Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 13
2 Теоретические исследования изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами из древесных материалов 25
2.1 Изоляция ударного шума однослойными перекрытиями 26
2.1.1 Решение уравнения изгибных колебаний плиты 30
2.1.2 Определение уровня ударного шума под перекрытием без учета контактных напряжений 35
2.1.3 Решение волнового уравнения для упругого слоя 38
2.1.4 Определение уровня ударного шума под перекрытием с учетом контактных напряжений 45
2.2 Изоляция ударного шума междуэтажными перекрытиями с пола ми из древесных материалов, уложенными на клее 51
2.2.1 Расчет звукоизоляции двухслойного перекрытия в области низких частот 51
2.2.2 Расчет звукоизоляции двухслойного перекрытия в области средних и высоких частот 55
2.3 Изоляция ударного шума междуэтажными перекрытиями с пола ми из древесных материалов на упругой подложке 65
2.3.1 Определение звукоизоляции трехслойного перекрытия в области низких частот 65
2.3.2 Определение звукоизоляции трехслойного перекрытия в области средних и высоких частот 68
Выводы по главе 2 з
3 Физико-механические свойства материалов покрытий полов, стяжек и звукоизоляционных прослоек, применяемых в конструкциях междуэтажных перекрытий
3.1 Физико-механические свойства стяжек и покрытий полов из древесных материалов 80
3.2 Влияние равномерно-распределенной нагрузки на величину относительной деформации упругих прослоек (подложек) 83
3.3 Методика измерений динамических свойств звукоизоляционных прокладочных материалов 90
3.4 Оценка точности результатов измерений 96
3.5 Измерение динамических характеристик материалов упругих прослоек при действии кратковременных и длительно действующих нагрузок 99
Выводы по главе 3 106
4 Экспериментальные исследования изоляции удар ного и воздушного шума междуэтажными пере крытиями
4.1 Методика эксперимента и описание акустических камер 107
4.2 Изоляция ударного и воздушного шума основными конструктивными элементами междуэтажного перекрытия 113
4.3 Влияние физико-механических характеристик покрытия пола и упругой подложки на изоляцию ударного шума перекрытиями 117
4.4 Изоляция воздушного шума междуэтажными перекрытиями с покрытием пола из древесных материалов 124
Выводы по главе 4 127
5 Рекомендации по улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов 128
5.1 Практический метод расчета изоляции ударного шума перекрытиями с полами из древесных материалов, уложенными на клее 128
5.2 Практический метод расчета изоляции ударного шума перекрытиями с полами из древесных материалов, уложенными на упругой подложке 132
5.3 Оценка изоляции ударного шума конструкциями междуэтажных перекрытий с покрытием пола из древесных материалов 136
5.4 Рекомендации по улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов 136
Выводы по главе 5 140
Выводы по диссертации 142
Список использованных источников
- Определение уровня ударного шума под перекрытием без учета контактных напряжений
- Изоляция ударного шума междуэтажными перекрытиями с пола ми из древесных материалов на упругой подложке
- Влияние равномерно-распределенной нагрузки на величину относительной деформации упругих прослоек (подложек)
- Практический метод расчета изоляции ударного шума перекрытиями с полами из древесных материалов, уложенными на упругой подложке
Введение к работе
Актуальность работы. Создание необходимого акустического комфорта в помещениях гражданских зданий является одной из актуальных проблем, решению которых придается большое значение. К числу основных путей ее реализации относится повышение звукоизоляции ограждающих конструкций и, в первую очередь, междуэтажных перекрытий. Во многих случаях это наиболее рациональный, а иногда и единственный способ уменьшения шума, проникающего из смежных помещений.
Тенденция к удешевлению строительства приводит к снижению поверхностной плотности стен и междуэтажных перекрытий, что является причиной уменьшения звукоизоляции. В результате ограждающие конструкции многих жилых и общественных зданий не удовлетворяют нормам звукоизоляции.
Широкое распространение в строительной практике Российской Федерации и в других развитых странах получили конструкции междуэтажных перекрытий с покрытием пола из древесных материалов (паркетные полы, полы из сверхтвердых древесноволокнистых плит, полы из массивной доски, пробковые напольные покрытия и др.). Покрытия полов укладывают на клее или на упругой подложке по монолитной выравнивающей стяжке из цемент-но-песчаного раствора, легкого бетона, полимерцементного раствора или по плитам перекрытия. В качестве несущих настилов в конструкциях перекрытий применяют сборные или монолитные плиты поверхностной плотностыо 300-350 кг/м2.
