автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Изоляция ударного шума полами на упругих прокладках с учетом изменения их динамических характеристик в процессе эксплуатации

л

ГОССТРОЙ СССР

НАУЧНО-ИССВДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТР0И1ЕЛЫЮЙ ®зики

- н и и с » -

УЖ 699.844:69.026.3 На правах рукописи

ШОЛОХОВ АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧ

ИЗОЛЯЦИЯ УДАРНОГО ШУМА ПОЛАМИ НА УПРУГИХ ПРОКЛАДКАХ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещояие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Научно-исс ле до вате ль оком институте строительной физики Госотроя СССР (НИИСФ) Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

БОРИСОВ Л.А.

Научный консультант Официальные оппоненты

кандидат технических наук, доцент ГЕРАСИМОВ А.И.(МИСИ)

доктор технических наук, профессор СЕДОВ М.С. (ГИСИ) кандидат технических наук, доцент ТЕРЗИБАШЬЯЩ М.С. (МИСИ)

Ведущая организация

Завита оостоится ____„1991 г. в___чао.

на заседании специализированного совета Д.033.Ю.01 при Научно-исследовательском институте строительной физики Госотроя СССР по адресу: 127238, Москва, Локомотивный проезд, 21, ШИО.ф,

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан и_ _ " 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Савин В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность теми, Борьба с шумом, создя-и» акустичоского комфорта в мостах труда и отдам лпдей имеет младое значптн?.-Важной задаю И современного домостроения яо-готся созллгтие конструкций, обладатпх но обхода?,1ягми эксплуа-щиотшмп кгччостпами, в том тлело шсокоЯ звукоизоляцией.

Мокдуэтяжнив порокрнтия в ряду ограждающих конструкций аа-маот особоо мосто. К этому вломопту здания предъявляются тро-' па ни я но только ПО изоляции поздушюго, но и по изоляции удп-ого иума. Если нормативная изоляция воздушного глума можпт бнть стигиута при увеличении веса однослойного ограждония, то удар-й пум до требований норм МОХОТ снизить только конструкция по. Конструкции паиболео широко ПрИМОПЯ1ЭМ!ГХ полов вклтиагт зто-ОМУ ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННИЙ СЛОЙ в вяли упругой прокладки или поднови рулонного покрития.

Междуэтажное порокрнтяо, как пи одна другая конструкция, пнтнваот различило эксплуатационные воздействия^ результате торнх упругие свойства згукоиэаляциоппого материала сшжапт-, а изоляция ударного иума - ухудшается. Такое ногативноо из-ненио звукоизолируицих свойств бшзаот значительном, зго пяоб-дпмо принимать во внимание при проектировании конструкции.

Кроме того, применяемая в иастоящоо время методика испн-пия динамических характеристик материалов на резоклпешгс часта* но позволяет получать результата, полностью опиапзлгщло ойства упругого слоя, поскольку динамические характеристики гут значительно зависеть от частотн. Расчотн с пепользовапи-гезонаясшлс значений характеристик поэтому но точны.

Часто в строительной практика на конструкцию пола по упру гим прокладкам укладывают рулонное покрытие; Звукоизолирующие свойства покрытия в расчетах не учитывают. Дополнительное увеличение индекса при укладке рулонного материала бывает значите льным. Его нельзя игнорировать в особенности при учете фактора времени,

Цель н ооновные задачи работы Цель настоящей работы состоит в проведении исследований и уста влешга закономерностей изменения звукоизолирующих свойств различных конструкций полов в процессе их эксплуатации.

