Головна Будівництво Будівельне виробництво МОНІТОРИНГ НАХИЛІВ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ З ДОПОМОГОЮ ЕЛЕКТ-РОННОЇ РЕЙКИ-ВИСКА
joomla
МОНІТОРИНГ НАХИЛІВ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ З ДОПОМОГОЮ ЕЛЕКТ-РОННОЇ РЕЙКИ-ВИСКА
Будівельне виробництво - Будівельне виробництво

Анотація

Статті містить опис електронної геодезичної Рейки РВЕ-1 та досвід її застосування для моніторингу нахилів будівельних конструкцій під час реконструкції Олімпійського стадіону у Києві.

Ключові слова: Електронна геодезична рейка, ви-Мірювання нахилу, моніторинг.

Аннотация

В Статье приведены описание электронной Геоде-зической рейки РВЕ-1 И опыт ее применения Для монито-Ринга наклонов строительных конструкций При реконст-Рукции Олимпийского стадиона В Киеве. Ключевые Слова: Электронная Геодезическая Рейка, изме-Рение Наклона, Мониторинг.

The summary In the article are adduced the description of an electronic Geodesic lath РВЕ-1 And experience of its application for monitoring tilts of building constructions at renovation of a Olympic stadium in Kiev.

Keywords: Electronic geodesic lath, measurement of a tilt, Monitoring.

У зв’язку з розширенням будівництва в Україні необхідно створювати та розвивати не тільки будівельну, але й вимірювальну техніку, поліпшувати роботу з метрологічного забезпе-чення будівництва, вдосконалювати методи та засоби вимірювань. Прилади, що застосовуються в будівельній галузі, далеко не завжди відпові-дають сучасним вимогам якості, вони потребу-ють удосконалення на основі досягнень сучасної науки та техніки. Традиційні геодезичні методи вимірювання нахилів будівельних конструкцій або не можуть забезпечити необхідної точності (висок), або потребують значного часу для вимі-рювання (теодоліт).

У процесі будівництва геодезичний конт-роль геометричних параметрів є невід’ємною частиною виробничого контролю якості. Геоде-зичний контроль точності геометричних параме-трів будівель полягає в перевірці положення час-тин конструкцій та відповідності їх проектним вимогам. Параметри, що контролюються в про-цесі будівництва, встановлюються проектом ви-конання робіт. Допустимі відхилення верхньої частини конструкцій відносно їх нижньої части-ни для більшості об’єктів згідно з проектами ви-конання робіт складають до 2 мм при перепаді висот в 3 м [1, 2]. Таким чином, для вимірювання нахилів в будівництві похибка повинна складати не більше 0,5 мм при перепаді висот у 3 м. Не складним має бути й сам процес вимірювання. Еталоном простоти вимірювання може слугувати рейка-висок, але вона дає недопустиму в більшо-сті випадків похибку.

Для забезпечення необхідної точності за-мість механічного виска можна використати еле-ктронні датчики нахилу з роздільною здатністю не гірше ніж 20″. Ці вимоги задовольняють дат-чики типу N2 фірми SEIKA (Німеччина). Діапа-зон вимірювання нахилів конструкцій в реальних умовах не перевищує ±1 град., але датчик N2 забезпечує вимірювання в межах ±10 град. при високій лінійності його характеристики. Такий діапазон вимірювання дає можливість скориста-тися відносно невисокою за нахилом точністю кріплення датчика і програмним забезпеченням встановлення ”нуля”.

У НДІБВ останнім часом значно зросли об’єми робіт, що пов’язані з контролем вертика-льності пальових полів, стінових панелей та ін-ших будівельних конструкцій. Для виконання цих робіт у НДІБВ було розроблено і виготовле-но електронну рейку-висок РВЕ-1 з використан-ням датчика типу N2 фірми SEIKA. Основою рейки є будівельне правило довжиною 2,5 м та перерізом 100 × 20 мм, що забезпечує достатню механічну жорсткість. Для здійснення самопові-рки ”0” рейки вона повинна надавати можливість встановлення обома сторонами до будівельної конструкції, нахил якої вимірюється. Тому роз-міщення на ній блоків вимірювання та індикації не повинно перешкоджати цьому. Крім того, вер-хній та нижній блоки, якими рейка притискається до будівельної конструкції, повинні бути однако-вої ширини та виступати за площину рейки на величину більшу ніж шорсткість та нелінійність будівельних конструкцій.

Конструкція геодезичної рейки базується на основі будівельного правила ”FAVORIT”. Зага-льний вигляд рейки наведено на рис._1.

