ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Деформация зданий или инженерных сооружений происходит под действием внешней силы (нагрузки). Она приводит к изменению формы объекта или перемещению частиц его материала. Если нагрузка не превышает допустимого предела, определенного для данного материала, то после прекращения ее действия сооружение благодаря взаимодействию частиц материала возвращается к первоначальной форме. При перегрузке частицы материала могут утратить взаимную связь и сооружение деформируется или разрушается. Исследование этих процессов имеет важное значение при проектировании и строительстве различных инженерных сооружений.
Для изучения деформации объекта применяют геодезические и фотограмметрические методы. По данным геодезических измерений можно определить довольно малые, разнесенные по времени перемещения точек объекта, что не позволяет оценить его состояние в целом в данный момент. Фотограмметрические методы по точности уступают геодезическим, но они позволяют фиксировать положение точек изучаемого объекта в один физический момент, что дает возможность оценить взаимную деформацию точек объекта в целом и отдельных его частей.
При большом количестве определяемых точек фотограмметрические методы более экономичны и производительны, чем геодезические, поэтому они находят широкое практическое применение для определения деформаций инженерных сооружений, строительных конструкций, узлов и моделей при испытании статическими нагрузками и динамическими воздействиями. Фотоснимки получают, как правило, с помощью фототеодолитной съемки. Она имеет особенно важное значение при выполнении исследований деформации объектов в условиях действующего предприятия без специальной организации работ по обеспечению мер безопасности.
Принцип определения деформаций заключается в многократном получении координат точек исследуемого объекта по измерениям наземных снимков и сравнении их с исходными или проектными данными.
В наземной фотограмметрии изучение деформации объекта может производиться по измерениям одиночных снимков или по результатам измерений снимков стереопары. Первый метод определения деформаций называют фотограмметрическим (метод нулевого базиса), а второй - стереофотограмметрическим.
Фотограмметрический метод используют в тех случаях, когда необходимо определить изменение положения точек объекта (плоские объекты) в плоскости, параллельной плоскости снимка. Фотографирование объекта производится с одной фотостанции многократно с сохранением элементов внутреннего и внешнего ориентирования фотокамеры. Первую съемку, выполняемую после завершения строительства (монтажа) объекта или до его нагрузки, называют съемкой (снимком) нулевого цикла. Последующие съемки (снимки) называют съемкам и (снимками) деформационных циклов.
Снимки каждого цикла измеряют на стереокомпараторе. Разности координат одноименных точек снимков разноименных 95 циклов характеризуют общую деформацию объекта в этих точках (или деформацию в точках за период времени между съемками):
формулы (1), где Y - отстояние от центра проекции до плоскости объекта; х, z и х', z' - координаты одноименных точек снимков в двух рассматриваемых циклах.
Параллельность между плоскостью изображения и плоскостью объекта при съемке должна выдерживаться с точностью ±2,5°.
В стереофотограмметрическом методе фотографирование объекта выполняют с концов базиса. Отстояние Y и длину базиса фотографирования рассчитывают. Применяется нормальный вид съемки. Снимки стереопары, полученные в каждом цикле, измеряют на стереокомпараторе. Смещения точек объекта определяют по трем координатным осям как разности координат X, Y, Z одноименных точек, вычисленных по измерениям плоских координат снимков стереопар деформационного и нулевого циклов:
формулы (2), где р - продольный параллакс точки до деформации; Ах и Az - разности координат точки до и после деформации; Ар - разность продольных параллаксов соответственных точек пар снимков деформационного и нулевого циклов.
Деформации точек объекта определяют из выражений
формулы / уравнения (3)
Уравнения (3) получены путем преобразования зависимостей (2). К ним можно прийти также дифференцированием исходных уравнений, записанных для пар снимков нулевого и деформационного циклов, по переменным x1, z1, x2, z2.
Ожидаемую точность определения деформации фотограмметрическим методом согласно (1) рассчитывают по формулам
формулы (4)
Учитывая, что влияние первого и третьего членов подкоренного выражений этих формул, по сравнению со вторым, мало, расчет можно производить по упрощенным формулам
формулы (5)
Из уравнений (5) следует, что для повышения точности определения деформации съемку необходимо производить с коротких отстояний длиннофокусными камерами.
В стереофотограмметрическом методе средние квадратические ошибки деформаций точек объекта по координатным осям рассчитывают двумя способами:
• способом координат (формулы (2))
(6)
• способом смещений (формулы (3))
(7)
При выводе формул (7) принято
поскольку смещения Ах, Az измеряют стереоскопически. Кроме того, в целях упрощения формул (6) и (7) в них, как сравнительно малые, опущены члены, содержащие погрешности базиса, фокусного расстояния и координат.
