Közlekedési rezgésforrások épületekre gyakorolt hatása modellezés és szimuláció

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Közlekedési rezgésforrások épületekre gyakorolt hatása modellezés és szimuláció"

Sarolta Kozma
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Közlekedési rezgésforrások épületekre gyakorolt hatása modellezés és szimuláció BME HIT Akusztikai Laboratórium 21. február 22.

2 Bevezetés Közlekedési zaj- és rezgésforrások

3 Észlelés és szabványok Ember által észlelt zaj- és rezgésszintek Közvetlenül érzékelt rezgés Frekvenciatartomány: 1 Hz 8 Hz Alacsony frekvencia: f < 8 Hz, a > 5 mm/s 2 Magas frekvencia: f > 1 Hz, v > mm/s Lesugárzott zaj Frekvenciatartomány: 2 Hz Hallásküszöb 1 khz-en: 2µPa Zárt terek esetén 2 Hz 2 Hz Hallásküszöb 2 Hz alatt: 7µPa 7 Hz alatt:.5 mpa Közlekedési rezgés és zaj szabványok 27/28. (XII.3). Kv-VM-EüM: Nappal lakóépületben 45 dba, kórházban 35 dba Éjjel közösen 3 dba Átlagolt érték a legzajosabb egybefügg nyolc órára

khz-en: 2µPa Zárt terek esetén 2 Hz 2 Hz Hallásküszöb 2 Hz alatt: 7µPa 7 Hz alatt:.5 mpa Közlekedési rezgés és zaj szabványok 27/28.

4 A források Vasúti közlekedés Dinamikus rezgésgerjesztés: Forrás: Sín és kerék egyenetlensége Domináns a kis sebesség (v < 12 km/h) vasutak esetében Kvázistatikus rezgésgerjesztés Forrás: Nagy sebességgel haladó, állandó er terhelés Domináns a nagysebesség (v > 15-2 km/h) vasutak esetében Domináns a lesugárzott zajban Közúti közlekedés Motorzaj Gördülési rezgés és zaj

Forrás: Nagy sebességgel haladó, állandó er terhelés Domináns a nagysebesség (v > 15-2 km/h)

5 Tervezési módszerek Rezgés- és zajcsökkentés Vasúti közlekedés Lesugárzott zaj: pályaszerkezet és kerekek rendszeres karbantartása Rezgéskeltés: Csiszolás, úsztatott pályaszerkezet Közúti közlekedés Lesugárzott zaj: Zajvéd falak Rezgéskeltés: Talajrezgések elszigetelése (árkok, terel falak) Vev oldal Épület alapszigetelése Úsztatott padlók Hangolt rezonátorok Szoba a szobában Numerikus technikák szerepe Terjedési lánc modellezése Domináns rezgésforrások feltárása Rezgés- és zajcsökkentési módok tesztelése megvalósítás el tt (virtuális prototípus)

elszigetelése (árkok, terel falak) Vev oldal Épület alapszigetelése Úsztatott padlók Hangolt rezonátorok Szoba a szobában Numerikus

6 Tartalom Célkit zések Numerikus számítási modell bemutatása Forrásmodell Talaj-épület kölcsönhatás modell Beltéri zajsugárzás modell Hitelesítési mérések ismertetése Alkalmazás bemutatása Háromszintes irodaépület rezgés- és zajszigetelése különböz módszerekkel

zajsugárzás modell Hitelesítési mérések ismertetése Alkalmazás

7 A modell áttekintése Három gyengén csatolt alprobléma 1. Bees hullámtér: Mozgó járm által ébresztett talajrezgések AcousticStructural Z X Incident Incident Dinamikus tengelyterelés Az alagút-talaj együttes átviteli függvényei Szabadtéri talajrezgések

AcousticStructural Z X Incident Incident Dinamikus

8 A modell áttekintése Három gyengén csatolt alprobléma 2. Szerkezeti válasz: épületrezgések meghatározása AcousticStructural Structural Z Incident X Incident 3. Akusztikai válasz: lesugárzott zaj az épület zárt termein belül AcousticStructural

AcousticStructural Structural Z Incident X Incident 3.

9 A forrásmodell A dinamikus tengelyterhelés meghatározása Axle load [N/Hz] 2.5 x Frequency [Hz] Koncentrált paraméteres járm modell Elosztott paraméteres pályamodell Végeselem alagútmodell Réteges talajmodell

5 2 4 6 8 1 Frequency [Hz] Koncentrált paraméteres járm

10 Mozgó forrás periodikus közegben: Floquet-transzformáció Hoszirányban periodikus szerkezet Számítások a kombinált tér-hullámszám tartományban Számítások az L =.58 m hosszú alagútszegmensen a végtelen periodikus tartomány helyett Állandó sebességgel mozgó forrásokra alkalmazható

11 A pálya-alagút-talaj rendszer harmonikus válasza Er -elmozdulás átviteli függvények (a) 1 Hz-en és (b) 4 Hz-en. (a) (b) Animáció Zoom Animáció Zoom Szabadtéri válasz metróelhaladásra 1 Hz-en.

