автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Разработка методики расчета влияния метеорологических факторов при строительстве и эксплуатации сооружений башенного типа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

НГУЕН КУАНГ ТАК

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ВЛИЯНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ БАШЕННОГО ТИПА

05.24.01 - ГЕОДЕЗИЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На ппасаг пдалпили

РГ6 Ой

МОСКВА 1996

Работа выполнена на кафедре прикладной геодезии Московского государственного университета геодезии и картографии.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Е.Б.ИЛЮШИН

Научный консультант - кандидат технических наук

"гГд.БРИКМАН |

Официальные оппоненты -

доктор технических наук Заслуженный деятель науки, профессор И.Ф.КУШТИН кандидат технических наук доцент Д.В.ОКУНЕВ

Ведущая организация - Государственный специализированный

проектный институт, г.Москва

Защита состоится " 23 " Мая 1996 г. в -16 час. на заседании диссертационного Совета К.063.01.01 в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 103064, Москва, К-64, Гороховский пер., 4 (ауд.321).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИГАиК.

Автореферат разослан "_ сгсаР 1996 Г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

В.А.МОНАХОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Перед нашей страной до 201О г. поставлена задача расширения зоны уверенного приема телевизионного вещания. В зонах больших городов эта задача решается путем строительства высоких радиотелевизионных башен, объем монтажа которых за последние годы значительно возрос.

Радиотелевизионные железобетонные башни являются объектами многоцелевого назначения и снабжены сложнейшим технологическим оборудованием, которое требует при монтаже и эксплуатации производства высокоточных геодезических работ. Однако решение данной задачи неотрывно связано с необходимостью исследования влияния колебаний ствола.

Обзор публикаций в части исследования елияния колебания ствола башни позволяет установить, что все исследования касаются различных аспектов вопроса геодезических определений координат ствола и направлены на решение отдельных частных задач.

Общее решение вопроса находится в области определения и учета влияния характеристик амплитудно-частотного спектра колебательного процесса башни на момент геодезических измерений.

Указанный выше путь решения задачи возможен при условии проведения теоретических исследований с целью определения влияния характеристик аыплитудно-частотного спектра при геодезических измерениях и экспериментальной проверке основных принципов геодезических определений координат на башенном сооружении.

Целью настоящей работы является разработка методики расчета редукций в значение координат оси ствола за счет неравномерного распределения температурного поля в оболочке и методики определения координат оси ствола с учетом колебательного процесса башни разной формы и под действием собственного веса.

Для решения указанной задачи автором диссертации выполнены необходимые исследования в теоретическом отношении и проведены экспериментальные проверки на Останкинской радиотелевизионной железобетонной башне, результаты которых представлены в настоящей работе.

Основная задача исследований заключалась в обосновании схе-

мы приведения измеренных координат к моменту минимального внешнего воздействия. Автором диссертации на основании анализа теоретической модели сооружения выполнены исследования, связанные с вопросами определения поправок координат, расчета синусоидальных значений температурного поля башни, а также выбора оптимальной методики определения координат.

Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном исследовании колебательного процесса башни Tay-Но и Останкинской башни в приложении к задачам геодезических определений координат. Разработаны новые методы учета влияния колебаний ствола башни под воздействием метеорологических факторов и собственного веса сооружения.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты, геодезических исследований колебательного процесса башен могут быть использованы для оценки соответствия фактического и расчетного режима работы основных строительных конструкций, а также для проектирования и эксплуатации антенно-мачтовых и башенных сооружений. Методы и рекомендации, изложенные в настоящей рабо-, те, позволяют выполнить основные строительные работы в пределах проектных допусков в условиях непрерывного процесса монтажа. Общие принципы, положенные в основу настоящей работы, а также рекомендации, полученные на основании настоящих исследований, могут быть распространены на башенные сооружения и антенно-мачтовые объекты различных типов.

Апробация работы Основные результаты работы опубликованы, а также доложены на научных конференциях МИИГАиК, Ханойского горно-геологического института и ГУГК Вьетнама в период 1985-1996 гг.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 139 страниц машинописного текста (в том числе 25 таблиц, 33 рисунка). Список литературы включает 99 наименований, из них 4 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность данной работы, поставлены задачи исследований и намечены пути их решения. Показано научное и практическое значение данной диссертационной работы.

В первой главе сделан обзор построенных в настоящее время высоких башенных сооружений, дана краткая их характеристика. Отмечается, что роль и значение геодезических работ при строительстве башенных сооружений определяются целым рядом особенностей, оказывающих воздействие на организацию, условия производства и точность инженерно-геодезических работ.

