Конспект_лекций_4_курс__по_Прик._геод._часть1

				h = (П2	- З2)	-	(d1	-	d2).
		а)					б)
0	N1			0	N2
		0	N2				0		N1
					З2
	З1
		П1		d2
d1									d1
				d2
	h1	h2			h1		h2
h	А			h	А
			B						B

Рис. 3.9. Измерение превышения гидростатическим нивелиром:

а) – прямое положение сосудов; б) – обратное положение сосудов

(3.25)

Разность d1 - d2 является местом нуля (МО) прибора. Суммируя и вычитая выражения (3.24) и (3.25), находят

	h =	( П1 - З1 ) + ( П2 - З2 )	;	МО =	( П1 - З1 ) - ( П2 - З2 )	.	(3.26)
		2			2

Стационарные гидростатические системы и переносные приборы Методы гидростатического и гидродинамического нивелирования яв-

ляются менее распространенными при установке конструкций и изучении осадок сооружений и оснований, чем метод геометрического нивелирования, но для ряда объектов и условий контроля являются предпочтительными. Наибольшее применение они находят благодаря своим достоинствам:

-обращение с оборудованием и производство измерений не требуют высокой квалификации исполнителей;

-возможность определения осадок точек, доступ к которым затруднен и в некоторых случаях вообще отсутствует;

-при использовании гидростатических стационарных систем время и трудозатраты на непосредственное измерение осадок значительно меньше, чем при геометрическом нивелировании;

61

-возможность автоматизации процессов измерений;

-в благоприятных условиях точность гидростатического нивелирования может быть более высокой, чем при геометрическом нивелировании.

В то же время гидростатические приборы и системы имеют и ряд серьезных недостатков, не позволяющих использовать их широко в практике контроля деформаций многих объектов промышленных предприятий. К ним относятся:

-колебание температуры, которое приводит к изменению плотности жидкости, а следовательно, и высот столбов жидкости, что не позволяет применять повсеместно гидростатический метод в производственных цехах, особенно это проявляется в системах с перераспределением жидкости;

-влияние вибрационных нагрузок от работающего оборудования на точность отсчитывания, что не позволяет применять этот метод на сооружениях

иоборудовании со значительными динамическими нагрузками;

-малый диапазон измеряемых превышений, что затрудняет работы по установке КИА и использование метода при больших осадках и деформациях;

-большие затраты на установку, проверку и обслуживание автоматизированных систем контроля, что выгодно только при непрерывном контроле или периодическом контроле с высокой частотой замеров; - отсутствие общепринятых классов и методик гидростатического, гидроди-

намического нивелирования и приборов с перераспределением жидкости, что затрудняет метрологическое обеспечение геодезических работ.

Исходя из перечисленных выше преимуществ и недостатков, переносные приборы гидростатического нивелирования целесообразно применять при установке в проектное положение оборудования, измерении осадок объектов с летучим или периодическим контролем, где требуются точности измерения превышений выше, чем это может обеспечить геометрическое нивелирование.

Стационарные гидростатические и гидродинамические системы целесообразно применять при измерении осадок объектов с непрерывным или частым периодическим контролем и требуемой высокой точностью измерений. При этом температурные и вибрационные нагрузки на систему должны быть незначительными. Автоматизированные стационарные системы, дополнительно к сказанному, целесообразно создавать и при контроле деформаций сооружений на разных уровнях и в разных помещениях, что позволит значительно ускорить

иудешевить съем информации.

Стационарные и переносные приборы и системы состоят из следующих основных частей:

1)сосудов (они не должны иметь капилярность, изготовлены из стекла для просматривания мениска жидкости, одинаковый диаметр);

2)соединительные шланги (гибкие, иногда термоизолированные, одного диаметра, не иметь перегибов) или трубы;

3)клапана для перекрытия шлангов во время переноски сосудов;

4)устройства для обнообразной установки сосудов перпендикулярно оси сосуда;

62

5) микрометренные устройства для отсчитывания.

