБА; A?f расчетный эквивалентный уровень звука в той же точке для стандартных условий; - поправки на отличие заданных условий образования и распространения шума от стандартных, дБА. Стандартными условиями, для которых определяется и являются: средняя скорость движения транспортного потока 40 км/ч; доля грузового и общественного транспорта с карбюраторными двигателями 60 ; участок дороги прямолинейный, горизонтальный с асфальтобетонньм покрытием, в окрестностях которого Б радиусе 50 м отсутствует застройка и другие отражающие звук препятствия. Lfo определяется в зависимости от интенсивности движения.
По методу, приведенному в работе / 103/ с помощью диаграмяы вычисляется эквивалентный уровень звука в 7,5 м от осевой линии ближней полосы движения, который затем корректируется для заданных условий.
Несмотря на схожесть данных методов расчеты по ним могут привести к различным результатам. Кроме того, эти методы не позволяют определять акустические характеристики транспортного потока при неустановившемся движении, которое имеет место в зоне перекрестков.
Б работе / 64 / методом исследования транспортного шума принят метод натурного эксперимента. Проведением предварительных экспериментов были выявлены факторы, определяющие уровень шума вблизи дороги: - интенсивность движения (Xf); - доля грузовых автомобилей, автобусов и мотоциклов в транспортном ПОТОКе ( Хг); - уклон проезжей части (Х3); - этажность застройки ( ); - пирина улицы (Xg) ; - ширина проезжей части (Х); - средневзвешенная скорость движения (Xjt); - линейная плотность застройки (2 ).
Для перечисленных 8 факторов была составлена матрица проведения активного эксперимента для 1/32 дробной реплики от полного факторного эксперимента. Факторы варьировались в двух уровнях.
Акустические характеристики автомобилей
Рациональная организация движения занимает общепризнанное место в цепочке методов борьбы с вредньм шумовьм воздействием. Необходимость использования организации и регулирования движения в борьбе с транспортным шумом отмечается в работах / 14, 79, 114, 123, 132, 139, 149, 154, 155, 158, 171 и др./.
Б работах / 132, 171 / делается ЕЫЕОД, что для уменьшения транспортного шyмa необходимо сократить число большегрузных автомобилей в потоке и снизить скорость грузовых автомобилей.
Б работе / 130 / рекомендуется ограничение скорости и повышение равномерности движения, запрещение движения грузовых автомобилей в отдельные периоды суток.
Б работе / 79 / отмечается, что уровень шума транспортных потоков определяется интенсивностью и скоростью движения. При уменьшении скорости движения с 60 до 40 км/ч, уровень шума снижается на 5 - 6 дБА. Для плотных транспортных пОТОКов увеличение доли грузовых автомобилей от О до 10 снижает уровень шума. Наличие светофора приводит к более Бысокому среднему уровню шума.
Б работе / 171 / сообщается, что при введении на отдельных дорогах ограничения скорости движения легковых автомобилей до 80 км/ч, грузовых до 60 км/ч (первоначально ограничение 100 км/ч) уровень шума был снижен на 0,2 - 1,2 дБ. При общем ограничении скорости для легковых и грузовых автомобилей до 70 км/ч уровень шума был снижен на 0,3 - 1,1 дБ.
Меры, принятые на Гаспердамской дороге (Нидерланды) описываются в работе / 144 /. Снижение скорости с 80 до 70 км/ч позволило снизить уровень .штма на 2 - 3 дБА. Снижение интенсивности движения вдвое приводило к снижению шума на 2 дБА. Уменьшение доли грузовых автомобилей с 15 до 0% позволило уменьшить уровень шума на 2 - 3 дБА.
После введения нОЕОЙ системы организации движения в г.Гронингине / 169 /, цель которой заключалась в ограничении интенсивности движения в центре города за счет объездов по кольцевой дороге, уровень шума в центральной части города снизился с 67,0 до 64,1 дБА.