С учетом этих особенностей к геодезическим работам предъявляются повышенные требования, которые должны, с одной стороны, обеспечить необходимую точность выполнения всех строительно-монтажных процессов, с другой стороны, должны быть экономически и технологически оправданы и выполняться с учетом современных методов строительства, не снижая его темпов и не повышая трудоемкости.

Исходя из анализа конструкций башенных сооружений, представляющих собой стержень, закрепленный в основании, главным требованием к их геометрии является обеспечение вертикальности как параметра, определяющего прочностные свойства башни. Надо отметить, что нормативные требования геометрических параметров всех высотных сооружений, в которых определяющими с точки зрения восприятия веса сооружения и горизонтальных нагрузок от внешних факторов являются вертикальные элементы конструкции, ориентированы на обеспечение их положения относительно вертикальной линии.

За последние десятки лет в мире опубликовано много работ по вопросам геодезического обеспечения сооружений башенного типа. Авторы исследуют вопросы теории и практики геодезического обслуживания радиотелевизионных железобетонных башен, стальных башен, мачт с оттяжками, железобетонных труб, особое внимание геодезисты уделяют вопросам, связанным с разработкой оценки точности измерений, методики, точности измерительных операций.

Наименее разработаны вопросы, связанные с геодезическими определениями координат при колебаниях ствола. Необходимость в разработке этих вопросов связана также с увеличением объема строительства объектов связи, высоты сооружений, монтажом остро-

направленных антенн, вращающихся платформ, направляющих скоростных лифтов. Решение данной задачи возможно с применением традиционных методов инженерной геодезии.

Краткий обзор публикаций позволяет автору диссертации определить круг задач исследования и методы их решения.

1. Общее решение задачи геодезического определения координат находится в области анализа и учета амплитудно-частотных характеристик колебательного процесса башни.

2. В специальном исследовании нуждаются вопросы, связанные с учетом динамической и статической составляющих колебательного процесса при геодезических измерениях координат. Ранее опубликованные работы Л.П.Дмитриева, В.Я.Раинкина, Г.А.Брикмана, Н.Корр-ке (ГДР) дают частные решения данной задачи.

Для выполнения комплексного решения данной задачи необходимы теоретические исследования, связанные с нахождением оптимальной методики геодезических измерений, а также с оценкой влияния различных факторов на точность определения поправочных элементов.

Оценка влияния колебаний башни на геодезические измерения не может быть произведена без выполнения исследований влияния особенностей распределения теплового поля на изгиб башенного сооружения.

3. Исследователи уделяют значительное внимание вопросам расчета линии изгиба ствола под воздействием температуры. При этом для расчета редукции предлагаются формулы, включающие . в свой состав уравнение нормативной линии изгиба цилиндрической оболочки; при этом следует учитывать, что все известные телевизионные башни имеют либо коническую или гиперболическую форму, либо составлены из участков различных форм. Учитывая важность данного вопроса для геодезических определений координат, поставлена задача теоретических исследований с целью определения вида нормативных линий изгиба для оболочки конической и гиперболической формы радиотелевизионных башен.

4. По нашему мнению, до настоящего времени недостаточно изучен вопрос влияния температурных полей оболочки на величину изгиба ствола башни. Рекомендации по учету температурных полей оболочки сводятся либо к предложению по измерению Дt - разности температур в диаметрально расположенных точках башни, либо к предложению по выполнению измерений количества суммарной солнеч-

ной радиации, поступающей на диаметрально расположенные точки башни. Отсюда вытекает необходимость исследования температурных полей оболочки вращения с целью определения параметров, необходимых для вычисления линейных и угловых элементов редукций координат.

Для экспериментальной проверки теоретических положений необходимы измерения температуры оболочки башни синхронно с геодезическими измерениями. При этом представляет практический интерес изучение особенностей распределения полей в оболочке и их влияние на точность геодезических' измерений координат. Основные результаты исследований, выполненных в соответствии с вышеизложенной программой, представлены в настоящей диссертационной работе.

Во второй главе работы рассмотрены теоретические вопросы методики учета влияния температурного фактора при контроле вертикальности высоких башенных сооружений.