Конструктивные особенности гидростатических нивелиров зависят от предназначения прибора, требуемой точности и диапазона измерения превышений, условий измерений.

Гидростатический нивелир Мейссера состоит из двух гидростатических сосудов (головок). Сосуды соединены шлангом. Измерение превышений заключается в следующем. Гидростатические сосуды с перекрытыми кранами 10 подвешиваются на реперные болты (марки) 4. Для этого оттягивается правый верхний фиксирующий винт и сосуд посадочным местом 3 (пятка прибора) устанавливается на реперный болт 4, после чего фиксирующий винт опускается. Нижняя часть сосуда охватывается хомутом 12, и юстировочными винтами 13 пузырек круглого уровня 2 приводится в нуль пункт. Открывают краны 10 и дожидаются стабилизации положения уровней жидкости в сосудах (для данного прибора время стабилизации жидкости около 3 минут).

				1
				2																							1 – зеркало
																							3
																											2 – круглый уровень
																							5				3 – агатовая пластина
																							4
																											4 – реперный болт
																							6
																											5 – винт
																											6 – ползун
																									8		7 – шток
																											8 – микрометренный винт
																										7
																											9 – сосуд с жидкостью
																											10 – кран
																					9						11 – соединительный шланг
																											12 – фиксирующий хомут с
																								13			юстировочными винтами
																											13 – юстировочные винты
				12
																	10
																	11

Рис. 3.10. Гидростатический нивелир конструкции Мейссера

63

Таблица П.3.1

Методы и средства измерений превышений, осадок и их характеристика

Методы и средства

СКП измерений,

Основные условия

измерений

предельные пара-

обеспечения точности

метры

1

3

1. Механический

1.1.

Микронивелирование

по

(0,005 - 0,020) мм на

По гладким поверхностям, из

выверяемым

конструкциям

с

1 м длины

прямого и обратного измерения.

помощью микронивелира.

1.2. Рамные, брусковые, мик-

0,02 - 0,15 мм/м

По гладким поверхностям, из

рометрические, электронные

и

прямого и обратного измерения.

строительные уровни (см. табл.

П.3.8).

2. Оптический.

2.1. С использованием ни-

На одну станцию

велиров (см. табл. П.3.9 –

П.3.11).

I кл. - 0,16мм

Согласно требований «Инст-

2.1.1. Нивелирование I, II,

III

и

II кл. - 0,30 мм

рукции по нивелированию I, II,

III кл. - 0,65 мм

III и IY классов», [80].

IY кл. (государственное).

IY кл. - 3,0 мм

I раз. – 0,08 мм

Согласно [119].

2.1.2. Разрядное нивелирование

II раз. – 0,13 мм

III раз. – 0,40 мм

для измерения осадок гидро-

технических сооружений.

0,05мм (ГН-005)

Согласно [14, 77].

2.1.3.

Геометрическое

ниве-

0,10мм (ГН-010)

0,25мм (ГН-025)

лирование короткими луча-ми

0,50мм (ГН-050)

специальных классов, (см. табл.

П.8.1.2- П.8.1.4).

I раз. – 0,15 мм

Согласно [43].

2.1.4. Разрядное нивелирование

II раз. – 0,50 мм

III раз. – 1,5 мм

для измерения деформаций ос-

IY раз. – 5 мм

нований зданий и сооружений.

0,10 мм при расстоя-

В зависимости от точности изме-

2.2.

С

использованием

тео-

нии до 10м, 0,50 мм

рений расстояний и

вертикаль-

при расстоянии до

ных углов, а

также

величины

долитов

-

тахеометров

(гео-

20м, 2 мм при рас-

превышения и положения прибо-

дезическое

нивелирование)

и

стоянии до 100м.

ров [103].

электронных тахеометров (см.

табл. П.3.29 – П.3.34).

