СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СМЕЩЕНИЯ ОДНОЙ ЧАСТИ СООРУЖЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО НЕПОДВИЖНОЙ ЧАСТИ ЭТОГО СООРУЖЕНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ
METHOD TO DETECT VALUE OF DISPLACEMENT OF ONE PART OF STRUCTURE RELATIVE TO FIXED PART OF THIS STRUCTURE IN VERTICAL DIRECTION

Изобретение относится к области строительства, а именно к контролю устойчивости кровли, перекрытий, эстакад от внезапных разрушений.
Существующим способом контроля устойчивости перекрытий, эстакад от внезапных обрушений, в лучшем случае, является геодезический контроль смещения отдельных точек кровли, перекрытий, эстакад по вертикали. Результаты геодезических наблюдений за определенный период показывают, насколько кровля, перекрытие или эстакада устойчивы или, наоборот, имеются точки, которые постепенно опускаются и, следовательно, следует ожидать обрушение.
Согласно средствам информации при эксплуатации промышленных, культурно-бытовых и спортивных сооружений не редки случаи обрушения кровли сооружений. Моменты обрушения в большинстве случаев происходят неожиданно, сопровождаются разрушениями, убытками, а иногда человеческими жертвами.
Цель изобретения - дополнить геодезический контроль смещения отдельных точек кровли, перекрытий, эстакад относительно стен, фундаментов методом лазерного визирования с контрольных точек, постоянство направления которого обеспечено лазером на маятнике 1 (фиг.1), фотографированием следа лазерного луча на марке-экране (фиг.2) с координатной сеткой, установленной на неподвижной точке. Что позволит упростить процесс контроля, сделать контроль обязательным на тех объектах, кровля которых по опыту эксплуатации в отдельных регионах обрушается.
Предлагаемый способ контроля смещения отдельных точек кровли, перекрытий, эстакад относительно фундаментов этих сооружений включает следующие приборы и материалы:
- лазерный излучатель (фиг.1),
- марка-экран (фиг.2),
- электрокабель с элементами соединения пультом включения лазера,
- блок электропитания,
- мобильный телефон с функцией фотографирования или фотоаппарат.
Предлагаемое техническое решение осуществляется следующим образом. С участием проектных, строительных или других организаций по технике безопасности составляется схема точек кровли, перекрытий, эстакад, в которых нагрузка на кровлю наибольшая и наибольшая вероятность обрушения. В этих точках к элементу кровли 14 крепится вертикальная ось вращения 13 лазерного излучателя 10 с помощью болта 12 (фиг.1). На стену здания, на поддерживающие кровлю колонны или элементы фундамента закрепляется марка-экран с координатной сеткой (фиг.2), с которой имеется видимость на лазерный излучатель.
Место установки марки-экрана должно обеспечивать фотографирование ее с расстояния 0,3 м и более. Сектор обзора с марки-экрана на контрольные точки должен быть не более 45° от перпендикуляра к плоскости марки-экрана. Плоскость марки-экрана (фиг.2), а также ось Z координатной сетки должны устанавливаться вертикально. На расстоянии не более 0,5 м от марки-экрана закрепляется электрическая розетка для подключения блока электропитания с пультом включения и отключения лазера и прокладывается электрокабель, питающий электроэнергией лазер 5 и 5' (фиг.1).
После закрепления лазерного излучателя 10 (фиг.1) и марки-экрана (фиг.2) производится наведение лазера на центр марки-экрана с точностью ±3 cм. Наведение лазера на марку-экран производится в следующей последовательности:
1. Отпуская винт 4 (фиг.1) вращением лазерного излучателя 10 направляем лазер 5 примерно в направлении марки-экрана (фиг.2).
2. 3акрепив винтом 4 лазерный излучатель, отпускаем винт 11, фиксирующий маятник 1 с лазером 5 в покое. После успокоения маятник фиксируется тормозной пластиной 15 и винтом 11.
3. Ослабив винт 9, лазерный держатель 8 с лазером вращая вокруг оси 7 направляем на центр марки-экрана. После наведения лазера 5 на центр марки-экрана винт 9 закрепляется.
4. После ослабления винта 11 и отведения от маятника тормозной пластины 15, маятник с лазером находится в свободном колебании.