12 A talaj-épület kölcsönhatás problémája Folytonossági és egyensúlyfeltételek Interpretáció

13 Az épületmodell Egy hipotetikus irodaépület végeselem modellje Paraméterek Vasbeton lemezalap Vasbeton födémek Vasbeton vázszerkezet Vasbeton mag Tégla kitölt falak

14 Az épület dinamikája: modális szuperpozíció Az alap dinamikus módusainak kvázi-statikus transzformációja 3.71 Hz 3.82 Hz Hz A merev alapú épület dinamikus módusai 6.42 Hz Hz Hz

15 Az épület válasza Három modellezési eset: Nincs talaj-épület kölcsönhatás, egyszer sít feltételezések: Merev épületalap Rugalmas épületalap Rugalmas épületalap talaj-építmény kölcsönhatással Meggyelési pontok

16 Az épület válasza kölcsönhatás nélkül x 1 4 Merev alap x 1 4 x 1 4 Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Frequency [Hz] x 1 4 Rugalmas alap Frequency [Hz] x Frequency [Hz] x 1 4 Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Frequency [Hz] Frequency [Hz] Frequency [Hz] Alapszint (Q1) 1. emelet (Q2) 2. emelet (Q3)

1 4 5 1 15 Frequency [Hz] x 1 4 Velocity [m/s/hz] 3 2 1 Velocity [m/s/hz] 3 2 1 Velocity [m/s/hz] 3 2 1

17 Az épület válasza rugalmas alappal Kölcsönhatás gyelembe vétele nélkül x 1 4 x 1 4 x 1 4 Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Frequency [Hz] x Frequency [Hz] Kölcsönhatás gyelembe vételével Animáció x Frequency [Hz] x 1 4 Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s/hz] Frequency [Hz] Frequency [Hz] Frequency [Hz] Alapszint (Q1) 1. emelet (Q2) 2. emelet (Q3)

gyelembe vételével Animáció x 1 4 5 1 15 Frequency [Hz] x 1 4 Velocity [m/s/hz] 3 2 1 Velocity [m/s/hz] 3 2 1

18 Az akusztikai modell Az épületrezgések és hangnyomás közti csatolás A bels tér impedanciájának számítása: Akusztikai spektrális végeselem módszer

19 Átviteli függvények R2 R3 R1 A merev alapon megjelen egységnyi függ leges kitérésimpulzusra adott akusztikai válasz az 1. szobában, különböz elnyelési tényez k esetére: α = E abs /E inc: α =, α =.3, α = x Sound pressure [Pa] Transfer [db re Pa/m] (a) Time [s] (b) Frequency [Hz]

szobában, különböz elnyelési tényez k esetére: α = E abs /E inc: α =, α =.3, α =.

20 A terem válasza metróelhaladásra Az épület akusztikai válasza metróelhaladásra Animáció.2 8 Pressure [Pa].1.1 Sound Energy [db] Time [s] One third octave band [Hz] Hangnyomás az els emeleti szobában

21 Hitelesít mérések Projekt háttér FP6 EC Growth CONVURT: Control of Noise and Vibration from Underground Railway Trac

22 A forrásmodell: Mérések a London Underground Bakerloo vonalán Mért (a) sín- és (b) kerékegyenetlenség 2 2 (a) Roughness [db ref µ m] Wavelength [m] 1 3 (b) Roughness [db ref µ m] Wavelength [m] A tengelygyorsulásból származtatott adatokkal kiegészített eredmények (v = 47.6 km/h) Roughness [db ref µ m] LH Rail RH Rail Axlebox 3 PSD curve Frequency [Hz]

23 A talajfelszín válasza Mérési elrendezés

24 A talajfelszín válasza Mért és számított rezgéssebesség id függvények és spektrumok {23.5 m, m, m} (FF2z). (a) Velocity [m/s/hz] Velocity [m/s] x x 1 4 FF2z Time [s] FF2z Velocity [m/s] FF2z (b) Frequency [Hz] (c) Frequency [Hz]

25 Az épületmodell hitelesítése Kálvin Center: Hétszintes vasbeton vázszerkezetes irodaépület

26 Ejt zsákos mérések a metróban

27 A mér rendszer

28 Eredmények Szerkezeti rezgésgyorsulás az alagútban és az épület pinceszintjében.5.1 Acceleration [m/s 2 ] Acceleration [m/s 2 ].5.5 (a) Time [s] (b) Time [s] Számított (a) és mért (b) rezgés spektrumok 2 2 Acceleration [db re 1m/s2] Acceleration [db re 1m/s2] (a) Frequency [Hz] (b) Frequency [Hz]