3. Гидростатический

0,02 - 0,05 мм при h

Начальная цифра

- для лабора-

до 100 мм и расстоя-

торных условий,

конечная - для

3.1.

Гидростатические

высо-

ниях до 20м

нормальных

производственных

томеры

(уровни, нивелиры),

условий (перепаде температур в

64

модели 129, 152 завода ‘‘Ка-
либр’’ и им равноточные, (см.
табл. П.3.12).					0,02 мм при h до 25
					мм и расстояниях
3.2. Гидростатический			высото-		до 20 м
мер (нивелир) ЭНИМС (см.
табл. П.3.12).					0,02 мм при h до 100
					мм и расстояниях
3.3.	Гидростатический		высо-		до 20м
томер (нивелир) Мейссера (см.
табл. П.3.12).					0,5 мм при h до 200
					мм и расстояниях
3.4. Нивелиры штанговые тех-					до 20 м
нические типа НШТ – 1.
					20 мм при h до 20 м
					и расстояниях
3.5. Нивелир электронный гид-					до 200 м
ростатический		‘‘Рельеф-3’’
(СНИИГГиМС).					20 мкм
3.6. Система гидростатического
нивелирования СГН-27Д и ей
равнозначные.					0,02 мм при h
					до 100 мм
3.7.	Автоматизированная			си-
стема	гидростатического			ни-
велирования		“ELWAAG”
(ФРГ).					0,1 – 0,5 мм
3.6.	Система	гидродинамиче-
ского	нивелирования		СГДН-
10Д (ЕРПИ).

цехе не более 5 С).

При перепаде температур по линии нивелирования не более 3 С.

При перепаде температур по линии нивелирования не более 3 С

При нормальных производственных условиях.

Диапазон рабочих температур от

–30 до +50 С.

В закрытых помещениях, при периодическом контроле с большой частотой замеров.

Для контроля деформаций фундаментов турбоагрегатов.

Напряжение сети 220 В, температуры окружающей среды от 5 до 45 С.

Лекция 8

1.3Основные источники ошибок геометрического нивелирования и пути их уменьшения. Оценка точности результатов нивелирования

При нивелировании короткими лучами в условиях строительства или действующего предприятия участвуют три группы погрешностей (ошибок):

-инструментальные,

-внешней среды,

-личные.

А) Инструментальные ошибки (будем считать для 25 м):

65

1) визирования mвиз =W х S/V х ρ= 10”x 25000мм/40 x 206265=0,03 мм. Может быть уменьшена за счет более коротких линий визирования.

2) Совмещения концов уровня (горизонтирования визирного луча) mсов=0,25”х 25000 мм/ρ =0,03 мм Может быть уменьшена за счет более коротких линий визирования.

3) За угол I mi = 20”х 0,5 м / 206000 = 0,05 мм. Может быть уменьшена за счет более точной установки в середину и более точной выверки угла i.

4) Изменения фокусировки зрительной трубы mфок=0 – При точной установке в середину перефокусировку не делают.

5) Ошибки барабана микрометра mбар = 0,0005 х 50дел = 0, 025 мм. Уменьшается за счет взятия нескольких отсчетов. (основная и допол-

нительная шкалы, два горизонта и т.п.

6) Смещения сетки нитей. По Пискунову mсетки нитей = 0,03 мм. Необходимо одинаково наводится на штрихи рейки.

7) Нанесения делений рейки mдел = 0,35 мм. Исследуют и иногда вносят поправки в отсчеты

8) Разности высот нулей реек. mнулей=0. Работают одной рейкой.

		b 2			a		3000 62		40 6
9) За наклон рейки	m									(0,006	0,08)мм
	нак	2	2				2 3438		3438

Применяют оградительное кольцо.

10)За неточную выверку уровня mвыв.уровня- по той же формуле, но ошибки вдвое меньше за счет более тщательных действий.