В последнее время сделан значительный вклад в теорию и практику борьбы с шумом методами звукоизоляции. В работах современных ученых СП. Алексеева, Л.А. Борисова, В.И. Заборова, Н.И. Иванова, А.А. Климухи-на, И.И. Клюкина, С.Д. Ковригина, С.Н. Овсянникова, Г.Л. Осипова, М.С. Седова, Б.Д. Тартаковского, Э.В. Ретлинга, Е.Я. Юдина и др., а также зарубежных специалистов К. Гёзеле, Л. Кремера, М. Крокера, Г. Куртса, М. Хёкла и др. разработаны методы расчетов и проектирования различных типов звукоизолирующих ограждений. Однако, до сих пор остается малоизученным вопрос звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов. Применение различных материалов и типов покрытий полов влияет на звукоизолирующую способность междуэтажных перекрытий и требует особых методик к оценке их звукоизоляции. В связи с этим, разработка практических методов оценки звукоизоляции междуэтажных перекрытий с покрытием пола из древесных материалов и конструктивных мероприятий по улучшению их звукоизоляции является актуальным направлением научных исследований в области строительной акустики.
Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений и практических рекомендаций, способствующих улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов.
Основные задачи, решаемые в работе. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выполнить теоретические исследования изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с покрытием пола из древесных материалов, уложенным на клее или на упругой подложке по сплошному основанию, разработать инженерные формулы для расчета и оценки звукоизоляции;
провести экспериментальные исследования звукоизоляции междуэтажных перекрытий с покрытием пола из древесных материалов и выявить закономерности изоляции воздушного шума от основных параметров перекрытий;
получить зависимости относительного сжатия образцов материалов звукоизоляционных подложек от нормативных значений равномерно распределенной нагрузки и времени эксплуатации в конструкциях междуэтажных перекрытий;
усовершенствовать установку для измерения динамических характеристик прокладочных материалов в широком диапазоне частот, получить экспериментальные значения динамического модуля упругости и коэффициента потерь основных материалов звукоизоляционных подложек и установить зависимости изменения этих характеристик от частоты колебаний и эксплуатационных воздействий;
на основе полученных в работе формул разработать практические методы расчетов изоляции ударного шума перекрытиями с покрытиями полов из древесных материалов и рекомендации по улучшению звукоизоляции.
Методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования дополнительной изоляции ударного шума сводились к определению колебательных скоростей однослойного перекрытия и несущей плиты перекрытия с полом из древесных материалов, уложенных на клее или на упругую подложку, при работе стандартной ударной машины. Экспериментальные исследования звукоизоляции конструкций междуэтажных перекрытий проводились в малых реверберационных камерах лаборатории строительной акустики кафедры архитектуры гражданских и промышленных зданий КубГТУ с помощью современной электроакустической аппаратуры.
Научная новизна работы:
получены новые расчетные формулы для вычисления уровня ударного шума в третьоктавных полосах частот под однослойным перекрытием с учетом местного смятия. Дана уточненная формула для вычисления частоты, начиная с которой следует учитывать местное смятие в области контакта молотка стандартной ударной машины с плитой перекрытия, и определены численные значения этих частот для однослойных плит, выполненных из различных материалов;
получены новые расчетные формулы, описывающие снижение уровня ударного шума покрытием пола из древесных материалов, уложенным на клее или на упругой подложке по монолитной выравнивающей стяжке или плите перекрытия. Выявлено наличие и определены численные значения частотных диапазонов роста и снижения звукоизоляции. Проанализированы за-
висимости частотных характеристик снижения уровня ударного шума полом из древесных материалов от основных физико-механических характеристик элементов междуэтажного перекрытия;
получены новые расчетные формулы и определены численные значения критических (антирезонансных) и резонансных частот колебаний для одно-, двух- и трехслойных междуэтажных перекрытий;
установлены новые экспериментальные зависимости относительного сжатия материалов упругих подложек от действия кратковременных и длительно действующих эксплуатационных нагрузок;
получены новые экспериментальные данные о влиянии кратковременных статических и длительно действующих эксплуатационных нагрузок на изменение динамического модуля упругости и коэффициента потерь в широком диапазоне частот;
получены новые экспериментальные зависимости изоляции воздушного шума от основных параметров междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов.