Основная сложность геодезического обеспечения антенно-мачтовых и башенных, сооружений заключается в необходимости учета влияния температурного фактора и ветрового давления, вызывающих колебания сооружений в широком спектре частот от нуля до одного герца. Наибольшую сложность представляет задача редуцирования координат контрольной точки Р ствола к моменту ti минимального влияния внешних факторов. В общем виде задачу для данного сечения ствола (Z - const) для л дискретных наблюдений автор диссертации предлагает решать с применением уравнения (рис.1):

где К(хО - координата (X или У) точки исследуемого сечения ствола башни, полученная методом геодезических измерений, выполненных в момент ;

З^т^) ~ проекция на горизонтальную плоскость линейной величины изгиба ствола за счет температурного фактора (¿-фактора), полученная в момент измерений Тх;

К(хо) - полюс поля перемещений контрольной точки ствола башни, определяемый либо на основании решения редукционной задачи, либо в момент минимального влияния температурного фактора, т.е.:

(1)

5t(ti) - 0; К(ХО K(Xq).

(2)

ь

21 О 3 6 9 12 /Г <8 г< 24 С

а; 5;

Рис.1. Принципиальная схема редуцирования координат оси ствола башни

В момент времени, когда влияние ветрового давления на колебания ствола пренебрегаемо мало, т.е. б<,(%1) - 0, основным действующим фактором является влияние солнечной радиации 5^1.) * О, которое можно представить уравнением:

5ь(х,г) = А^,г)с обГо^СО + ^(х.г)], (3)

где И, ж, о) - числовые характеристики колебательного процесса башни.

Таким образом, исходные принципы геодезических определений

координат будут: с^

- регистрация колебательного процесса башни К^й определяется на основании дискретных геодезических измерений, выполняемых с применением геодезических приборов;

- синхронно с геодезическими выполняются измерения температуры оболочки ствола с целью выявления вида функции:

- на основании обработки данных геодезических и температурных измерений определяются значения:

Ь = 1Ч(р1в . 3. г)-.

й

K(n.z) = М [K\¡£(z)J. (6)

где М и Mt ~ функции перехода от нестационарных к стационарным значениям математического ожидания средней линии реализации и к синусоидальным характеристикам температурного поля оболочки;

- вычисляется значение 5t(*í,z) с использованием выражения: 6tx(t,z) = N(z)-qt(X,z)-CQSi9t(x,z)-, (7)

Sty ft, z) = N(z) -qt(*,z) -sirvft(*,z), где tft ~ азимут вертикальной плоскости изгиба ствола за счет влияния температурного фактора, вычисляемый на основании уравнения:

4>t(T.z) - Bt(t.z) + 180°; (8)

Nt - ордината нормативной линии изгиба ствола за счет влияния температурного фактора, в дальнейшем будем обозначать ее через N;

qt - амплитуда температурного поля плоского сечения оболочки; 3t - начальная фаза колебания башни; - определяется координата вида:

X(x0,z) = X(Xi,z) + 5txfti,z)\ (9)

Y(x0,z) = Y(Xi,z) + Styfti.z). Поставим далее задачу определения искомых уравнений (7)-(9). Для этих целей необходимо исследовать способ расчета поправок вида 5t при производстве геодезических работ на башнях, геометрическая форма которых определяется набором цилиндрических, конических, гиперболических и других форм участков, а также участков, закрытых от солнечной радиации наружными обстройками.

При расчете поправок учитывается геометрическая схема линии изгиба башни и уравнение связи ординат линии изгиба смежных участков может быть описано равенством:

Ni = Ni-i + ftitf'i-i + Ni, (10)

где Ni_i и Ni - ординаты верхних оснований участков i-1 и i относительно основания башни; Ni - ордината верхнего основания участка относительно его нижнего основания; h¡ - высота участка;

W i-i - значение первой производной к линии изгиба в стыке участков i-1 и i .

При последовательном расчете линии при 1 - 1,2,3,.., (к-1) и к после некоторых преобразований, получим в окончательном виде, ограничиваясь ,7 - 3 за пренебрегаемо малое значение, выражение для расчета Мк:

Nk = L Ni + L N\ ( £ ci-ííhij) + E N"{ L Cr-I^J)

Í=1 i —1 vi = i+l ' i=l 4 = i+l '

R- í K 3 ч

+ ЕГ E Ck-ifhiJ}. i=l M = i+1 >

Следует отметить особый случай расчета линии изгиба на участках с наружной обстройкой, для которых 5t -* 0, так как амплитуда температурного поля оболочки ввиду отсутствия воздействия прямой солнечной радиации практически равна нулю. Для указанного случая уравнение (10) имеет вид:

Мнобс) = ЛЧ-l + fti(o6c)tf'i_i, (12)

где индекс (обе) относится к участкам с наружной обстройкой.

В работе рассмотрены особенности расчета на некоторых участках башни различной формы.