11)За неперпендикулярность плоскости пятки mпятки = 0,025 мм (оградительное кольцо)

12)Коробления рейки mкороб = 0. Лента натягивается пружиной и при короблении тела рейки не изменит своей прямолинейности.

Б. Ошибки внешней среды

1)От изменения высоты прибора и костылей (для грунтов – 0,02 мм. (на жестком основании и по твердым точкам)

2)От деформации прибора, вызванной односторонним температурным нагревом – изменяется угол i (из опытных данных 0,6” на 1 градус С. Уменьшаются при быстрых измерениях, либо следует теплоизолировать прибор).

3)От изменения длины реек при изменении температуры по сравнению с температурой компарирования (для инвара m=0,000002 *3м*1°=0,006мм. Следует измерять температуры и вводить поправки)

4)От конвекции воздуха (шлюзование, отключение вентиляторов и других источников тепла, дублированный репер)

5)От изменения длины реперной трубы m=α ∆ t (Вводят поправки за температуру)

6)От температурных деформаций конструкций m=α ∆ t.(Вводят поправки за температуру).

66

В. Личные – постоянные и переменные (один наблюдатель)

M	взг.нарейку	m2	m2	m2	m2	m2	.... 0,12мм
		виз	гор	i	фок	сет.нит

Mпрев M 2 /2 0,12мм (по двум шкалам и по двум рейкам).

При двух горизонтах Mh,2гор. Мпрев /2 0,08мм Методика измерений – дать по лабораторной работе. Оценку точности производят по формулам

[ Pδ2 ]

mh

=

[

f 2

]

N ; mh

=

;

(3.30)

n

N'-r

нев

попр

где m

- средняя квадратическая погрешность превышения

на одну

h

нев

станцию нивелирования, полученная по невязкам полигонов; mhпопр - то же, полученная по поправкам из уравнивания;

f - невязка в полигоне;

n - число станций в полигоне; N - число полигонов;

P=1/n΄ ,где n΄- число станций в ходе между узловыми точками; N΄ - число ходов в сети;

r - число узловых точек в сети.

67

Лекция 9

1 Методы и средства для контроля установки конструкций по вертикали. Основные источники погрешностей.

1.1 Методы и средства

Многие конструкции зданий, сооружений и оборудования необходимо устанавливать в вертикальное положение.

Наиболее часто эта задача возникает при установке колонн зданий и сооружений, передаче осей на монтажные горизонты, контроле кренов высотных сооружений, например

-многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных панелей, крупных блоков или кирпичной кладки;

-рабочих зданий и силосных корпусов элеваторов;

-дымовых и вентиляционных труб ТЭС, АЭС и других предприятий;

-бетонных плотин, подпорных стенок и других жестких высотных сооружений;

-защитных оболочек реакторов АЭС;

-многоэтажных этажерок для установки технологического и энергетического оборудования;

-телебашен, вышек антенн, вышек радиорелейных линий и других антенных сооружений связи;

-промежуточных, анкерных, анкерно-угловых, концевых, специальных переходных опор ЛЭП;

-бурильных вышек для разведки и добычи нефти и газа;

-угольных башен коксохимических заводов;

-доменных печей;

-водонапорных башен и градирен;

-резервуаров жидкого топлива, силосов сыпучих материалов и других высоких емкостных сооружений.

Контроль вертикальности в процессе монтажа и ремонтных работ осуществляют для следующих видов оборудования промышленных предприятий:

-вертикальных гидравлических турбин;

-вертикальных насосов большой производительности;

-мощных вертикальных прессов;

-рефтикационных колонн и др.

Впрактике геодезических работ наибольшее распространение получили механические и оптические методы измерений; причем использование конкретных методов, как правило, определяется типами технических объектов, видом геометрического параметра, требуемой точностью и условиями измерений.

