автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Разработка геодезических методов определений кривизны вертикальных осей сооружений башенного типа

Введение.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ I. Повышение качества строительства - важнейшее требование эпохи развитого социализма

§ 2. Геодезический метор и его роль в повышении качества строительства

§ 3. Искривление вертикальной оси - характерный вид деформации высотного сооружения.II

§ 4. Основное направление исследований

ГЛАВА П. АНАЛИЗ КРИВИЗНЫ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ОСЕЙ СООРУЖЕНИЙ

§ 5. Случаи катастрофических деформаций.

§ 6. Искривление вертикальной оси ректификационной колонны.

§ 7. Кривизна вертикальной оси Московской телебашни

§ 8. Особенности кривизны вертикальной оси сооружения давней постройки.

ГЛАВА Ш. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ИСКРИВЛЕНИЯ ГЛАВНОЙ ОСИ СООРУЖЕНИЯ БАШЕННОГО ТИПА

§ 9. Сущность процесса приведения в проектное положение наращиваемых элементов.

§ § 10.Обобщенная геометрическая модель искривления главной оси.

§ II .Дифференциальные уравнения линии искривления главной оси.

§ 12.Вывод дифференциальных уравнений геометрическим методом.

§ 13. Общее решение дифференциальных уравнений и его практическое применение.

§ 14. Частное решение дифференциальных уравнений и его анализ

§ 15. Модель параболического искривления главной оси

§ 16. Необходимость регулярных наблюдений за креном фундамента возводимого сооружения.

Выводы.

-ГЛАВА 1У. ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ РАЗБИВКИ ФУНДАМЕНТА НА ВЕРТИКАЛЬНОСТЬ ВОЗВОДИМОГО СООРУЖЕНИЯ

§ 17. Общая формула эксцентриситета вертикальной оси

§ 18. Два частных случая формулы эксцентриситета . •

§ 19. Необходимость учета влияния эксцентриситета на вертикальность сооружения

§ 20. Расчет необходимой точности разбивки фундамента с учетом соблюдения вертикальности возводимого сооружения.

Выводы.

ГЛАВА У. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫЯВЛЕНИЯ ПЕРЕГИБОВ И ИСКРИВЛЕНИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ОСЕЙ

§ 21. Необходимые условия производства полевых геодезических наблюдений.

§ 22. Общее содержание программы наблюдений за креном и кривизной башенного сооружения

§ 23. Методика выявления и анализа кривизны главной

§ 24. Результаты практического применения методики выявления и анализа кривизны.

§ 25. Использование результатов определения кривизны оси при восстановлении проектного положения радиобашни.

Выводы.ИЗ

Содержание нашей работы - разработка геодезических методов выявления факторов, нарушающих геометрию сооружения.

Строгое соблюдение проектной геометрии сооружения является одной из актуальных проблем прикладной геодезии. При возведении сооружений и монтаже конструкций ".основное внимание в прикладной геодезии обращается. на методы геодезического обеспечения и строгого соблюдения расчетных геометрических параметров" (Г.П. Левчук, В.Е.Новак, В.Г.Конусов. "Прикладная геодезия. Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ". М., "Недра", 1981, стр.4).

Очевидно, что решение указанной проблемы не может быть успешным без всестороннего изучения геометрических искажений (деформаций), которые могут иметь место в периоды строительства и эксплуатации сооружений. Однако до сих пор исследование деформаций считается компетенцией строителя, - на геодезиста возложена задача лишь фиксировать отклонения от проекта. Это объясняется тем, что причинами деформаций сооружений являются, как правило, различного рода статические и динамические нагрузки, температурные влияния, свойства строительных материалов, и поэтому деформационные теории строятся на основе законов строительной механики, теории строительных материалов, строительной физики, - наук, составляющих теоретический базис строительного производства.

В данной работе исследовано искривление вертикальной оси высотного сооружения, возводимого последовательным наращиванием в условиях неравномерной осадки основания. Это искривление имеет ту особенность, что его нельзя отнести к известным в настоящее время упруго-пластическим и температурным деформациям, а также к дефектам производства.

Искривление оси представлено как результат компенсации крена сооружения за счет наращивания по вертикали, что вызвало необходимость применить для построения теории искривления принцип геометрического моделирования, широко используемый в геодезии. Как показали исследования, интенсивность искривления оси зависит | от способа геодезической корректировки вертикальности возводимо! го сооружения. Поэтому мы считаем, что проблема исследования указанного искривления может быть отнесена к области прикладной геодезии.

В результате проведенных исследований создана теория параболического искривления вертикальной оси сооружения башенного типа. На основе этой теории установлено, что искривление оси может достигать значительной величины. При допустимых значениях крена фундамента отклонение оси от прямой линии может превысить допуск на целый порядок. Показано, что одной из причин крена возводимого сооружения могут? быть погрешности разбивки фундамента. Этим созданы теоретические предпосылки для обоснования необходимой точности разбивки с учетом соблюдения вертикальности возводимого сооружения.

