Vilka krafter påverkar en skärm när ett tåg passerar?
Artikelförfattare: Chao Wang, Dongyun Liu, Jaime Gonzales-Liberos, Lennart Elfgren och Gabriel Sas, Luleå tekniska universitet samt Andreas Andersson, Trafikverket/KTH och Ola Enoksson, Trafikverket
Bullerskyddsskärmar (även kallade bullerskärmar eller bullerplank) intill en järnväg avser att dämpa bullret från passerande tåg, men de utsätts samtidigt för kortvariga, kraftiga aerodynamiska laster som genereras av höghastighetståg. Dessa laster kan orsaka vibrationer och utmattning, vilket påverkar hållbarhet och i viss mån säkerheten längs spåret eftersom skärmarna ofta även ersätter intrångsskydd som stängsel. Detta projekt, genomfört av Trafikverket och forskare från Luleå tekniska universitet (LTU), kombinerar simuleringar, samt kort- och långtidsmätningar i fält. Resultaten bidrar till en förbättrad och mer tillförlitlig dimensionering av bullerskyddsskärmar.
Bullerskyddsskärmar byggs för att dämpa bullret från järnvägslinjer för människor som bor i närheten. Vid en första anblick verkar de enkla: långa väggar längs spåret som hindrar ljud från att spridas, se Figur 1.
Men när tåg kör i hög hastighet ställs dessa skärmar inför en annan utmaning som de flesta passagerare oftast aldrig märker. Varje passerande tåg genererar en snabbt varierande tryckvåg i luften, och denna osynliga last kan få skärmen att svänga fram och tillbaka och slutligen utmattas vid nog många återkommande cykler. Vid hastigheter över cirka 240 km/h blir det aerodynamiska oljudet den dominerande delen av järnvägsbullret, och skador på bullerskärmar har tidigare rapporterats efter införandet av trafik i 300 km/h [1].
En vägg med två uppgifter
En modern bullerskärm måste därför uppfylla två funktioner samtidigt. Den ska minska tågbullret för närliggande samhällen, men den måste också tåla de aerodynamiska laster som skapas av passerande tåg. Detta är den centrala frågan i vårt projekt: hur stora är dessa laster, hur reagerar skärmarna, och hur kan framtida skärmar utformas för att vara både tystare och mer hållbara?
Frågan är särskilt aktuell längs höghastighetsbanor då det aerodynamiska trycket ökar med ungefär kvadraten på tågets hastighet. Samtidigt ökar det aerodynamiska oljudet (bullret) ännu snabbare, ungefär med hastigheten upphöjd till sex. Med andra ord: när tågen blir snabbare ökar behovet av bullerskärmar samtidigt som skärmarna utsätts för större påfrestningar.