Достоверность теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными при испытании моделей междуэтажных перекрытий в малых реверберационных камерах КубГТУ и другими результатами, известными из научной и справочной литературы.
Практическая значимость работы. Разработанные методы расчета изоляции ударного шума конструкциями междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов позволяют, по сравнению с существующими методами, более точно определять величину снижения уровня ударного шума покрытиями полов этих перекрытий. В расчетах учитывается влияние на звукоизоляцию местного смятия при ударе, поверхностной плотности и жесткости элементов пола, что позволяет рационально проектировать перекрытия.
Разработаны рекомендации по улучшению звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов, используемых в гражданских зданиях. Даны варианты конструктивных решений перекрытий, удовлетворяющих требованиям СНиП 23-03-2003. Они могут применяться для всех типов гражданских зданий, при новом строительстве и капитальном ремонте.
Реализация результатов работы. Разработанные методы расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами из древесных материалов и рекомендации по улучшению звукоизоляции этих перекрытий внедрены в практику проектирования внутренних ограждающих конструкций гражданских зданий Территориального института по гражданскому строительству «Краснодаргражданпроект» и ЗАО «Проект-1».
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре архитектуры гражданских и промышленных зданий и сооружений КубГТУ для студентов направления 270800 - «Строительство». Составлены
и апробированы задания для расчета звукоизоляции перекрытий с покрытием пола из древесных материалов для практических занятий и лабораторных работ.
Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, представлялись и обсуждались на научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (г. Санкт-Петербург, 2006 г.), на научно-техническом семинаре «Актуальные проблемы акустической экологии и защиты от шума» (г. Севастополь, 2006 г.), на научно-технической конференции «Строительная физика в XXI веке» (г. Москва, 2006г.), на XVIII и XXII сессиях Российского акустического общества (г. Таганрог, 2006 г., г. Москва, 2010 г.), на научно-техническом семинаре «Актуальные проблемы защиты от шума зданий и территорий застройки» (г. Севастополь, 2007 г.), на симпозиуме-семинаре «Экология. Вопросы защиты от шума» (г. Севастополь, 2008 г.), на международной научно-практической конференции «Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума» (г. Кава-ла (Греция), 2009 г.), на девятой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития жилищно-коммунального хозяйства городов и населенных пунктов» (г. Кавала, 2010 г.), на научной конференции - III академические чтения, посвященные памяти академика Г.Л. Осипова «Актуальные вопросы строительной физики - энергосбережение и экологическая безопасность» (г. Москва, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 статей (в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК).
На защиту выносятся:
метод расчета изоляции ударного шума однослойными перекрытиями с учетом контактных напряжений в зоне удара молотка стандартной машины;
методы расчетов изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами из древесных материалов, уложенными на клее или на звукоизоляционной подложке;
результаты экспериментальных исследований относительного сжатия образцов упругих подложек от равномерно распределенных нагрузок и времени эксплуатации, а также динамических характеристик материалов этих подложек от действия кратковременных и длительно действующих эксплуатационных нагрузок в широком диапазоне частот;
результаты экспериментальных исследований звукоизоляции междуэтажных перекрытий от основных физико-механических характеристик звукоизоляционных подложек и покрытий полов из древесных материалов;
практические методы расчетов изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами из древесных материалов и рекомендации по улучшению звукоизоляции этих перекрытий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы (115 наименований). Общий
объем работы составляет 155 страниц, в том числе 37 рисунков, 17 таблиц, библиографический список.
Автор выражает искреннюю признательность докт. ф.-м. наук, профессору Кубанского государственного университета Смирновой А.В. за консультации в обласні математической постановки задачи исследований и методов их решения.
Определение уровня ударного шума под перекрытием без учета контактных напряжений
Материалом для изготовления паркета является древесина из дуба, ясеня, бука, остролистного клена, береста (карагача), вяза, каштана, граба, березы, сосны, лиственницы. Толщина планки штучного паркета 15-18 мм, мозаичного 8-Ю мм [11, 22].
Покрытия из ненесущих паркетных щитов и досок представляют собой клеевую конструкцию, состоящую из верхнего лицевого слоя (шпона или планок) и нижнего слоя-основания. Размеры паркетных щитов, м: 0,4x0,4-0,8x0,8. Толщина щитов 22 и 25 мм. Лицевое покрытие паркетных щитов и досок изготавливают из древесины тех же пород, что и штучный паркет. Основание паркетных щитов и досок изготавливают из древесины хвойных пород, березы, осины, ольхи.