Главная сущность теории параболического искривления заключается в том, что в условиях прогрессирующего крена вертикальная ось возводимого сооружения будет искривляться в виде плоской параболы. Следовательно, если мы определим координаты ряда точек оси и путем специального анализа установим, что эта ось искривлена в одной плоскости, то наиболее вероятная причина такого искривления - влияние неравномерной осадки в период строительства сооружения. Поэтому мы рассматриваем теорию параболического искривления как основу принципиально новой методики геодезического контроля, которая позволяет выявить не только кривизну вертикальной оси, но и факторы, нарушившие геометрию сооружения.

Необходимым условием применения нашей методики является производство геодезических наблюдений в периоды, когда исследуемое сооружение не подвергается воздействиям неуравновешенных статических и динамических нагрузок, а также температурным влияниям.

На защиту выносятся следующие проблемы:

1) теория искривления вертикальной оси сооружения башенного типа, возводимого в условиях прогрессирующего крена;

2) исследование влияния погрешностей разбивки фундамента на вертикальность возводимого сооружения;

3) методика выявления перегибов и искривлений вертикальных осей по результатам геодезических наблюдений.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методика выявления перегибов и искривлений главных осей. Состав работ по этой методике можно разделить на два этапа. а) Контроль за прямолинейностью главной оси. Сущность этого контроля заключается в определении положения ряда точек оси с последующим редуцированием координат на наклонную плоскость. Такой прием позволяет найти по простым формулам значения отклонений точек оси относительно прямой линии и решить, таким образом, вопрос о допустимости этих отклонений я целесообразности дальнейшего анализа. б) Анализ кривизны, сущность которого заключается в аппроксимация линии искривления плоской параболой и построении профиля главной оси. В результате такого анализа мы имеем полное и наглядное представленяе о характере кривизны.

2. Применение методики в наблюдениях за состоянием металлических радиобашен дало следующие результаты. а) Научно-теоретический:

- экспериментально подтверждена теория параболического искривления вертикальных осей. б) Практический:

- наличие полной информации о кривизне главной оси сооружения дает возможность дифференцированно применить метод рихтовки башенных опор путем последовательного введения корректур в положение ног радиобашен, что позволяет регулировать крен и прямолинейность осей сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение качества строительства требует всестороннего изучения деформаций сооружений с целью разработки способов их предупреждения. На реальность искривления вертикальной оси башенного сооружения, возводимого в условиях неравноверной осадки, до сих пор не обращалось внимания, и поэтому в специальной литературе отсутствуют какие-либо исследования по данному вопросу. Несомненно, одна из причин такого положения - неприменимость традиционных, физико-механических методов к исследованию указанного искривления.

Нам пришлось, поэтому, избрать иной подход к решению проблемы и выполнить исследование путем широкого применения геодезического метода, на основе которого не только был дан анализ геометрической картины кривизны главной оси, но и разработана теория искривления сооружения. Использованные при этом положения других наук имели вспомогательное значение.

В результате анализа теоретической модели процесса искривления выявлена непосредственная связь этого процесса с содержанием геодезических работ, выполняемых в период строительства. Установлено, что кривизна оси зависит не только от характера неравномерной осадки, но и от способа геодезического сопровождения строительного процесса, и что одной из причин неравномерной осадки является влияние погрешностей при геодезической разбивке фундамента. Показано, что для башенных сооружений, возводимых на грунтах с ограниченной несущей способностью, влиянием этих погрешностей пренебрегать нельзя.

Возникает, таким образом, проблема обоснования необходимой точности разбивочных работ с учетом соблюдения вертикальности возводимого сооружения. Эта проблема решена нами в первом приближении, на основе идеализированной модели процесса искривления. Дальнейший прогресс в этом направлении связан с решением ряда негеодезических проблем, из которых наиболее существенная - учет нелинейной деформации грунта основания под влиянием возрастающей нагрузки.

Доказана необходимость регулярных наблюдений за осадками сооружения в период строительства, обосновано минимально необходимое количество циклов наблюдений. Предложен метод выявления и анализа кривизны оси по результатам нивелировок фундамента в период строительства сооружения.

Разработана и внедрена в производство методика выявления и анализа кривизны по результатам натурных измерений координат ряда точек оси. При этом обосновано минимально необходимое количество определяемых точек, дан анализ условий производства геодезических наблюдений. Применение нашей методики в наблюдениях за состоянием металлических радиобашен показало, что представление линии искривления плоской параболой дает возможность не только выявить возможные причины искривления, но и решить сугубо практическую задачу - наиболее рационально выполнить геодезическую подготовку работ по исправлению крена и прямолинейности вертикальной оси.

