Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ageing tests with high temperatures of prototype vibroacoustic isolators - under ballast mats (UBMs) based on recycled materials

Kraśkiewicz Cezary, Zbiciak Artur, Sabouni-Zawadzka Anna, Wasilewski Kacper

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 2

215--232

EN

This study focuses on experimental ageing tests with high temperatures carried out on prototype under ballast mats (UBMs) according to the procedure of the European standard EN 17282, which was introduced in late 2020. Most of the analysed UBM samples are based on recycled elastomeric materials, such as styrene-butadiene rubber (SBR) granules and fibres from end-of-life car tyres and rebond polyurethane waste from polyurethane product manufacturing plants. Additionally, two variations of the mat based on mineral wool are analysed. Significant differences in the values of static and dynamic characteristics measured before and after the ageing tests are demonstrated, and permanent deformations of the recycled polyurethane-based mats are shown. Moreover, it is proved that the elastomeric mats based on recycled rubber materials (SBR granules and fibres) have high durability and are an effective solution in terms of protection against vibration and structure-borne noise from railway traffic. In addition, the authors propose criteria for assessing the results of the ageing test with high temperatures of UBMs tested according to the procedure of EN 17282.

PL

W artykule przedstawiono badania laboratoryjne odporności na starzenie w wysokich temperaturach prototypowych mat podpodsypkowych UBM, zrealizowane według procedury wprowadzonej do stosowania pod koniec 2020 r. normy europejskiej EN 17282. Niska odporność na starzenie w wysokich temperaturach, określona jako zmiana wartości statycznego i dynamicznego modułu sztywności mat UBM oraz ich masy może mieć wpływ na zmniejszenie ich skuteczności w zakresie tłumienia wibracji i hałasu wtórnego od ruchu kolejowego. Analizie poddano maty UBM na bazie materiałów elastomerowych z recyklingu (granulat i włókna gumowe SBR pochodzące ze zużytych opon samochodowych oraz poliuretan wtórnie wiązany pochodzący z odpadków z zakładów produkcji wyrobów poliuretanowych), a także – w celach porównawczych – dwie odmiany maty na bazie wełny kamiennej. Wykazano znaczące różnice wartości charakterystyk statycznych i dynamicznych względem wartości przed badaniem odporności na starzenie oraz trwałe odkształcenia w odniesieniu do mat na bazie poliuretanu z recyklingu. W przypadku mat elastomerowych na bazie gumowych materiałów recyklingowych (granulat i włókna gumowe SBR) wykazano zasadność ich stosowania biorąc pod uwagę trwałość eksploatacyjną oraz skuteczność w zakresie ochrony przed wibracjami i hałasem wtórnym pochodzących od ruchu kolejowego. Dodatkowo, na podstawie dokonanego przeglądu wymagań zagranicznych zarządców infrastruktury kolejowej oraz rekomendacji Międzynarodowego Związku Kolejowego (UIC), autorzy w artykule zaproponowali kryteria oceny wyniku badania odporności na starzenie w wysokich temperaturach w odniesieniu do mat UBM badanych według procedury nowej normy europejskiej EN 17282.

2

Field Experiment as a Tool to Verify The Effectiveness of Prototype Track Structure Components Aimed at Reducing Railway Noise Nuisance

Kraśkiewicz Cezary, Klekot Grzegorz, Książka Piotr, Zbiciak Artur, Mossakowski Przemysław, Chacińska Patrycja, Al Sabouni-Zawadzka Anna

Archives of Acoustics

|

2024

|

Vol. 49, nr 1

61--71

EN

The almost unlimited possibilities of modern computational tools create the temptation to study phenomena related to the operation of engineering objects exclusively using complex numerical simulations. However, the fascination with multi-parametric complex computational models, whose solutions are obtained using iterative techniques, may result in qualitative discrepancies between reality and virtual simulations. The need to verify on real objects the conclusions obtained from numerical calculations is therefore indisputable. The enormous cost and uniqueness of large-scale test stands significantly limit the possibility of conducting tests under real conditions. The solution may be an experiment focused on testing features relevant to the given task, while minimising the dimensions of the objects under consideration. Such conditions led to the concept of conducting a series of field experiments to verify the effectiveness of prototype track components, which were developed using numerical simulations to reduce the noise caused by passing trains. The main aim of this study is to examine the acoustic efficiency of prototype porous concrete sound absorbing panels, in relation to the ballasted and ballastless track structures. Presented results of the proposed unconventional experiments carried out on an improvised test stand using the recorded acoustic signals confirm the effectiveness of the developed vibroacoustic isolators.

