Геодезические методы измерения перемещений

Сдвигомеры

Приборы, измеряющие деформации сдвига, называются сдвигомерами. Широкое распространение из этой группы приборов получил тензо­метр - сдвигомер Аистова (ТСА). Он может быть использован как тензо­метр или сдвигомер. При этом кинематическая схема указанного сдвигомера практически полностью аналогична представленному выше электроме­ханическому тензометру на рис. 23. с той лишь разницей, что у тензометра-сдвигомера Аистова имеется еще дополнительно оснастка (рис. 23) для установки прибора на строительную конструкцию, состоящую из нескольких элементов, между которыми в процессе испытания возможны сдвиговые деформации.

Рис. 23. Дополнительная оснастка и схема установки тензометра-сдвигометра на строительную конструкцию

Классические геодезические методы. Под геодезическими мето­дами понимают обычно совокупность приемов для измерения перемещений в исследуемых конструкциях с помощью геодезических приборов - теодо­литов и нивелиров.

Измерение вертикальных перемещений отдельных элементов со­оружений производится на основе нивелирования - либо технического, ли­бо высокоточного. Нивелирование во время испытания может производиться по маркам и реперам, установленным для длительных наблюдений за деформационным поведением обследуемых сооружений. При использова­нии нивелиров с приспособлением для оптического смещения линии визи­рования возможна оценка определенных перемещений сооружения с точно­стью до 0,01мм.

Измерение горизонтальных перемещений сооружений или отдель­ных элементов несущих и ограждающих конструкций производят на прак­тике с использованием теодолитов.

На практике теодолит центрируют под неподвижной точкой, вы­бранной на расстоянии 25...40м от сооружения в зависимости от его высо­ты. При этом на необходимых точках сооружения прикрепляют временные марки; при определении горизонтальных перемещений наиболее часто ис­пользуются 2 способа.

1. Способ измерения углов при повторных наведениях теодолита на наблюдаемые марки. При этом, зная расстояние от теодолита до наблюдае­мой марки и абсолютную величину приращения измеряемых горизонталь­ных углов, находят расчетным путем линейные горизонтальные перемеще­ния наблюдаемых точек.

2. Способ так называемого «бокового» нивелирования, в котором при каждом отсчете рабочую трубу теодолита сначала наводят на наблюда­емую марку, а затем поворотом в вертикальной плоскости на 180 - на го­ризонтальную рейку с миллиметровой шкалой, закрепленной так, чтобы она заведомо всегда оставалась неподвижной во время испытаний. Разность последовательных отчетов, взятых по рейке, и дает искомое перемещение наблюдаемых точек в горизонтальном направлении.

Однако на практике имеют место случаи отсутствия прямой види­мости для наблюдаемых точек, что не позволяет широко использовать гео­дезические методы для глобальной оценки деформационного поведения обследуемого сооружения.

Гидростатическое нивелирование. Гидростатическое нивелиро­вание нашло широкое применение в геодезии и машиностроении при пост­роении различных профилей местности и установке в проектное положение оборудования различных технологических линий.

Рис. 24. Схема измерения вертикальных перемещений сооружений с помощью системы гидростатического нивелирования: 1 - стеклянная трубка; 2 - рабочая шкала; 3 - гибкие шланги; 4 - уравнительный бак; 5 - измеряемые перемещения; 6 - базовая (нулевая) линия измерения

Этот способ основан на определении взаимного превышения про­веряемых точек на уровне стояния жидкости в сообщающихся сосудах. Схема установки показана на рис.24. Чувствительность метода может быть значительно повышена установкой в трубках с внутренним диаметром порядка 5 см специальных микрометрических головок, оканчивающихся специальным коническим острием. При этом уровень жидкости в рассматриваемом случае определяется путем световой, либо звуковой сигнализа­ции в момент касания острия головки поверхности жидкости. Рабочие отче­ты берутся по шкале головки с точностью 0.01 мм.

Отвесы. Применяют для определения взаимных горизон­тальных смешений точек сооружения, расположенных на одной вертикали. Различают два типа отвесов: прямой и обратный.

Конструктивная схема прямого отвеса показана на рис.25, а об­ратного отвеса - на рис.26.

Рис 25. Конструктивная схема прямого отвеса: 1 –исследуемое сооружение; 2 - марка с горизонтальной шкалой; 3 - отвес в сосуде с маслом; 4 - кронштейн для отвеса; 5 - линейная шкала; 6 - микроскоп; 7 –струна.

Прямой отвес используют наиболее часто для определения гори­зонтальных смещений наземных частей зданий и сооружений, возникаю­щих при неравномерных деформациях грунтовых оснований, а также от крановых горизонтальных нагрузок либо от копровых установок.

Обратный отвес используют для выноса на дневную поверхность через вертикальную шахту положения рабочей марки заложенной, напри­мер, в основании гидротехнической плотины.

Метод натянутой нити. Для точек, расположенных по прямой (в горизонтальном «створе»), перемещения, перпендикулярные перемещению створа, могут измеряться с помощью натянутой проволоки. Это целесооб­разно при отсутствии прямой видимости или при большой длине створа, т.е. в случаях, требующих переноса оптических геодезических инструмен­тов на промежуточные марки, что на практике снижает точность получае­мых результатов. На рис.27 показана конструктивная схема метода натя­нутой нити.

Горизонтальные перемещения, перпендикулярные направлению створа, возникающие в сооружении, определяются с точностью до 0,1мм соответственно по изменению положения поплавков относительно корпуса их ванночек. Отчеты на практике берутся по линейкам с нониусами.

а б

Рис. 26. Конструктивная схема обратного отвеса:

а - схема, требующая полкой герметизации и большого объ­ема масла; б - усовершенствованная схема;

1 - поплавок,

2 - струна;

3 - марка;

4 - корпус;

5 - рабочая жидкость;

6 - отсчетное устройство

а б

Рис. 27. Конструктивная схема метода натянутой нити для определения горизонтальных смешений обследуемых строительных объектов: а - общая схема; б - схема плавающих опор; 1- стальная проволока; 2 - натягивающий груз; 3 - неподвижная опора; 4 - плавающая опора; 5 - ванночки; 6 - поплавок; 7 - вилка фиксатора проволоки; 8 - ограждающие конструкции объекта

Рассматриваемый метод разработан для наблюдений перемещений в гидротехнических сооружениях. В ходе обследования плотин при длине створов, например, до 600 м разброс показаний при повторных отсчетах не превышает ± 0,2мм.