Если с первой попытки след лазерного луча находится далее 3 см от центра координатной сетки, то операции 1-4, перечисленные выше, следует повторить. Для предварительного наведения лазерного излучателя используется лазер 5, проектирующий увеличенное пятно. Для точного наведения применяется лазер 5'. Оба лазера фиксируются винтом 3.
Лазерный излучатель считается готовым к работе, если после пробных принудительных колебаний маятника с лазером 5' след лазера на марке-экране занимает одно и то же положение.
Заключительным этапом установки лазерного излучателя считается отключение блока электропитания от лазера 5 (он был подключен непосредственно к блоку электропитания на период наведения) и подключение к нему электрокабеля проложенного к марке-экрану. Для защиты лазерного излучателя от внешнего воздействия на ось 13 устанавливается защитный кожух 6 с отверстием 11 для визирования лазера.
Марка-экран. Фиг.2
Марка-экран представляет собой стальной лист с рекомендуемой толщиной 1 мм, минимальным размером 150×200 мм. Марка-экран окрашивается в белый цвет. На марку экран наносится координатная сетка с осями Z и Y. Расстояния между линиями Z - 20 мм, между линиями Y - 10 мм. На период фотографирования предусматривается на марке-экране размещать лист белой бумаги 16, на котором указывать: объект контроля, контрольную точку, дату, температуру. Лист бумаги крепится к марке магнитными шайбами 17. Марка-экран крепится к неподвижной части объекта в точках 18.
1
2
В качестве примера - определение смещения одной части сооружения относительно неподвижной части этого сооружения в вертикальном направлении, на марке-экране (фиг.2) показаны два предполагаемых следа лазерного луча на даты: t-19 и t-20.
2
1
1
2
1
2
По изображениям следа лазерного луча на фиг.2 производится определение смещения контрольной точки за период t-t. Например: контролируемая точка имеет условную отметку по проекту +10,0 м. Отметка определена геодезическим методом. Согласно результатам первого фотографирования на время геодезического контроля Z(t)=+0,03 м=+0,03 м, согласно результатам повторного фотографирования Z(t)=+0,01 м. Таким образом фактическая отметка контролируемой точки на время 12 будет равна: 10,00-(Zt-Zt)=10,00 м-(0,03 м-0,01 м)=9,98 м.
Результаты контроля показывают, что высотная отметка контролируемой точки имеет тенденцию к уменьшению. Полученные в результате, как минимум, двукратного фотографирования отметки контрольных точек следует анализировать с учетом времени года, материалов строительства сооружения и осадков.
Фотографирование марки-экрана.
Наибольшее удобство, как показали опыты, для фотографирования следа лазерного луча представляет мобильный телефон с фотокамерой.
Расположение фотокамеры по отношению к марке-экрану зависит от направления лазерного луча к плоскости марки-экрана.
В связи с выше изложенным, возможны два варианта:
1. Исполнитель, не закрывая собой лазерный луч, получает изображение на экране телефона, у которого обе оси марки-экрана примерно параллельны сторонам экрана телефона. В этом случае получается изображение марки-экрана с минимальными искажениями, близкое к фиг.2.
2. Исполнитель, не закрывая собой лазерный луч, может выполнить только 2 условия:
а) изображение только оси Z марки-экрана на экране фотокамеры параллельно одной из сторон экрана камеры;
б) изображение марки-экрана занимает полностью экран фотокамеры.
В этом случае получится фотоснимок, аналогичный фиг.3, наличие на обоих снимках координатной сетки позволяет определить точное положение следа лазерного луча на определенную дату по вертикали.
Наряду с фотографированием следа лазерного луча с контрольных точек кровли зданий, сооружений предлагается определить положение этих точек по высоте, согласно проекту строительства сооружения, геодезическим методом. Это положение относится к объектам, эксплуатируемым до установки лазерного контроля. Если время начала эксплуатации сооружения и начала лазерного контроля совпадают, то геодезический контроль дополняется лазерным контролем. В дальнейшем необходимость в геодезическом контроле отпадает.
Проверка предлагаемого способа контроля смещения отдельных точек сооружения, относительно других точек сооружения, считающихся неподвижными.
Для проверки предлагаемого способа контроля был изготовлен лазерный излучатель 10, марка-экран, блок питания и электрический кабель длинной 40 м.