Основные задачи работы:

- провести анализ существующих методов експериментальна го определения динамических характеристик звукоизоляционных ые териалов. Разработать методику, позволяющую проводить исоледо£ кия в широком диапазоне частот;

- провести исследование дишмичеоких характеристик пориci волокниотых прокладочных материалов. Найти эмпирические вирах« кия для расчета частотной характеристики диначшческой жесткост

- исследовать изменение динамической жесткости звукоизол) циокных материалов под действием длительных нагрузок. lia основе анализа результатов подучить зависимость, позволяющую определять это изменение;

- разработать методику расчета улучшения изоляции ударно] шума полами по упругим прокладкам с учетом зависимости привод ной динамической жесткости от частоты;

- определить ухудшение звукоизолирувдих свойств полов по упругим прокладкам и рулонных покрытий в процессе эксплуатаци

- разработать метод оценки улучшения изоляции ударного щ

а полом на упругих прокладках о рулонным покрытием.

Методы исследований

В работе применялись теоретические и экспериментальные мо-эды исследований. Теоретические исследования включали основ-пй аппарат волновой акустики.

Экспериментальные исследования динамических характеристик чтериалов проводились на основе измерения комплексного отно-91шя ускорений двух граней образца. Звукоизолирующие свойства шструкций в лабораторных и натурных условиях определялись гпндартннми методами.

Все численные расчеты, а также стптистическяя обработка гсзультатов проводились 1Ш ЭШ на алгоритмических языках "9ор-ран-4","Фоклл".

Научная новизна работы Г.Газработала матоматическая модель и иотоликя икспоримента-ышх исследований динамичоских характеристик звукоизоляцион-их материалов в широком диапазоне частот.

2. Установлена зависимость динамической жэсткости слоя 1ругого материала от пористости, деформативпости, частоты, пару зки и времени ее воздействия на упругий слой.

3. Предложен метод расчета улучшения изоляции ударного ¡гма плавахщим полом о учетом зависимости жосткости упругой роклядки от частоты и с учетом изменения ее жосткости в про-эссе эксплуатации конструкции.

4. Разработан метод расчета улучиенпя изоляции ударного ^ма полом на упругой прокладке с рулонным покр1Тпом.

Практическая ценнооть работы

Результаты работы могут быть использованы на практике для

- проводопия исследований динамических характеристик зиу-коизоляциошшх материалов в широком диапазоне частот;

- проводопия расчета динамической жесткости пористо-волок нистых материалов;

- расчота о необходимой точностью улучшения изоляции удар кого шума плавающими полами и плаваидоми полами о рулонным покрытием;

- оценки ожидаемого изменошш изоляции ударного шума междуэтажных перекрытий о различными конструкциями полов в течение задшшого срока службы и введения необходимой корректировки конструкции пола, обеспечивающей требуемый "запас" звукоизоляции.

Внедрение результатов работ Разработанные на основании результатов исследований ди намических характеристик зцукоизоляциошшх материалов рекомендации были внедрены на Донецком заводо изоляционных материалоь что дало возможность значительно улучшить фпико-иохшычоскио ц експлуагациошше свойства ТЗИ картонов и получить годоиой экономический э£фокт 30 тыс. рублей.

Результаты исследования долговечности звукоиэодирупцих свойств конструкций полов использованы на Ялтинском зпводо "Стройполимер" при разработке и выпуске опытно-промыштшшх парта! двух новых типов покрытий - "Лицдол" (линолеум долгово" 1ШЙ) и "Покрем" (покрытие для ремонта).

При непосредственном участии автора разработана Ннструк-

1Я по ремонту полов из линолеума, плиток ПВХ и штучного парке-1, ВСН-26-89, МГГО по ремонту и эксплуатации жилых домов.

Апробация работы

Основные результаты работа были доложены на научной конфе-энции "Эффективные акустические материалы и конструкции для тижения шума и вибрации на рабочих местах я в окружающей среде"

Севастополь, 1989 г.).

Публикации

Результаты исследований опубликованы в 6-ти печатных тру-IX автора, защищены авторским свидетельством на изобретокие.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по юсортации, списка использованных источников, включающего 71 именование работ советских и зарубежных авторов, 2 приложа-!й.