Ненесущие паркетные щиты и доски укладывают только по сплошному основанию через звукоизоляционную подложку или крепят к нему клеем или гвоздями (рисунок 1.1, г). Самый распространенный способ укладки - через звукоизоляционную подложку [10, 11].
Покрытия из ламинат-паркета. Доски ламинат-паркета имеют размеры: длина 1,2-1,98 м; ширина 0,19-0,27 м; толщина 6,3-8 мм. Укладка ламинат-паркета требует наличия амортизирующей подложки - упругой постели под доски, смягчающей удары, исключающей скрип и улучшающей изоляцию ударного шума. В качестве подложки используют гофрированный картон, вспененный полиэтилен, вспененный полипропилен, пенопласт толщиной 2-3 мм и др. материалы (рисунок 1.1, д). Основанием под покрытие пола из ламинат-паркета служит железобетонная панель или стяжка из цементно-песчаного раствора, имеющего прочность не ниже 15 МПа (150 кгс/см ) [10, 68, 99].
Пробковые напольные покрытия выпускаются нескольких типов, отличающихся по степени защиты и способу укладки. Пробковые покрытия подразделяют на пластины для пола и пробковый паркет. Пробковые пластины имеют квадратную форму (0,3x0,3, 0,45x0,45 м), либо прямоугольную (0,45x0,15, 0,6x0,3 м и др.). Они достаточно тонкие, их толщина колеблется от З до 6 мм. Установка производится за счет приклеивания пластин с использованием специального клея.
Пробковый паркет выглядит как паркетная доска, покрытая сверху прессованной пробкой. Длина таких досок составляет 0,9 м, ширина 0,18 м. За счет жесткой основы и повышенной толщины (10-12 мм) пробковый паркет монтируют как плавающий пол, на упругих подложках (рисунок 1.1, е). При монтаже паркетные планки соединяют друг с другом с помощью клея или предусмотренных конструкций шипов [10, 68].
Основанием для пробковых напольных покрытий может служить цемент-но-песчаная стяжка толщиной 15-20 мм или железобетонная плита перекрытия.
В последнее время сделан значительный вклад в теорию и практику борьбы с шумом методами звукоизоляции. В настоящее время на основе работ СП. Алексеева, Л.А. Борисова, В.И. Заборова, Н.И. Иванова, А.А. Климухина, И.И. Клюкина, С.Д. Ковригина, В.Г. Крейтана, С.Н. Овсянникова, Г.Л. Осипова, М.С. Седова, Б.Д. Тартаковского, Э.В. Ретлинга, Е.Я. Юдина и др. разработаны методы расчета и проектирования различных типов звукоизолирующих ограждений [1, 6, 32, 36, 37, 51, 53, 64, 65, 77, 95, 100]. Однако, до сих пор остается малоизученным вопрос звукоизоляции междуэтажных перекрытий с полами из древесных материалов, уложенных на клее или на упругую подложку по сплошной выравнивающей стяжке или по плитам перекрытий. Так, в СП 23-103-2003 "Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий" дан метод расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами по упругим прокладкам [88]. В соответствии с этим методом индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием может быть рассчитан для конструкций междуэтажных перекрытий с покрытием пола на сборных плитах с поверхностной плотностью 30 кг/м и более по звукоизоляционному слою с Ед=3-Ю5 - 10-10 Па. В "Своде правил" не учитывается влияние на изоляцию ударного шума перекрытиями полов с поверхностной плотностью менее 30 кг/м , к которым относятся полы из древесных материалов, а также не учитываются физико-технические характеристики этих покрытий - толщина, модуль упругости, коэффициент потерь, коэффициент Пуассона, цилиндрическая жесткость и т.п. Все это делает оценку изоляции ударного шума перекрытиями по СП 23-103-2003 [88] недостаточно полной, требующей уточнения.
В СП 23-103-2003 также отсутствует метод расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами из древесных материалов, уложенных на клее по выравнивающей стяжке или по плитам перекрытия. В этом случае оценку изоляции ударного шума перекрытием выполняют без учета покрытия пола, что делает ее очень приближенной, требующей уточнения.
