СПОСОБ ПОДЪЕМА ЗДАНИЯ С ВЫНОСОМ ВИРТУАЛЬНОЙ ОСИ ПОВОРОТА ЗА ЕГО ПЯТНО
METHOD OF RAISING A BUILDING WITH THE REMOVAL OF THE VIRTUAL AXIS OF ROTATION FOR ITS SPOT

Изобретение относится к строительству, в частности к защите эксплуатируемых зданий от неравномерных деформаций и устройствам управления процессом подъема и выравнивания зданий и сооружений.
Известна система для корректировки геометрического положения здания, с использованием датчиков перемещений (для контроля вертикальных перемещений) и выводом контрольного аналогового сигнала на вольтметры. По показаниям вторичных приборов (вольтметров), оператор осуществляет управление подъемом в мануальном режиме методами плоскопараллельного подъема или поворотом здания относительно наружных осей здания (наружных несущих панелей) по «Х» или «Y» (см. SU №1590512 A1, МПК7 Е 02 D 35/00, опубл.07.09.90).
Известна также система для геометрической корректировки зданий в пространстве, где контроль за перемещениями конструкций здания осуществляется с пульта управления, а управление процессом подъема осуществляется мануально (см. патент RU № 2090703 C1, МПК7 Е 02 D 35/00, опубл. 20.09.97).
Наиболее близким к заявленному по технической сущности является система, позволяющая отслеживать дистанционно с помощью тахеометров, сведения о текущем геометрическом положении и форме здания и направлять информацию в блок управления корректировки, для последующей обработки на ЭВМ, система позволяет вести подъем здания относительно одной из осей «Х» или «Y». Управление подъемом здания осуществляется с ЭВМ, согласно разработанной программы с учетом нагрузок на домкратные узлы и вертикальными перемещениями здания (см. патент RU№ 2224845 C1, МПК7 Е 02 D 35/00, опубл. 27.02.2004).
Недостатком способа, является отсутствие возможности проведения геометрической корректировки здания относительно двух осей «Х» и «Y» одновременно, что необходимо при отводе двух сблокированных зданий друг от друга.
Задачей является разработка способа подъема с выносом виртуальной оси поворота здания за его пятно с целью его геометрической корректировки в пространстве.
Сущность изобретения заключается в том, что способ подъема здания с выносом виртуальной оси поворота за его пятно, включающий исследование, подготовку здания, в том числе изготовление и монтирование силовых поясов, домкратных ниш и установку домкратной системы, состоящей из плоских домкратов, гидромагистрали, гидрозатворов и насосной станции, также системы контроля, параллельно с прорезкой домкратных ниш, выполняются работы по удалению отмостки и отрывке траншеи вокруг здания, перед проведением работ в программное обеспечение системы осуществляется ввод данных по величине вертикальных перемещений датчиков, установленных на каждом силовом узле, датчики вертикальных перемещений  привязываются к системе координат Х, Y, задается виртуальная ось относительно которой ведется поворот конструкции, при этом ось можно расположить продольно или поперечно, данные прописываются в исходном файле управляющей программы, которая проводит расчет работы гидроаппаратуры, величин давлений рабочей жидкости в напорных магистралях, при этом используется многопоточная станция высокого давления, позволяющая создавать на каждом напорном потоке в группе силовых узлов различные давления и изменять их величину в процессе работы, при этом осуществляется подъем здания относительно виртуальной оси вынесенной за пятно здания по двум осям «Х» и «Y» одновременно, при этом суммарная величина передаваемых нагрузок домкратами должна быть больше чем нагрузки от конструкций здания, а угловые скорости относительно оси поворота больше «0».
Техническим результатом, достигнутым при решении поставленной задачи, является геометрическая корректировка здания в пространстве относительно виртуальной оси находящейся за его пределами здания (без плоскопараллельного подъема), а различные схемы монтажа напорных магистралей позволяют снизить потери рабочих давлений при работе всех силовых узлов, при этом осуществляется контроль за величинами вертикальных перемещений.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на
фиг.1 – схема подъема здания с выносом виртуальной оси поворота за его пятно;
фиг.2 – схема монтажа основных элементов системы.
В ходе выполнения расчетов был принят коэффициент подобия K, который определяется K = H/h,
где H - величина вертикальных перемещений со стороны крена здания, м;
h - величина вертикальных перемещений с противоположной стороны крену, м.
Величину смещения виртуальной оси С определяем С = L/K,
где L - длина здания относительно оси «Х или «Y», при этом величина смещения виртуальной оси задается пределом 1 < С < 25 м.