Верхній та нижній блоки призначені для формування точок (площин) дотику рейки до ко-нтрольованих конструкцій. Однакова ширина верхнього та нижнього блоків забезпечує незмін-ність положення вертикальної геометричної осі рейки при вимірюванні нахилу двома прийомами (притискаючи рейку до контрольованої поверхні лівою та правою стороною), що використовуєть-ся в процесі юстирування її ”0”, оскільки резуль-тати вимірювання повинні бути однакові. Вимі-рювання за два прийоми може використовува-тись і для забезпечення більшої точності, при цьому результат вираховується як середньоари-фметичне значення.

Блок кріплення призначений для закріплю-вання на рейці блока індикації. Блок кріпиться до правила з можливістю переміщення по висоті. Це дає змогу регулювати висоту встановлення блока індикації ”під зріст” оператора.


image004

Рис. 1. Зовнішній вигляд рейки РВЕ-1

1 – верхній блок; 2 – блок вимірювання;

3 – рейка-правило; 4 – блок індикації; 5 – блок

Кріплення; 6 – нижній блок.

На верхньому блоці кріпиться блок вимі-рювання з датчиком нахилу. Блок вимірювання закритий металевою кришкою та герметизова-ний, аби не допустити попадання вологи. З бло-ком індикації блок вимірювання з’єднується ка-белем. Блок індикації розміщено в корпусі з вмонтованою клавіатурою на чотири кнопки. На задній кришці блока приклеєно спеціальним клеєм пластмасовий замок, що дає змогу просто приєднувати корпус до блока кріплення. Зовніш-ній вигляд блока індикації наведено на рис. 2. Структурна схема електронної геодезичної рейки наведена на рис. 3.

Вихідний сигнал датчика N2 вимірюється 16-розрядним аналогово-цифровим перетворю-вачем під управлінням мікроконтролера. Для врахування можливого впливу температури у вимірювальному блоці встановлено датчик тем-ператури, розташований на мінімальній відстані від датчика N2.Зв’язок вимірювального блока з блоком ін-дикації здійснюється мікроконтролером через послідовний порт RS-232.

Блок індикації містить мікроконтролер, з’єднаний з блоком вимірювання через послідов-ний порт RS-232. До цього ж мікроконтролера під’єднано клавіатуру для вибору режиму роботи та рідинно-кристалічний індикатор результатів вимірювання (дисплей).

Напруга живлення блока індикації та вимі-рювання формується стабілізаторами, що управ-ляються тим же мікроконтролером. Це дозволяє відключати від акумулятора індикатор і вимірю-вальний блок, а виключення рейки проходить без механічного перемикача.

image0061

2

3

Рис. 2. Загальний вигляд блока індикації

1 – роз’єднувач підключення вимірювального блока; 2 – корпус; 3 – дисплей; 4 – кнопка "НА-ЗАД"; 5 – кнопка "ДАЛІ"; 6 – кнопка "ВІДМІ-НА"; 7 – кнопка "ВИБІР".

Мікроконтролер при цьому переводиться в режим мікроспоживання і при натисканні будь-якої кнопки клавіатури переходить в робочий режим.

Рис. 3. Структурна схема електронної геодезичної рейки

Основою геодезичної рейки є датчик нахи-лу типу N2 фірми SEIKA (Німеччина), що закрі-плений на широкій стороні верхнього блока. Ви-хідна напруга датчика пропорційна його нахилу в діапазоні ±10о, але система кріплення не дозволяє орієнтувати його дуже точно. Спочатку за ”нуль” приймається значення напруги датчика, що від-повідає середині робочої характеристики датчи-ка. Звісно, це значення не збігається з ”нулем” – напругою датчика при вертикальному положенні осі рейки (умовної лінії, що з’єднує середини широкої сторони верхнього та нижнього блоків). Оскільки ширина верхнього і нижнього блоків однакові, то при притисканні рейки до будівельної конструкції тим чи іншим боком її ”вісь” бу-де паралельна поверхні будівельної конструкції, а вихідна напруга датчика відрізнятиметься від ”нульової” на одну і ту ж величину, але в більшу чи меншу сторону. Це дає змогу визначити ”нуль” рейки без допоміжних пристроїв. Прин-цип юстирування рейки пояснює рис. 4.