Следует подчеркнуть, что общей основой нашей методики определения кривизны главной оси является теория параболического искривления, в то время как методы выявления и анализа кривизны могут быть различны.

Завершая изложение теш, мы можем дать следующие рекомендации по совершенствованию производства геодезических работ.

I. На стадии проектирования выполняется расчет точности раз

3 ив очных работ. Чтобы исключить влияние погрешностей разбивки фундамента на вертикальность сооружения, мы рекомендуем производить расчет необходимой точности измерений по формулам (61), (62), (56) и (57). После сравнения полученных результатов с допусками,

Л А приведенными в таблице 2 [86], следует принимать наименьшие значения.

2. На стадии строительства мы рекомендуем вести регулярные наблюдения за осадками; при этом необходимо предусматривать не менее 5 циклов наблюдений.

3. В период эксплуатации сооружения осуществляется контроль за его вертикальностью. Чтобы получить наиболее полную и достоверную информацию о положении главной оси в пространстве, мы рекомендуем определять не менее чем 5 точек оси при обязательном соблюдении условий, изложенных в § 21. Для выявления характера кривизны и получения исходных данных для геодезической подготовки регулировочных работ рекомендуется выполнять обработку результатов измерений по методике, изложенной в §§ 23 и 24.

1. Алатырцев В.И. Кладка заводских труб. М., Госстройиздат, 1954.

2. Большаков В.Д. и др. Методы и приборы высокоточных геодезических измерений в строительстве. М.,"Недра", 1976.

3. V6. Брайт П.И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений. М., "Недра", 1965.

4. V 9. Вайсберг Л.Г., Колибаев В.А. Опыт исследования вертикальности радио- и телевизионных башен и матч геодезическими методами. Известия вузов. "Геодезия и аэрофотосъемка",вып.2, 1976.

5. VIO. Васильев Б.Л. Возведение капитальных зданий на сильно сжимаемых основаниях. М., Госстройиздат, 1952. V II. Видуев Н.Г. и др. Геодезические работы на строительной площадке. М., Геодезиздат, 1958.

6. V 12. Войтенко С. Геодезические исследования точности возведения зданий и сооружений. Автореферат диссертации, Киев, 1971.

7. J 13. Войчек Г.Л. Расчет внецентренно нагруженных жестких фундаментов. Фрунзе, 1961.

8. Воробьев В.Н. Строительные материалы. М., "Высшая школа", 1979.v/715. Глотов Г.Ф. Геодезия в строительно-монтажном производстве. М., Стройиздат, 1967.

9. Гольдштейн М.И. Механические свойства грунтов. М., Гос-стройиздат, 1952.

10. Горчаков Г.И. и др. Коэффициенты температурного расширения и температурные деформации строительных материалов. М., Изд. стандартов, 1968.

11. Граля М. Исследование методики я точности геодезических разбивочных работ при возведении сооружений башенного типа. Автореферат диссертации. Киев, 1979.

12. Губенко E.H. и др. Обобщение геодезических методов определения крена дымовых труб промышленных предприятий. "Геодезия и картография", № 10, 1978.

13. Губенко E.H. и др. Влияние некоторых факторов на результаты геодезических наблюдений за кренами промышленных труб. "Геодезия и картография", № 6, 1978.

14. V 21. Даниленко Т.С. Геодезическое обеспечение монтажных работ. М., "Недра", 1971.v 22. Даниленко Т.С. Определение вероятнейшего наклона дымовой трубы. "Методы инж.геодезии и фотограмметрии в строительстве". Межвузовский сборник. Ростов-на-Дону, 1978.

15. V 27. Зеленский A.M. Об определении крена высоких сооружений башенного типа. "Геодезия и картография", № 12, 1974.

16. V 28. Иванов А.Г. Отечественные проектирующие приборы."Геодезия и картография", J& 10, 1966.v/29. Иванов И.Т. Усиление оснований, фундаментов и стен жилых зданий. Изд-во МКХ РСФСР, М., 1955.

17. Игильманов A.A. Исследование вопросов соотношения между строительными допусками и точностью геодезических работ на основе теории малой выборки. Автореферат диссертации. М., 1979.

18. Извеков В.В. Методы расчета и анализ точности монтажа конструкций крупнопанельных зданий. М.,Стройиздат, 1965. у 32. Каграманов Р. Исследование точности монтажа элементов каркасов жилых и общественных зданий. Автореферат диссертации. М., 1970.1. V7

19. Калинин Б.П. и др. Монтаж металлических и железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1972.