3

Implementation of a viscoelastic boundary condition to Yade – open source DEM software

Brzeziński Karol, Zbiciak Artur, Gladky Anton

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2023

|

Vol. 61 nr 2

355--364

EN

The paper presents implementation of a viscoelastic boundary condition to Yade software. The implemented boundary condition constraints linear displacements of bodies by applying a reaction force resulting from a solution of the Burgers rheologicalmodel. This work presents the results of one of validation tests, where the output of Discrete Element Simulation (DEM) was compared with an analytically formulated soft-contact problem. Furthermore, potential application in more complex simulations (plate load test) is demonstrated. It shows that the proposed approach allows for realistic yet efficient modeling of foundations purely within the DEM framework.

4

Laboratory tests of pull-off strength of chosen USPs attached to concrete sleepers

Kraśkiewicz Cezary, Zbiciak Artur, Zobel Henryk, Al Sabouni-Zawadzka Anna

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 4

247--262

EN

Resilient under sleeper pads (USPs) are vibration isolators used in the ballasted track structure to improve the dynamic performance of the track, reduce vibrations and protect the ballast layer. Being permanently connected with the rail supports (sleepers or turnout bearers), the pads must exhibit a proper value of the pull-off strength, which ensures that they do not separate from the supports while being transported to the construction site or during many years of exploitation. This study focuses on the experimental determination of the pull-off strength of USPs attached to full scale prestressed concrete sleepers. Three variants are tested: two pads equipped with different anchor layers attached to the sleepers in the production plant and one pad glued to the sleeper in the laboratory. Some of the tested USPs are made of recycled styrene-butadiene rubber (SBR). An important part of the work is specification of the requirements for the pull-off strength of USPs, as well as the requirements for sleepers and turnout bearers equipped with resilient pads.

PL

Podkładki podpodkładowe (z ang. USPs – under sleeper pads) to elementy sprężyste stosowane w konstrukcjach podsypkowych nawierzchni kolejowej w celu poprawy pracy nawierzchni torowej pod obciążeniami dynamicznymi, zmniejszenia drgań oraz ochrony podsypki przed przyśpieszoną degradacją. Jako elementy trwale połączone z podkładami lub podrozjazdnicami, podkładki USP muszą posiadać odpowiednią wytrzymałość na odrywanie (przyczepność przez odrywanie), aby nie oddzieliły się od podpory szynowej podczas transportu na plac budowy lub w trakcie wieloletniej eksploatacji. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych przyczepności przez odrywanie przeprowadzonych na podkładkach USP zamocowanych do podkładów strunobetonowych. Rozpatrywano trzy warianty próbek, różniące się typem zastosowanego podkładu oraz sposobem mocowania podkładki: wariant I: podkład typu PS-93 z podkładką USP ze zintegrowaną warstwą sczepną przypominającą rzepy z tworzywa sztucznego (próbka wykonana w zakładzie prefabrykacji); wariant II: podkład typu PS-94 z podkładką USP ze zintegrowaną warstwą sczepną w postaci geowłókniny (próbka wykonana w zakładzie prefabrykacji); wariant III: podkład typu PS-94 z podkładką USP przymocowaną za pomocą kleju (podkład wykonany w zakładzie prefabrykacji, podkładka USP przyklejona w laboratorium). Ponadto autorzy zaproponowali wstępne rekomendacje dla polskich kolei zarządzanych przez spółkę PKP PLK S.A., które odnoszą się do wymagań zagranicznych zarządców infrastruktury kolejowej – w szczególności regulacji Międzynarodowego Związku Kolejowego UIC oraz przepisów obowiązujących we Włoszech i Francji, opierających się na normowej procedurze EN 16730. Zaproponowano następujące graniczne wartości przyczepności przez odrywanie: wartość minimalna ≥ 0,4 N/mm2 i wartość średnia ≥ 0,5 N/mm2. Porównując wyniki badań laboratoryjnych przedstawione w niniejszym artykule z proponowanymi granicznymi wartościami przyczepności przez odrywanie określonymi dla USP stwierdzono, że żaden z wariantów przygotowanych w zakładzie prefabrykacji podkładów (I i II), nie osiągnął wartości wytrzymałości na odrywanie zalecanych przez UIC oraz przez autorów, co w połączeniu z obserwowanymi dużymi odchyleniami w położeniu USP względem krawędzi podkładu oraz strefami braku przyczepności podkładki do powierzchni podkładu – prowadzi do wniosku, że w analizowanych przypadkach nie osiągnięto wymaganej dokładności wykonania, a taka precyzja jest konieczna dla zapewnienia trwałości połączenia podkładki z podporą szynową. Wariant III dotyczący podkładu wykonanego w zakładzie prefabrykacji i podkładki USP przyklejonej za pomocą kleju w laboratorium osiągnął wartości wytrzymałości na odrywanie zalecane przez UIC oraz przez autorów niniejszego artykułu. Ponadto, zdaniem autorów, bezpośrednie zastosowanie w Polsce rozwiązań warstwy sczepnej z innych krajów nie zapewnia odpowiedniej wartości wytrzymałości na odrywanie. Należy ją zmodyfikować, uwzględniając np. wzajemną proporcję wymiarów pomiędzy siatką przestrzenną z rzepów z tworzywa sztucznego oraz ziarnami kruszywa stosowanego do produkcji podkładów w Polsce (zgodnie z wymaganiami WTWiO PKP PLK S.A. dotyczącymi podkładów i podrozjazdnic strunobetonowych). Należy kontynuować badania nad opracowaniem rozwiązania warstwy sczepnej USP, odpowiedniego dla warunków polskich – we współpracy z producentami zarówno podkładek USP, jak i podpór szynowych (podkładów i podrozjazdnic).