На рис. 4 ліворуч умовно показано поло-ження рейки при притисканні її до вертикальної поверхні. Оскільки ”вісь” рейки не збігається з ”нулем” на кут α1, то вихідна напруга датчика U1 не дорівнює ”нулю” (U0). При повороті рейки й притисканні її другим боком (на рис. 4 праворуч) до конструкції кут відхилення α2 дорівнюватиме α1,але в протилежному напрямку. Це положення відповідає напрузі датчика U2, що не дорівнює U0, але відрізняється на ту ж величину, оскільки кути α1 та α2 рівні, а напруга датчика пропор-ційна куту нахилу. Тоді ”нулеві” датчика відпо-відає напруга U0 = (U1 – U2)/2 + U2. image008

Рис. 4. Принцип юстирування рейки

При відхиленні положення конструкції від вертикалі (у наперед визначеній площині) зміна положення рейки (поворот на 180° навколо по-вздовжньої осі) призводить до зміни кута нахилу датчика відносно похилого положення конструк-ції, але ”нульова” напруга датчика і в цьому ви-падку дорівнюватиме U0 = (U1 – U2)/2 + U2.

В процесі юстирування вимірюється напру-га датчика в одному та другому положенні рейки, підраховується значення напруги датчика, яке відповідає ”нулю”, і це значення за-пам’ятовується у пам’яті мікроконтролера та бу-де використовуватись при подальших вимірю-ваннях. При юстируванні потрібно звернути ува-гу на відсутність напливів бетону на місці прити-скання рейки до конструкції та відсутність зазо-рів між поверхнею конструкції та верхнім і ниж-нім блоками рейки.

У рейці проводиться вимірювання напруги датчика, але для контролю конструкцій потрібно знати відхилення верхньої точки рейки відносно нижньої в міліметрах. Для калібрування відхи-лень рейки у міліметрах потрібно мати проклад-ки з відомою товщиною в діапазоні від 40 до 50 мм. Тоді, вимірюючи напругу датчика без вста-новленої прокладки та з прокладкою, встановле-ною між поверхнею конструкції та нижнім (вер-хнім) блоком рейки, і знаючи товщину проклад-ки можна підрахувати коефіцієнт пропорційності між зміною напруги та зміною нахилу рейки. В рейці передбачено юстирування її нахилу, а ре-зультат (коефіцієнт пропорційності) за-пам’ятовується у пам’яті мікроконтролера та ви-користовується при подальших вимірюваннях.

При роботі рейки в різних погодних умовах можлива залежність характеристик датчика від температури. Для врахування впливу температу-ри у рейці встановлено датчик температури і при кожному вимірі нахилу вимірюється і темпера-тура датчика. Для калібрування впливу темпера-тури в рейці передбачено режим вимірювання нахилу конструкції при різних температурах, підраховується коефіцієнт впливу температури на результат вимірювання, а результат (коефіці-єнт пропорційності) запам’ятовується у пам’яті мікроконтролера та використовується при пода-льших вимірюваннях.

Для зменшення похибок юстирування по-трібно вибирати конструкції з відхиленням від вертикалі не більше ніж 20 мм та провести юсти-рування 2 – 3 рази, контролюючи результат юс-тирування вимірюванням нахилу за два прийоми з поворотом рейки на 180° навколо її повздовж-ньої осі.

Наведені вище методи юстирування більш придатні для повірки рейки в умовах будівельно-го майданчика. Для юстирування рейки та її мет-рологічної атестації в лабораторних умовах у НДІБВ виготовлено спеціальний випробувальний стенд. Стенд являє собою дві металеві пластини (верхня та нижня опори, що закріплені на стіні), на яких змонтовані контрольні контактні пласти-ни та опорна пластина. Змінні контактні пласти-ни різної довжини дозволяють виставляти нахил рейки в її робочому діапазоні. Загальний вигляд змонтованого випробувального стенду представ-лено на рис. 5.

Середньоквадратична складова похибки ви-мірювання нахилу за два прийоми складає 0,2 мм, систематична складова вимірювання нахилу – 0,2 мм.

Як еталонний зразок було використано та-хеометр Trimble GDM 5601 DR Standart фірми “Trimble Navigation Ltd.”. Умови проведення ме-трологічної атестації: температура – 2о С, атмос-ферний тиск – 94 кПа, відносна вологість – 55%. (Свідоцтво про державну метрологічну атестацію № 23-2671 від 26.12.2008 р.). Вимірювання нахи-лів за один прийом може застосовуватись тільки при попередньому юстируванні ”нуля”, бо меха-нічна жорсткість правила не дуже висока і мож-ливі її деформації як внаслідок зміни температу-ри, так і внаслідок механічного впливу.

В процесі атестації рейка встановлювалась на випробувальний стенд так, щоб контрольні блоки рейки були притиснуті до контактних пла-стин стенду, а нижній кінець рейки опирався на опорну пластину стенда, як показано на рис. 5. За допомогою еталонного приладу вимірювався її нахил Lt (за розташуванням верхньої та нижньої точок її контрольних блоків). Вимірювався рей-кою десять разів нахил за два прийоми Liv.

