Experimental identification of dynamic characteristics of a track structure influencing the level of noise emission

• Autorzy: Kraśkiewicz Cezary , Mossakowski Przemysław , Zbiciak Artur , Al Sabouni-Zawadzka Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138517

Warianty tytułu

PL

Doświadczalna identyfikacja charakterystyk dynamicznych nawierzchni kolejowej wpływajaąych na poziom emisji hałasu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present paper describes an experimental methodology of identification of dynamic characteristics of a track structure, consisting in determination of a track decay rate (TDR) in the field tests that were conducted by the authors on the railway line section in Warsaw. The proposed methodology of measurements, parameters determination and presentation of the results is based on the measurement methods described in EN 15461 [1], which are aimed at determination of TDR. The values of TDR determined in the impulse tests in one-third octave bands are compared with the limiting values specified in EN ISO 3095 [2] and Technical Specifications for Interoperability (TSI) [3]. Based on the obtained experimental data, the analysed railway line is classified as a structure that does not generate excessive level of rolling noise from the vibrations induced by the moving rolling stock on structural elements of the track - particularly on rails. The results obtained in this study are promising from the point of view of future development of effective solutions used for protection of people and environment against noise generated by the railway traffic.

PL

W artykule przedstawiono doświadczalną metodykę badawczą wyznaczania charakterystyk dynamicznych nawierzchni kolejowej poprzez badania poligonowe współczynnika zanikania drgań wzdłuż szyny zrealizowane przez autorów na odcinku linii kolejowej w Warszawie. Jako podstawę w odniesieniu do metodologii pomiaru, wyznaczenia i prezentacji wyników wykorzystano metodykę pomiarową opisaną w normie europejskiej EN 15461, której celem jest wyznaczenie współczynnika zanikania drgań wzdłuż szyny (ang. Track Decay Rate, w skrócie TDR). Najnowsze trendy w transporcie szynowym, zakładają jak największe wykorzystanie przepustowości tras m.in. poprzez wzrost prędkości pojazdów, a tym samym skrócenie czasu przejazdu. Negatywnym skutkiem takich działań jest jednak m.in. zwiększenie poziomów emisji hałasu do środowiska. W przypadku ludzi ma to ujemny wpływ na ich zdrowie, zmniejsza wydajność pracy, utrudnia wypoczynek i koncentrację, a więc ogólnie, zmniejsza komfort życia w strefie takich oddziaływań. Aby zminimalizować te negatywne oddziaływania stosuje się różne rozwiązania, które w strefie emisji, tj. strefie kontaktu kół i szyn polegają m.in. na usuwaniu nierówności na ich powierzchniach tocznych poprzez profilowanie szyn oraz kół. Innym sposobem ograniczania emisji fali akustycznej są działania podejmowane w konstrukcji drogi kolejowej, polegające na optymalizacji sprężystych charakterystyk tej konstrukcji - głównie sprężystego podparcia i mocowania szyn poprzez zastosowanie odpowiednich elementów i warstw konstrukcyjnych. Oprócz funkcji mechanicznych związanych z przenoszeniem dynamicznych obciążeń od ruchu pojazdów szynowych, elementy te spełniają funkcje izolatorów wibroakustycznych, które ograniczają transmisję drgań pomiędzy elementami składowymi konstrukcji nawierzchni szynowej - głównie elementami systemów przytwierdzenia szyn. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badan poligonowych, w ramach których mierzono metodą impulsową współczynnik TDR. Badania przeprowadzono na czasowo zamkniętej łącznicy wzdłuż linii kolejowej nr 501, tor nr 1 w Warszawie. Celem badań była przede wszystkim weryfikacja przewidywanego wpływu elementów składowych nawierzchni kolejowej na wartość współczynnika TDR. Wartość tego parametru pozwala wnioskować o poziomie emisji hałasu, ponieważ istnieje silny związek pomiędzy współczynnikiem TDR a intensywnością emisji hałasu toczenia przez elementy składowe nawierzchni kolejowej (np. szyny). Wyznaczone metodą impulsową w badaniach terenowych wartości współczynnika TDR w tercjowych pasmach częstotliwości odniesiono do wartości granicznych określonych w normie europejskiej EN ISO 3095 oraz Technicznych Specyfikacjach Interoperacyjności (TSI). Na bazie wyników badań empirycznych zakwalifikowano analizowaną linię kolejową jako nie generującą nadmiernego poziomu hałasu toczenia od drgań elementów składowych nawierzchni kolejowej wzbudzonych przez przejeżdzające pojazdy szynowe.