Геометрическая корректировка здания в пространстве осуществляется без плоскопараллельного подъема всего здания, относительно вынесенной виртуальной оси за пятно здания. Работа всех силовых узлов с различными величинами давлений и перемещений осуществляется различными монтажными схемами: замкнутым (кольцевым) соединении напорной магистрали и подаче рабочей жидкости в одну точку; замкнутым (кольцевым) соединении напорной магистрали и подаче рабочей жидкости в две точки; разветвленной напорной магистрали. Регулирующая гидравлическая аппаратура позволяет добиться равномерности подъема при условии одинаковых потерь давлений в напорных магистралях. Процесс повторяется до тех пор, пока величина вертикальных перемещений не достигнет проектных.
Выравнивание путем переноса виртуальной оси за пятно здания основано на том, что все силовые устройства работает на подъем конструкций одновременно по осям «Х» и «Y» относительно оси поворота ON, причем величина вертикальных перемещений силовых устройств различна. Средства контроля позволяют контролировать величины вертикальных перемещений в реальном времени, а программное обеспечение формирует управляющие сигналы для стабильной работы гидравлического оборудования.
На чертеже представлен пульт управления 1 и система на базе шестипоточной насосной станции высокого давления 2, включающая напорные гидравлические магистрали 3 с кранами (К1 – К6) 4, гидроклапанами 5, датчиками вертикальных перемещений 6, плоскими домкратами 7, делителей потока 8. На насосной станции высокого давления 2 установлен блок предохранительных клапанов 9. Гидравлические магистрали 3 монтируются по различным схемам соединения: а - замкнутым (кольцевым) соединении напорной магистрали и подаче рабочей жидкости в одну точку; б - замкнутым (кольцевым) соединении напорной магистрали и подаче рабочей жидкости в две точки; в - разветвленной напорной магистрали. В таблице приведены величины максимальных гидравлических потерь давления, где Рр – расчетные потери давления; Рэ – экспериментальные потери давления при различном количестве домкратных узлов. Полученные данные позволяют определять потребное количество домкратных узлов на том или ином напорном потоке.
Таблица
Величины потерь давления в системе в зависимости от соединения напорной магистрали с расходом 0,2 л/мин.
Схемы соединения
Потери давления, в мПа
15-ть домкратных узлов
20-ть домкратных узлов
25-ть домкратных узлов
Рр
Рэ
Рр
Рэ
Рр
Рэ
Схема соединения напорной магистрали по замкнутому контуру с одной точкой подачи рабочей жидкости
1
0.8
1.4
1.2
1.8
1.6
Схема соединения напорной магистрали по замкнутому контуру и подачей рабочей жидкости к двум точкам
0.6
0.5
8.5
0.7
1
0.9
Схема соединения разветвленной  напорной магистрали и подачи рабочей жидкости в три точки
0.5
0.3
0.7
0.5
0.9
0.7
Представленные схемы соединений рационально использовать в системе на различных участках конструкции здания с различной погонной нагрузкой и различной величиной вертикальных перемещений. Блок предохранительных клапанов  9 установлен на насосной станции высокого давления 2. Для корректной работы такой системы необходимо так распределить домкратные узлы на группы по передаваемым им нагрузкам, чтобы они соответствовали нагрузкам от конструкции здания. Представленная шестипоточная система позволяет, создавать в домкратных узлах усилия равные внешним нагрузкам от конструкций здания. Управление величинами давлений на напорных магистралях осуществляется блоком предохранительных клапанов 9, что позволяет, добиться равенства внешних сил и усилий, развиваемых домкратами 7, установленными под зданием, контроль за величиной давления осуществляется при помощи манометров М1 – М6. В зависимости от конструктивной схемы здания и его массы, а также количества силовых устройств возможно подобрать потребную многопоточную станцию высокого давления с 2-мя или 20-тью напорными потоками.
Перед выравниванием каждого здания необходимо выполнить серию технологических операций, направленных на обеспечение надежности процесса подъема. К ним относятся: обследование геометрии здания с помощью современных геодезических инструментов, цикл научных и расчетных работ, определяющих схему усиления здания, работы по монтажу распределительных устройств, устройство проемов в фундаментах и т.д.