Предложенный ранее В.И. Заборовым и Л. Кремером метод расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полами по упругим прокладкам также не может быть применен к перекрытиям гражданских зданий с полами из древесных материалов. Он не учитывает влияние на звукоизоляцию физико-механических характеристик материала покрытия пола (модуль упругости, коэффициент Пуассона и др.). В соответствии с этим методом расчета величина ALi, снижения приведенного уровня ударного шума на низких частотах, при/ Л Рг/Рс и 2 А 7 определяется по формуле A,=401g , (1.1) /о где /0 = 1/2я- Jk/p2 - резонансная частота пола на упругом основании, Гц; /- текущая частота; Я = pj рг; Р\, Рг, Рс - соответственно поверхностная плотность несущей части пере крытия, конструкции пола и упругого основания кг/м ; k = Ed/h - приведенный коэффициент жесткости упругого основания Па/м;
Изоляция ударного шума междуэтажными перекрытиями с пола ми из древесных материалов на упругой подложке
Известно [37, 44], что изгибные колебания могут образовываться только в таких пластинах, толщина которых укладывается в длине волны 6-7 раз. Это условие приводит к ограничению области применимости модели по частоте / J м J м , , 2 6/z где D,m - цилиндрическая жесткость и поверхностная плотность плиты; fM - частота, ограничивающая область применения расчетной модели 1.1, предложенной ранее Л. Кремером [110]. Значения частоты fM для различных образцов плит, использовавшихся в ходе экспериментальных исследований при выполнении настоящей работы, приведены в таблице 2.1.
Экспериментальные данные, полученные в данной работе и в работах других авторов [53, 59], свидетельствуют о том, что при ударной нагрузке частотный диапазон применимости модели 1.1 сужается. В момент удара под молотком образуется зона деформации, приводящая к снижению уровня ударного шума. Таким образом, при оценке изоляции ударного шума перекрытиями необходим учет местного смятия. Деформация в области контакта плиты с молотком в некоторой степени напоминает деформацию пружины. Тогда молоток можно представить в виде массы, опирающейся через эту пружину на перекрытие. Данная задача впервые рассматривалась Л. Креме ром [ПО] в предположении линейной зависимости между силой и деформацией. Было получено выражение дополнительной изоляции ударного шума за счет местного смятия в зависимости от частоты собственных колебаний системы, состоящей из массы падающего молотка и некоторой местной жесткости. Использование предложенной модификации модели затрудняется тем, что нет критериев определения местной жесткости и частоты, начиная с которой следует учитывать местное смятие.
На основе аналогичного принципа учета местного смятия в работе В.И. Заборова и Л.П. Тюменцевой [32] дано решение, зависящее от коэффициента потерь г} материала плиты, а также от продолжительности удара г, измерять которую предлагается экспериментально или вычислять по формуле
Здесь R0 и VQ - радиус кривизны нижней поверхности молотка и его скорость в момент соприкосновения с плитой; ЕА,Е2 и vl5v2 - модули упругости и коэффициенты Пуассона плиты и молотка. В работе также приведено соотношение /0=0,465/г, рекомендуемое для определения частоты, с которой начинает проявляться влияние местного смятия.
Однако, на практике эффективность использования этого решения снижается, во-первых, вследствие неопределенности коэффициента потерь плиты 7], а во-вторых, из-за сложности, а зачастую и из-за отсутствия возможности экспериментального измерения времени удара т. Определенная по приближенной формуле продолжительность удара и вычисленная на его основе частота /0 не всегда согласуются с экспериментальными данными, из которых следует, что /0, а значит и т зависят не только от механических ха зо рактеристик (модуль Юнга, коэффициент Пуассона) плиты, но и от ее толщины. В настоящей работе для учета местного смятия предложена модель 1.2, представляющая собой систему абсолютно твердого тела, контактирующего с упругим слоем. Движение системы описывается совместным решением обыкновенных дифференциальных уравнений движения абсолютно твердого тела, моделирующего молоток ударной машины, и дифференциальных уравнений Ламе в частных производных, моделирующих колебания несущей плиты перекрытия. Искомые деформации определяются из решения динамической контактной задачи теории упругости для слоя толщины h. Областью применимости модели 1.2 является частотный диапазон / / . Приближенная формула для определения частоты f} приведена в п. 2.1.3. Ниже дано решение задачи изоляции ударного шума однослойными междуэтажными перекрытиями.
