Identification and Analysis of Noise Sources in a Plate Girder Railway Bridge with Orthotropic Deck

• Autorzy: Janas Lucjan

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja i analiza źródeł hałasu w kolejowym moście blachownicowym z pomostem ortotropowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of a noise and vibration analysis of a steel railway plate girder bridge with an orthotropic deck and ballast. This kind of bridges may pose a threat to environment. In order to precisely determine the reasons for the increase in noise, in this article the acoustic phenomena surrounding the bridge were analyzed in detail. Sound characteristics were determined in three points – next to the railway line outside the bridge, next to, and under the bridge. The sound characteristics are presented in one-third octave bands and narrow frequency bands. The analysis was based on comparing the levels of acoustic pressure and determining the summary levels. The narrow frequency bands analysis included an identification of the frequency composition of the generated sounds. A significant increase in noise under the bridge was found. The sound pressure level next to the track, beyond the bridge in comparison to the background level increases in the entire analyzed range of the frequencies. The sound pressure level next to the bridge was only 0.6 dB higher than the noise next to the track, beyond the bridge. The sound pressure level under the bridge is much larger in the low frequency range (up to approx. 400 Hz) than the level next to the track, beyond the bridge. It can be noticed that in analysed case the total noise under the bridge was 7.2 dB higher than the noise next to the track, beyond the bridge. The highest sound level values are in the range of 50-125 Hz. This phenomenon was caused by vibrations of bridge structural elements. The passage of a train excited vibrations in large-surface elements - in this case orthotropic deck. The analysis in narrow frequency bands allowed to confirm the high compatibility of platform vibrations (deck) and sounds under the bridge. A small agreement or no agreement exists between vibrations of the girder and acoustic pressure under and next to the bridge. The analysed type of structure can be a nuisance to the environment if it is located on high supports in urbanized areas.

PL

W artykule przedstawiono rezultaty analizy hałasu i drgań mostu stalowego blachownicowego, z pomostem ortotropowym i torem ułożonym na podsypce. Tego rodzaju obiekty mogą stanowić zagrożenie dla środowiska. W pierwszej kolejności szczegółowo przeanalizowano zjawiska akustyczne w otoczeniu mostu. Ciśnienie akustyczne mierzono w trzech punktach – obok linii kolejowej poza mostem, obok mostu i pod mostem. Charakterystyki dźwięku porównano w wąskich pasmach częstotliwości i w pasmach tercjowych. Określono również poziomy sumaryczne i stwierdzono znaczny wzrost hałasu pod obiektem. Poziom ciśnienia akustycznego obok toru poza mostem, w porównaniu do poziomu tła, wzrasta w całym analizowanym zakresie częstotliwości. Poziom ciśnienia akustycznego obok mostu jest porównywalny do poziomu obok toru poza mostem – różnica wynosi jedynie 0.6 dB. Sumaryczny hałas pod mostem był o 7,2 dB wyższy niż hałas przy torze, poza mostem. Poziom ciśnienia akustycznego był wyższy w zakresie niskich częstotliwości – do ok. 400 Hz. Najwyższe wartości poziomu dźwięku mieściły się w zakresie 50-125 Hz. Do identyfikacji źródeł dźwięku zastosowano metodę funkcji koherencji. Wykazano, że wzrost hałasu pod obiektem jest spowodowany wibracjami elementów konstrukcji. Przejazd pociągu wzbudzał drgania elementów wielkopowierzchniowych (w tym przypadku pomostu ortotropowego), które przyczyniły się do emisji hałasu. Analiza w wąskich pasmach częstotliwości pozwoliła na potwierdzenie koherencji drgań pomostu i dźwięków pod mostem. Nie stwierdzono występowania zgodności między charakterystyką drgań dźwigara blachownicowego i ciśnieniem akustycznym obok mostu. Przeprowadzone analizy pozwalają stwierdzić, że analizowany typ konstrukcji może być uciążliwy dla środowiska, szczególnie wtedy, gdy będzie zlokalizowany na obszarze zurbanizowanym, np. na wysokich podporach.

Słowa kluczowe

EN

noise; vibrations; steel railway bridge; coherence

PL

hałas; drgania; most stalowy kolejowy; koherencja

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 1
• Strony: 600--610
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Janas Lucjan

• Rzeszów University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. EN 1993-2 (2010). Eurocode 3: Design of steel structures - Part 2: Steel Bridges.
• 2. UIC Code 717R (2010). Recommendations for the design of bridges to satisfy track requirements and reduce noise emissions. 2nd edition.
• 3. Costley, R.D., Diaz-Alvares, H., McKenna, M.H., Jordan, A.M. (2015). Vibration and Acoustic Analysis of Trussed Railroad Bridge Under Moving Loads. Journal of Vibration and Acoustics, 137, 1-10.
• 4. Janas, L. (2018). The Noise Analysis in the Vicinity of Rail Plate Girder Bridges with Different Types of Construction. [in Polish]. Rocznik Ochrona Środowiska, 20, 1065-1078.
• 5. Janas, L. (2019). Railway Plate Girder Bridges as a Source of Noise: Examples Selected. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 471, 052014, IOP Publishingdoi:10.1088/1757-899X/471/5/052014.
• 6. Kozuma, Y., Nagakura, K. (2012). An investigation on vibratory and acoustical characteristics of concrete Bridge for Shinkansen. Noise and Vibration Mitigation for Rail Trans. Sys., NNFM 118, 185-192.
• 7. Li, Q., Wu, D.J. (2014). Test and evaluation of high frequency vibration of a U-shaped girder under moving trains. Proceedings of the 9th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN, Porto, Portugal, 1119-1124.
• 8. Li, X., Yang, D., Chen, G., Li, Y., Zhang, X. (2016). Review of recent progress in studies on noise emanating from rail transit bridges, Journal of Modern Transportation, 24(4), 1-14. DOI: 10.1007/s40534-016-0112-8.
• 9. Li, Z.G., Wu, T.X. (2012). Estimation of Vibration Power Flow to and Sound Radiation from a Railway Concrete Viaduct Due to Vehicle/Track Interaction. Noise and Vibration Mitigation for Rail Trans. Sys., NNFM 118, 175–183.
• 10. Liu, Q., Li, X., Zhang, X., Zhang, Z. (2014). Structure-borne noise study of composite steel bridge on high–speed railway. Proceedings of the 9th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN, Porto, Portugal, 1189-1194.
• 11. Oostdijk, J., Weekenstroo, T., Vercammen, M. (2015). Noise prediction of a steel-concrete railway bridge using a FEM. EuroNoise, Maastricht, 2053-2058.
• 12. Saito, M., Sugimoto, I., Sasaki, E. (2015). Experimental study on noise reduction effect of installing concrete deck on existing steel girders. International Journal of Steel Structures, 15, 205-212. DOI 10.1007/s13296-015-3015-3.
• 13. Song, X., Li, Q. (2018). Numerical and experimental study on noise reduction of concrete LRT bridges. Science of the Total Environment 643, 208-224. DOI.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.179.
• 14. Thomspon, D. (2009). Railway noise and vibrations: mechanisms, modelling and means of control. Elsevier.
• 15. Zvolenský, P., Grenčík, J., Pultznerová, A., Kašiar, L. (2017). Research of noise emission sources in railway transport and effective ways of their reduction, MATEC Web of Conferences 107, 1-10, 00073, DOI: 10.1051/matecconf/2017107000

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).