Целью проверки была проверка работоспособности отдельных элементов системы лазерного контроля.
1. Лазерный излучатель.
Лазером для излучателя служит лазер-"указка" производства Китай, приобретенная в торговой сети по цене 25 руб/шт. Оптика к лазеру извлечена из игрушечного бинокля. В заявке предлагается использовать два лазера, один из которых должен быть с большим лазерным пятном для удобства наведения. Маятником для излучателя служит деталь из железа весом 1,5 кг на подшипниках 2 (фиг.1) с внешним диаметром 20 мм. Проверка устойчивости направления лазерного луча, излучаемого излучателем, закрепленным на маятнике, изготовленным из вышеупомянутых материалов, показала высокую точность.
2. Марка-экран.
Марка-экран изготовлена из листовой стали. Координатная сетка имеет вид, как изображено на прилагаемых фотографиях. В заявке учтены недостатки первоначальной координатной сетки, а именно обозначены оси Z и Y, а также по оси Z увеличено количество линий.
3. Блок электропитания.
Блок электропитания состоит из 3 батарей по три элемента А6-13 в каждой. Напряжение в батарее 4,5 В. Наличие трех батарей гарантирует высокую надежность электроснабжения.
4. Электрический кабель.
При производстве опытных снимков следа лазерного луча проверялось ожидаемое падение напряжения при длине электрокабеля - 40 м. Как показали опытные работы, падение напряжения на качестве фотографий не сказалось.
5. Фотографирование.
Фотографирование, как указывалось выше, рекомендуется и проводилось на камеру мобильного телефона «Samsung» 21 (фиг.5). Фотографирование и обработку снимков делал ученик 11 класса, который выполнил рекомендации при фотосъемке следа лазерного луча, упомянутые в заявке.
Для съемки было подготовлено два варианта: фиг.4, фиг5. Варианты съемки представлены двумя виртуальными схемами.
а) Расстояние от марки-экрана до лазерного излучателя 12 м (фиг.4), угол визирования луча к плоскости марки-экрана 45°. Плоскость экрана и ось Z вертикальны. Результаты фотосъемки на фото 1 и 2.
б) Расстояние от марки-экрана до лазерного излучателя 28 м (фиг.5), угол визирования луча к плоскости марки-экрана 45°. Плоскость экрана и ось Z вертикальны. Результаты фотосъемки - на фото 3, 4.
1
2
2
1
Фотографии 2 и 4 получены после перемещения марки-экрана по вертикали вниз. На примере фотографий 1 и 2 показан порядок определения величины смещения контрольной точки. Путем промеров определена середина изображения следа лазерного луча на снимках 1 и 2. Согласно координатной сетки середина снимка луча на фотографии 1 имеет отметку Z=-3,2 см, на фотографии 2 имеет отметку Z=+1,3 см. Десятые доли сантиметров определяются, как принято в геодезии, на глаз. Таким образом, смещение контрольной точки за период между двумя наблюдениями составило: Z=Z-Z=1,3-(-3,2)=4,5 см. Этот пример показывает, что определение смещения контрольных точек кровли зданий методом лазерного визирования и фотографирования под силу ученику 11 класса. Простота метода позволяет контролировать кровлю тех объектов, которые в настоящее время не контролируются геодезическим методом или контролируются редко.
Ниже приведен неполный список объектов, на которых произошли обрушения кровли или были проблемы с кровлей. Список составлен согласно сообщениям телевидения.
- Аквапарк (Трансвааль парк), Москва.
- Басманный рынок, Москва.
- Кровля терминала аэропорта им. Шарля Де Голля, Париж.
- Ангар космического аппарата «Буран».
- Фойе двух школ и одно фойе детсада.
- Проблемы с кровлей спорткомплекса Крылатское в Москве.
- Ряд сообщений об обрушении кровли спортзалов.
- Сообщение об обрушении трубопровода над автотрассой.
- 13 декабря 2010 г. в одном из северных городов США обрушилась кровля спорткомплекса от снега. Работы по очистке кровли были начаты поздно.
До составления заявки ознакомлен со следующей литературой:
1. Современная геодезическая техника (издание 2008 г., автор Дементьев).
2. Лазерные геодезические приборы в строительстве (издание 1998 г, автор Кармайф, Клюшин).