Работа содержит 146 отраниц, включая 28 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор отечественных зарубежных работ по вопросам исследований изоляции ударного гма и дипяличеоки* характеристик звукоизоляционных материалов.

Пкспегимонтальнне исследования С.Л.Ковригина, В.Г.КроЛтана, .А.Костарева, В.II.Сухова, К.Гезоле гоказали, чго лндоко изодя-ш ударного шума перекрытий с полами по упругим прокладослм уху-зается на 1-9 дБ, а перекрытий с рулонными покрытиями-до 6 дБ I 7 лет эксплуатации.

Теоретический расчет улучшения изоляции ударного шума разработан Л.Кремером и В.И.Заборовим. Характеристикой упругого слоя во всем частотном диапазоне принимается постоянное значение динамического модуля упругости Еу шш приведешюй дина-шческой »есткости КпР = / , - толщина прокладки в обжатом состоянии.

Методики окспериыенталыш: исследований динамических характеристик разработаны И.И.Клшиним, Г.С.Росшшм, Т.Притцом.

Результаты исследований физико-мохатачаских характеристик прокладочных материалов приведены в работах И.П.Блохиной, А.И. Герасимова, К.Гезоло,

Анализ опубликованшх работ П01сазал:

- в настоящее время но разработана методика исследований динамических характеристик звукоизоляционных материалов .в широком, нормируемом даалаэоне частот;

- частотная зависимость динш.шчоского модуля в расчетах не учитывается, результаты расчетов поэтому не надожш;

- на учитывается при проектировании значительное- ухудает звукоизолирующих свойств конструкций полов в процессе эксплуатации;

- не разработана методика расчета изоляции ударного шума плавающими полами с рулонным покрытием.

Вторая глава посвящена разработке методики исслодовшшй динамических характеристик в широком диапазоне частот, содержит описание методики испытаний звукоизоошрущих свойств конструкций, статистический анализ точности результатов.

Динамические характеристики знукоизрляционного материала широком диапазоне частот можно найти, рассматривая образец ак несовогпенно-упрутое тело о распределотшми параметрами, ошение одномерного волнового уравнения позволяет выразить ди-лмичоскуи жесткость образца К и коэффициент потерь Ч через омпонентн комплексной постоянной распространения - волновое исло и затухание Ы

До М0 , I - масса и толщина образца; (\) - циклическая частота. Волновое число и затухание можно получить, решая спетому, писмвающуп комплексное отношение двух граней образца

до /Q*)cosV; Гу» < at/at)sin Ч> ,

Q4- ускорение гажней, возбуждаемой вибратором грани образца, аг- ускорение верхней грани образца, нагружошюй грузом М , у - слтаг фазы между ускорениями 0-1 и dg . Анализ показал, что система (3) не может dim. роптатга ала-лтически без ограничения величин d и Ji , п следовательно, ¡оз значительного ограничения частотного диапазона. Пойти зна-

(I)

(2)

(3)

+ st п.pi ,

чешя Ы я $ невозможно также, применяя метод Пьютона-Рафсона Для решения системы (3) была разработана программа, включающая два чиолешщх метода. Каждое из уравнений решалось вычислением эиачений Тх и Ту при наращивании величин рС и <¿1 , а вся оиотема-итерационно.

Для измерения комплексного отношения ускорений использовался вибростецд. Сдвиг фазы Ч' .измерялся фазометром. Методика дает возможность определить значения жесткости в области частот до 2500 Гц.

В третьей главе содержатся результаты исследований динамической жесткости и модуля упругости звукоизож цношшх пористо-волокнистых материалов. Получены зависимости, позволяющие вычислить чаототнув зависимость приведешой жесткости, установить изменение ее в результате длительных нагрузок. Проведена оценка влияния жесткости воздуха в порах материала на результаты измерений динамических характеристик в широком диапазоне частот.

