СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЯ
SYSTEM FOR DETERMINING DEFORMATIONS OF BUILDING STRUCTURES

Изобретение относится к области инженерной геодезии и мониторингу деформаций строительных конструкций сооружения геодезическими методами в автоматическом режиме.
Для измерения деформаций строительных конструкций сооружения известно много устройств и первичных датчиков из измерительной техники, геофизики и строительной техники: датчики натяжения, динамические датчики, акселерометры, наклономеры и т.д.
Первичные датчики устанавливаются на конструируемых строительных конструкциях, образуя совместно с компьютером пространственную автоматизированную систему [1]. Основной недостаток этих систем - ограниченность измерений, измерения выполняются только по одной координате, малые пределы измерений до см и большое количество проводов питания и съема информации.
Для контроля внутренней стабильности датчики периодически снимают для метрологической калибровки, что приводит к нарушению измерительного процесса.
В инженерной геодезии к подобным системам относится гидростатическая система, состоящая из гидродатчиков, соединенных друг с другом шлангами, кабелем питания и кабелем для передачи информации на компьютер [2].
Недостатком таких систем является большое количество шланговых и кабельных соединений, что неудобно в эксплуатации, а также ограниченность измерений - только по одной координате - высоте.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является автоматизированная система для контроля деформации строительных конструкций, где в качестве измерительного датчика используется моторизированный электронный тахеометр [3].
Указанный тахеометр устанавливают перед фасадом контролируемой строительной конструкции, на которой в местах контроля размещают деформационные марки в виде оптических отражателей типа триппельпризм.
На удаленном здании, которое находится вне зоны деформаций, размещают аналогичные оптические отражатели, которые в отличие от деформационных называются эталонными или реперными. По специальной компьютерной программе моторизованный электронный тахеометр включают в автоматический режим измерений координат деформационных марок относительно эталонных. По результатам измерений вычисляют и строят в компьютере графики деформаций. По компьютерной сети через Интернет или мобильную телефонную связь данные измерений передаются потребителю. Система прототипа содержит минимальное количество приводных соединений (тахеометр-компьютер) и позволяет измерять относительные деформации по всем трем координатам X, У и Z.
Недостаток прототипа состоит в том, что в этой системе моторизованный электронный тахеометр расположен на открытом воздухе и его работа зависит от метеорологических условий. Так, например, при температуре -20°С электронный тахеометр работать не может. Защита тахеометра стеклянным колпаком не эффективна из-за «температурных дыханий» колпака, искажающих визирные оптические связи и, следовательно, искажающих результаты измерений деформации.
Кроме этого, невозможно одновременно измерить деформации основных строительных конструкций, например большепролетного сооружения: фундаментов, опорного контура, крыши (покрытия), т.к. расположение тахеометра позволяет получить результаты измерений только одной фасадной части здания.
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении указанных недостатков путем установки моторизованного электронного тахеометра внутри контролируемого объекта и введения в устройство для учета искажений защитного колпака контрольной деформационной марки с метрологически аттестованным расстоянием по измеряемым координатным осям.
Для решения этой задачи в предлагаемой системе для определения деформаций строительных конструкций сооружения, содержащей моторизированный электронный тахеометр с защитным стеклянным колпаком, компьютер и деформационные марки в виде триппельпризменных отражателей, установленных на контролируемых строительных конструкциях, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа моторизованный электронный тахеометр с защитным стеклянным колпаком размещен внутри сооружения с возможностью оптического контактирования с деформационными марками, установленными на опорном контуре, и марками, размещенными и зафиксированными на вертикальных выступах покрытия посредством зажимов, корпус каждой из которых выполнен раздвижным в виде двух стержней, входящих один в другой, при этом одна марка, являясь контрольной, снабжена дополнительным отражателем, где расстояние между основным и дополнительным отражателями метрологически аттестовано по измеряемым координатным осям.
Такое выполнение системы для измерения деформаций строительных конструкций сооружений позволяет получать измерения всесезонно, получая одновременно измерения деформаций основных строительных конструкций с внутренним метрологическим контролем результатов измерений.
Измерение поясняется фиг.1, на которой изображен схематично общий вид системы для определения деформаций строительных конструкций сооружения; фиг.2, на которой изображен узел крепления контрольной марки. Система для определения деформаций состоит из моторизованного электронного тахеометра с защитным стеклянным колпаком 1, установленного внутри здания, строительные конструкции которого состоят из фундаментной плиты 2, опорного контура 3 и покрытия 4, например, в виде металлической мембраны. На строительных конструкциях закреплены деформационные марки 5 в виде триппельпризменных отражателей. Тахеометр с защитным стеклянным колпаком установлен в зоне оптической видимости деформационных марок 5 и соединен кабелем 6 с компьютером 7.
Одна из деформационных марок является контрольной (фиг.2), расположена на выпусках 8 покрытия 4 и снабжена дополнительным триппельпризменным отражателем 9, расстояние между основным 5 и дополнительным отражателем известно по результатам метрологических измерений. Деформационные марки, установленные на покрытии, закрепляют к вертикальным выпускам 8 покрытия 4 посредством зажимов 10.
Корпуса 11 марок, установленных на покрытии 4, выполнены раздвижными и состоят из 2-х стержней 12, 13, входящих один в другой.
T
T
T
T
T
T
Система для измерения деформаций работает следующим образом. Компьютер 7 в соответствии с программой включает в работу моторизованный электронный тахеометр 1, который, разворачиваясь по азимуту и углу места, последовательно по энергетическому максимуму наводится на каждую деформационную марку 5 круговыми приемами и определяет ее текущие координаты Х, У и Н по известному в геодезии полярному методу: по измеренным горизонтальному и вертикальному углу и расстоянию от тахеометра до деформационной марки. Текущие координаты Х, У и Н деформационной марки могут быть абсолютными, если координаты места размещения электронного тахеометра известны из геодезических измерений, и относительными, если за основу при вычислениях принимаются наименее деформируемые конструкции, например, для большепролетных сооружений - деформационные марки на фундаментах. По текущим координатам строится график деформаций. В компьютерной базе данных текущие координаты сравниваются с предельными расчетными, и в случае их превышения система вырабатывает сигнал тревоги.
Система для определения деформаций строительных конструкций особенно перспективна для контроля деформаций большепролетных сооружений, на которые приходится наибольшее количество аварий и обрушений. Предлагаемая система позволяет ежедневно дистанционно выполнять регламенты по контролю деформаций сооружений.
Сигнал, исходящий от системы, может включать и выключать систему нагрева покрытия (систему снеготаяния).
Кроме большепролетных конструкций система может быть использована для измерения деформаций металлических конструкций, размещенных внутри сооружения. Устройства, входящие в систему, легко вписываются в архитектурное пространство сооружения без существенных доработок, так как в ней отсутствуют кабельные соединения между измерительным устройством и деформационными марками. Точность измерения координат деформаций строительных конструкций составляет от 1 до 3 мм. Системой возможно управлять дистанционно и передавать результаты измерений по Интернету и GSH сетям в организации МЧС и организации, ведущие научное сопровождение мониторинга деформации сооружения.
Источники информации
1. Казачек В.Г., Нечаев Н.В. и др. Обследование и испытания зданий и сооружений, М.: Высшая школа, 2006, Стр.164.
2. Васютинский И.Ю. Гидронивелирование, М.: Недра, 1983 г., Стр.124.
3. Рязанцев Г.Е., Бубман И.Г. Применение оптических измерительных систем современных электронных тахеометров для контроля за деформациями наземных зданий и сооружений, ОФМ, 2003, №4.