Геодезические методы измерения перемещений
ЛЕКЦИЯ 8. Геодезические методы измерения перемещений
Классические геодезические методы. Под геодезическими методами понимают обычно совокупность приемов для измерения перемещений в исследуемых конструкциях с помощью геодезических приборов - теодолитов и нивелиров.
Измерение вертикальных перемещений отдельных элементов сооружений производится на основе нивелирования - либо технического, либо высокоточного. Нивелирование во время испытания может производиться по маркам и реперам, установленным для длительных наблюдений за деформационным поведением обследуемых сооружений. При использовании нивелиров с приспособлением для оптического смещения линии визирования возможна оценка определенных перемещений сооружения с точностью до 0,01мм.
Измерение горизонтальных перемещений сооружений или отдельных элементов несущих и ограждающих конструкций производят на практике с использованием теодолитов.
На практике теодолит центрируют под неподвижной точкой, выбранной на расстоянии 25...40м от сооружения в зависимости от его высоты. При этом на необходимых точках сооружения прикрепляют временные марки; при определении горизонтальных перемещений наиболее часто используются 2 способа.
1. Способ измерения углов при повторных наведениях теодолита на наблюдаемые марки. При этом, зная расстояние от теодолита до наблюдаемой марки и абсолютную величину приращения измеряемых горизонтальных углов, находят расчетным путем линейные горизонтальные перемещения наблюдаемых точек.
2. Способ так называемого «бокового» нивелирования, в котором при каждом отсчете рабочую трубу теодолита сначала наводят на наблюдаемую марку, а затем поворотом в вертикальной плоскости на 180 - на горизонтальную рейку с миллиметровой шкалой, закрепленной так, чтобы она заведомо всегда оставалась неподвижной во время испытаний. Разность последовательных отчетов, взятых по рейке, и дает искомое перемещение наблюдаемых точек в горизонтальном направлении.
Однако на практике имеют место случаи отсутствия прямой видимости для наблюдаемых точек, что не позволяет широко использовать геодезические методы для глобальной оценки деформационного поведения обследуемого сооружения.
Рекомендуемые материалы
Гидростатическое нивелирование. Гидростатическое нивелирование нашло широкое применение в геодезии и машиностроении при построении различных профилей местности и установке в проектное положение оборудования различных технологических линий.
Рис. 24. Схема измерения вертикальных перемещений сооружений с помощью системы гидростатического нивелирования: 1 - стеклянная трубка; 2 - рабочая шкала; 3 - гибкие шланги; 4 - уравнительный бак; 5 - измеряемые перемещения; 6 - базовая (нулевая) линия измерения
Этот способ основан на определении взаимного превышения проверяемых точек на уровне стояния жидкости в сообщающихся сосудах. Схема установки показана на рис.24. Чувствительность метода может быть значительно повышена установкой в трубках с внутренним диаметром порядка 5 см специальных микрометрических головок, оканчивающихся специальным коническим острием. При этом уровень жидкости в рассматриваемом случае определяется путем световой, либо звуковой сигнализации в момент касания острия головки поверхности жидкости. Рабочие отчеты берутся по шкале головки с точностью 0.01 мм.
Отвесы. Применяют для определения взаимных горизонтальных смешений точек сооружения, расположенных на одной вертикали. Различают два типа отвесов: прямой и обратный.
Конструктивная схема прямого отвеса показана на рис.25, а обратного отвеса - на рис.26.
Рис 25. Конструктивная схема прямого отвеса: 1 –исследуемое сооружение; 2 - марка с горизонтальной шкалой; 3 - отвес в сосуде с маслом; 4 - кронштейн для отвеса; 5 - линейная шкала; 6 - микроскоп; 7 –струна.
Прямой отвес используют наиболее часто для определения горизонтальных смещений наземных частей зданий и сооружений, возникающих при неравномерных деформациях грунтовых оснований, а также от крановых горизонтальных нагрузок либо от копровых установок.
Обратный отвес используют для выноса на дневную поверхность через вертикальную шахту положения рабочей марки заложенной, например, в основании гидротехнической плотины.
Метод натянутой нити. Для точек, расположенных по прямой (в горизонтальном «створе»), перемещения, перпендикулярные перемещению створа, могут измеряться с помощью натянутой проволоки. Это целесообразно при отсутствии прямой видимости или при большой длине створа, т.е. в случаях, требующих переноса оптических геодезических инструментов на промежуточные марки, что на практике снижает точность получаемых результатов. На рис.27 показана конструктивная схема метода натянутой нити.
Горизонтальные перемещения, перпендикулярные направлению створа, возникающие в сооружении, определяются с точностью до 0,1мм соответственно по изменению положения поплавков относительно корпуса их ванночек. Отчеты на практике берутся по линейкам с нониусами.
