3889
.pdf
Научный журнал строительства и архитектуры
ной низкой — менее 10 % — эффективности передачи нагрузки на все сечение, включая ветви стальной обоймы (Δ %=[9050− 8450] / 8450∙100 %= 7,1 %). Наряду с этим устройство стального оголовка является трудоемким и материалоемким процессом, выполняемым в стесненных условиях производства работ, характерных для реконструкции и модернизации зданий.
Таким образом, при передаче нагрузки на все сечение (включая элементы стальной обоймы) несущая способность усиленной колонны увеличивается менее чем на 10 % по сравнению с вариантом нагружения только бетонного ядра. На этом основании целесообразным представляется отказаться от устройства оголовка стальной обоймы, что позволит значительно сократить трудоемкость и сроки производства работ и упростить конструктивное решение усиления железобетонных колонн методом стальной обоймы с обетонированием.
Устройство обетонирования помимо функции повышения несущей способности также выполняет функции восстановления эксплуатационных качеств железобетонных колонн. Это позволяет нивелировать влияние поверхностных дефектов и повреждений, накопленных в колонне к моменту усиления, на эффективность усиления стальной обоймой: в [7, 18] эмпирически доказано, что применение стальных обойм для поврежденных колонн значительно менее эффективно, чем для колонн без дефектов.
Выводы
1.Усиление железобетонных колонн стальной обоймой с обетонированием позволяет существенно повысить несущую способность эксплуатируемых колонн. Этим способом могут быть усилены колонны, техническое состояние которых оценивается как неработоспособное (неудовлетворительное), т. е. колонны, имеющие многочисленные значительные или критические дефекты и повреждения к моменту усиления.
2.Согласно проведенным экспериментальным и численным исследованиям вариант передачи нагрузки только на бетонное ядро (существующая колонна и обетонирование) без нагружения ветвей стальной обоймы признан более рациональным, т. к. позволяет существенно увеличить несущую способность усиленной колонны и при этом отказаться от устройства оголовка стальной обоймы — процесса трудоемкого и требующего применения сложных конструктивно-технологических решений.
3.Наибольшее увеличение несущей способности колонн в результате усиления стальной обоймой с обетонированием отмечено при передаче нагрузки на все сечение усиленной колонны (существующая колонна, обетонирование и ветви стальной обоймы). При этом несущая способность усиленной колонны возрастает не более чем на 10% по сравнению с несущей способностью, достигаемой при нагружении только бетонного ядра усиленного сечения.
Библиографический список
1.Казачек, В. Г. Обследование и испытание зданий и сооружений / В. Г. Казачек, Н. В. Нечаев, С. Н. Нотенко; под ред. В. И. Римшина. — М.: Высш. шк., 2006. — 655 с.
2.Лазовский, Д. Н. Проектирование реконструкции зданий и сооружений: в 3 ч. Ч. 2: Оценка состояния и усиление строительных конструкций / Д. Н. Лазовский. — 2-е изд., перераб. и доп. — Новополоцк: ПГУ, 2008. — 340 с.
3.Лазовский, Д. Н. Теория расчета и конструирование усиления железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений: дис. … д-ра техн. наук: 10.06.98 / Д. Н. Лазовский. — Минск, 2000. — 376 с.
4.Неразрушающие методы оценки и прогнозирование технического состояния железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в воздушных средах / Т. М. Пецольд [и др.]; под общ. ред. А. А. Васильева. — Гомель: БелГут, 2007. — 146 с.
5.Пособие по усилению железобетонных конструкций с использованием композитных материалов. — М.: ФАУ «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве», 2017. — 226с.
6. Belal, M. F. Behavior of reinforced concrete columns strengthened by steel jacket / M. F. Belal, H. M. Mohamed, S. A. Morad // Housing and Building National Research Center Journal. — 2015. — Vol. 11, Issue 2. — Р. 201—212.
7. El-Badawy Sayed, A. Retrofitting and Strengthening of Reinforced Concrete Columns Using Steel Jackets; Mechanical Performance and Applications / A. El-Badawy Sayed // Journal of Engineering Sciences. — 2009. — Vol. 37, Issue 3. — P. 563—580.