Подготовка здания к геометрической корректировке включает в себя ряд технологических мероприятий, обеспечивающих надежность и безопасность проводимых работ. Современное оборудование позволяет параллельно с прорезкой домкратных ниш, выполнять работы по удалению отмостки и отрывке траншеи вокруг здания. Ширина траншеи до 1,5 м. Глубина траншеи назначается на 20 см ниже линии отрыва здания. После этого приступают к монтажу металлического или железобетонного распределительных поясов. В практике производства работ используются железобетонные пояса и пояса из стальных профилей, расположенные в одном или двух уровнях по балочному или ферменному типу. Пояса, с одной стороны, снижают уровень концентрации напряжений в конструкциях цокольно-подвальной части, с другой – обеспечивают дополнительную пространственную жесткость. Это необходимо потому, что опорной для домкратов является нижняя часть конструкции фундамента. Верхняя часть фундамента (обычно цоколь) отрывается от нижней части и при подъеме работает по совершенно не свойственной ей схеме. Особенностью здесь является необходимость дополнительного обеспечения пространственной жесткости верхней части фундамента, т.к. в нормальных условиях эта жесткость обеспечивалась совместной работой с нижней частью.
i
i
i
i
Информационно-управляющий комплекс на базе микропроцессорной (цифровой) техники, работает на принципе рассогласования сигналов. Оператором подъема вводятся координаты датчиков перемещения по «Х» и «Y», которые привязываются к определенным силовым узлам. Программное обеспечение системы позволяет реализовать задачу слежения за внутренней геометрией здания в реальном времени. Соблюдение закона равномерного подъема конструкций здания у*(t) (рассчитывается программным обеспечением системы), а изменения переменной у(t) – это величины вертикальных перемещений конструкции здания в реальном времени; y(t) → у*(t), t → ∞.
i
i
i
i
Сигнал рассогласования =y*(t) – y(t), характеризует текущее значение ошибки управления. Задачу слежения можно сформулировать как задачу поддержания нулевого значения рассогласования, (t) → 0. По получаемым сигналам рассогласования вырабатывается управляющее воздействие на группы силовых узлов. Вывод информации осуществляется на экран монитора в реальном времени, что позволяет оператору контролировать процесс и вносить корректировки в работу гидроаппаратуры, если это необходимо. В течении каждого цикла подъема, помимо внутренних средств контроля перемещений здания, выполняется тахеометрическая съемка в режиме реального времени.
Система позволяет осуществлять геометрическую корректировку здания по различным технологиям подъема без специальных видов работ по перемонтажу гидравлической аппаратуры, подсистем управления и контроля.
При выполнении работ по подъему конструкций здания (фиг.2) относительно виртуальной оси вынесенной за его пятно, открывают краны  4 К1 – К6 расположенные на напорных магистралях 3, включают все гидроклапаны 5, в результате чего в домкратные узлы 7 производится нагнетание рабочей жидкости под давлением и создаются усилия на домкратных узлах, равные . Условия выравнивания здания будут представлены в виде зависимости:
<maths num="2"><img file="00000003.jpg" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths><maths num="3"><img file="00000004.jpg" he="25" wi="35" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
где n – количество домкратов на потоке;
<maths num="4"><img file="00000005.jpg" he="6" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>– усилие в i-том домкрате находящегося на потоке (1, 2, 3, 4, 5, 6), т;
<maths num="5"><img file="00000006.jpg" he="6" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>– расстояние от i-го домкрата до оси поворота, м;q<sub>i</sub> – нагрузка, приходящаяся на домкрат от здания, т;ω<sub>in</sub> – угловая скорость подъема;
<maths num="6"><img file="00000002.jpg" he="12" wi="14" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths> - суммарная величина передаваемых нагрузок домкратами.
Цикл геометрической корректировки определяется по максимальной величине вертикальных перемещений конструкций здания и составляет 120 – 150 мм. По окончании цикла закрывают клапаны 5, краны 4 К1 – К6. Осуществляют перемонтаж всех плоских домкратов 7, устанавливают датчики вертикальных перемещений в «0». Поджимают плоские домкраты 7 рабочим давлением, которое может составить 6 – 9 мПа. Уточняют величины остаточных вертикальных перемещений путем выполнения тахеометрической съемки. Процесс геометрической корректировки продолжается до тех пор пока геометрические параметры здания не достигнут проектных.
По окончании подъема и выравнивания здания закрывают клапаны 5, краны 4 К1 – К6, демонтируют пульт управления 1 и станцию высокого давления 2. Восстанавливаются связи (арматура) между фундаментом и цокольно-подвальной частью. Бетонируются швы между домкратными нишами. В таком состоянии здание находится до набора бетоном необходимой прочности. После этого демонтируется оставшаяся часть гидравлической системы с плоскими домкратами 7. Восстанавливаются связи, находившиеся в пятне установки домкратов, и ниши бетонируются. Выполняются земляные работы по засыпке траншеи с послойным трамбованием и восстановлением отмостки. Частично удаляются элементы металлического пояса, мешающие при пользовании зданием в обычном режиме (в дверных проемах и т.п.).
Опыт работ показал, что данная система позволяет решать сложные инженерные задачи по геометрической корректировке двух сблокированных зданий путем отвода их друг от друга, применяемый способ позволяет исключить разрушения конструкций двух сблокированных зданий, что невозможно сделать другими технологическими подходами.