Анализ результатов измерений динамических характеристик резонансным методом, т.е.в области низких частот, показал, что модуль пор";сто-волокнистих материалов зависит от нагрузки на материал £ и некоторой безразмерной величины С , характеризующей деформативность образца

с . , (4)

где 1%1

6<5Ж - толщина материала в свободном и обжатом на грузкой состоянии соответственно.

Зависимость в интервала нагрузок £ = 1000+10000 1Ъ от £ лииойна, если величина с остается постоянной.

Установлено, что в области 30-125 Гц динамический модуль Ее} и приведенную динамическую жесткость Клр можно илло-ить по формулам

Во « ё кг с* . к2, (б)

1 У / - с

Т-сГж у У- С

Полученные выражения позволяют вычислять модуль и жооткоогь, э проводя резонансных испытаний.

Возможность иооледовать изменение динамических характерио-ак в результате длительного воздействия нагрузок дал экспери-энт, начатый в 1966 году С.Д.Ковригиным и А.И.Герасимовым. Ими али отобраны образцы различных звукоизоляционных материалов. Зразцы укладивалиоь на стеллаж и нагружались статическими ня-руэкями. В лабораторном помещении монтировалась сборная стяж-1, под плитами которой была размощена вторая часть образцов. ?етья часть материалов сохранялась без нагрузки.

Учесть увеличение приведенной динамической жесткости во эемени можно при помощи коэффициента

Кпр~ к"р К± , (7)

N £

не К „а , К по ~ приведенная динамическая жесткость в начальный момент и в момент времени с- .

Для всех материалов было вычислено значение коэффициента ^ в момент t = 20 лот, установлено, что в этот момент ?емени опроделяется дефэрмативностыэ с и пористостью и

Загрузив дополнительно чаоть контрольных образцов и проведя измерения чероз I месяц и через I год, было получено выражение для расчета Кк

к.-У^ШгГ*1'- ««

Исследовшшя динамических характеристик в широком диапазоне чаотот позволили установить, что модуль упругости возраста^ ет о ростом чаототы. На интенсивность такого роота оказывает влияние плотность, пористость материала, нагрузка. Все измеренные частотные зависимости модуля и жесткости были проанализированы при помощи специальной программы.' Частотные характеристики аппроксимировались степенным рядом, уровень соответствия оценивался по остаточной диоперсил.'

Такой анализ позволил установить зависимости для расчета частотных характеристик модуля и кеоткости

£,</>-£,Р< 1+

Кпр (/) - Кпрр + -уг % -£-). (И)

ГД0 £9 р , Кпрр- значения модуля и жесткости на резонансной частоте, т.е. в области низких частот.

Под действием длительных нагрузок частотная зависимость жасткооти изменяется. Поскольку отношение С /п. в (II) изменяется во времени незначительно, то выражение (9) можно использовать не только для описания жесткости в области низких часто' но и оо частотной зависимости.

Сравнение расчетных и измеренных частотных характеристик триведенной динамической жесткости в начальный момент, а также в момент ^ =■ I месяц, t - I год, Ь » 20 лат показали их корошее совпадение.

Четвертая глава работы посвящена вопросам изоляции ударного пума, изменению ее в процеоое эксплуатации конструкции.

Актуальность основной задачи диосартационной работы - исследования закономерностей ухудшения изоляции ударного шума в процессе эксплуатации - была подтверждена в хода натуршпс изме-реш1Й в здаш!ях серий 1605А, 1605АМ, П-49, 1-510, построешшх в 60-е годы. Начальные частотные характеристики были получены Э.М.Лалаевым в момент сдачи домов, а также в камерах НИИСФ путем монтажа и испытания аналогичных конструкций полов. Частотные характеристики изоляции ударного шума в момент капитального ремонта - в 1987 г. Результаты показали, что изоляция ударного шума за 18-24 года эксплуатации значительно ухудшилась, в некоторых случаях стала ниже нормативной.

