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变形观测

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变形观测

变形观测对建筑物及其地基由于荷重和地质条件变化等外界因素引起的各种变形(空间位移)的测定工作。其目的在于了解建筑物的稳定性,监视它的稳定情况,研究变形规律,检验设计理论及其所采用的计算方法和经验数据,是工程测量学的重要内容之一。

观测的主要内容 变形观测主要包括沉降观测、位移观测、挠度观测、转动角观测和振动观测等。

沉降观测::测定建筑物或其基础的高程随时间变化的工作。建筑物在施工和运营期间,对埋设在基础和建筑物上的观测点,定期用精密水准测量的方法测定它们的高程,比较观测点不同周期的高程即可求得其沉降值。有时也可用地面立体摄影测量的方法及液体静力水准测量的方法测定沉降值。在液体静力水准测量中,可采用探针探测液面高程,也可采用将液面高程的变化用传感器输出等方法实现自动化观测。

位移观测:测定建筑物上某些点的平面位置随时间变化的工作。建筑物位移可能是任意方向的,也可能发生在某一特定方向。任意方向位移的测定常用前方交会法,或地面立体摄影测量的方法测定(见地面摄影测量);对某些不宜用交会法观测的建筑物,也可采用导线测量方法。位移值均由比较不同观测周期所得的观测点坐标求得。特定方向位移的测定常用基准线法,即以垂直于位移方向的固定不变的铅垂面为观测基准面,定期测定建筑物相对于它的偏离值,以计算位移值。此外,还可采用视准线法(见图)。 此法的观测基准面由经纬仪的视准线和仪器竖轴建立。根据测定观测点偏离值的方法不同,视准线法又分为测小角法和活动觇牌法。20世纪60年代初,又采用了以激光束代替经纬仪视准线的激光经纬仪准直法和利用光干涉原理的波带板激光准直法。这些方法虽然大大提升了照准精度,但仍不能克服大气折射的影响。在某些特定条件(如水坝的廊道内)下,可采用引张线法,即用拉紧的钢丝作为基准线。近年来在激光准直法和引张线法中已采用光电传感技术,实现了观测的自动化。

挠度观测:测定建筑物受力后挠曲程度的工作。观测方法是测定建筑物在铅垂面内各不同高程点相对于底部的水平位移值。高层建筑物通常采用前方交会法测定。对内部有竖直通道的建筑物,挠度观测多采用垂线观测,即从建筑物顶部附近悬挂一根不锈钢丝,下挂重锤,直到建筑物底部。在建筑物不同高程上设置观测点,以坐标仪定期测出各点相对于垂线较低点的位移。比较不同周期的观测成果,即可求得建筑物的挠度值。如果采用电子传感设备,可将观测点相对于垂线的微小位移变换成电感输出,经放大后由电桥测定并显示各点的挠度值。

转动角观测:观测建筑物或机械设备倾斜度的变化,计算其转动角的工作。对某些建筑物,例如水坝,转动角的大小反映了它不均匀沉降的情况。同沉降观测一样,可用精密水准测量或液体静力水准测量方法测定。对一些精密机械设备,则需采用专门的转动角观测仪。这类仪器主要由一个高灵敏度的气泡水准和一套精密的测微仪器组成。当气泡居中时利用测微仪器进行读数,即得该处的倾斜度。比较不同周期的倾斜度,可以求得观测周期间机械设备的转动角。

振动观测:对于高层建筑物和机械设备往返摆动情况的观测工作。高层建筑物在风力、日照和温度的影响下,某些机械设备在动荷重的状态下,都会发生摆动。传统的变形观测方法无法满足这方面观测的要求。利用光电系统可以将观测点坐标自动记录在纸带上,从而求得建筑物的振动频率和振幅大小。自动倾斜仪(例如电子水准器)能将精密水准气泡的微小倾斜转换成电信号输出,可用于观测转动角的往返变动。利用电子水准器同时测定不同高度的转动角,通过换算可以求得建筑物顶点的振动。

基准点设置为了在变形观测中测定位移,选择不变动的基准点是很重要的。基准点一般分工作基准点和基准点两级。工作基准点设置在建筑物附近的稳固位置,直接用于测定观测点的位置变化;基准点一般选在变形范围外远离建筑物的地区。沉降观测的基准点通常成组(每组3个)设置,用以检核工作基准点的稳定性。其检核方法一般采用精密水准测量的方法。位移观测的工作基准点的稳定性检核通常采用三角测量法进行。由于电磁波测距仪精度的提升,变形观测中也可采用三维三边测量来检核工作基准点的稳定性。在基准线观测中,常用倒锤装置来建立基准点。这种装置是把不锈钢丝的一端固定在一个锚块上,将此锚块用钻孔的方法浇固在基岩中。不锈钢丝的另一端同一浮体相连接,钢丝被拉紧而处于竖直位置,以它作基准,用坐标仪可以测定工作基准点的位移。变形观测中设置的基准点应进行定期观测,将观测结果进行统计分析,以判断基准点本身的稳定情况。

资料整理变形观测资料的整理,通常是将各种变形值编绘成各种图表,如变形值过程线和建筑物变形分布图等。这些图表可用于初步了解建筑物的状况、变形规律,判断建筑物的运营是否正常。

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