Вмеханических методах измерений применяют механические средства измерений и специальную оснастку. К самым распространенным механическим средствам измерений относят рейки-отвесы с уровнями, отвесы с мери-

68

тельным инструментом, приспособлениями для их подвески и устройством для гашения колебаний. Рейки-отвесы с уровнем (см. табл. П.3.5) предназначены для выверки вертикальных элементов зданий и сооружений – стоек, колонн, вертикальных панелей, кирпичной кладки и т.п., где высота элементов не превышает 4 м. Точность таких измерений характеризуется СКП порядка 0,5 – 2 мм на высоту до 4 м.

Точность измерений кренов отвесами может колебаться в широких пределах – от 1 : 1 000 (легкий строительный отвес для выверки строительных элементов по вертикали) до 1 : 500 000 (тяжелые отвесы для контроля центровки валов вертикальных гидротурбин и насосов). Точность измерений кренов зависит от многих факторов, основными из которых являются влияние воздушных потоков на отклонение нити отвеса, точность мерительного инструмента и приспособлений, качество используемой нити (струны), высота проецирования.

Строительные отвесы (обычно наборы от 0,15 до 5 кг, см табл П.3.5) применяют в основном для выверки колонн высотой от 4 до 8 метров и передачи осей с горизонта на горизонт в многоэтажных зданиях.

а

	колонна	Кабс=b-a
h
	отвес	Kотн=Kабс\ h
b

Механические методы измерений с помощью тяжелых отвесов, как пра-

вило, применяют в закрытых помещениях, где отсутствуют сильные воздушные токи. Наибольшее распространение эти методы измерений нашли при выполнении контроля вертикальности крупных вращающихся агрегатов с вертикальной продольной осью – гидравлических турбин, насосов большой производительности, сепараторов и других изделий аналогичного типа, а также контроля крена и изгиба высотных бетонных плотин. В указанных случаях эти методы и средства измерений имеют преимущество по сравнению с другими методами по точности и возможности автоматизации измерений.

Самые высокие точностные требования предъявляются к выверке вертикальных валов гидроагрегатов. По техническим условиям монтажа вертикальные валы гидроагрегатов центрируются так, чтобы относительное отклонение оси от вертикали не превышало δтех(отн) 0,02 мм/м (на 1 м длины вала).

Предварительное центрирование вала производят с помощью рамного уровня. Более точное центрирование производят по струнным отвесам [239]. Для этого к специальной крестовине, закрепленной на верхнем фланце вала, навешивают четыре струны по перпендикулярным осям х и у (рис. 4.4.1).

69

а)

б)

Рис. 4.4.1. Контроль вертикальности вала гидротурбины:

а) схема расположения отвесов; б) измерительная вилка

Струны рекомендуется навешивать ближе к валу и, по возможности, на равном расстоянии от него. Для струн диаметром 0,3 мм применяются отвесы массой 5 – 6 кг. После навески струн и установки успокоительных сосудов с маслом собирают электрическую схему измерения вертикальности вала. Зажимы источника постоянного тока присоединяют к крестовине и через милливольтметр к валу турбины. Сеть будет разомкнутой, так как между крестовиной и фланцем вала помещают изоляционную прокладку.

В измеряемых сечениях на вал надевают специальные упорные хомуты. Они служат для точной установки специальной вилки с микрометрической головкой из набора штихмасса (рис. 4.4.1, б). Опираясь вилкой на хомут и прижимая ее к валу, нащупывают кратчайшее расстояние от вала до струны. Длину измерительной вилки изменяют поворотом барабана микрометра. Точность отсчитывания по измерительной вилке 0,01 мм. Нужную степень касания головки штихмасса и струны определяют по слабому отклонению стрелки милливольтметра (2 – 3 деления) или при пользовании наушниками – слышимым шорохом.

Более подробные сведения о механических средствах измерений и их применении приведены в литературных источниках

Методы и средства проектирования по вертикали, измерений кренов и наклонов конструкций сооружений и оборудования

70