20
Выпуск № 3 (63), 2021 |
ISSN 2541-7592 |
8. Gajdosova, K. Full-Scale Testing of CFRP-Strengthened Slender Reinforced Concrete Columns /
K.Gajdosova, J. Bilcik // Journal of Composites for Construction. — 2013. — Vol. 17, Issue 2. — P. 239—248.
9.He, A. Behaviour of steel-jacket retrofitted RC columns with preload effects / A. He // Thin-Walled Struct. — 2016. — Vol. 109. — P. 25—39.
10.Helles, Z. H. Strengthening of Square Reinforced Concrete Columns with Fibrous Ultra High Performance Self-Compacting Concrete Jacketing: Master Thesis Islam … Master Degree in Design and Rehabilitation of Structures; the Islamic University Gaza / Z. H. Helles. — 2014. — P. 156—172.
11.Huang, L. FRP-confined concrete-encased cross-shaped steel columns: Concept and behaviour / L. Huang, T. Yu, S. — S. Zhang, Z. — Y. Wang // Engineering Structures. — 2017. — Vol. 152. — P. 348—358.
12.Khalifa, E. S. Experimental and analytical behavior of strengthened reinforced concrete columns with steel angles and strips / E. S. Khalifa, S. H. Al-Tersawy // Int. J. Adv. Struct. Eng. — 2014. — Vol. 6, Issue 2. — P. 1—14.
13. Kim, S. H. Seismic retrofit of rectangular RC bridge columns using wire mesh wrap casing / S. H. Kim,
D.K. Kim // KSCE Journal of Civil Engineering. — 2011. — Vol. 15, Issue 7. — P. 1227—1236.
14.Montuori, R. Reinforced concrete columns strengthened with angles and battens subjected to eccentric load / R. Montuori, V. Piluso // Engineering Structures. — 2009. — Vol. 31, Issue 2. — P. 539—550.
15.Mostafa, S. Performance of Steel-Jacketed RC columns usingvarious cementitious materials: Master’s thesis … Masters of Science in Construction Engineering / / S. Mostafa; the American Universityin Cairo. — 2019. — P. 81.
16.Sajedi, F. Evaluation and comparison of GFRP casing and CFRP sheets application on the behavior of circular reinforced concrete column made of high-strength concrete / F. Sajedi, M. Shafieinia // Asian Journal of Civil Engineering. — 2019. — Vol. 20, Issue 8. — P. 1153—1161.
17.Salman, H. M. Finite Element Modeling of a Reinforced Concrete Column Strengthened with Steel Jacket / H. M. Salman, M. H. Al-Sherrawi // Civil Engineering Journal. — 2018. — Vol. 4, Issue 5. — P. 916—925.
18.Sayed, A. M. Experimental behavior of cracked reinforced concrete columns strengthened with reinforced concrete jacketing / A. M. Sayed, M. M. Rashwan, M. E. Helmy// Materials (Basel). — 2020. — Vol. 13, Issue 12 — P. 1—14.
19.Shafei, E. Plasticity constitutive modeling of partially confined concrete with steel jacketing / E. Shafei, J. M. Rahmdel // KSCE Journal of Civil Engineering. — 2017. — Vol. 21, Issue 7. — P. 2738—2750.
20.Sinkovskaya, O. Peculiarities of carrying capacity evaluations of cylindrical CFST columns with new type casing / O. Sinkovskaya, A. Ignatenko // MATEC Web of Conferences. — 2017. — Vol. 116. — P. 1—8.
21.Trapko, T. Effect of eccentric compression loading on the strains of FRCM confined concrete columns // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 61. — P. 97—105.
22.Xu, C. X. Study on seismic behavior of encased steel jacket-strengthened earthquake-damaged composite steel-concrete columns / C. X. Xu, S. Peng, J. Deng, C. Wan // Journal of Building Engineering. — 2018. — Vol. 17 — P. 154—166.
References
1.Kazachek, V. G. Obsledovanie i ispytanie zdanii i sooruzhenii / V. G. Kazachek, N. V. Nechaev, S. N. Notenko; pod red. V. I. Rimshina. — M.: Vyssh. shk., 2006. — 655 s.
2.Lazovskii, D. N. Proektirovanie rekonstruktsii zdanii i sooruzhenii: v 3 ch. Ch. 2: Otsenka sostoyaniya i usilenie stroitel'nykh konstruktsii / D. N. Lazovskii. — 2-e izd., pererab. i dop. — Novopolotsk: PGU, 2008. — 340 s.
3.Lazovskii, D. N. Teoriya rascheta i konstruirovanie usileniya zhelezobetonnykh konstruktsii ekspluatiruemykh stroitel'nykh sooruzhenii: dis. … d-ra tekhn. nauk: 10.06.98 / D. N. Lazovskii. — Minsk, 2000. — 376 s.
4.Nerazrushayushchie metody otsenki i prognozirovanie tekhnicheskogo sostoyaniya zhelezobetonnykh konstruktsii, ekspluatiruyushchikhsya v vozdushnykh sredakh / T. M. Petsol'd [i dr.]; pod obshch. red. A. A. Vasil'eva. — Gomel': BelGut, 2007. — 146 s.
5.Posobie po usileniyu zhelezobetonnykh konstruktsii s ispol'zovaniem kompozitnykh materialov. — M.: FAU Federal'nyi tsentr normirovaniya, standartizatsii i otsenki sootvetstviya v stroitel'stve, 2017. — 226 s.
6. Belal, M. F. Behavior of reinforced concrete columns strengthened by steel jacket / M. F. Belal, H. M. Mohamed, S. A. Morad // Housing and Building National Research Center Journal. — 2015. — Vol. 11, Issue 2. — Р. 201—212.
7.El-Badawy Sayed, A. Retrofitting and Strengthening of Reinforced Concrete Columns Using Steel Jackets; Mechanical Performance and Applications / A. El-Badawy Sayed // Journal of Engineering Sciences. — 2009. — Vol. 37, Issue 3. — P. 563—580.
8.Gajdosova, K. Full-Scale Testing of CFRP-Strengthened Slender Reinforced Concrete Columns /
K.Gajdosova, J. Bilcik // Journal of Composites for Construction. — 2013. — Vol. 17, Issue 2. — P. 239—248.
9.He, A. Behaviour of steel-jacket retrofitted RC columns with preload effects / A. He // Thin-Walled Struct. — 2016. — Vol. 109. — P. 25—39.
10.Helles, Z. H. Strengthening of Square Reinforced Concrete Columns with Fibrous Ultra High Performance Self-Compacting Concrete Jacketing: Master Thesis Islam … Master Degree in Design and Rehabilitation of Structures; the Islamic University Gaza / Z. H. Helles. — 2014. — P. 156—172.
21
Научный журнал строительства и архитектуры
11.Huang, L. FRP-confined concrete-encased cross-shaped steel columns: Concept and behaviour / L. Huang, T. Yu, S. — S. Zhang, Z. — Y. Wang // Engineering Structures. — 2017. — Vol. 152. — P. 348—358.
12.Khalifa, E. S. Experimental and analytical behavior of strengthened reinforced concrete columns with steel angles and strips / E. S. Khalifa, S. H. Al-Tersawy // Int. J. Adv. Struct. Eng. — 2014. — Vol. 6, Issue 2. — P. 1—14.
13. Kim, S. H. Seismic retrofit of rectangular RC bridge columns using wire mesh wrap casing / S. H. Kim,
D.K. Kim // KSCE Journal of Civil Engineering. — 2011. — Vol. 15, Issue 7. — P. 1227—1236.
14.Montuori, R. Reinforced concrete columns strengthened with angles and battens subjected to eccentric load / R. Montuori, V. Piluso // Engineering Structures. — 2009. — Vol. 31, Issue 2. — P. 539—550.
