PDF dspace.enu.kz

УДК 528.024.4

МЕТОДИКА МОНИТОРИНГА ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗДАНИИ (ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБ

ПРОФЕССОРА В.В.ПОПОВА)

Табылдиева Меруерт Мҧратқызы, студент гр. ГК-42 Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева

Джуринская Татьяна Михайловна Преподаватель кафедры геодезии и картографии

Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева Резюме

При мониторинге зданий используются определенные методики расчѐта, и исходя из этого подбираются приборы с определенной точностью. Мониторинг ведѐтся надземной и подземной частей высотного здания и грунтов основания. Так как любые работы должны вестись с обоснованной методикой и целесообразной затратой, рассмотрим менее затратный метод традиционной нивелировки с применением способа профессора Попова.

Summary

When monitoring of buildings using certain methods of calculation, and from that selected devices with a certain accuracy. Monitoring is tubers and high building and soil foundation. Since any work should be carried out with reasonable and appropriate methods of cost, consider a less expensive method of traditional leveling using the method of Professor Popov.

В современном мире очень актуальным становится в геодезии геодезический мониторинг. Причиной тому является урбанизация (от лат. urbanus-городской), темпы застроек, а именно высотных зданий растут, и требуют постоянного контроля за

55

состоянием (мониторинга) объекта. Помимо наблюдения за промышленными и специальными сооружениями, мониторинг ведѐтся и за гражданскими зданиями.

Высотные здания, являются сложными инженерными сооружениями, необходим контроль технического состояния; функционирование инженерных сетей, конструкций в целом и отдельных узлов, поведения грунтового массива и т.д. Все компоненты составляют единую систему мониторинга здания. Осадки, отклонения от параметров здания допустимыми считаются по СНиП. Для этого в нѐм предусмотрены, допустимые незначительные погрешности.

Основные типы методик в мониторинге:

а) геодезические измерения, нивелировка в основном геометрическая (способ профессора Попова т.к. является строгим, даѐт такие же результаты, как наименьших квадратов), цифровые датчики, спутниковые GPS – технологии, лазерное сканирование зданий [1,2,3].

б) инженерно-геологические наблюдения грунтов в основании и окрестностях здания, за их перемещением. Измерения могут производится в отдельных скважинах до межскважного просвечивания (вплоть до получения 3-мерого томографического изображения). Наблюдения через датчики давления на грунт, в сваях-вертикальных нагрузок [1,2,3].

в) измерения нагрузок и деформаций в конструкциях фундамента и надземной части с помощью датчиков[1,2,3].

г)сейсмометрические методики, используются деформографы, наклономеры, сейсмометры. Колебания создаются искусственно ударами, или естественно микросейсмы источники[1,2,3].Этот метод наиболее нагляден для прогноза динамики сооружения.

Примером для нас послужит свободная сеть, состоящая из трѐх полигонов. Чертим схематический чертеж, подписываем данные полученные во время геометрической нивелировки. Эти данные необходимо для вычисления H высот узловых точек, уравнивания и оценки точности. Измеренные превышения по каждому звену (ходу, связывающему две соседние узловые точки), длины звеньев и число станции в каждом звене (стрелками показаны направления, возрастания превышений), и отметка исходной марки[4]. Прежде всего, подсчитывают невязки в превышениях по каждому полигону, соответствующие обходу полигона по направлению часовой стрелки, и их наибольшие по абсолютной величине допустимые значения[6]. Результаты этих вычислений записывают на том же чертеже сети. Убедившись в допустимости невязок, переходят к уравниванию сети [6]. Для этой цели строят новый схематический чертеж сети крупных размеров (рис.

1), на котором непосредственно производится вычисление поправок на звенья.

На этом чертеже (рис. 2) примерно в центре каждого полигона строят рамочки, над которыми римскими цифрами пишут номера полигонов, а внутри рамочек записывают невязки. Затем вне каждого полигона у каждого его звена строят рамочки для записи

56

поправок. Таким образом, у внешних звеньев сети будет по одной рамочке, а у внутренних – по две (по одной с каждой стороны звена).