5

Laboratory testing of selected prototype under sleeper pads (USPs) - pull-off strength determined after the weather resistance test

Kraśkiewicz Cezary, Zbiciak Artur, Medyński Jarosław, Al Sabouni-Zawadzka A.

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 2

483--501

EN

Under sleeper pads (USPs) are resilient elements used in the ballasted track structures to improve dynamic behaviour of the track, reduce vibration and protect the ballast against fast degradation. As the elements permanently connected to the sleepers or turnout bearers, the pads must have an appropriate level of pull-off strength, so that they do not separate from the rail support (here: sleeper) during their transportation to the construction site or during many years of operation. In this paper, results of pull-off tests performed on four selected USP samples are presented: three samples made of SBR (styrene-butadiene rubber) granulate and one made of polyurethane. Moreover, details of the pad’s attachment to the rail support are discussed, and the requirements for the USP properties are specified, focusing on the pull-off strength determined after the weather resistance test. It is shown that only two out of four considered USP samples fulfilled the requirements specified by the authors.

PL

Podkładki podpodkładowe (z ang. USP - under sleeper pad) to elementy sprężyste stosowane w konstrukcjach podsypkowych nawierzchni szynowej w celu poprawy pracy nawierzchni pod obciążeniami dynamicznymi, zmniejszenia drgań oraz ochrony podsypki przed szybką degradacją. Jako elementy trwale połączone z podkładami lub podrozjazdnicami, podkładki USP muszą posiadać odpowiednią wytrzymałość na odrywanie (przyczepność przez odrywanie), aby nie oddzieliły się od podpory szynowej podczas transportu na plac budowy lub w trakcie wieloletniej eksploatacji. W artykule omówiono szczegółowo różne sposoby mocowania podkładek USP do podpór szynowych, zdefiniowano wymagania dotyczące właściwości USP, skupiając się na wytrzymałości na odrywanie wyznaczonej po badaniu odporności na warunki atmosferyczne, a także przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań laboratoryjnych podkładek. Autorzy przedstawili wyniki badań przyczepności przez odrywanie (ang. pull-off) przeprowadzonych na czterech wybranych próbkach USP: trzech z granulatu SBR (kauczuk styrenowo-butadienowy) i jednej z poliuretanu. Badania przeprowadzono zgodnie z procedurą opisaną w normie EN 1542 na próbkach poddanych wcześniej badaniom odporności na warunki atmosferyczne. Ponadto autorzy zaproponowali wstępne rekomendacje dla polskich kolei PKP PLK S.A., które odnoszą się do wymagań zagranicznych zarządców infrastruktury kolejowej - w szczególności regulacji Międzynarodowego Związku Kolejowego UIC oraz przepisów obowiązujących we Włoszech i Francji, opierających się na normowej procedurze EN 16730. Zaproponowano następujące graniczne wartości przyczepności przez odrywanie wyznaczonej po badaniach odporności na warunki atmosferyczne: wartość minimalna ≥ 0,40 N/mm2 i wartość średnia ≥ 0,45 N/mm2. Porównując wyniki badań laboratoryjnych przedstawionych w rozdziale 3 z proponowanymi granicznymi wartościami przyczepności przez odrywanie określonymi dla USP po badaniu odporności na warunki atmosferyczne, stwierdzono, że tylko dwa z czterech rozpatrywanych materiałów spełniały te wymagania - USP nr 1 i nr 2. Dla pozostałych dwóch podkładek (nr 3 i nr 33) wskazane są dalsze prace nad poprawą wartości przyczepności przez odrywanie (nad spoiwem i materiałem warstwy przylegającej do spodu podkładu), aby osiągnąć wartość dla każdej pojedynczej próby wynoszącą co najmniej 0,40 N/mm2 oraz wartość średnią wynoszącą co najmniej 0,45 N/mm2.