29 Rezgés- és zajcsökkentés Rezgés- és zajcsökkentés három szinten Forrás szigetelése úsztatott pályaszerkezettel Épület szigetelése alapszigeteléssel Terem akusztikai szigetelése szoba a szobában elrendezéssel Célkit zés Rezgésszigetelési módszerek hatékonyságának el rebecslése Paramétertanulmány Numerikus eredmények többféle kiértékelése

30 A forrás szigetelése: Úsztatott pályaszerkezet Cél: Sínszerkezet és alagútfal dinamikus elválasztása Paraméterek: Szakaszos úsztatott beton pályaszerkezet 31 m hosszú betonszegmensek Alátámasztás: 2x17 pontban Rezonanciafrekvencia: 1 Hz

31 A forrás szigetelése II Pálya-talaj átviteli függvények Szabadtéri rezgések szigetelés nélkül és szigeteléssel Velocity [m/s] x Time [s] Velocity [db re m/s] One third octave band center frequency [Hz]

32 A forrás szigetelése III Az úsztatott pályaszerkezet beiktatási csillapítása (Insertion Loss, IL) IL = 2 log 1 U uniso U iso (1) 6 Insertion loss [db] One third octave band center frequency [Hz] szürke: SDOF rendszerrel becsült szürke sáv: A tényleges IL tartománya az épület alapja mentén fekete: Átlagolt érték

33 Az épület alapszigetelése F bb tervezési szempontok Rezonanciafrekvencia Statikus elmozdulás (holtteher) Megvalósítás Gumi rugó alátámasztás n m-es blokkokban

34 Az épület alapszigetelése: elrendezés Rezgésszigetelés rugókra helyezéssel. y c9 c1 c11 c12 p1 x r2,4 c5 c6 c7 c8 r1,3 p2 c1 c2 c3 c4 Sajátfrekvencia: f iso = 1 Hz. A merev alapú rezgésszigetelt épület módusai 9.56 Hz Hz Hz

35 Az épület alapszigetelése: Rezgésszintek RMS sebesség egy födémlemez két kiválaszott pontjában 4 x x = 12.5, y = x x = 2.5, y = Velocity [m/s] Velocity [m/s] Time [s] Time [s] 8 Velocity [db re m/s] Velocity [db re m/s] One third octave band center frequency [Hz] One third octave band center frequency [Hz]

36 Az épület alapszigetelése: Beiktatási csillapítás Az alapszigetelés beiktatási csillapítása az els szinten különböz kiértékelési módszerekkel 6 6 Insertion loss [db] 4 2 Insertion loss [db] One third octave band center frequency [Hz] One third octave band center frequency [Hz] szürke vonal: SDOF rendszer szürke tartomány: Lokális érték tartománya fekete vonal: Födém rezgési energiájából számolt görbe Animáció Rezgésszigeteléssel Audio Rezgésszigetelés nélkül Rezgésszigeteléssel

37 Akusztikai szigetelés Szoba a szobában elv megvalósítása Cél: teljes falfelület dinamikus elválasztása az épület rezgéseit l Paraméterek Padló rugalmas alátámasztása méterenként elhelyezett gumi elemekkel 1 cm vasbeton padló és födém 6 cm téglafal terhelés: 8.7 t, rugónként 3 kn rezonanciafrekvencia: 1 Hz, statikus süllyedés: 2.5 mm

38 Akusztikai szigetelés Az akusztikai szigetelés beiktatási csillapítása különböz kiértékelési módszerekkel Sound Energy Level [db] One third octave band center frequency [Hz] Insertion loss [db] One third octave band center frequency [Hz] szürke vonal: SDOF rendszer szürke tartomány: Lokális érték tartománya fekete vonal: Teljes szoba akusztikai energiájából számol térték

39 Összefoglalás Eredmények 3D determinisztikus csatolt modell épületek rezgés- és zajterhelésének számítására Hitelesítés mérésekkel paramétertanulmány rezgés- és zajcsökkentési módszerek vizsgálatához További kutatási terület Bizonytalan vagy ismeretlen paraméterek sztochasztikus modellezése Érzékenységvizsgálat Pontosan meghatározandó paraméterek kijelölése

Hasonló dokumentumok

Talajból származó épületrezgések és beltéri zaj numerikus modellezése

Talajból származó épületrezgések és beltéri zaj numerikus modellezése FIALA Péter PhD disszertáció összefoglalója Témavezető: Dr. Granát János Híradástechnikai Tanszék 2008 1. Bevezetés, a kutatás háttere