Для каждого звена полигона вычисляют красные числа ( – номер данного полигона, – номер смежного с ним). Красным числом называется отношение числа станций в звене к числу станций во всем полигоне (или отношение длины звена к периметру полигона).

Соответственно данному определению

k ⁱ nⁱ (1)

n i

k ^ij n^ij n i

Сумма красных чисел для каждого полигона должна быть равна единице (например, в первом полигоне (см. рис. 1) 0,46+0,23+0,31=1)[4,10,12].

Полученные таким путем числа записывают красным цветом над соответствующими рамочками, расположенными вне полигона около его звеньев. Затем приступают к распределению невязок пропорционально красным числам соответствующих полигонов. Это распределение невязок производят непосредственно на чертеже (см.рис.2), применяя при этом метод последовательных приближений.

Умножив невязку первого полигона (I) на его красные числа, полученные произведения, сумма которых должна быть равна распределяемый невязка (-25-12-17=-54) [4,10,12], записывают в соответствующих данному полигону рамочках. Распределенную невязку подчеркивают. Переходят к полигону II. Здесь значение невязки изменится на величину поправки, перешедшей из полигона I (+38-12=+26) [4,10,12]. Распределенную невязку подчеркивают. Новую невязку распределяют пропорционально красным числам этого полигона (0,26; 0,46; 0,28) и полученные произведения (+7,+12,+7), сумма которых должна быть равна распределяемой невязке, записывают во внешних к полигону рамочках под соответствующими красными числами. Распределенную невязку подчеркивают. В полигоне III будет новая невязка, равная сумме начальной невязки и поправок, перешедших из полигона I и II (+36-17+7=+26) [4,10,12]. Учтенные поправки подчеркивают. Полученную невязку распределяют таким же путем, как и в первых двух полигонах, и подчеркивают.

Закончив распределение невязок во всех полигонах, возвращаются к полигону I.

Здесь появится новая невязка, равная сумме поправок, перешедших из смежных полигонов. Эта невязка распределяется так же, как и первый раз. Таким образом, закончив первый цикл распределения невязок, приступают ко второму, затем к третьему и так далее до тех пор, пока все невязки полигонов станут равными нулю. Следует помнить, что во избежание повторного использования одной и той же величины в процессе распределения невязок каждое использованное значение необходимо сразу же подчеркнуть. После того как все невязки будут распределены, подсчитывают суммы чисел во всех табличках у звеньев ( ).

Правильность вычисления этих сумм контролируют по формулам.

s i kⁱ sⁱ (2)

s i k^ij s^ij

где – сумма всех сумм чисел во внешних табличках – го полигона [5,8,11]

(для полигона 1:30 0,46= -13,8; -30 0,23= -6,9; -30 0,31= -9,3).

Расхождение при этом контроле не должно превышать 1,5 единицы последнего знака суммы.

Затем вычисляют поправки на звенья каждого полигона, считая направление звеньев совпадающим с направлением обхода полигона. Если – й полигон по рассматриваемому звену не имеет смежного, то поправка на звено равна сумме чисел внешней таблички этого звена с обратным знаком; если же по рассматриваемому звену

полигон имеет смежный, то поправка на звено равна разности сумм чисел ( ) внутренней и внешней табличек этого звена. Иначе говоря, чтобы получить поправки на звенья, внешние суммы полигона переносят внутрь полигона с противоположным знаком и складывают с его внутренними суммами для тех же звеньев, считая внутреннюю сумму равной нулю, если звено является внешним. Указанное правило можно записать в виде формул

vⁱ sⁱ 0 sⁱ (3)

v^ij s^ij 0 s^ij

Полученные поправки записывают в скобках около соответствующих звеньев (см.