Абсолютна похибка (∆ir) при вимірюванні нахилу визначалась за формулою:



∆ir = Liv – Lt,

Де Liv – I-те значення відхилення від вертикалі, виміряне рейкою,

Lt – відхилення від вертикалі, виміряне ета-лонним приладом.

Систематична складова похибки приладу при вимірюванні нахилу (θR ) визначається за формулою:

Рис. 5. Випробування рейки на стенді (2)

В результаті випробувань рейки та прове-дення метрологічної атестації встановлено, що де И - кількість проведених вимірів;


Абсолютної похибки I-

Ыг- Значення абсолютної похибки /-того виміру'"

Середнє квадратичне відхилення випадко­вої складової похибки при вимірюванні нахилу (S) Визначається за формулою (3):

У( - У

- VA/Г \JT/

(3)

S=)

"1 П-1 ,

Де N – кількість проведених вимірів;

Ыг- Значення того виміру.

Були визначені точки вимірювання нахилу. Оскільки моніторинг повинен проводитись про-тягом всього періоду реконструкції, точки (пло-щадки) вимірювання нахилу рейкою були позна-чені фломастером для того, щоб вимірювання проводились в одних і тих же місцях. Ці місця були зачищені від напливів розчину, бетону та фарби. Вимірювання нахилу для кожної опори проводилось з двох боків і підраховувався серед-ній нахил. Дані про попередній нахил опор неві-домі, тому за вихідні дані прийнято результати першого вимірювання.

Вимірювання проводились один раз на ти-ждень у листопаді – грудні 2008 року. На рис. 6 та 7 показано процес моніторингу опор другого ярусу спортивного комплексу "Олімпійський".

В процесі атестації було проведено вимірю-вання п’яти різних нахилів (-50, -20, 0, +20 та +50 мм).

В результаті випробувань отримано досить високі метрологічні характеристики, але потріб-но враховувати, що найбільшу похибку при ро-боті в реальних умовах будівельного майданчика вносять нерівності будівельних конструкцій, на-пливи бетону, розчину чи фарби. Тому для за-безпечення високої точності потрібно ретельно підготувати місце вимірювання (зачистити його від бруду, напливів розчину, бетону).

Паралельно з метрологічною атестацією рейки проводилось також випробування рейки в умовах реального будівництва при виконанні до-вготривалого геодезичного моніторингу відхи-лення від вертикалі залізобетонних опор другого ярусу трибун Національного спортивного ком-плексу "Олімпійський" згідно з договором № 873 від листопада 2008 року. Замовник виконання робіт – Національний спортивний комплекс "Олімпійський", а виконавець – Орендне підпри-ємство Науково-дослідний інститут будівельного виробництва. Мета проведення роботи – визна-чення відносних величин нахилу залізобетонних конструкцій (опор) другого ярусу трибун в про-цесі реконструкції стадіону [3].

При підготовці до проведення моніторингу на опорах в осях 10…71 з правого та лівого боків Рис. 6. Моніторинг опор другого ярусу спорти-вного комплексу "Олімпійський"


image010


Другого ярусу на деяких осях, отримані в процесі моніторингу в листопаді – грудні 2008 р.

Отримані в процесі початкового етапу моніто-рингу результати дають змогу зробити такі виснов-ки:

– значних відхилень від початкового положення залізобетонних опор друго-го ярусу трибун НСК "Олімпійський" не спосте-рігалось;

– значення відхи-лень від вертикалі лежать в межах точності вимірів, тим паче, що ці значення перераховано нвисоту 5,55 м;

– деякі коливання значень нахилу поясню-ються людським фактором: не дуже ретельно проведе-ними вимірюваннями.

Рис. 7. Моніторинг опор другого ярусу спортивного комплексу "Олімпій-ський"

Результат вимірювання – це середнє зна-чення за двома прийомами вимірювань. При цьому кінцевий результат вільний від похибки, зумовленої коробленням рейки від змін темпера-тури чи впливу інших факторів.

Оскільки висота опор другого ярусу трибун до-сягає 5,55 м, то результати вимірювання нахилу було приведено (перераховано) до цієї висоти.

На рис. 8 (стор. 15) наведено значення се-редніх відхилень від вертикалі (від "нуля") опор Література

1. СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в
строительстве.

2. Временные рекомендации по организации технологии геодезического обеспечения строи-тельства многофункциональных высотных зданий. – М.; ООО ”Тектоплан”, 2006. – 76 с.

3. Руководство по наблюдениям за дефор-мациями оснований и фундаментов

image012

Рис. 8. Нахил деяких опор в процесі моніторингу


В. М. Михайленко, д. т.н., проф., КНУБА; П. М. Яцик; О. О. Терентьєв, к. т.н.; О..Б..Полторак, НДІБВ

Похожие статьи