CC BY
714
УДК 528.482:681.3 А.В. Агейкин, В.Н. Щукина
Государственный архитектурно-строительный университет, Тюмень
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕНА ОДИНОЧНОГО СООРУЖЕНИЯ БАШЕННОГО ТИПА
Об устойчивости дымовых труб и ректификационных колонн судят по величине крена - отклонения оси сооружения от вертикали (рис. 1).
а)
о" 0[ о'
б)
°\ /°'
н
\ \\ Ні /\ 1/ \ Ь
' Г і І/ N
КІОр \о^
/ '/ \ \ \
/'"" 7 'ч ' 1 і -іч \ г "ч!
\ О N у о*—)
н
Рис. 1. Крен дымовой трубы а) и ректификационной колонны б)
Полный крен К есть отрезок О'О'' в горизонтальной плоскости, проведенной через центр О' верхнего пояса (горизонтального сечения) сооружения [1, 2]. Точка О'' является ортогональной проекцией центра О основания сооружения, удаленного на высоту Н от верхнего пояса. Частный крен Кі есть отрезок ()'()[ также в плоскости верхнего пояса при проектировании центра Оі нижнего видимого пояса, отстоящего от точки 0[ на величину ^. Величину К (кі) принято называть линейным креном. В относительной мере крен і определяется из выражения:
г = К/н■
Допустимые значения полного крена сооружений башенного типа приведены в табл. 1 [1, 2].
Таблица 1. Предельные крены дымовых труб и ректификационных колонн
Номер п/п Наименование сооружений Предельный крен
линейный К, м относительный К/Н
1 Дымовые трубы высотой Н, м: Н < 100 0,50 0,005
2 Дымовые трубы высотой Н, м: 100 < Н < 300 0,50 - 0,33 0,005 - 0,003
3 Ректификационные колонны высотой Н до 100 м 0,40 0,004
Существующие методы определения крена сооружений башенного типа основаны на наличии видимости фиксированного нижнего (например, цокольного) пояса с трех опорных пунктов (станций). Поэтому в стесненных условиях промышленных предприятий сооружают наблюдательные площадки на крышах зданий, что ведет к значительному удорожанию и снижению уровня безопасности работ.
В работе [3] изложена идея редуцирования измеренных на нижние видимые (различные) пояса сооружения направлений к центру основания его. Для реализации этого метода нужно знать координаты Х и Y станций и полную высоту сооружения. Для определения крена методом измерения отдельных малых углов (составляющих крена в угловой мере) в руководстве [1] рекомендуется размещать станции таким образом, чтобы угол при сооружении был близок к 90°.
В настоящей работе рассматриваются случаи определения крена одиночного сооружения башенного типа при произвольном (удобном для наблюдений) выборе месторасположения станций, при неизвестной полной высоте сооружения. Подробно описывается методика полевых и вычислительных работ с оценкой точности при измерении с трех станций отдельных малых углов на различные нижние видимые пояса сооружения. По разностям значений крена, полученных в циклах наблюдений, можно судить о сдвигах (горизонтальных смещениях) фиксированных точек сооружения.
Рассмотрим методику определения крена дымовой трубы или ректификационной колонны (см. рис. 2) при измерении отдельных малых горизонтальных углов и зенитных расстояний с трех или четырех станций в стесненных условиях действующего промышленного предприятия.
В каждом цикле наблюдений (не менее одного раза в год) крен сооружения следует определять дважды (из двух комбинаций). При этом возможны два случая, наиболее часто встречающиеся в практике. В первом случае достаточно вести наблюдения с трех пунктов, выбрав затем две комбинации для вычисления крена (рис. 2а). Во втором случае производят наблюдения с двух пар пунктов (рис. 26).
Пункты наблюдений выбирают на промплощадке таким образом, чтобы угол у при наблюдаемом сооружении в каждой комбинации имел значение в пределах 45 - 135°.
О
Рис. 2. Схемы определения крена сооружения башенного типа
из двух комбинаций:
(Г) - пункты наблюдений; ст.1 и ст.2 - станции (пункты наблюдений в комбинации); N -северное направление магнитного меридиана; к1 и к2 составляющие крена; О'О -
полный крен
На каждом пункте теодолитом типа Т5 или Т2 измеряют горизонтальные углы в, отдельные малые углы Ав (см. рис. 2) и зенитные расстояния z, и z на общий верхний пояс О' и видимый нижний пояс Ог- (рис. 3).