а б
Рис. 26. Конструктивная схема обратного отвеса:
а - схема, требующая полкой герметизации и большого объема масла; б - усовершенствованная схема;
1 - поплавок,
2 - струна;
3 - марка;
4 - корпус;
5 - рабочая жидкость;
6 - отсчетное устройство
а б
Рис. 27. Конструктивная схема метода натянутой нити для определения горизонтальных смешений обследуемых строительных объектов: а - общая схема; б - схема плавающих опор; 1- стальная проволока; 2 - натягивающий груз; 3 - неподвижная опора; 4 - плавающая опора; 5 - ванночки; 6 - поплавок; 7 - вилка фиксатора проволоки; 8 - ограждающие конструкции объекта
Рассматриваемый метод разработан для наблюдений перемещений в гидротехнических сооружениях. В ходе обследования плотин при длине створов, например, до 600 м разброс показаний при повторных отсчетах не превышает ± 0,2мм.
Фотометрические методы
Фотометрические методы условно подразделяются на классическую фотограмметрическую и стереофотограмметрическую съемки с последующей специальной камеральной обработкой полученных снимков.
Рис. 28- Схема прохождения световых лучей при фотометрической съемке: 1 - исследуемый объект; 2 - фототеодолит или фотокамера; 3 - оптический центр фотокамеры; 4 - фотопленка
В настоящее время эти съемки все шире используются как в натурных испытаниях сооружений, так и при испытаниях, выполняемых в лабораторных условиях, в том числе и при испытаниях строительных моделей.
Пространственная схема прохождения световых лучей при фотограмметрической съемке представлена на рис.28.
Па практике при фотограмметрической съемке (рис.29) на выбранном расстоянии Y от объекта устанавливается фототеодолит и выполняется съемка до и после деформации обследуемого объекта. В результате координаты точки N по оси X и Z можно определить путем обработки полученных фотоснимков с использованием следующих формул:
Х=; Z=
где X и Z - соответственно координаты точки N на объекте; Y - расстояние до фототеодолита; f- фокусное расстояние фототеодолита; x и z - координаты точки N на фотоснимке.
Для решения пространственной задачи с помощью стереофотограмметрической съемки возможно дополнительное определение по выполненным фотоснимкам значения координаты Y, т.е. удаления рассматриваемой точки N от фототеодолита. Для решения данной проблемы необходима съемка обследуемого объекта с двух точек согласно рис.30.
Рис.29. Горизонтальная проекция рабочей схемы фотограмметрической съемки
Рис. 30. Схема стереофотограмметрической съемки с двух позиций:
1- левый снимок; 2 - правый снимок; 3 -объект;
S1, S2- местонахождения фокуса фототеодолита; В- база съемки
При этом в ходе обработки полученных двух снимков с двух позиций необходимо определить разность абсцисс Х1 и Х2, на указанных фотоснимках, используя следующую формулу:
р=Х1-Х2,
где р - горизонтальный параллакс фототеодолита.
Зная значения f, p, В можно определить значение Y до и после деформирования обследуемого объекта по формуле:
Y =,
где f- фокусное расстояние фототеодолита;
p - горизонтальный параллакс;
В - база съемки.
Обработка полученных фотоснимков на практике и нахождение параллаксов исследуемых точек производится с помощью специально предназначенного для этой цели оптического прибора - стереокомпаратора. Предложенные методы имеют следующие преимущества.
1. Одновременность фиксирования всех точек сооружения, отраженных на снимке.
2. Возможность определения перемещений в неограниченно большом числе точек, выделенных на снимке.
3. Комфортность обработки снимка, производимой а спокойных лабораторных условиях с возможностью неоднократной проверки полученных данных. Сами же фотографии одновременно являются надежным документом, отражающим фактическое состояние обследуемого объекта в момент съемки.
Одновременно данный метод имеет и недостатки.
1. На практике требуется применение специальной аппаратуры.
2. Обслуживающий персонал должен иметь соответствующую квалификацию и подготовку.
Информация в лекции "Необходимость стратегического планирования" поможет Вам.
3. Сама съемка ограничена пределами прямой видимости.
4. До начала работы необходимо выполнить специальные подготовительные работы.
5.Большое сооружение необходимо снимать с нескольких позиций, что нарушает одновременность съемки и усложняет контрольную обработку полученных снимков.
Проведенная экспериментальная проверка показывает, что при удалении объекта от фототеодолита на 10 метров погрешность в определении перемещений в плоскости сооружения не превышает ±1мм. а погрешность в определении перемещений из плоскости сооружения достигает 13мм.
При более близких расстояниях точность результатов измерения повышается.
Для наблюдения за перемещениями в высотных сооружениях и подземных штольнях гидротехнических сооружений эффективно используют лазерные приборы, а также современные высокоточные радио- и светодальномеры.