В качестве расчетной модели несущей плиты перекрытия, описывающей движение точек в диапазоне частот примем неограниченно протяженную изотропную плиту толщины h. Рассмотрим задачу о гармонических колебаниях плиты под действием сосредоточенной силы F(x,y,t) = qQS(x-xQ)S[y-уд)е ш, приложенной в точке с координатами (xoi У о)- Здесь 5(х) - дельта-функция Дирака, си - круговая частота колебаний, q0 - амплитуда силового воздействия, z = v-l, fy - частота, ограничивающая область применения расчетной модели 1.1.
Влияние равномерно-распределенной нагрузки на величину относительной деформации упругих прослоек (подложек)
Резонансные частоты для двухслойной среды определяются из уравнения Д12 = 0, а критические - из уравнения А02 = 0. В отличие от однослойной модели их точные значения могут быть определены только численно. Численные расчеты, проведенные для железобетонной плиты толщиной h - 0,14 м и пола из сосны и дуба толщиной к = 0,03 м и к - 0,015 м, показа 59 ли, что критические частоты попадают в нормируемый диапазон, а резонансные частоты выходят за его пределы (результаты вычислений приведены в таблице 2.3). Для нахождения критических частот можно цолучить приближенную формулу, ЄСЛИ В (2.64) ПОЛОЖИТЬ Sin(ATJ/ZJ )«(«"]/?}), cos(/f]/21)« 1. Тогда к А02 = —cos (/г/г) - (/r/?)sin(/f/z) = 0. Таблица 2.3 - Частотные характеристики расчетных моделей 2.1 и 2.2 двух слойных плит перекрытий Значение безразмерного параметра у = кк, определяющее критическую частоту в двухслойной среде, зависит от соотношения жесткостеи слоев и 3Физико-технические параметры (плотность р, кг/м , толщина h, м; поверхностная плотность т, кг/м2, модуль упругости Е, Па) /(2)J 9Гц J2xp- Гц Jр Гц 1 Железобетонная плита перекрытия р=2000, /z=0,14,m=280,=l,8-1010;Покрытие из сосны,/3/=535, /г/=0,03, т/=16,05,/=1,68 10ю (при изгибе вдоль волокон, Ешг),оEi=5,Г10 (при сжатии-растяжении, Ег) 442 1267 8373 2 Тоже, но /z/=0,015; m/=8,02 501 1761 10673 3 Тоже, но покрытие из дуба,/?/=780, /z;=0,03, га/=23,4, і=Т,8-1010 Па (при изгибе вдоль волокон, Етг); Еi=l,4-Ю9Па (при сжатии-растяжении, Ег) 638 2194 9591 4 Тоже, но /z/=0,015, w/=l 1,7 657 2923 10579 приближенно равно у2 « 1 + 2 Перемещения точек нижней грани пакета слоев находятся по формуле 2ж г0 тсо А12 0 D2 ,co) К вычислению интеграла в (2.65) применим описанную в п.п. 2.1.1, 2.1.3 методику разворота контура и теорию вычетов. В этом случае в замкнутый контур интегрирования попадают как вещественный, так и чисто мнимый полюсы подынтегрального выражения, являющиеся решением дисперсионного уравнения hx її D2 (в,у) = je2-y2shje2-y2 sh
Из проведенных численных расчетов следует, что /„ превышает у2к более чем в сто раз, поэтому в = Є2к 11кр (2.68) Для определения вычета необходимо вычислить производную функции D2(0,y) по переменной в: [А(М]_ -Г2(2 + ё Г2-Г22Кр,Г Г2кр- (2-69) Для нахождения полюсов, расположенных на мнимой оси положим в = іт, тогда дисперсионное уравнение (2.69) примет вид ( Г „ : hA sin + D2 (T r) = - т2 + у2 sin r2 + у2— iyji +gxcos\jz +y2cos ]S+(KJif\ 1 = 0 Его приближенным решением является т = т2 J у2 - у2кр , у у2кр Производная функции D2(6,y) по переменной т равна [D2(r,y)]T=T =-yi(2 + g])-Jy22Kp-y2,y y2Kp (2.70) г = г2 Таким образом, для комплексных амплитуд скоростей точек нижней грани двухслойной конструкции приходим к соотношениям