Рис. 3. Схема измерения зенитных расстояний на пункте 1:
1 - ось сооружения; 2 - отвесная линия; 3 - поверхность земли; - расстояние от пункта 1 до оси сооружения; 4 - горизонт инструмента; 5 - горизонт верхнего общего пояса сооружения; О - центр основания сооружения
Для разрешения неоднозначности фиксации нижнего пояса наблюдаемого сооружения в комбинации нами предложено вводить поправки 5р в отдельные малые горизонтальные углы Др по формуле [3]:
т=ад
(2)
где величина кг- (вертикальное расстояние между центром О' и центром Ог видимого нижнего пояса), вычисляемая по формуле: к, = б/ <7^; - Сі£гі I. (3)
Расстояние йі находят из треугольников, включающих базис Ь и центр О' наблюдаемого сооружения. Базис Ь достаточно измерить нитяным дальномером или снять графически с плана промпредприятия. Докажем последнее положение.
Точность определения поправок 8рі зависит от точности измерения направлений (с погрешностью тн) и зенитных расстояний (с погрешностью т),
а также от ошибки определения к.
Дифференцируя выражения (2) и (3), и, полагая 2' = 45°, 2 = 90°, Н = 1,25к, получим формулу для вычисления средней квадратической погрешности т$в определения поправки ё@ за редуцирование (приведение к центру О) измеренных на нижние пояса направлений:
т
= 0,125 ті +1,56
где
2 2 ть=тс +
т,
\2
к
Л/?2
(4)
сГ_
- т_
(5)
При производстве угловых измерений теодолитом типа Т2 можно принять тк = тй. Положив Ав = 1000”, тн = 5” и тй / й = тк / к = 1/300, получим:
т$в = 2”. Величиной ш^ = 2” можно пренебречь. Следовательно, утверждение о том, что расстояние й достаточно определять с погрешностью 1/300, доказано.
Составляющие к и к2 и полный крен К для комбинации (ст. 1 и ст. 2 на рис. 2а) по формулам [2]:
к1 =
206265
1
І, к2 =
ед2 +
206265
і
К - ——д/^2 + к2 - 2к] ■ к2 соэ у.
(6)
Сделаем два замечания о точности определения крена сооружений башенного типа. Средняя квадратическая погрешность М определения местоположения точки О (см. рис. 2) прямой угловой засечкой, соответствующая показателю точности определения крена, может быть вычислена по формуле [2]:
2
М = —(7) рэт у
где тв - средняя квадратическая погрешность измерения (определения) углов вг и в2; й1 и й2 - расстояния от пунктов 1 и 2 до сооружения.
С учетом формулы (4) и, приняв т'в = тН^2, величину тв в выражении (7) следует вычислять по формуле:
т2р=2т2н+т2т+т2ф2. (8)
Дирекционный угол крена ак может быть найден из выражения (см. рис.
«*=«2-1 + 02-180°+У-Т, (9)
2а):
где
т = агс1#к/к . (10)
2
Дирекционный угол а2-1 снимают с плана промпредприятия или вычисляют по формуле:
0^2-1 — А2 | + <5, (11)
где А2-1 - измеренный по буссоли теодолита магнитный азимут; 5 -склонение магнитной стрелки. Для территории Тюменской области 5 = 14°30'.
Если по каким-либо причинам неизвестна полная высота Н сооружения, вместо Н используют величину Н' - вертикальное расстояние между верхним поясом и поясом, расположенным на уровне поверхности земли (см. рис. 3).
Описанная методика применяется при определении дымовых труб на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 г. Тюмени и ректификационных колонн Тобольского химического комбината.
Выводы.
1. Производство наблюдений на различные видимые нижние пояса сооружений башенного типа дает возможность отказаться от постройки специальных наблюдательных площадок, что снижает стоимость полевых работ и повышает уровень техники безопасности.
2. Разработанная методика позволяет выполнить эффективную оценку точности определения крена сооружений башенного типа.
3. Авторы высказывают сомнение в целесообразности использования дорогостоящих спутниковых приемников при определении крена сооружений башенного типа в период эксплуатации [4].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Руководство по наблюдениям за деформациями фундаментов зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1997. - 118с.
2. Зайцев С.В. и др. Геодезические методы исследования деформаций сооружений. - М.: Недра, 1991. - 272с.
3. Николаев А.Ф. Вычисление крена сооружений башенного типа на ЭВМ «Наири-К»//Геодезия и картография. - 1975. - 10. - С. 33-37.
4. Уставич Г.А. Определение крена сооружений башенного типа GPS-приемниками и тахеометрами // Геодезия и картография. - 2003. - № 9. -С. 15-18.
© А.В. Агейкин, В.Н. Щукина, 2006