Słowa kluczowe

EN

track structure; track decay rate; impulse test; field test; dynamic characteristics; noise emission

PL

nawierzchnia kolejowa; współczynnik zanikania drgań; badanie impulsowe; badanie poligonowe; charakterystyka dynamiczna; emisja hałasu

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 543--557
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kraśkiewicz Cezary

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9245-6344

autor

Mossakowski Przemysław

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Zbiciak Artur

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8882-2938

autor

Al Sabouni-Zawadzka Anna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2688-8442

Bibliografia

• [1] EN 15461:2008+A1:2010 Railway applications - Noise emission - Characterization of the dynamic properties of track sections for pass by noise measurements. CEN, Brussels, 2010.
• [2] EN ISO 3095:2013 Acoustics - Railway applications - Measurement of noise emitted by railbound vehicles. CEN, Brussels, 2013.
• [3] Commission decision (2008/232/CE) of 21 February 2008 concerning a technical specification for interoperability relating to the ‘rolling stock’ sub-system of the trans-European high-speed rail system. Official Journal of the European Union, L 84/133, 2008.
• [4] C. Kraśkiewicz, et al., “Laboratory Tests and Analyses of the Level of Vibration Suppression of Prototype under Ballast Mats (UBM) in the Ballasted Track Systems”. Materials, vol. 14, no. 2, pp. 1-18, 2021, DOI: 10.3390/ma14020313.
• [5] C. Kraśkiewicz, et al., “Experimental research on fatigue strength of prototype under sleeper pads used in the ballasted rail track systems”. Archives of Civil Engineering vol. 66, no. 1, pp. 241-255, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.131786.
• [6] K. Brzeziński, et al., “Tłumiki torowe i przyszynowe jako innowacyjne rozwiązania dla ochrony ludzi i środowiska przed hałasem od ruchu kolejowego”. Zeszyty Naukowo-Techniczne SITK RP, vol. 1, no. 115, Kraków, 2018.
• [7] M. Toward, et al., “Estimating the performance of rail dampers using laboratory methods and software predictions”. 11th International Workshop on Railway Noise, 2013, DOI: 10.1007/978-3-662-44832-8_7.
• [8] M. Starnberg, “STARDAMP - Ein deutsch-französisches Kooperationsprojekt zur Minderung des Schienenlärms,“ DAGA 2012.
• [9] B. Betgen, et al., “The STARDAMP software: an assessment tool for wheel and rail damper efficiency”. 2013.
• [10] B. Betgen and G. Squicciarini, “On the prediction of rail cross mobility and track decay rates using Finite Element Models”. EuroNoise 2015.
• [11] F. Margiocchi, et al., “A 8-years complete assessment of rail damper performances on an operated track in France”. Proceeding of the WCRR, Milan, Italy, 2016.
• [12] G. Squicciarini, M. Toward and D. Thompson, “Experimental procedures for testing the performance of rail dampers”. Journal of Sound and Vibration 359, pp. 21-39, 2015, DOI: 10.1016/j.jsv.2015.07.007.
• [13] I. Haladin, S. Lakusic, and J. Koščak, “Measuring vibration damping level on conventional rail track structures”. Gradevinar 68, pp. 461-476, 2016, DOI: 10.14256/JCE.1532.2015.
• [14] W. Qian, et al., “Experimental and numerical studies of the effects of a rail vibration absorber on suppressing short pitch rail corrugation”. Journal of Vibroengineering 18, pp. 1133-1144, 2016.
• [15] R. Michalczyk, K. Brzeziński, and A. Zbiciak, “Numerical vibration response of railway track retrofitted with single degree of freedom rail dampers”. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 661, 2019, DOI: 10.1088/1757-899X/661/1/012151.
• [16] L. Zoontjens, L. Welsh, and B. Croft, “Predicting and managing rolling noise emissions from trains on the Perth metro passenger rail network”. Acoustics 2017.
• [17] G. Koller and G. Acosta, “Calmmoon Rail web shielding - field and lab tests”. InterNoise 2019.
• [18] R. Budzik, et al., “Research on influence of impulse force on vibration of the rail”. Vibroengineering Procedia 13, 2017, DOI: 10.21595/vp.2017.19106.
• [19] J. Sołkowski and D. Siemieński, “Badania sztywności dynamicznej nawierzchni kolejowej metodą FWD”. Przegląd Komunikacyjny 6, 2018.
• [20] J. Kogut and J. Zięba, “Funkcje impulsowe jako narzędzie identyfikacji dynamicznej parametrów przypowierzchniowych warstw podłoża”. Applied Geophysics, 2016.