Эффективное значение квадрата колебательной скорости двухслойной системы, определенное по описанной ранее методике, равно I ) РЛ02 Ї2 К, кр ( 2с 7Гг0тсоАпу z2(2 + gx) к у у тгк-,у у2кр- (2.73) РА02 Кл (2.74) 7rh2(R V X 2с кр , Ї Ї2 W J n r0hmu)A]2y 92 (2 + g,) к Снижение уровня ударного шума в области применимости моделей 1.2 и 2.2 запишем, используя формулы (2.46), (2.73) и (2.74) Г л2 ( Аг V„ У К (2 + ft) 2.2=101gfTT = 101g У У2КР; У г2А т2/лп к, кр VAiori у Ї2 \/ Акр J З У2кр кр Г 2с V А02 J к V„ (2 + Si) 2.з=Ю 7Ч\=101 в2Ап У к, Г У2кр VAoiri J 2с V Ао2 j Подставим приближенные значения функций, входящих в последние соотношения Д„ _ 1 х\ _ Г? к- А 02 У2кр ( 1+ \ т Тогда ( V т V. 2.2=101gTT\=101g 2с т, кр к, i+ia.(2+a)-r. г" кр У2 У V 2кР J (2.75) У У2 кр i + Hh /гк , \ Л" /кр / 2кр (2.76) AL23=101g 101g (V2c (2 + gi)—Г.р к\ Уїкр У Г2,р Г Гкр Заметим, что значения снижения уровня ударного шума, посчитанные по формулам (2.75) и (2.76) при / = у2кр совпадают. Перейдем в указанных формулах к размерным параметрам AL23=101g
Вычисленные по формулам (2.77)-(2.79) частотные характеристики снижения уровня ударного шума под перекрытием при устройстве паркетного пола, уложенного на клее по несущей плите перекрытия, приведены на рисунке 2.6.
Анализ результатов проведенных расчетов, а также экспериментальных данных позволяют сделать следующее заключение. В диапазоне частот / /,(2) дополнительная изоляция ударного шума полом из древесных материалов, уложенным на клее, практически равна нулю. Рост дополнительной изоляции наблюдается в области частот /,(2) / /2кр. Далее с ростом частоты дополнительная изоляция снижается. Увеличение толщины покрытия увеличивает дополнительную изоляцию ударного шума за счет устройства пола в области ее роста. Однако при этом частотный диапазон роста Л2 су 64 жается. Так, например, для покрытия из сосны толщиной h = 0,03 м дополнительная изоляция AL2 растет в области частот 442 / 1267 Гц, а толщиной /2 = 0,015 м - при 501 / 1761 Гц. Прирост дополнительной изоляции с увеличением толщины покрытия различен для различных материалов покрытия: удвоение толщины покрытия из сосны приводит к росту AL2 на 2,3 дБ, а покрытия из дуба - на 1,2 дБ. Увеличение модуля Юнга материала покрытия пола сдвигает диапазон /,(2) / /2 в область более высоких частот и, кроме того, снижает в указанном диапазоне частот прирост величины AL дополнительной изоляции ударного шума. Для покрытия из дуба толщиной h =0,015 м этот частотный диапазон составляет 657-К2923 Гц. Для обеспечения приемлемой дополнительной изоляции ударного шума в нормируемом диапазоне частот материал и толщину покрытия пола следует выбирать так, чтобы f} имело возможно меньшее, а /2кр - возможно большее значение. Модель представляет собой пакет двух упругих слоев толщины h\ и hi с параметрами р,, \, //, и р2, / , ju2, жестко сцепленный с плитой, имеющей толщину h, цилиндрическую жесткость D и плотность материала р . Индекс 1 относится к нижнему слою, индекс 2 - к верхнему. IV, р2, к / 2 х " , Рх к / 1 X / Ч/; / / Z ч Рисунок 2.7 - Расчетная схема трехслойного междуэтажного перекрытия с полами из древесных материалов на упругой подложке в области частот / / Вертикальные перемещения точек плиты w и упругих слоев w{ и w2 определяются из решения системы дифференциальных уравнений
Практический метод расчета изоляции ударного шума перекрытиями с полами из древесных материалов, уложенными на упругой подложке
Наименьший рост относительной деформации в зависимости от величины поверхностной нагрузки наблюдается у технической пробки около 0,005 на 1 кПа. Для подложек на основе вспененных полимеров рост относительной деформации составляет 0,008 -0,010 на 1 кПа поверхностной нагрузки.