Экспериментальные исследования, результаты которых опи-. саны Б работе / 154 / показали, что грузовые автомобили не увеличивают уровень тума транспортного потока, если их доля менее ЗЗ/о. Зависимость уровня звука LfQ от интенсивности движения носит логарифмический характер. Анализ результатоЕ экспериментов в работе /165/ позволил сделать вывод, что удвоение интенсивности движения увеличивает уровень звука LJQ на 3 дБА. При скоростях движения до 40 км/ч наличие грузовых автомобилей в потоке уменьшает уровень звука. При более высоких скоростях Lfg увеличивается,
В результате 400 измерений уровней шума на различных . расстояниях от трех перекрестков, оборудованных светофорами, проведенных в Англии /146/, получены зависимости для вычисления относительных уровней звука на различных расстояниях от стоп-линий (рис. I.I). Относительный уровень звука определялся как разница между уровнями звука на перегоне и стоп-линий. Отмечено, что с увеличением доли грузовых автомобилей шум становится более раздражающим. К этому же приводит и наличие перекрестков.
Б работе /138/ приводятся результаты экспериментального исследования влияния перекрестков на уровень транспортного шума проведенного в Японии. Под влиянием перекрестков на шум транспортного потока здесь и далее понимается не влияние наличия нескольких пересекающихся транспортных потОКОЕ, а влияние тех Еозмущений, которые вносит в режим ДЕИЖЄНИЯ транспортного потока наличие перекрестка. Интенсивность двухстороннего движения лежала в пределах 230 - 4300 авт/ч, число полос от 2-х до 4-х, доля грузовых автомобилей от I до 43 , отношение длительности разрешающей фазы к запрещающей фазе от 35/35 до 120/20.
Проведение измерений и обработка результатов
Такой способ задания интервалов поступления автомобилей на имлтируемый участок дороги не учитывает воздействия, которое оказывает на транспортный поток регулируемое пересечение. Это воздействие выражается в образовании стоящих и движущихся скоплений автомобилей, получивших название "пачек" и образова нии значительных перерывов в движении между моментами прохождения "пачек". G целью имитации транспортных потоков в таких условиях в модели используется следующий прием.
После прохоадения имитируем ли автомобилями участка дороги, их характеристики в момент пересечения границы участка (время " ЕЫХОДЭ, типп ,коростьь ,скорениие записываются в ЕЫХодной массив Л/ , который хранится на магнитных носителях информации ЭВМ и может использоваться как входной, задающий поступление автомобилей при последующих имитациях. Использование этого приема позволяет не только имитировать "пачкообразное" движение автомобилей, но и моделировать акустические характеристики транспортных потоков на дорожной сети.
Значения дистанций следования автомобилей в транспортном
- 58 потоке, приемлемых интервалов встраивания, критических расстояний остановки перед стоп-линией, распределений автомобилей по полосам движения, скоростей свободного движения определялись по материалам работ /18, 58, 67, 75, 104, 105, 1117 118 /. Ускорение ведомых автомобилей в модели рассчитывается с использованием нелинейного уравнения теории следования за лидером / 48 /.
Акустические характеристики автомобилей
Шум движущегося автомобиля складывается из шума, создаваемого совокупностью некогерентных источников. Уравнение акустического баланса автомобиля имеет вид / 79 /: WQ - Щ + С Щ + Wbn Щш + Wmp +W$op+Wa Wut ( 2.6 ) где WQ - общая акустическая мощность автомобиля, складывающаяся из акустических мощностей: Щ\ - собственно поверхности силового агрегата; №ы1}Щьас излучателей в вистеме гааообменаа Wmp- поверхности агрегатов трансмиссии; Щ/ор- поверхности кузова автомобиля и агрегата при передаче возмущщний от дороги; №аэр- поверхности кузова автомобиля в результате взаимодействия с воздухом при движении; Win - шин при взаимодействии их с дорогой; поверхности кузова автомобиля при передаче энергии колебательного движения двигателя на шасси автомобиля. Учет всех взаимодействий колебательных систем движущегося автомобиля, производящих совокупное акустическое излучение, практически невозможен. Расчет распространения шума от отдельных излучателей автомобиля также затруднителен. Поэтому, используя.принцип суперпозиции и допущение о линейности ЕСЄХ процессов, приводящих ic акустическому излучению, при моделировании и расчете шума транспортного потока отдельные автомобили представляются точечными источниками звукового излучения.
Наиболее общей характеристикой автомобиля как источника звука является его звуковая мощность и направленность акустического излучения. Для определения этих параметров автором совместно с Крузе А.О. было проведено экспериментальное исследование тума шести моделей автомобилей / 70, 71 /: BA3-2101,"Жигули". ГАЗ-24 "Волга", Зил-130-76, МАЗ-5335, ЛиАЗ-677, йкарус-260.