Невозможно собрать и систематизировать экспериментальные данные о величине изменения изоляции ударного шут по всом встречающимся в строительной практике конструкциям и материалам. Полученные в 3-й гляво работы выражения для вычислетш изменения жесткости под дойстплем нагрузки позволяют решись эту задачу расчетшпл путем.

Теоретическая частотная характеристика улучпкигия изоляции ударного шума л и полом на упругой прокладке разделена на два частотных липла: она. Рост Д I* начинается с резонансной частоты

■¡р гЗГ V тп, где гп1 - поверхностная плотность плиты пола, и увеличивается на 12 дБ на октаву в соответствии о выражение

Л - 2^)], (13)

где Л - отношение цилиндрических жаоткостей несущей плиты я плиты пола

, /

Начиная о частоты / > 0,7 { , (14)

где тг - поверхностная плотность упругого слоя, волновые резонансы замедляют рост д Л до 6 ДБ на октану

Л 20 ^ + ~ 3»

В диссертации разработана методика, позволяющая учитыват частотную зависимость КПр при расчете А 1> . Зависимость К пр от У учитывается при помощи коэффициента К^

л/-' - . (16)

Рост жесткости о частотой сдвигает в область высоких час тот частоту Уу . Для определения величин ^ и /( в работе приведены номограммы.

Экспериментальные исследования ряда конструкций полов в камерах НИИСФ показали, что учет частотной зависм.'логи динамической жесткости позволяет получать расчетные результаты, соответствующие результатам измерений.

Такая схема расчета учитывает в необходимой степени упрз гао свойства прокладочного материала и дала возможность опро-

(влить абсолютное снижение индекса в процессе эксплуатации кон-;трукции пола, в зависшости от нагрузки и разновидности проклад-ш. Доя применяемых в настоящее время материалов, в необходимом сиапазона нагрузок изменение индекса приведено в работе в табли-шой форме.

Использование таких данных на стадии проектирования дает юзможность оценить экономичность конструкции о позиции ее дол-Ч)вэчности, заложить необходимый запас изолирующих свойств, установить срок ремонта.

Для исследования изменения во времени изолирующих свойств рулонных покрытий проведен эксперимент, моделирующий их эксплуатационное старение. Образцы тридцати партий покрытий различных гшюв укладывались в тамбуре кинотеатра. Количество прошедших ю образцам людей определялось по количеству проданных билетов. Время эксплуатации вычислялось по методике, разработашой А..Г. Зайцовым. Мотодика старения, предложешшя А.Г.Зайцевым,основана 1Ш корреляции мовду интенсивностью лвдского нотиса и сроком эксплуатации.

Результаты позволили получить зависимость для вычисления индекса в необходимый момент времени

А Ц,(1- , где (IV)

тачальное значение индекса.

В работе приведена номограмма для определения величины Д в зависимости от типа подосновы покрытия и срока службы материала.

На конструкцию пола по упругим прокладкам в строительной практика часто укладывают рулонное покрытие. Покрытие в этой

случае увеличивает изолирующие свойства плавающего пола. В диссертации разработан метод оценки изолирующих свойств таки конструкций.

Исследования улучшения изоляции ударного щума полами по упругим прокладкам, а также дополнительного улучшения при ук ладке рулонных покрытий позволили установить, что дополнитол ное увеличение индекса && LCo зависит от индекса плавающего п ла д ¿Ы/> ивдокса покрытия л изгибпой жесткости шш

ты пола. Для расчета индекса такой конструкции получено вира ние

А /-1 и>1 ■ А Ь ыг

+ Кя д 1сог '

где К ^ - коэффициент, зависящий от изгибной жесткости пли ты пола.

Изменение изолирующих свойств таких конструкций в проце се эксплуатации можно определить, вычислив отдельно индексы д и д /_,, в нужный момент времени. Такие конструкции

обладают стабильными во времени звукоизолирующими свойствами

ШВОДЫ Ш РАБОТЕ

I. Чясленное решение основных уравнений перчд гочпой фу цяи позволило расширить возможности исследований акустически свойств звукоизоляционных материалов и разработать метод оп-радолошя их динамических характеристик в диапазоно частот л 2500 Гц.