Для оценки изменения во времени деформативных свойств подложек при действии эксплуатационных воздействий проведены экспериментальные исследования. В помещении с интенсивным движением людей были уложены полы с покрытием из ламинат-паркета толщиной 6,3 мм. Под покрытия укладывались звукоизоляционные подложки из этафома (ГШЭ-Р) толщиной 2,0 мм, пенотерма (НПП-ЛЭ) толщиной 3,3 мм, технической пробки толщиной 4,3 мм и изолона (ППЭ-Л) толщиной 2,5 мм. Измерения величины относительной деформации подложек под действием равномерно распределенной нагрузки проводились в начальный период, перед закладкой образцов в конструкцию пола, а затем с интервалом 2,5 месяца. Результаты измерений относительной деформации образцов є от нормативной полезной нагрузки на перекрытия и времени эксплуатации приведены на рисунке 3.3. Они показывают, что в первые 2-5 месяцев эксплуатации пола наблюдается наибольший рост относи тельной деформации образцов. В этот период времени величина є увеличивается в 2,5-3 раза. Затем осадка образца замедляется и, примерно к концу третьего года эксплуатации, наступает период стабилизации деформации звукоизоляционных подложек.
Динамические характеристики прокладочных звукоизоляционных материалов (подложек), укладываемых под покрытие пола, определялись при продольных колебаниях нагруженного образца в широком диапазоне частот в лаборатории строительной физики Кубанского государственного технологического университета.
В основу измерений динамических характеристик прокладочных материалов положена методика и схема установки для измерения динамической жесткости и коэффициента потерь однородных образцов в широком диапазоне частот методом комплексного "перепада" ускорений [40]. Однако, известная установка была усовершенствована путем добавления в схему персонального компьютера с программным обеспечением для создания и обработки звуковых сигналов, позволившим увеличить точность измерений, а также исключить из схемы генератор биений и измеритель угла сдвига фаз. Кроме того появилась возможность записи сигнала, а также его анализа и обработки даже при выключенной установке. Схема установки для измерений динамических характеристик в широком диапазоне частот приведена на рисунке Схема установки для измерения динамических характеристик прокладочных материалов в широком диапазоне частот В качестве источника возбуждения колебаний применялся виброметр типа ESE фирмы «RFT» (ГДР). Для устранения паразитных вибраций виброметр 1 устанавливался на массивную стальную плиту, заделанную в стену комнаты виброизмерительной лаборатории кафедры архитектуры КубГТУ.
Основными элементами задающего тракта являлись персональный компьютер 1 с установленным прикладным программным обеспечением создания звуковых сигналов и звуковой картой, моделирующим работу звукового генератора биений, в диапазоне частот 20-20000 Гц и усилитель 3 типа LV-102, питающий силовую катушку виброметра.
Измерительная часть схемы виброизмерительного тракта состояла из пьезоэлектрических датчиков виброускорения 4 и 5 типа KD-35 и виброизмерительного прибора 6 типа 11003, включающего трехканальный интегрирующий усилитель типа 11013 (SM 10) для измерения ускорения колебаний в диапазоне частот 2-15000 Гц, индикаторный блок типа 11025 (SM 40), осциллоскоп типа 11028 (SM 50) для визуального контроля измерительных сигналов, переключатель каналов типа (SM 61) и персональный компьютер с установленной звуковой картой типа М-Audio Revolution 5.1 и программой для обработки звуковых сигналов.
Для измерения угла сдвига фазы применялся тот же персональный компьютер с установленным приложением обработки звуковых сигналов.
Датчик 4 крепился снизу к болту виброметра 1. На столике 8 виброметра 1 устанавливался образец измеряемого материала и сверху пригружался стальным грузом 9, а датчик 5 крепился в центре этого диска.
Установка работала следующим образом. Сигнал, подающийся на виброметр, генерировался с помощью программы для создания и обработки звуковых сигналов, далее через аналоговый стереовыход звуковой карты подавался на усилитель LV-102, а через усилитель на вибратор.
Сигналы колебаний столика виброметра 1 и пригруза 9 регистрировались акселерометрами 4 и 5, усиливались интегрирующими усилителями, подава 94 лись на линейный стереовход звуковой карты и записывались приложением обработки звукового сигнала.
Обработка записанных сигналов осуществлялась с помощью программы. На рисунке 3.5 показано окно программы при обработке сигнала.
Одновременно на экране изображались записанные сигналы колебаний датчиков 4 и 5, для которых с помощью программных средств определялись величины амплитуды ускорений, а также углы сдвига фаз. Углы сдвига фаз сигналов каждого канала определялись в точках перехода через ноль звуковой волны с максимальной точностью по шкале времени, расположенной в нижней части главного окна.