20. Кононихин Г.М. Передовые методы, обеспечивающие высокую точность монтажа многоэтажных каркасных зданий. М.»Стройиздат, 1970.v 35. Косенков Е.Д. Строительство высотных сооружений в скользящей опалубке. "Будивельник", Киев, 1971.

21. Крючков А.Г. Разбивка конструктивных осей при строительстве зданий. "Геодезия и картография", & 6, 1968.v/ 37. Лалетин Н.В. Основания и фундаменты. М., "Высшая школа", 1970.

22. Нагнибеда П.М. Исследование и разработка геодезических методов контрольно-монтажных измерений при возведении многоэтажных зданий. Автореферат диссертации, Киев, 1972.

23. V 50. Нестеренок В.Ф. О точности упрощенных способов определения крена башенных сооружений."Геодезия и картография"^ 8,1977.

24. V 56. Полищук В.Н. Косвенный метод определения крена высотных сооружений башенного типа. "Геод.,картогр.и аэрофотосъемка.Респ. межвед. научно-техн.об.", вып. 27, 1978.

25. Привалов И.И. Аналитическая геометрия. Гостехиздат,М.-Л., 1952.

26. Раде ев С. Г. и др. Комбинированный способ определения крена инженерных сооружений башенного типа. Геодезия и картография", № 12, 1977.

27. Раинкин В.Я. Определение деформаций сооружений башенного типа посредством измерения горизонтальных и вертикальных углов с одного опорного пункта. Известия вузов. "Геодезия и аэрофотосъемка", вып. 3, 1972.

28. Раинкин В.Я. Определение вертикальности Останкинской телевизионной башни. "Геодезия и картография",^ II, 1971.

29. Сизов В.Н. Монтаж строительных конструкций. М., "Высшая школа", 1969.

30. J 70. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М., "Наука", 1966.

31. Флорин В.А. Основы механики грунтов. М., Стройиздат,1959. i/72. Цытович H.A. Механика грунтов. М.,"Высшая школа",1973. 73. Цытович H.A. и др. Основания и фундаменты. М., "Высшая школа", 1970.

32. V 74. Чернышев С.Ф. Выверка при монтаже строительных конструкций. Киев, "Будивельник", 1962.

33. V 75. Шеховцов Г.А. Выбор способа вертикального проектирования. "Геод.,картогр. и аэросъемка. Респ.межвед.научно-техн.сб.", вып. 21, 1975.

34. Шпурре Э.Ф. Геодезические способы определения наклона фабрично-заводских труб. Ученые записки Бийского института, № 3, 1958.

35. Возведение каркасных жилых и общественных зданий. М., Стройиздат, 1972.

36. V 80. Геодезическое обеспечение повышения качества строительно-монтажных работ. Укр.НИШТИ. Киев, 1976.

37. V 81. Допуски при производстве строительно-монтажных и специальных работ. Киев, "Будивельник", 1968. ^ 82. Инструкция по эксплуатация и содержанию дымовых труб на предприятиях черной металлургии. Изд. МЧМ УССР.Харьков, 1972.

38. Монтаж каркасов высотного административного здания и гостиницы СЭВ. М., Мосоргстрой, 1966.

39. Руководство по наблюдениям за деформациями фундаментов зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1975.

40. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра. М., Стройиздат, 1978.у 86. СНиП Ш-2-75. Геодезические работы в строительстве. \/ 87. СНиП Ш-18-75. Металлические конструкции. Правила производства и приемки работ.

41. СНиП Ш-24-75. Промышленные печи и трубы. Правила производства и приемки работ.у 89. СНиП П-15-74. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования.ь} 90. СНиП Ш-9-74. Основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ.

42. СН 376-67. Указания по проектированию металлических конструкций сооружений объектов связи.у/ 92. Байтошев Р. Инженерно-геодезический контрол при высоки-те свободно стоящи железобетонни съоръжения. "Геод.картограф., земеустр.", 1975, 15, № 3.

43. Boz^mann Н. 2иг La^eändevung von Bauwezken iei Setzungen und l3ezfozmuncjen . „ Z. Uezmessun^suJ1977, 102, .x 94. ßothe H.,A/e</eH. Technische VezSessezunyen füz die pofaze %schoßa8steckung. „Vezmessungstechnik " /977, 25, У12 .

44. J 97. 9o zelzki US. Relative BaukontzoSEmessun^en zu? Bestimmung dez Genauigkeit von Montacjeßauten untez ßesondezez Bezucksichti^un^ dez Qzoßpdat-tea6auweLse. „ Vezmessungstechnik " /975, 23, ЯЗ.

45. HezteE K.t Schon H. Erfassung tempezatu?6edin^tez Bewegungen. uon Bzückenpfetfezn. „ Uetmessun^sin^enieuz" 1977,28>Jf3 .

46. Sanpaodesi. CampaniEe di Pisa. Pisa, 1956 .