6

Podkładki podpodkładowe i maty podpodsypkowe w podsypkowej konstrukcji nawierzchni dróg szynowych

Zbiciak Artur, Kraśkiewicz Cezary, Oleksiewicz Wojciech

Inżynieria i Budownictwo

|

2021

|

R. 77, nr 1-2

46--50

PL

Artykuł dotyczy analizy podkładek podpodkładowych (USP) i mat podpodsypkowych (UBM), które są stosowane w podsypkowych konstrukcjach dróg szynowych jako izolatory wibroakustyczne. Rozpatrywano cztery rodzaje USP i dwa UBM. Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych, które zostały wykorzystane jako parametry wejściowe do modelu mechanicznego konstrukcji. Omówiono autorski model mechaniczny konstrukcji o czterech stopniach swobody (4DoF).

EN

The present paper is dedicated to the analysis of under sleeper pads (USP) and under ballast mats (UBM), which are resilient elements used in the ballasted track systems as vibration isolators. Four types of USP and two types of UBM are considered. The authors present results of laboratory tests which are then used as input values in the mechanical model of the structure. An original four-degree-of-freedom (4DoF) mechanical model of the system is presented.

7

Laboratory tests of resistance to severe environmental conditions of prototypical under sleeper pads applied in the ballasted track structures

Kraśkiewicz Cezary, Zbiciak Artur, Al Sabouni-Zawadzka Anna

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 3

319--331

EN

The present paper focuses on the analysis of resistance of several prototypical under sleeper pads (USP) to severe environmental conditions. Taking into account the climate in Poland, evaluation of USP in regard to water and frost resistance should be performed and the influence of high temperatures should be analyzed. In the present paper results of several tests carried out on the selected USP are presented. The tests were performed in accordance with the rules given in PN-EN 16730. Concrete blocks with USP were immersed in water at room temperature for 24 h and then placed in a climatic chamber for resistance testing. The results show that the severe environmental conditions influence the damping-related parameters of USP, which affects the effectiveness of the vibration isolation. The performed analyses allowed the authors to indicate the most resistant pads that will undergo further testing. Additionally, requirements of several railway infrastructure managers as well as authors' recommendations concerning the properties of USP were given.