Представим уравнение поправок в виде:

St(X,z) = qt(t.z~0)NZí . (13)

где Wz - ордината линейного элемента редукции, которая для ствола любой формы выражена следующим образом: h

N7. - et¡*(z)dz, (14)

о

адесь ф(z) выражается в виде:

Z

*(г)--. (15)

D(z)

В случае, когда участки башни имеют коническую форму, для любой функции <1>(z) будем иметь:

Dz = Do - ZZf(z), (16)

тогда формула (14) примет вид:

h

Мг - et^ZCDo - ZZf(z)]'xdz. (17)

- и -

Для распета ординат ствола цилиндрической башни, когда

f(z) - О, получим: „ „ .2^-1 *. _»

Afe(iuui) = 0,5£thzDo1. (18)

Для конической формы ствола башни функция f(z) - const и имеет значение, равное тангенсу угла наклона образующей, т.е. f(z) - tg8 - X, тогда высота U полного конуса будет равна:

U = О.БОоХ"1. (19)

На основе выведенных формул получим выражение для функции Ф(z) в следующем виде:

i)(z) - 0,5\~X(U - Z)~lZ, (20)

WsCkoh) - 0,5£tX_1imn—^— - h). (21)

II - h )

тогда для ствола конической формы получим:

и

и - Ь

Или, что равнозначно:

Иг(коя) = 0,5£а_1[Шп— - Л], (22)

где - диаметр верхнего основания участка; Ь - высота участка. Для перехода можно применить выражения:

8ккон) = 5ицщп(1 + В)-, (23) п

В - Е п4а + 0,51;-1; (24) 1=1

Зацил) - 0,5£tgtЬ2^?o ; (25)

Л = ЫГ1. (26)

Чтобы получить формулы для расчета ординат линии изгиба ствола участка башни, имеющего гиперболическую форму, примем уравнение гиперболы в общем виде:

Y = аГт/п - 1, (27)

где т, л - целые, положительные числа, характеризующие вид гиперболы, причем т - четное, л - нечетное, и т всегда больше л; а - положительное. Вне зависимости от вида характеристической функции, будем иметь:

D(Z) - 2Х = 2 J(lna"lnZ) . (28)

Подставив это выражение в формулу (15), получим:

- 2 e-S<ln^lnz>

2

откуда получаем уравнение ординат линейного элемента редукции

гиперболической башни в следующем виде:

\

р 2 —(lnz-lna) , , v

WzCrnnep) = et - e"1 dz. (30)

t 2 h0

После интегрирования в пределах от ho до hi получим:

m Г 2 Scinh lna) 2 ^Clnhn-lna)i , '

Wzirwnep) = et - hie1" 1 - hoe?" 0 . (31)

2 (2m + n) L -I

Для большинства случаев, встречающихся на практике, когда уравнение гиперболы имеет вид Y = аХ"*2,т.е. когда т - 2 и л - 1, получим окончательную формулу для расчета ординат линии изгиба гиперболической башни в следующем виде:

11 1 -л1па (.2 slnh., ,2 о1пЬ|-Л , ч

^2(гип9Р) = 0,2£te 2 [biez 1 - h0e2 °J. (32).

Для перехода от вычислений Wz(mtn) и Wz(koh) к вычислению Мг(гипер) и наоборот, можно использовать выражения:

ill . ->»lna,.2 «lnh- 2 olnhn4 _ _

Wz(rHnGR)-WzCmui)0,4D0(hi-ho; Ze z (hie2 г-Ь0е2 (33)

13 -

1, - 1, . „ 1,

WZ(rHnep)-Wz(KOH)0,4Dofbi-ho) Ze zl"ti+B) (h^e^^-hoe*-1^0).

(34)

На основе формулы (1), где 5t(x,z) вычисляется по формуле (13), получим для ствола башни различной формы:

- для башни цилиндрической формы:

г п п т

К(Хо) - л-1 Е к(п) + 0.SettPBZ1 Е «Л^Л; (35)

4=1 i=l J

- для башни конической формы:

КСto) = rf1 Г Е К(хО + 0,5etA-1 fuin—---ft) Е gt(Xi)]; (36)

Li-1 ^ U - ft /i=i J

- для башни гиперболической формы:

-1 Г 2 -ilna(,г llnh. Z 5lnhn\ " „ i

K(Xo)=ri1 Е K(Xi)+OrZzte s - hie2 1-b0ez °) E qt(ti) .

4=1 v 'i=l J

(37)

Необходимо указать, что разработанный способ расчета поправок в геодезически измеренные координаты позволяет производить детализацию расчета в соответствии с геометрическими параметрами оболочки.

При расчете влияния перемещения сооружения башенного типа под действием собственного веса в работе рассмотрены некоторые расчетные модели строительной механики и для вычисления поправок в измеренные координаты рекомендуется в общем случае применять формулу:

Дд = Д(кл - V, (38)

где Кл - некоторый коэффициент, который вычисляется для каждого сечения башни.

В качестве конкретных примеров выполнен расчет поправок при геодезических определениях координат Останкинской телебашни, башен ТАУ-НО высотой 634 м и ТНАШ-ЮЫа высотой 500 м.

В работе получены формулы для вычисления параметров температурного поля оболочки при контроле башенных сооружений.

Температурное поле оболочки представим в обобщенном виде согласно выражению (5), причем в качестве исходной примем гипотезы взаимнооднозначного соответствия параметров, исходя из формулы (13) :

6t(t.z)

qt(x,z)--; (39)

N(z)

<Pt(r,z) - 8t(r,z) + 180°, (40)

т.е., предположим, что qt(X,z) - градиент температурного поля плоского горизонтального сечения численно равен отношению линейной величины редукции 8t(X,z) к значению ординаты нормативной линии изгиба ствола N(z) и соответствует по физическому смыслу амплитуде температурного поля того же сечения At(x,z), а азимут вертикальной плоскости изгиба башни ¡pt отличается от начальной фазы температурного поля Qt(X,z) на 180°.

Тогда для прямоугольных координат X, У, Z с началом в центре основания башни условная точка Р башни при х - const имеет ординаты:

h

6t%(Ю - st^txJVzJcfc; (41)

6ty(h) - ztAty^(z)dz. (42)

В системе цилиндрических координат р, <p, z с аналогичным началом системы координат:

h

5t(W - st(Aw + Aty)j*(z)dz; (43)

0

Ht(h) = arctgvltx^ty ~ 180°. (44)

Из совместного рассмотрения выражений (41)-(44) становится очевидным, что основная задача заключается в нахождении вида функции Mt с целью определения значений 4tx и 4ty - проекций градиентов температурного поля на оси координат.

Рассмотрим поле горизонтального сечения оболочки в системе цилиндрических координат в виде:

t = ft

pin ^ ф|пП • 2 = const, т - const

R U

Для преобразования функции V) к функции V) примем

в качестве основного решение задачи Дирихле для круга о нахождении функции непрерывной в круге и удовлетворяющей внутри круга уравнению Лапласа:

д2г д*?

д2х dzy

- О, (45)

а на окружности R, принимающей заданные значения:

flx-R-ff?;. (46)

С использованием метода Фурье задача имеет решение:

00 i

f(v) - 0,5a¿ + L rtCajCOSjip + bjSinjvJ, (47)

j=l

где ao, a, b - коэффициенты Фурье-,

Tt ~ коэффициент перехода от функции f(p,<p) к функции f(y), определяемый по формуле:

rt = X/R. (48)

В первом приближении для расчета значения можно использовать решение задачи Дирихле-Неймана:

t = Г(9) - 2 " R р „ 1 Vd , (49)

lnT

где ti, ¿2 - температура в точках /? и /?-с/ при tp - const.

При распределении поля в радиальном направлении f(p,q> -- const,), можно определить значение Т(ц?), характеризующее поле, т. е. среднее значение поля

R-d

ГГФ; = — Г frp;dp. (50)

d R

Совместное решение уравнений Дирихле-Неймана (49) и (50) по каждому из <р направлений позволит найти среднее положение замкнутой области точек х. Попытки решения задачи с применением данных измерений поля железобетонного ствола показали, что для х может быть принято значение:

х = И - 0,35с/. (51)

При сезонных колебаниях х в пределах:

/? - 0,1с/ > х > И - 0,8с/. (52)

Тогда выражение (47) с учетом эмпирически найденного значения гъ получит вид:

Г(Ч>) = 0,5ао +

'д. - О.Зб^3

Л

соэ^ГФК + Ь^тз^к)- (53)

к=1

В этом случае коэффициенты Фурье могут быть представлены следующим образом:

. оо п

С? - 0,35<у I I -~п-: (54)

з=1 к=1

™ п

Ь ( К V Х1 ЖкЬ^Мк 3~ V? - 0,250 и Ь п

з=1 к=1

(55)

Амплитуда и начальная фаза рассматриваются в данном случае в виде:

Б

1/2

Аь* = а,=1

Аьу = Ьз=1

1 + 2 к!а

з=2

(56)

3 2

О **

1/2

где кз - коэффициент нормирования:

—1 —1 кза = 3383=1; клЬ = Ь^Ь^и

(57)

б - номер высшей гармоники, учитываемый при расчете синусоидальных значений. Используя формулы Бесселя и методы численного интегрирования (формула трапеций), получим рабочие формулы:

- 17 -п р-1

а^ = 2п гр 1т;| Е + Е ^ксоэ^фк;

к=1 1=2

1 = 1,2,3,..., (р - 1), р; к = 1,2,3,..., (л - 1), П; (58)

п р-1

Ь3- = 2л~1р"1гл Е ГО, 5^1+¿р) + 2 ¿17кСОЗЛФк, к=1 1=2

где - температура в точке с координатами I, к;

¿1, - температура на внутренней и наружной поверхностях по координате ф|<; р - количество точек измерения температуры. Таким образом, под решением функции Мь понимается совокупность операций, включающих:

- измерение температуры в точках поля по л радиальным направлениям;

- расчет средних значений поля для каждого радиального направления Гк;

- расчет коэффициентов Фурье с применением коэффициентов г;

- расчет значений /^х. ^у;

- расчет Аь и или и

На основании преобразованных формул профессора Кемница получены выражения для расчета стандартов 61АО и б[<р^, которые в окончательном виде могут быть записать как:

А[ Е (7к - ГоЛ (П/2) Е а\i] 6Mt] " / k=1 n(n - 25 - mC1-; (59)

Apz[ E (Tk - T0)2+ (n/2; E Azti] mo - /-k=1 nfn-gs-!/"1-• <60>

где TK - среднее значение поля по к-радиальной скважине;

Т0 - среднее значение поля в сечении ствола z; п

Е Гк

р - 206265"; Го= ——; г = const; X = const; Ati = Qfti-

Для разового цикла определения координат получено выражение

для вычисления погрешности редукционных координат точек ствола: 6г[к(х0,г)] = бг[х(х, г)]-+ 6г1у(х,г)1 + бгМь(г)]я1(х,г) +

о 2 о „22 (61)

+ 6zfgt('C,2;JWt(2)+бzfфt(t,z^Jp~2Wt(2;gt(tJг;, где р - 57,3°.

Стандарты амплитуды и начальной фазы температурного поля плоского сечения башни:

/2{ Е 1Ых,г)-Т0(х,г)]Ч(п/2) Е Яи(х,г)\ к=1 1=1 '

бШх.г)]-/-; (62)

п(п - 2Б - 1)

/ I 2 л

/2р2( Е [Тк(х,2)-Т0(х,г)]^(п/2) Е яи(х,г))

6[чч(х,г)]~/-—-^-—-; (63)

/ п(п - 23 - 1)4^(^.2)

здесь 1 - 1,2,р; /с - 1,2,..., п; ди - ¿и-Для начальной фазы температурного поля имеем:

N

Е [щ(хО - в(хО]г

6[в] = / —-. (64)

' N - 1

Стандарт вектора S(Xi) также может вычисляться по формуле:

N

Е С3(х0 - 8ь(Хх)]2

6[5(х03 = / -. (65)

ЛГ - 1

И, наконец, необходимо вычислить относительную ошибку определения координат сечения ствола по формуле:

1 вЩх0)] М Н

Это и является точностью рекомендуемой методики.

Из результатов анализа, выполненного в главе 2, можно сделать следующие выводы:

1. Строгое решение задачи геодезических определений координат в условиях колебаний ствола возможно при условии приведения геодезически измеренных координат к моменту минимального метеорологического воздействия на положение ствола.

2. Учет влияния колебаний ствола, возникающих за счет перераспределения температурного поля в оболочке ствола, достигается путем введения поправок в координаты, формулы и методики для расчета которых разработаны автором диссертации в настоящей главе.

Третья глава посвящена исследованию и учету влияния температурного фактора при геодезических определениях координат на основе эксперимента, проведенного на Останкинской телебашне.

Программа геодезической части эксперимента заключалась в измерении координат сечений ствола на некоторых отметках от Н -- 20 м до Н - 520 м.

Синхронно с геодезическими измерениями выполнялись измерения температуры с применением датчиков, основанных на термопаре Cu-Co (медь-константан). Температура бетона измерялась на термопоясах, заложенных в оболочку на отметках Н - 63 м и Н - 201 м. Регистрация данных выполнялась на лентах электронных самописцев типа КБ-7 (ФРГ) с применением автоматического переключателя типа АП-1. Плановое положение датчиков при закладке в бетон определялось с применением геодезических измерений, смещение по азимуту термоскважин допускалось не более 10°.

Метеорологические данные регистрировались на метеокомплексе и включали в себя измерение скорости ветра и температуры воздуха на семи уровнях башни.

Геодезические измерения выполнялись при различных уровнях солнечной радиации. Исследования, связанные с геодезическими определениями координат, производились в основном при максимальных изгибах ствола, т.е. в безоблачные периоды при скорости ветра на Н - 520 м не более 10 м/сек.

"Расчет значений амплитуды и начальной фазы температурного поля выполнялся по формулам, приведенным в главе 2.

Вычисление редукций ствола за счет влияния температурного поля оболочки производилось на основании формул, полученных нами для оболочки практически любой формы. Схема геодезических опре-

делений координат и оценка их точности в основном не выходила за рамки исходных принципов, изложенных в предыдущей главе.

Анализ результатов геодезических измерений позволяет сделать следующие выводы:

1. В летний ясный день вершина башни описывает кривую, вытянутую с запада на восток до двух метров с максимальным отклонением на север до 1,5 м.

2. В летний период максимальные перемещения башни наблюдаются: а) для железобетонного ствола - в 10-12 ч в западном направлении и в 20 ч в восточном направлении; б) для антенны - в 10 ч в западном направлении и в 18 ч - в восточном направлении; в) наибольшее отклонение башни на север наблюдается в 16 ч для бетонного ствола и в 14 ч для антенны.

В настоящем разделе поставлена задача оценки стандарта 6[К(х0)] на основании прямых температурно-геодезических определений с целью экспериментальной проверки теоретических предпосылок, разработанных автором диссертации в главе 2.

Порядок производства и обработки данных измерений полностью соответствовали положениям, разработанным и изложенным в настоящей работе. Расчет величины А^ дал следующие результаты:

Искомое значение равно Л^(233) - А^(63) - 17,1 мм. В работе приведены значения Stx и 51у, вычисленные на основании выражений:

Флюктуации вида 0хСто.) и йу("С0,) вычислены с применением формул

/^(233) - 17,40 мм; Л^(63) - 0,30 мм.

йх(хо.0 = х(ха) - Сх(хО + 5ЫхО]\ йуСГо, О = у(хо) - Сх(хО + 8ьу(Х1)]\

(67)

(68)

N

(69)

£ [Х(хО + &1у(хО] 1=1

у(х о) = -.

N

Расчет стандарта 6CK(t0)J выполнен на основании выражения:

6[K(tQ)]

N N

Е Пх(Хoi)lZ + Т. rtyitoi^J2 i=l i=l

N

(71)

Получены значения стандартов:

б[х(Х<ц)] - 14,1 мм; б - 2,6 мм; б£у(ГспЛ ~ 9,6 мм; 6-1,8 мм; б[К(Га)] - 16,0 мм; 6-2,9 мм. Кроме того, в работе даны численные значения 6[б] и 6Св1, вычисленные на основании формул:

б CSJ = ^

-

/ Е [S(Xi)~ 5ti(Xi)]z

(72)

/Ш-

/ Z WTO- $ti(Xi)]z 6Ш = / 1=1 M _ 1- , (73)

где y(Xi) - азимут вектора S(tj), вычисленный на основании данных геодезических измерений:

Bt - начальная фаза температурного поля оболочки,

Bt(Xi) - arctg^4?T " 180°-' (75>

<3ty(Xi)

S(Xi) - модуль вектора отклонения оси ствола, который вычисляется по формуле

- \/[х(х0) - х(хО]2+ [у(х0) - у(хО(76)

Установлено, что при N - 23 были получены: 6(5) - 13,9 мм; 6(0) - 8°8. Определим относительную погрешность геодезических определе-

ний координат при б[к(х0)]-16 мм, Н-233 м:

1 16 1 М 233-Ш3 14000*

Экспериментальные исследования позволили установить, что практическая точность определения координат с применением исследуемого в настоящей работе метода обеспечивает выполнение основных задач геодезического обеспечения башенных сооружений. На основании этого можно сделать следующие выводы:

1. Строгое решение задачи геодезических определений координат в условиях колебаний ствола возможно при условии приведения измеренных координат к моменту минимального метеорологического воздействия на положение ствола.

2. Вычисление ординат линии изгиба ствола башни под воздействием температуры необходимо выполнять с учетом геометрической формы ствола. Формулы для каждой формы и для перехода от одной геометрической формы к другой приведены в данной работе.

3. Учет влияния колебаний ствола, возникающих за счет перераспределения температурного поля в оболочке ствола, достигается путем введения поправок в геодезически измеренные координаты, формулы для расчета которых разработаны в настоящей работе.

4. Суточные колебания ствола однозначно определяются колебаниями амплитуды и начальной фазы температурного поля оболочки.

5. Выполнение температурных измерений оболочки, синхронных с геодезическими, позволяет учитывать особенности динамики колебаний ствола при производстве геодезических определений координат путем приведения к моменту Го.

6. При расчете параметров температурного поля величина стандартов 6Сд^ и уменьшается в 1,5 раза при вычислении коэффициентов Фурье вплоть до третей степени.

7. Изменения амплитуды и начальной фазы по высоте ствола являются существенными и требуют учета при выполнении геодезических работ.

8. Стандарт геодезически определенной координаты, полученный при обработке данных, равен 1/10000, что удовлетворяет требованиям к основным видам геодезических работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования колебательного процесса башенных сооружений под влиянием внешних факторов. Основные научные задачи, требующие дальнейшего развития в этой области, такие как методика расчетов редукций в значение координат оси ствола за счет неравномерного распределения температурного поля в оболочке, методика определения координат оси ствола с учетом колебательного процесса башни разной формы и действия собственного веса, были выявлены и решены.

Результаты комплексных исследований позволяют делать следующие выводы:

1. Установлена взаимосвязь между параметрами температурного поля плоского сечения ствола и элементами редукции ствола.

2. Разработана методика для расчета линейных элементов редукции при выполнении геодезических измерений на стволах различной формы, с переменным сечением и с наружной обстройкой.

• 3. Выполнен гармонический анализ температурных полей ствола, который позволил определить основные закономерности развития полей в суточном режиме по высоте ствола, а также их влияние на положение ствола сооружения.

4. Установлено дополнительное отклонение оси башни под действием ее собственного веса, это влияние необходимо учитывать.

5. Экспериментально исследовано влияние колебаний изображения цели вследствие влияния температурного поля воздушной среды внутри ствола.

6. Выполнены экспериментальные исследования точности геодезических определений координат, которые показали, что точность определения координат не зависит от уровня солнечной радиации и при скорости ветра на высоте Я - 503 м менее 10 м/сек составляет не более 1/10000 высоты ствола. Эта точность вполне удовлетворяется почти при всех геодезических работах при возведении сооружений башенного типа.

Разработанная методика позволяет: " - решать задачу редуцирования любых участков сооружения и рассчитывать соответствующие поправки для высотных объектов практически любой формы;

- выполнять измерения и расчеты поправок в значения координат оси ствола за счет внешних факторов по предлагаемой методи-

ке, свободной от недостатков существующих методов, которые носят только приближенный . характер и не учитывают особенности формы ствола, реальное распределение температурного поля и влияние под действием собственного веса;

- обеспечить выполнение условий непрерывности технологического цикла монтажа путем получения оперативной информации вне зависимости от метеорологической ситуации.

Разработан метод вычисления положения невозмущенного положения оси ствола башни путем учета поправок за влияние солнечной радиации и ветровой нагрузки.

Основные результаты работы опубликованы в статьях:

1. Нгуен Куанг Так. Общее решение редукционной задачи и его применение для учета влияния температурного фактора при геодезическом контроле башенного сооружения. Сборник докладов XL-ой научной конференции молодых ученых. МИИГАиК , 1985.

2. Нгуен Куанг Так. Методика вычисления поправок за влияние неравномерного солнечного нагрева при контроле вертикальности башенного сооружения геодезическими методами. Сборник научных работ ХГГИ. Вып. XIV, Hanoi 1989. (на вьетнамском языке).

3. Нгуен Куанг Так. Учет влияния внешних факторов при строительстве и эксплуатации высоких сооружений башенного типа. Сборник научных работ ХГГИ. Вып. XV, Hanoi 1990. (на вьетнамском языке).

4. Нгуен Куанг Так. Общее решение редукционной задачи и его применение при контроле за вертикальностью башенного сооружения. Журнал "Геодезия и Картография", ГУГК Вьетнама, Вып. Фг , Hanoi, 1991. (на вьетнамском языке).

5. Нгуен Куанг Так. Геодезические работы и их технология при строительстве и эксплуатации высоких сооружений башенного типа. - Итоги Государственной научной темы . 46А-05-01. Министерство на науке, технологии и окружению. ГУГК. Вьетнам, Hanoi, 1993. (на вьетнамском языке).

6. Нгуен Куанг Так. Учет влияния внешних факторов при определении координат ствола башни гиперболической формы. Деп. ОНТИ. ЦНИИГАиК, 1996, Ф599 - гд. 96.

7. Нгуен Куанг Так. Расчет влияния перемещений сооружений башенного типа под воздействием собственного веса. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. Isl£4, 1996.

Поди, к печати 23.01.96 Формат 60x90 Бумага офсетная Иеч. л. 1,5

Уч.-изд. л. 1,5 Тираж 60 экз. Заказ К: 108 Цена договорная

МосГУГиК "

1МПМ Млгквп К-В4. Гороховский <