рис.2). У внутренних звеньев сети поправки записывают по обе стороны звена (соответственно двум смежным полигонам этого звена).

В каждом полигоне сумма поправок на звенья должна быть равна невязке полигона с обратным знаком [например для полигона ][5,6,11].

Таблица

Номера Измерен Поправк Исправле Высоты

точек ные и на звенья нные

превышения по превышения

звеньям

М.4 126,387

-9,768 +14 -9,754

Реп.13 116,633

+15,327 +18 +15,345

Реп.12 116,633

-4,081 +1 -4,080

Реп.11 127,898

-1,496 -15 -1,511

М.4 126,387

-18 +18 0

Введя поправки в измеренные превышения, получают исправленные (уравненные) их значения, по которым вычисляют затем отметки узловых точек (таблица). По поправкам на звеньях можно определить среднюю квадратическую погрешность

нивелирования хода длиной 1 км. По формуле

m

^{км p v}

2 (4)

r

где p ¹ , – длина звена, – число полигонов [7].

i

L

ⁱ

Оценка точности будет надежна только в том случае, когда число полигонов не слишком мало. Если требуется вычислить высоты точек, расположенных внутри какого – либо звена, то производится уравнивание превышений в этом звене по правилу для одиночного хода.

Несвободная сеть. Уравнивание несвободной сети сводят к уравниванию свободной сети путем введения фиктивных звеньев, соединяющих исходные пункты [9]

(на рисунке фиктивные звенья показывают прерывистыми линиями). В результате получают дополнительные полигоны. Дополнительных полигонов берут для уравнивания на единицу меньше числа исходных пунктов. Фиктивные звенья намечают так, чтобы они не пересекали действительные звенья и чтобы дополнительные полигоны имели наименьшее число действительных звеньев. Во всех полигонах (включая и дополнительные) подсчитывают невязки, соблюдая правило о направлении обхода

58

полигона, указанное при изложении уравнивания свободной сети. С учетом этого правила в дополнительном полигоне невязку подсчитывают по формуле

f

h

^h H

^к

H

^н ₍₅₎

Где - сумма измеренных превышений по ходу; высоты начального и конечного исходных пунктов [7,12].

Проверив допустимость невязок, приступают к уравниванию сети, считая ее свободной, приняв длины фиктивных звеньев равными нулю.

Вывод:

Способ полигонов профессора В.В. Попова является наиболее удобным для мониторинга здании, так как основана на уравнивании различных сетей, а точность уравнивания зависит от исходных данных, т.е. выбранного прибора для измерения высот (тригонометрическое нивелирование). Таким образом, можно пронаблюдать за малейшими деформациями.

Список литературы:

1. КатценбахР, Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне, 2005

2. Айме К.А. Мониторинг зданий и котлованов, ч. 2 //Строительные материалы, оборудование, технологии века, 2005

3. Сухин В.В., Ламперти Р. Мониторинг строительного объекта - это необходимость им требование времени// Уникальные и специальные технологии в строительстве, М. «Дом на Брестской», 2005

4. В.Д. Большаков, П.А. Гайдаев. Теория математической обработки геодезических измерений. М., «Недра», 1977

5. Г.В. Багратуни и др. Справочник геодезиста. М., «Недра», 1975

6. Н.Г. Видуев, Вероятностно – статистический анализ погрешностей измерений.

М., «Недра», 1969

7. В.М. Гусаров. Теория статистики. М., «Юнити» 1999

8. А.А. Игильманов и др. Инженерная геодезия. Астана, «Фолиант», 2008 9. Е.Б. Клюшин и др. Инженерная геодезия. М., «ACADEMIA»

10. А.В. Маслов. Геодезия. М., «Недра», 1980

11. В.Э. Милн. Численный анализ. М., «Иностранная литература», 1951 12. А.С. Чеботарев. Способ наименьших квадратов. М., «Геодезиздат», 1958