15.Mostafa, S. Performance of Steel-Jacketed RC columns usingvarious cementitious materials: Master’s thesis … Masters of Science in Construction Engineering / / S. Mostafa; the American Universityin Cairo. — 2019. — P. 81.
16.Sajedi, F. Evaluation and comparison of GFRP casing and CFRP sheets application on the behavior of circular reinforced concrete column made of high-strength concrete / F. Sajedi, M. Shafieinia // Asian Journal of Civil Engineering. — 2019. — Vol. 20, Issue 8. — P. 1153—1161.
17.Salman, H. M. Finite Element Modeling of a Reinforced Concrete Column Strengthened with Steel Jacket / H. M. Salman, M. H. Al-Sherrawi // Civil Engineering Journal. — 2018. — Vol. 4, Issue 5. — P. 916—925.
18.Sayed, A. M. Experimental behavior of cracked reinforced concrete columns strengthened with reinforced concrete jacketing / A. M. Sayed, M. M. Rashwan, M. E. Helmy// Materials (Basel). — 2020. — Vol. 13, Issue 12 — P. 1—14.
19.Shafei, E. Plasticity constitutive modeling of partially confined concrete with steel jacketing / E. Shafei, J. M. Rahmdel // KSCE Journal of Civil Engineering. — 2017. — Vol. 21, Issue 7. — P. 2738—2750.
20.Sinkovskaya, O. Peculiarities of carrying capacity evaluations of cylindrical CFST columns with new type casing / O. Sinkovskaya, A. Ignatenko // MATEC Web of Conferences. — 2017. — Vol. 116. — P. 1—8.
21.Trapko, T. Effect of eccentric compression loading on the strains of FRCM confined concrete columns // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 61. — P. 97—105.
22.Xu, C. X. Study on seismic behavior of encased steel jacket-strengthened earthquake-damaged composite steel-concrete columns / C. X. Xu, S. Peng, J. Deng, C. Wan // Journal of Building Engineering. — 2018. — Vol. 17 — P. 154—166.
COMBINED REINFORCED CONCRETE COLUMNS STRENGTHENING WITH STEEL CLIPPING AND CONCRETE SURFACING
Yu. G. Moskal'kova 1, S. V. Danilov 2, V. A. Rzhevutskaya 3
Belarusian-Russian University, 2, 3
Republic of Belarus, Mogilev
1PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Industrial and Civil Construction, tel.: +375(29)74-29-183, e-mail: julia43@tut.by
2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Industrial and Civil Construction, tel.: +375(29)74-59-597, e-mail:
3PhD student of the Dept. of Industrial and Civil Construction, tel.: +375(44)54-91-181,
e-mail:
Statement of the problem. The method of strengthening reinforced concrete columns with a steel clipping and the concrete surfacing is investigated. This method allows one to repair the columns with significant defects and damage. The prerequisite for this study was the assumption of strengthening with a steel clipping and the concrete surfacing is an effective way to increase the ultimate limit state of reinforced concrete columns, furthermore, the option of applying the load (only to the concrete core or to the entire section) does not significantly affect the strengthening effectiveness. In this regard, the purpose of the investigation was to identify the need to include the steel jacketing in the work, on the condition the column is coated with concrete along with the entire height.
Results and conclusions. The load transfer method only to the concrete core of the strengthened columns is recognized as rational since the device of the steel clipping head requires the use of complex structural and technological solutions, but at the same time additionally increases the ultimate limit state insignificantly (according to the studies by less than 10 %). Due to the absence of the need to establish structures of the steel jacketing head, the labor intensiveness and terms of work production on strengthening the columns are reduced.
Keywords: columns (structural), reinforced concrete, strengthening (metal), retrofitting, jacketing, compaction, interfaces (materials), load limits, axial loads, strain hardening, stresses.
22
Выпуск № 3 (63), 2021 |
ISSN 2541-7592 |
УДК 528.48
DOI 10.36622/VSTU.2021.63.3.002
ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ДЛЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА АВАРИЙНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Б. А. Попов 1, Н. Б. Хахулина 2,Ю. С. Нетребина 3
Воронежский государственных технический университет 1, 2, 3 Россия, г. Воронеж
1Канд. с.-х. наук, доц. кафедры кадастра недвижимости, землеустройства и геодезии, тел.: (473)271-50-72, e-mail: b.p.geo@yandex.ru
2Канд. техн. наук, доц. кафедры кадастра недвижимости, землеустройства и геодезии, тел.: (473)271-50-72, e-mail: hahulina@mail.ru
3Канд. геогр. наук, доц. кафедры кадастра недвижимости, землеустройства и геодезии, тел.: (473)271-50-72, e-mail: juliya_net@mail.ru
Постановка задачи. Одной из актуальных научно-технических задач в строительстве является совершенствование методов мониторинга состояния строительных конструкций (в том числе в стесненных условиях работы) при строительстве уникальных сооружений и объектов незавершенного строительства, обеспечивающих надежный контроль их качества, устойчивости и безопасности. Довольно часто возникают условиях, при которых нет возможности выполнить полноценный мониторинг отдельных видов деформаций строительных конструкций традиционными методами. Требуется разработка универсальных, надежных и удобных методов контроля различных геометрических параметров сооружения с целью своевременного принятия мер по обеспечению стабильности и устойчивости сооружения, чтобы исключить переход сооружения в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние.
Результаты и выводы. Предложенные в работе методы определения деформаций и качества изготовления строительных конструкций с использованием метрической фотосъемки позволяют провести полноценный мониторинг их технического состояния с необходимой точностью. Все перечисленные в статье способы контроля отрабатывались и проверялись на зданиях и сооружениях законсервированной Воронежской атомной станции теплоснабжения.
Ключевые слова: фотограмметрия, деформация, крен, осадки, мониторинг.
Введение. Анализ научной литературы и опыт строительных организаций показывают, что при мониторинге напряженно-деформированного состояния строительных конструкций иногда приходится работать в очень стесненных условиях, когда из-за малого расстояния до объекта нет возможности установить геодезический прибор или резкость изображения на приборе [2, 17, 9]. При этом современные исследования в области контроля деформаций, как правило, ориентированы только на измерения осадок, кренов и горизонтальных смещений оснований и фундаментов, а не на контроль геометрических параметров отдельных строи-
тельных конструкций [1, 3—5, 7—11, 13—16, 18, 20].
Между тем согласно СП 22.13330.2011 (п. 5.6.4) и СП 126.13330.2012 (п. 8.6), в процес-
се мониторинга строящегося сооружения помимо осадок, кренов и смещений должны контролироваться и кручения, прогибы конструкций, их техническое состояние и другие параметры, состав которых зависит от назначения и условий строительства объекта. Особенно актуальным это стало в последние годы, когда в мире все чаще ведется строительство уникальных сооружений, отличающихся нестандартными конструктивными решениями, приме-
© Попов Б. А., Хахулина Н. Б., НетребинаЮ. С., 2021
23
Научный журнал строительства и архитектуры
нением новых технологий строительства и строительных материалов, поведение которых под действием различных нагрузок и агрессивного воздействия среды изучено еще не достаточно.
Необходимо учитывать и то, что в стране имеется большое количество объектов незавершенного и законсервированного строительства. При контроле деформаций на подобных объектах в абсолютном большинстве случаев проведению традиционных измерений мешает стесненность условий работы, неравномерное воздействие различных метеорологических факторов (освещенности, температуры, рефракции, турбулентных потоков воздуха) и деформации конструкций и грунта в непосредственной близости от исследуемых сооружений.
Названные причины обусловили ряд значительных недостатков, существующих в настоящее время в системе мониторинга безопасности строительных объектов. Во-первых, в современной строительной практике, как правило, отсутствует постоянный контроль технического состояния объекта и прилегающей к нему территории. Чаще всего проводится лишь выборочная экспертиза технического состояния отдельных объектов. Во-вторых, на сегодняшний день не разработаны критерии комплексной оценки состояния объекта в каждый момент времени. В-третьих, у заказчика строительства чаще всего отсутствует понимание необходимости такого непрерывного комплексного мониторинга, что приводит к отсутствию финансирования этого вида работ.
Вподобных условиях нет возможности выполнить полноценный мониторинг отдельных видов деформаций строительных конструкций традиционными методами. Требуется разработка универсальных, надежных и удобных методов контроля различных геометрических параметров сооружения с целью своевременного принятия мер по обеспечению стабильности и устойчивости сооружения, чтобы исключить переход сооружения в ограниченно работоспособное или аварийное состояние.
Таким образом, на сегодняшний день одной из актуальных научно-технических задач в строительстве является совершенствование методов мониторинга состояния строительных конструкций (в том числе в стесненных условиях работы) при строительстве уникальных сооружений и объектов незавершенного строительства, обеспечивающих надежный контроль их качества, устойчивости и безопасности [6, 12, 19].
Всвязи с этим авторы предлагают при наблюдениях за деформациями строительных конструкций, отдельными узлами и деталями, расположенными в труднодоступных местах, или при стесненных условиях работы использовать возможности метрической фотосъемки.
1. Контроль деформаций и качества изготовления строительных конструкций.
При определении деформаций и контроле изготовления строительных конструкций по оси Y (рис. 1, 2) в стесненных условиях работы можно использовать фотограмметрический метод с теневой проекцией сетки проводов, натянутых перед исследуемой поверхностью (рис. 3).
Рис. 1. Схема определения деформаций строительных конструкций фотограмметрическим методом (расположение осей
при наземной фотограмметрической съемке)
24
Выпуск № 3 (63), 2021 |
ISSN 2541-7592 |
Рис. 2. Определение деформаций фотограмметрическим методом с теневой проекцией сетки проводов:
1 — проволока; 1'и 2 — тень от проволоки
на плоскостях конструкции І и ІІ; І—ІІ — положение плоскостей исследуемых конструкций
Тени могут быть использованы и для определения геометрической формы исследуемой поверхности.
Перед началом съемки в доступном месте вдоль исследуемой конструкции разбивается базис. Фотосъемка строительной конструкции производится с одного конца базиса, а на другом конце устанавливается источник освещения.
На снимке получается изображение проволоки 3 и ее тени 4 (рис. 3). Отстояние точек поверхности исследуемой детали от проволоки обозначено через ∆Y':
Y |
LY |
|
l1 Y1 Y Y1 |
|
lY |
2 |
|
Y |
|
|
1 |
|
|
|
1 1 |
1 |
|
. |
(1) |
||
B |
Bf |
|
|
|||||||
|
|
|
Bf |
|
|
Y1 |
|
|||
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
Рис. 3. Получение теневой проекции проводов для определения деформаций и геометрической формы поверхности строительной конструкции:
а) схема определения деформаций строительных конструкций методом теневой проекции; б) измерение прогиба стены на здании химводоочистки;
1 — источник освещения; 2 — исследуемая конструкция; 3 — сетка проводов; 4 — теневая проекция сетки
Если проволока натянута вблизи поверхности исследуемой детали, то формулу (1) можно упростить:
Y |
lY |
2 |
|
pY |
2 |
, |
(2) |
1 1 |
|
1 1 |
|
||||
Bf |
|
Bf |
|
||||
|
|
|
|
|
|
где l=∆Р1.
25
Научный журнал строительства и архитектуры
Используя вычисленные ∆Y', можно построить профиль поверхности по заданному направлению или провести горизонтали равных значений ∆Y', а также составить ортографическую проекцию поверхности текущих вертикальных смещений строительнойконструкции (рис. 4).
Рис. 4. Ортографическая проекция поверхности текущих вертикальных смещений строительной конструкции І—ІІ
Если под действием деформаций контролируемая поверхность переместилась из положения І в положение ІІ (см. рис. 1), то, используя формулу (2), можно записать:
Y |
l Y |
2 |
|
p Y |
2 |
. |
(3) |
2 1 |
|
2 1 |
|
||||
Bf |
|
Bf |
|
||||
|
|
|
|
|
|
При этом деформация по оси Y точки поверхности конструкции будет равна:
Y Y Y |
p Y |
2 |
|
pY |
2 |
|
pY2 |
(4) |
|
2 1 |
|
|
1 1 |
|
|
1 |
, |
||
Bf |
|
Bf |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Bf |
|
|||
где ∆p — расстояние на снимке между изображениями теней.
Для определения деформаций фотосъемку выполняют дважды — до и после деформации. При измерениях начальным отсчетом для определения ∆p является отсчет на изображение проволоки.
Достоинство предлагаемого способа съемки с теневой проекцией сетки в том, что фотосъемка выполняется с одной удобной точки стояния, при этом имеется возможность повысить точность определения ∆Y за счет увеличения базиса съемки — расстояния между фотокамерой и источником освещения.
Для определения параметров сколов, неровностей, выемок отдельных строительных конструкций (рис. 5) и контроля их развития может быть использован способ стереотеневой фотограмметрии. Схема принципа исследования представлена на рис. 6.
Для выполнения работ необходимо широкоформатную фотокамеру установить на штативе и с помощью тахеометра точно ориентировать в пространстве. Оптическую ось камеры следует ориентировать строго перпендикулярно плоскости сетки, которая размещается между камерой и исследуемой конструкцией.
Камера должна быть жестко связана с базисом, на котором установлен осветитель. Перед камерой на фиксированном расстоянии размещается сетка с ортогональной системой нитей. При освещении строительной конструкции свет проходит через сетку, и на поверхности
26
Выпуск № 3 (63), 2021 |
ISSN 2541-7592 |
конструкции отображается проекция этой сетки. Причем теневая картина каждой теневой нити образует профиль сечения изучаемого участка конструкции.
Рис. 5. Нарушение структуры облицовочных панелей
На полученных снимках можно произвести измерения и получить пространственные координаты X, Y и Z выбранных точек по линии профиля. На основании полученных данных можно построить математическую модель геометрических параметров конструкции изучаемого объекта по выбранным сечениям.
П — плоскость фотоснимка; А — оптический центр объектива фотокамеры; С — сетка;
fk — фокусное расстояние камеры; 0—0' — главная оптическая ось камеры;
L — расстояние от точки схождения лучей до плоскости сетки; К—К' — координатные точки объекта исследования;
Рk — параллакс точки К;
r — преобразованная на фотоснимке величина параллакса точки К, подлежащая измерению; j — точка пересечении главной оптической оси камеры с сеткой;
N, N' — проекции координатных точек К и К' на сетке;
Yk — расстояние от координатной точки К' объекта исследования
Рис. 6. Стереотеневая фотограмметрия (общие принципы исследования)
Требования к точности измерений Y можно определить на основании известных формул:
m X X
m Z Z
m |
2 |
m |
2 |
mf |
2 |
|
(5) |
||||||||||
|
Y |
|
|
X |
|
|
|
|
|
; |
|||||||
Y |
X |
f |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
m |
2 |
m |
2 |
mf 2 |
(6) |
||||||||||||
|
Y |
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||
Y |
|
Z |
|
f |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В зависимости от условий работы точность измерения отстояний mY может быть определена заданной точностью определения деформаций m∆X, m∆Z или точностью измерения смещений m∆x, m∆z на снимках.
27
Научный журнал строительства и архитектуры
В первом случае будем иметь:
m Y |
m X |
; |
(7) |
||
|
|
|
|||
Y |
|
X |
|
||
|
|
|
|||
во втором случае: |
|
|
|
|
|
m Y |
m x |
, |
(8) |
||
|
|||||
Y |
|
x |
|
||
|
|
|
|||
где ∆Х и ∆x — соответственно максимальные значения деформаций точек сооружения и измеренных смещений на снимке; m∆Х — погрешность в определении деформаций ∆Х, обусловленная влиянием ошибок определения отстояний.
Расчетное значение m∆Х в формуле (7) должно быть в 2—3 раза меньше заданного, чтобы ошибки отстояния не влияли на точность определения деформаций. Соответственно расчетное значение m∆Х по той же причине должно быть в 2—3 раза меньше точности измерения смещений.
Требования к точности определения фокусного расстояния фотокамеры определяются формулой:
|
|
m |
X |
mf |
; |
|
(9) |
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
X |
|
|
f |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
откуда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
f |
|
m X |
f |
m x |
f. |
(10) |
|||
X |
|
|||||||||
|
|
|
|
x |
|
|||||
Так, например, при m∆x =0,002 мм, m∆Х =0,50 мм; f=200 мм получим mf =0,8 мм.
2. Определение деформаций высотных сооружений. Контроль деформаций и испол-
нительная геодезическая съемка высотных сооружений в условиях тесной застройки часто представляют сложную и трудоемкую задачу. В этом случае может быть использован стереофотограмметрический способ контроля.
Полевые работы при этом не вызывают сложности и заключаются в стандартной фотосъемке сооружения с двух постоянно закрепленных точек и ряда вспомогательных геодезических измерений.
Определенную сложность могут вызывать методы камеральной обработки полученных снимков. Если сооружение изобразилось на снимке симметрично оси z снимка, то, измерив на одиночном снимке координаты четырех боковых точек 1—4 (рис. 7), можно определить частные крены сооружения VА и VВ (рис. 8).
На основании рис. 7 и 8 можно записать:
VA |
|
x x |
|
|
|
x x |
|
Y |
|
|
Y' |
|
xA, |
(11) |
|||||||
|
3 |
4 |
|
1 |
2 |
|
|
|
A |
|
|
A |
|
||||||||
|
2 |
|
|
2 |
|
f |
|
f |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
V |
|
|
x3' |
x4' |
|
|
x1' |
x2' |
|
|
YB |
|
|
YB' |
|
x . |
(12) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
B |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
f |
|
|
|
f |
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Полная величина крена при этом может быть найдена как графическим, так и аналитическим способом.
При одновременной съемке нескольких объектов их изображения могут оказаться на краях снимка, вследствие чего на снимке возникают перспективные искажения. Для исключения перспективной ошибки следует вводить в формулы (11) и (12) поправку:
28
Выпуск № 3 (63), 2021 ISSN 2541-7592
|
|
|
|
|
x2x |
|
|
|
|
|||
x |
0 |
|
|
|
|
ср |
|
|
; |
(13) |
||
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
4 f 2 |
1 |
xср |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
x1 x2 |
, |
|
x x |
x . |
(14) |
||||||
|
|
|||||||||||
ср |
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С учетом поправки исходная формула для определения частного крена (11) примет вид:
|
x |
x |
|
x x |
Y |
xсрB |
x0B xсрН |
x0Н |
Y |
|||||||||
VA |
|
3 |
4 |
x0B |
|
1 2 |
x0Н |
A |
A |
|
||||||||
|
2 |
2 |
f |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
||||||
|
|
|
xсрB xсрН x0B |
x0Н |
YA |
|
|
YA |
xA x , |
(15) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
f |
|
|
|
|||
где δхв, δх0н — поправки за перспективное искажение для верхних и нижних точек сооружения; ∆δхА — измеренное значение крена сооружения на снимке; δх — поправка в измеренное значение крена.
Рис. 7. Расположение точек |
Рис. 8. Определение крена дымовой трубы |
для определения крена дымовой трубы |
при ее расположении на снимке симметрично оси ZZ |
Средняя квадратическая ошибка определения крена в соответствии с формулой (15) будет равна:
|
Y |
|
2 |
|
x |
A |
|
2 |
(16) |
||
m2 |
|
A |
|
m2 |
|
|
|
|
m2 . |
||
|
|
|
|||||||||
VA |
f |
x |
|
f |
|
YA |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При этом следует учитывать, что на точность определения частного крена VА влияет ошибка определения отстояния YA. Отстояние можно найти различными способами. При крене ∆Х=0,1–0,3 м отстояние достаточно определить графически. При больших значениях крена необходим аналитический расчет.
29