2. Результаты исследоваш!Й показали, что б ряде случаев циклический модуль упругости значительно возрастает в нормиру-мой области частот. Неправомерно псэтогду характеризовать упру-11в свойства материала одним значенном модуля, полученным по езультатам испытаний резонансным методом на одной частоте.

3. Установлено, что под действиом длительных нагрузок ва-ичииа динамической жесткости возрастает, изменяется характор

0 частотной зависимости.

Разработана математическая модель, позволяющая вычислять астотную характеристику приввдешюй динамической жесткости ористо-волоюшстого материала в зависимости от пористости, де-орштивности, нагрузки и продолжительности ее воздействия на пругий слой в конструкции пола. Розультаты расчетов подтверж.-101Ш экспериментальными данными.

4. Частотная зависшлость динамической жесткости материала амедляет рост частотной характеристики улучшошш изоляции уда-ного шума полом на упругой прокладке. Показана необходимость

предложена методика учета зависимости жесткости от частоты

1 расчоте изоляции ударного шума.

5. Увеличение приведотюй динамической нест1сости зпукоизо-[яциошюго материала в процессе оксплуатшеаи приводит к сущост-1вгаюму ухудшению изоляции ударного щума. Снижение индекса проводит наиболее интенсивно в начальный период вромони, должно ¡ршшмагься во внимание при проектировании конструкции.

В работе приведены расчетто величины абсолютного ухудае-ия индекса за период до 40 лат для внпускаишх отечественной ромшленпостью звукоизоляциотшх материалов, коториэ нужно «осматривать кчк необходимый запас при расчете изоляции уг^'-

-та-

кого шума.

6. Проведен комплеко исследований звукоизолирующих свойстт рулонных покрытий полов. Результаты показали, что в процеосе эксплуатации, в результате уплотнения подосновы характеристики линолеумов снижаются. Наиболее значительно ухудааются свойства материалов на подоснове из джутовых и лубяных волокон, менее -вспененных линолеумов.

Разработана номограмма для оценки такого изменения индекса для различных материалов.

7.' Укладка рулонного покрытия на конструкцию плавающего пола увеличивает изоляцию ударного щума, что в настоящее время не учитывается в расчетах. Дополнительное увеличение зависит от звукоизолирующих свойств покрытия и плавающего пола и изгиб ной жесткости плиты пола.

Предложен метод расчета индекса улучшения изоляции ударно щума таких конструкций.

Основное содержание диссертационной работы отражено в еле дующих публикациях.'

1. Герасимов А.И., Шолохов А.П. Изменопи звукоизолирующих свойств прокладочных материалов в результате дтатольного сжатия,- Науч.труда НШС5: 3 щита от шума здшшп г территорий, акустический комфорт,- М., 19136.

2. Бориоов Л.А., Шолохов А.П. ЛТ^жтивност звукоизоляционных материалов во времени.- Тез. докладов 2-й ш учно-технической конференции ин-тов охраны труда,- Ленинград, 1986.

3. Шолохов А.П., Емельянова С.А. и др.

нрадоленио звукоизолирующих свойотв рулошшх покрытий в заводки* условиях: Цроишлоиность строиталышх материалов Uockbu, 5, 1909.

4. Инструкция по роиоиту полов ез лицодоуиа, шшток ПВХ: и тучного паркета. BCH-2G-89, Гдашосашлин*, 1909.

5. Шолохов А.П. Частотная зависимость даиашчас-их характеристик звукоизоляцноншх материалов.- Науч.труди -11ICS: Вопроси архитектурное акустика, защиты от оуиа в акус-йчоской экологии,- М., 1989.

6. A.c. * 1574759, Тямофеенхо 1.П., калла-о в В.Л., Шолохов А.П. Пол, 1990.