PL

W niniejszej pracy skupiono się na analizie odporności na warunki atmosferyczne kilku prototypowych podkładek podpodkładowych (z ang. USP). Biorąc pod uwagę warunki klimatyczne panujące w Polsce, konieczna jest ocena podkładek USP pod kątem odporności na wpływ wody lub mrozu, a także wysokich temperatur. W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na czterech wybranych podkładkach podpodkładowych. Badania laboratoryjne zostały wykonane zgodnie z procedurami opisanymi w normie PN-EN 16730. Betonowe bloki z podkładkami USP zanurzano w wodzie w temperaturze pokojowej na 24 godziny, a następnie umieszczano w komorze klimatycznej. Uzyskane wyniki pokazują, że niekorzystne warunki atmosferyczne mają istotny wpływ na parametry statyczne i dynamiczne USP, co z kolei wpływa na efektywność tłumienia wibracji i halsu wtórnego. Przeprowadzone analizy pozwoliły autorom na wskazanie najbardziej odpornych na niekorzystne warunki atmosferyczne podkładek, które zostaną poddane dalszym badaniom. Na potrzeby niniejszej pracy przebadano cztery różne próbki USP: dwie podkładki na bazie granulatu gumowego (próbki nr 002 i 075) i dwie na bazie poliuretanu (próbki nr 006 i 095). Dla każdej z próbek wyznaczono trzy parametry: statyczny moduł sztywności dla obciążeń z zakresu (0.01÷0.1) N/mm2, statyczny moduł sztywności dla obciążeń z zakresu (0.01÷0.2) N/mm2, a także dynamiczny moduł sztywności dla 5 Hz. Wyniki przeprowadzonych analiz pokazują, że podkładka nr 075 na bazie granulatu gumowego wykazuje najbardziej korzystne właściwości z punktu widzenia odporności na warunki atmosferyczne. W przypadku tej próbki można zauważyć, że krzywe statycznych i dynamicznych charakterystyk sprężystych otrzymane po badaniu w komorze klimatycznej leżą bardzo blisko pierwotnych krzywych (przed badaniem), zarówno dla statycznego jak i dynamicznego modułu sztywności. Oznacza to, że sztywność próbki przed i po badaniu jest praktycznie taka sama. Z kolei próbka 006 na bazie poliuretanu wykazuje najmniej korzystne właściwości – testy w komorze klimatycznej spowodowały usztywnienie próbki, co jest niekorzystnym efektem w przypadku elementów wibroizolacyjnych. Dwie z czterech badanych próbek USP spełniają wymagania dotyczące zmienności dynamicznych modułów sztywności: próbki nr 002 i 075, czyli podkładki gumowe. W przypadku próbek nr 006 i 095 (podkładki poliuretanowe), wspomniane zmienności modułów przekraczają dopuszczalne wartości. Uzyskane wyniki prowadzą do wniosku, że podkładki USP na bazie granulatu gumowego są mniej podatne na niekorzystne działanie warunków atmosferycznych niż podkładki na bazie poliuretanu.

8

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

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

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 4

543--557

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.

9

Symulacje MES propagacji fali akustycznej w otoczeniu konstrukcji nawierzchni szynowej

Zbiciak Artur, Józefiak Kazimierz, Czubacki Radosław, Chacińska Patrycja

Przegląd Komunikacyjny

|

2020

|

R. 75, nr 9

8--14

PL

Hałas jest jednym z podstawowych problemów środowiskowych. Występuje głównie w obrębie dużych aglomeracji miejskich, negatywnie wpływając na samopoczucie, a przy długotrwałej ekspozycji – będąc szkodliwym dla zdrowia. Obszary, na których przebywają ludzie, w szczególności tereny związane z budownictwem mieszkaniowym, podlegają ochronie przed hałasem. Obowiązują tam określone dopuszczalne wartości poziomu dźwięku. Podobne regulacje dotyczą również cennych, naturalnych obszarów środowiskowych. Działania ochronne zmierzające do ograniczenia hałasu powinny dotyczyć przede wszystkim jego źródła. Jest to zadanie dla producentów maszyn, urządzeń i środków transportu, ale również dla projektantów konstrukcji stosujących odpowiednie zabezpieczenia akustyczne w obiektach budowlanych i inżynierskich. W przypadku hałasu emitowanego przez kolej, jego poziom emisji zależy od liczby, rodzaju i prędkości pociągów, struktury ruchu z podziałem na porę dzienną i nocną, a także od rodzaju torowiska i jego przebiegu (np. na nasypie, w wykopie, na wiadukcie albo na moście). Hałas kolejowy powstaje głównie na styku koła i szyny; zależy od chropowatości obu tych elementów, prędkości toczenia oraz charakterystyki dynamicznej toru. W pracy przedstawiono sformułowanie sprzężonego zagadnienia mechaniczno-akustycznego, którego rozwiązanie – przy wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES) – pozwala na symulacyjne określenie poziomu ciśnienia akustycznego w dowolnym punkcie otoczenia konstrukcji nawierzchni szynowej. W celu symulacji zjawiska propagacji fali akustycznej wywołanej przejazdem koła pociągu zbudowano model numeryczny konstrukcji kolejowej nawierzchni podsypkowej. W obliczeniach wykorzystano program MES Abaqus. Przeprowadzono analizę harmoniczną w dziedzinie częstotliwości. W wybranych punktach modelu numerycznego badano zależność amplitudy ciśnienia akustycznego od częstotliwości wymuszenia. Następnie, wyniki przedstawiono w pasmach tercjowych. W artykule została omówiona metodyka przybliżonej oceny hałasu od ruchu kolejowego na podstawie analizy numerycznej. Przygotowany model zostanie w dalszych pracach zweryfikowany na podstawie pomiarów hałasu oraz – po ewentualnych modyfikacjach – zastosowany do oceny rozwiązań technologicznych mających na celu redukcję hałasu kolejowego (tłumiki torowe i tłumiki przyszynowe).

EN

Noise is one of the major environmental concerns nowadays. The problem is especially significant around large urban agglomerations where high levels of noise can have a negative impact on physical or psychological well-being of citizens while a long-term exposure can be harmful to health. Residential areas are protected by the introduction of maximum allowable sound pressure levels according to appropriate norms. There are also similar regulations concerning natural areas under environmental protection. Different measures used in order to reduce levels of noise should be applied primarily to the source of the sound. This is the task mainly for the manufacturers of all kinds of machines as well as means of transport. However, noise levels can be also controlled by the introduction of appropriately designed or chosen elements or materials in civil engineering structures. The noise levels emitted by the rail traffic depend on the number, kind and speed of trains, night and day traffic organization as well as on the type of the railroad structure and its location (e.g. on an embankment, on a bridge or flyover). Railway noise mainly develops between wheels and rails and depends on the roughness of both these elements, rolling speed and dynamic characteristics of the railroad. The paper presents the mathematical formulation of a coupled acoustic-structure problem. Solving the problem with finite element method gives the possibility to predict sound pressure levels in the vicinity of a railway structure. A numerical model of a certain type of a railroad structure was built in order to simulate the acoustic wave propagation caused by a wheel-rail interaction. The harmonic analysis was carried out using the Abaqus software. The acoustic pressure obtained based on the harmonic analysis was evaluated in certain points of the acoustic medium for various excitation frequencies. The final results were presented in the form of one-third octave bands. In the article, a possible methodology for estimating noise levels from railway structures based on a numerical analysis was shown. In the future works, the numerical model will be validated by field test data and applied to evaluate different types of technological solutions (silencers) used to reduce railway noise levels.

10

Assessment of the effect of concrete slab geometrical parameters on the distribution of stresses in the road pavement structure

Zbiciak Artur, Graczyk Mirosław, Józefiak Kazimierz, Brzeziński Karol, Michalczyk Rafał

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2019

|

Vol. 18, no. 3

171--180

PL

Przedmiotem artykułu jest analiza stanu naprężenia w płycie betonowej wykonanej na istniejącej konstrukcji nawierzchni podatnej (ang. whitetopping). Nakładkę zaprojektowano na użytkowanym pakiecie warstw konstrukcyjnych o znanej sztywności. Przeanalizowano wpływ obciążeń od gradientu temperatury oraz obciążeń od kół pojazdów. Obliczenia wykonano z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Analizie poddano kilka wariantów nałożonej cienkiej nakładki betonowej whitetopping o zróżnicowanej geometrii ustroju. Zmiana długości płyty może prowadzić do zmniejszenia kosztów wykonania nawierzchni. Większa długość płyty powoduje mniejszą liczbę szczelin poprzecznych na kilometr, a co za tym idzie mniejszą pracochłonność i zużycie dybli. Zwiększenie długości elementu konstrukcyjnego wiąże się ze wzrostem maksymalnych naprężeń od obciążeń termicznych i eksploatacyjnych, co z kolei może wymuszać zwiększenie grubości płyty w celu zapewnienia odpowiedniej trwałości zmęczeniowej. Przyjęta metoda analizy umożliwia optymalizację kosztów remontu nawierzchni betonowych. Ze względu na złożoność zagadnienia, znalezienie rozwiązania optymalnego wymaga indywidualnego podejścia do zadanych warunków projektowych.

EN

The analysis of the state of stress prevailing in a concrete overlay slab made on an existing flexible pavement structure is presented. The concrete overlay (whitetopping) was made on the using laid over a package of pavement layers of known stiffness. The effect of loads generated by the temperature gradient and vehicle wheels loads was examined. Several whitetopping variants differing in the structural geometry were analysed. The calculations were carried out using the finite element method. A change in the length of slab can lead to a reduction in pavement building costs. A greater slab length results in a smaller number of transverse joints per kilometre and consequently, in lower labour intensity and fewer dowels used. But the maximum stresses generated by thermal and service loads increase as the length of this structural component is increased. Therefore it may be necessary to increase the thickness of the slab to ensure its proper fatigue life. Using the proposed analytical method one can optimize concrete pavement rehabilitation costs. Because of the complexity of the problem an individual approach to the particular cases must be adopted in order to find an optimal solution.