Анализ формул (6) и (7) показывает, что точность определения деформации по смещениям в направлениях осей X, Z в 2 раза выше, чем по координатам. По направлению оси Y она остается без изменений.
Для изучения деформации объекта применяют геодезические и фотограмметрические методы. По данным геодезических измерений можно определить довольно малые, разнесенные по времени перемещения точек объекта, что не позволяет оценить его состояние в целом в данный момент. Фотограмметрические методы по точности уступают геодезическим, но они позволяют фиксировать положение точек изучаемого объекта в один физический момент, что дает возможность оценить взаимную деформацию точек объекта в целом и отдельных его частей.
При большом количестве определяемых точек фотограмметрические методы более экономичны и производительны, чем геодезические, поэтому они находят широкое практическое применение для определения деформаций инженерных сооружений, строительных конструкций, узлов и моделей при испытании статическими нагрузками и динамическими воздействиями. Фотоснимки получают, как правило, с помощью фототеодолитной съемки. Она имеет особенно важное значение при выполнении исследований деформации объектов в условиях действующего предприятия без специальной организации работ по обеспечению мер безопасности.
Принцип определения деформаций заключается в многократном получении координат точек исследуемого объекта по измерениям наземных снимков и сравнении их с исходными или проектными данными.
В наземной фотограмметрии изучение деформации объекта может производиться по измерениям одиночных снимков или по результатам измерений снимков стереопары. Первый метод определения деформаций называют фотограмметрическим (метод нулевого базиса), а второй - стереофотограмметрическим.
Фотограмметрический метод используют в тех случаях, когда необходимо определить изменение положения точек объекта (плоские объекты) в плоскости, параллельной плоскости снимка. Фотографирование объекта производится с одной фотостанции многократно с сохранением элементов внутреннего и внешнего ориентирования фотокамеры. Первую съемку, выполняемую после завершения строительства (монтажа) объекта или до его нагрузки, называют съемкой (снимком) нулевого цикла. Последующие съемки (снимки) называют съемкам и (снимками) деформационных циклов.
Снимки каждого цикла измеряют на стереокомпараторе. Разности координат одноименных точек снимков разноименных 95 циклов характеризуют общую деформацию объекта в этих точках (или деформацию в точках за период времени между съемками):
формулы (1), где Y - отстояние от центра проекции до плоскости объекта; х, z и х', z' - координаты одноименных точек снимков в двух рассматриваемых циклах.
Параллельность между плоскостью изображения и плоскостью объекта при съемке должна выдерживаться с точностью ±2,5°.
В стереофотограмметрическом методе фотографирование объекта выполняют с концов базиса. Отстояние Y и длину базиса фотографирования рассчитывают. Применяется нормальный вид съемки. Снимки стереопары, полученные в каждом цикле, измеряют на стереокомпараторе. Смещения точек объекта определяют по трем координатным осям как разности координат X, Y, Z одноименных точек, вычисленных по измерениям плоских координат снимков стереопар деформационного и нулевого циклов:
формулы (2), где р - продольный параллакс точки до деформации; Ах и Az - разности координат точки до и после деформации; Ар - разность продольных параллаксов соответственных точек пар снимков деформационного и нулевого циклов.
Деформации точек объекта определяют из выражений
формулы / уравнения (3)
Уравнения (3) получены путем преобразования зависимостей (2). К ним можно прийти также дифференцированием исходных уравнений, записанных для пар снимков нулевого и деформационного циклов, по переменным x1, z1, x2, z2.
Ожидаемую точность определения деформации фотограмметрическим методом согласно (1) рассчитывают по формулам
формулы (4)
Учитывая, что влияние первого и третьего членов подкоренного выражений этих формул, по сравнению со вторым, мало, расчет можно производить по упрощенным формулам
формулы (5)
Из уравнений (5) следует, что для повышения точности определения деформации съемку необходимо производить с коротких отстояний длиннофокусными камерами.
В стереофотограмметрическом методе средние квадратические ошибки деформаций точек объекта по координатным осям рассчитывают двумя способами:
• способом координат (формулы (2))
(6)
• способом смещений (формулы (3))
(7)
При выводе формул (7) принято
поскольку смещения Ах, Az измеряют стереоскопически. Кроме того, в целях упрощения формул (6) и (7) в них, как сравнительно малые, опущены члены, содержащие погрешности базиса, фокусного расстояния и координат.
Анализ формул (6) и (7) показывает, что точность определения деформации по смещениям в направлениях осей X, Z в 2 раза выше, чем по координатам. По направлению оси Y она остается без изменений.