В соответствии с ГОСТ 19358-74гликрофоны располагались на полусферической измерительной поверхности. Радиус поверхности выбирался исходя из условий расположения ее в дальнем поле излучателей звука. С учетом габаритных размеров автомобилей радиус измерительной поверхности был принят равньм 8 м. Количество точек измерения при предварительном исследовании принималось равным от 25 до 4. Исходя из условия наименьшей погрешности при наименьшем числе точек измерения, было выбрано II точек измерения. Расположение микрофонов на мнимой полусфере показано на рис. 2,5. Регистрация ЗвуковогО давления в измерительных точках производилась в момент прохождения автомобилем центра мнимой полусферы.
Для установки шикрофонов в точках измерения были сконструированы и изготовлены разборные стойки из дюралюминиевых трубок, которые позволяли располагать микрофоны без помех движению.
Методика расчета уровня транспортного шума
Для размещения микрофонов Е точках измерения была сконструирована и изготовлена разборная стойка, состоящая из трех частей. Стойка изготовлена из дюралюминиевых уголков и трубок. Б собранном ввде стойка устанавливалась на тротуаре или газоне и обеспечивала требуемое расположение млкрофонов без помех движению (рис. 3.7). В разобранном виде стойка монтировалась на крьше автобуса-лаборатории.
Измерительные тракты состояли из конденсаторных микро фонов ЖKI02, микрофонных усилителей MV/02 , точных им пульсных шумомероБ рабочим диапазоном частот 2 Гц - 20 кГц и диапазоном измеряемых уровней звукового давле ния 30 - 150 дБ . В качестве регистрирующих устройств исполь зовались 6-ти канальные самописцы Н338-6П. Микрофоны оснаща лись ветрозащитными фильтрами W-Ю . Калибровка измерительных трактов осуществлялась с помощью пистонфона PF-fOf . Вся аппаратура соответствовала требованиям ГОСТ I7I87-8I/ 35 /. Блок питания состоял из аккумуляторных батарей 6 СТ-90 ЭМС и преобразователя напряжения. Для регистрации параметров транспортного потока использовался метод покадровой киносъемки. Использовалась кинокамера "Красногорск-3". Съемка производи лась с расстояния 100 - 150 м от измерительного участка с бал кона здания или другого возвышенного места. Б кадре кинокамеры помещались часы-секундомер и масштабная линейка. Частота съем ки равнялась одному кадру в секунду. Бремя развертывания комплекта аппаратуры на участке измерения и приготовление его к работе, включая калибровку измерительных трактов, не превышало 30 минут.
При исследовании зЕУКОЕой МОЩНОСТИ транспортного потока во время каждого замера в течение 5 минут измерялись и регистрировались на диаграммной ленте самописцев уровни звука в измерительных точках (рис. 3.8). Одновременно производилась киносъемка. Измерения проводились на горизонтальных прямолинейных участках городских улиц.
Акустические характеристики транспортных потоков определялись после обработки записей на диаграммной ленте. Обработка 7 4 220 одностороннее ленты производилась в условиях стационарной лаборатории. В процессее дешифровки записей с ленты считьшались уровни звука. Частота считывания составляла 60 отсчетов в млнуту, что позволило вычислять эквивалентный уровень звука с высокой точностью. Результаты обработки ленты вводились в ЭВМ "EG-I022", которая работала по программе "Эквишум". При расчетах использовался диапазон уровней звука от 30 до 120 дБА, который разбивался на 90 разрядов по I дБА в каждом. Кроме эквивалентного уровня рассчитывались процентные уровни звука
Ддя сравнения акустических параметров разных транспортных потоков рассчитывались удельная звуковая мощность и удельный уровень звуковой мощности транспортного потока - удельная звуковая мощность транспортного потока, БтА/м; - длина элемента транспортного потока, м; V - средняя скорость движения транспортного потока,м/с; / - время измерения, с; U - удельныи уровень звуковой мощности, дБА; Щ)- пороговая зЕз коЕая мощность (10"12 Вт). Параметры транспортных потоков рассчитывались путем обработки результатов покадровой кнносъемки участков измерения. Участок измерения параметров транспортного потока принимался равньм 80 - 100 м и отмечался поперечными полосами белого цвета, наносимыми на проезжую часть или специальными ориентирами. В ходе обработки с кинопленки считывались:
