Гермонова Олена Юріївна

Гірничо-геологічний факультет
Спеціальність:Інженерна геодезія

Тема випускної роботи:

Розробка і дослідження метода вимірювання форми і нахилу високих димових труб

Науковий керівник: Могильный Сергій Георгійович

Реферат з теми випускної роботи

                Вступ

           Характерною особливістю димових труб є їх значна висота при малих розмірах  підвалини. При такій геометрії мають місце великі навантаження на основу, які викликаються масою споруди, а також впливом на його надземну консольну частину таких зовнішніх факторів, як боковий тиск вітру, односторонне сонячне нагрівання і т.п. Нагрузки, які виникають призводять до ущільнення грунтів та викликають осідання споруди. Внаслідок неоднорідних властивостей основи та впливу антропогеннихфакторів це осідання може бути нерівномірним, що призводить до крену димових труб.

Спостереження за кренами труб і осідань основ під фундаментами повинні проводитися систематично, з використанням геодезичних інструментів:

      - перші два роки після закінчення будівництва, два рази на рік;
- після двох років під час стабілізації осідань фундаментів (1 мм на рік і менш), один раз на рік; 
- після стабілізації осідань, один раз за п'ять років.

Актуальність теми 

З метою своєчасного здійснення заходів щодо підсилення деформованих конструкцій висотних об'єктів і ліквідації небезпеки їх руйнування необхідно регулярно вести геодезичні вимірювання деформацій основ, конструкцій димових труб та їх частин, з частотою, яка передбачена проектною та нормативною документацією на ці об'єкти. 

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами

На кафедрі геоінформатики і геодезії одним з наукових напрямів є теоретичне обгрунтування нових технологій  виконання різних геодезичних робіт.  Розробка математичного апарату формул і нової технології спостереження за деформаціями димових труб – одне з напрямів цих робіт. Тому тему магістерської роботи можна вважати пов'язаною з програмами, планами і темами досліджень, виконуваних на кафедрі геоінформатики і геодезії ДонНТУ.

     Мета і завдання розробок та досліджень

Метою даної роботи є аналіз  існуючих технологій спостереження за кренами висотних  споруд з подальшим вибором оптимальної, яку можна застосувати незалежно від щільності забудови або насиченості технологічного обладнання навколо об'єкта, що спостерігається і яка дозволить  зменшити трудовитрати за рахунок скорочення польових і камеральних робіт, підвищити загальну культуру виробництва.

Ідея роботи: розробка і дослідження нової технології спостереження за деформаціями димових труб, орієнтованої на часкову автоматизацію технологічного процеса і ведення моніторингу по кожній  димовій трубі, що спостерігається, тобто аналіз деформацій димових труб у часі і просторі.

Рисунок 1 – Технологія спостереження за деформаціями (GIF Animator 5.1, 6 кадрів, 1 сек, 45,6 Кб)

Основні задачі розробки досліджень.

Для  реалізації установленої мети намічено вирішити  наступні задачі:

1) вивчити  існуючі способи спостерігання за кренами споруд;

2) виконати порівняльнийй аналіиз цих способів;

3) обгрунтувати прогресивну технологію спостереження за деформаціями димових труб і апробувати її;

4) дослідити точність і эфективність нової технології.

Предмет розробок і досліджень: технологія спостереження за деформаціями димових труб.

Методи досліджень: математичне моделювання і математичний аналіз.

Об'єм розробок і досліджень: розроблена і апробована модель димової труби без деформацій, розроблена і апробована модель димової труби з деформаціями, виконана апробація обчислювального апарата формул на реальній димовій трубі.

Наукова новизна:

1) отримана математична модель димової труби по параметрам якої можна  приймати рішення по деформаціях димової труби;

2) розроблена нова технологія спостереження за деформаціями димових труб із застосувнням безвідбивних тахеометрів і запропонований математичний апарат формул для розрахунків.

Практичне значення отриманих результатів:

1) значне скорочення польових робіт із спостереження за димовими трубами, за рахунок того, що не буде необхідності маркувати точки на трубі;

2) під час спостереження можна одразу передавати результати вимірювань у комп'ютер і обробляти їх;

3) скорочення витрат на зарплату робітникам, так як для роботи достатньо одного спеціаліста;

4) можливе ведення моніторингу кожної окремої димової труби.

Апробація роботи: основні положення і результати магістерської роботи доповідались на наукових студентських конференціях 2007, 2008 и 2009 років і отримали позитивну оцінку спеціалістів.

Огляд досліджень і розробок на тему

Для вирішення першої і другої задачі були вивчені способи спостережень за кренами споруд баштового типу [1-11] результати якого зведені в таблицю 1. Для цього були обрані наступні основні критерії порівняння:

1) необхідність створення опорної геодезичної мережі;

2) частота  обновлення цієї мережі;

3) прив'язка до пунктів державної геодезичної мережі;

4) кількість точок, з яких  буде спостерігатися крен споруди;

5) мінімальне віддалення цих точок від об'єкта спостереження;

6) максимальне віддалення цих точок від об'єкта спостереження;

7) геодезичні прилади, для виконання вимірювань;

8) вимірювані величини у польових умовах;

9) результати обчислень.

Із аналізу усіх розглянутих способів спостереження за кренами споруд баштового типу, аналізу сучасного парку геодезичних приладів і наявних на сьогоднішній день комп'ютерних технологій  був зроблений висновок, що можливо значно покращити ці технології, орієнтувавши їх на нове геодезичне забезпечення, в окремому випадку безвідбивні електронні тахеометри.

Таблиця 1 - Аналіз способів спостереження за кренами споруд баштового типу

Локальний огляд

1. Розробка методики та періодичні визначення деформацій димових труб Єнакієвського коксохімічного заводу під час обробки його території шахтою "Красний октябрь", Хозтема  Х-76-23,  № держ. регістрації 76038276, Брежнев Д.В, Могильный С.Г. и др. , 1980 г.

2.  Могильный С.Г., Беликов И.Л., Ахонина Л.И., Брежнев Д.В. Фотограмметрия. - Киев.: Вища школа, 1985.-278 с.

Глобальний огляд

1) Wan Aziz, Othman Z. W. A.& Najib H:  Monitoring high-rise building deformation using Global Positioning System

         
             Національний огляд

1) СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений//

2) Бикташев М.Д. Башенные сооружения. Геодезический анализ осадки, крена и общей устойчивости положения

3) Руководство по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами/ Центр. н.-и. и проект.-эксперим. ин-т орг., механизации и техн. помощи стр-ву, М.: Стройиздат 1981, 55 с.

4) РД 34.21.322-94 Методические указания по организации и проведению наблюдений за осадками фундаментов и деформациями зданий и сооружений строящихся и эксплуатируемых тепловых электростанций 1994-10-03 00:00:00

5) Определение крена сооружений и динамических деформаций// буровой портал - буровые установки для бурения скважин буровое оборудование и инструмент буровые компании 

6) СНиП 3.01.04.-87. Приемка в эксплуатацию законченных строительством предприятий, зданий и сооружений. Основные положения

7) СНиП III.24-75. Промышленные печи и кирпичные дымовые трубы

8) СНиП III-А: II-70. Техника безопасности в строительстве.

9) Инструкция по эксплуатации железобетонных дымовых труб и газоходов на тепловых электростанциях. - М.: СПО Союзтехэнерго, 1981.

10) Инструкция по эксплуатации железобетонных дымовых труб с металлическими газоотводящими стволами на тепловых электростанциях: РД 34.21.562-93. - М.: СПО ОРГРЭС, 1995.

11) Инструкция по приемке строящихся дымовых труб: РД 34.21.408-95. - М.: СПО ОРГРЭС, 1997.

12) Методика обследования дымовых труб тепловых электростанций: РД 34.20.328-95. - М.: СПО ОРГРЭС, 1997.

13) Методические указания по обследованию дымовых труб с металлическими газоотводящими стволами: РД 34.20.322-89. - М.: СПО Союзтехэнерго, 1990.

14)  Рекомендации по повышению надежности дымовых труб ТЭС. - М.: СПО Союзтехэнерго, 1988.

Основний зміст роботи

Для дослідження технології застосування безвідбивних тахеометрів під час спостереження за кренами висотних споруд необхідно розробити  математичнуя модель метода вимірюванняя. У процесі реалізації цієї задачі було виконано наступне:

- виведення математичногоо апарату формул;

- розробка алгоритму формування моделі станцій, з яких ведеться спостереження;
            - розробка інтерфейсу програми;

- розробка програми формування моделі вимірювань;

- розробка тестових прикладів для апробації програми;

- тестування програми.

Для  виведення математичного апарату формул були застосовані модель димової труби з трьома станціями (см. рис.2) і схема  станцій, з яких ведеться спостереження (см. рис.3).

Рисунок 2 – Модель димової труби з трьома станціями, з яких ведеться спостереження

Рисунок 3– Схема визначення кута поля зору тахеометра на станції N

Программа була розроблена з урахуванням наступних вимог до неї:

- модель повинна формуватися для різного взаємного розташування станцій спостереження;

- повинна бути можливість редагування вже існуючихх моделей;

- повинна бути можливість перегляду та зберігання даних по отриманих моделях станцій спостереження;

- повинна бути можливість перегляду даних моделювання поетапно;

- можливість візуалізувати результати моделювання у вигляді планового накладення усіх отриманих точок і об'ємно.

У теперішній час за допомогою розробленої програми створено декілька моделей димових труб.

На наступному етапі за результатами аналізу геометричних властивостей димової труби і станцій спостереження була отримана система рівнянь. Якщо прийняти, що димова труба – це зрізаний конус, тоді загальний вид рівняння для нього буде мати вигляд:

,       (1.1)

де  - довжина вектора ;
 - відстань від точки О (центр основи труби) до точки середини кола перерізу, яке проходить через i-ту точку на трубі;
 - радіус кола перерізу, яке проходить через i-ту точку на трубі. 

Довжина вектора  можна обчислити за формулою:

      (1.2)

де  - координати i-тої точки на трубі;

 - координати точки О (центр основи труби).

Тоді довжину вектора  можна обчислити за формулою:

.        (1.3)

Радіус кола перерізу, яке проходить через i-ту точку на трубі, можна обчислити за формулою:

      (1.4)

де  - радіус кола перерізу, яке проходить через точку О в основі труби;

 - конусність димової труби. 

Величину   () можна розрахувати за формулою:

,     (1.5)

де  - проекції вектора , пов'язані між собою залежністю:

()    (1.6)

Виходячи з усього сказаного вище, рівняння димової труби для  i-тої точки, буде мати вигляд:

  (1.7)

Рівнянь виду (1.7) буде рівно стільки, скільки  вимірювань на димовій трубі.

Узяв похідну по невідомим цього рівняння отримали систему з якої обчислили наближені значення невідомих у матричному вигляді:

         (1.8)

  ,           (1.9, 1.10)

    (1.11)

Для оцінювання обраної функції обчислюється середня квадратична похибка одиниці ваги для окремої точки:

,     (1.12)

де  - кількість вимірюваних точок;  - кількість невідомих у рівнянні (1.12).

У теперішній час ці формули протестовані на смодельованих і реальних вимірюваннях.

Висновок

У магістерській роботі виконане теоретичне обгрунтування і викладені практичні результати розв'язання науково-практичної задачі розробки геодезичного забезпечення спостереження за деформаціями димових труб.

Застосування сучасних електро-оптичних методів вимірювань під час контроля за станом відповідальних висотних об'єктів підприємств промисловості дозволить:

- скоротити витрати труда на геодезичні роботи;

- підвищити безпеку геодезичних робіт;

- покращити умови експлуатації висотних споруд.

Перелік посилань

1. Руководство по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами/ Центр. н.-и. и проект.-эксперим. ин-т орг., механизации и техн. помощи стр-ву 55 с. ил. 20 см. М. Стройиздат 1981

2. СП 13-101-99. Правила надзора, обследования, проведения технического обслуживания и ремонта промышленных дымовых и вентиляционных труб. Часть I. (http://www.gvozdik.ru/documents/1618.html)

3. Перспективные разработки и новые технологии. Определение крена цилиндрических сооружений. (http://www.sibpatent.ru/default.asp?khid=20139&code=672115&sort=2)

4. Субботин И.Е., Мазницкий А.С. Справочник строителя по инженерной геодезии. – Киев.: Будивельник, 1989.-280 с

5. Могильный С.Г., Беликов И.Л., Ахонина Л.И., Брежнев Д.В. Фотограмметрия. - Киев.: Вища школа, 1985.-278 с.

6. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ: Справ. пособие. - М.: Недра, 1981.-438 с.

7. Баран П.І. „Широкодіапазонний диференціальний метод визначення горизонтальних зміщень та кренів споруд”//Вісник геодезії та картографії, 2003 р., №1(28), с.34-37.

8. Никитин А.В. „Способ определения крена сооружений цилиндрической формы ”//Геодезия и картография, 4.2002, с. 15-17

9. Норкин С.П., Кузнецов О.Ф. Инженерная геодезия: Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003 –111 с.

10. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений - М.: Недра, 1980. –180с

11. Столбов И.А."Об определении кренов сооружений"//„Геодезия и картография”,  выпуск 3.1988, с.35-36.