CZ2008839A3

CZ2008839A3 - Zpusob a zarízení pro kontrolu relativních horizontálních pohybu závesných konstrukcí zavešených mostu pri statických zatežovacích zkouškách

Info

Publication number: CZ2008839A3
Application number: CZ20080839A
Authority: CZ
Inventors: Záruba@Jan
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-06-30
Also published as: CZ303517B6

Abstract

Zpusob a zarízení pro kontrolu relativních horizontálních pohybu závesných konstrukcí zavešených mostu pri statických zatežovacích zkouškách, který novou kombinací využití bežne i cenove dostupných meridel, a to soupravy vodováhy s laserovým záricem (4) vybaveným nastavitelným upínacím stolkem s upínací plochou (3) a pravoúhlým optickým hranolem (5), strojní vodováhy (6), geodetické znacky (10) s merítkem, digitálního fotoaparátu (12) a kompensacním náklonomerem (17) umožní i jen zaškoleným mericum zajistit nejistoty merení srovnatelné úrovne s nejistotami dosahovanými elitními geodety pomocí dosud známých metod. Výsledná hodnota merení je urcována jako soucet odectu relativního natocení prvku (2) na povrchu mostovky a závesné konstrukce (1) kontrolovaného posuvem obrazu (11) laserového paprsku na geodetické znacce (10) s merítkem a odectu zmeny náklonu nosného prvku (2) mostovky kontrolované náklonomerem (17) tvoreným s výhodou strojní vodováhou (6), mikrometrickým šroubem (8) a nastavitelnou klínovou podložkou (7).

Description

Způsob a zařízení pro kontrolu relativních horizontálních pohybů závěsných konstrukcí zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách

Oblast techniky

Vynález se týká alternativního způsobu zajištění málo frekventovaného požadavku kontroly horizontálních pohybů závěsné konstrukce zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách mostů a jiných jednorázových zkouškách a zařízení kjeho provádění.

Dosavadní stav techniky

Pro řešení problému kontroly horizontálních pohybů během měření nepřístupných bodů závěsné konstrukce zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách je rozhodující to, že se jedná o málo frekventovaný požadavek. Proto jsou dosud užívané způsoby limitovány především ekonomickou reálností a nelze tedy využívat způsoby téměř dokonale vyřešené pro technicky blízké problémy ve vojenské technice, astronomii a podobně. Pro kontrolu horizontálních pohybů prvků mostní konstrukce v místech během zkoušky nepřístupných jsou dosud využívány tři základní přímé metodiky, které jsou známy jako z principu nejvýhodnější. Proto samozřejmě možné výrazně nepřímější metodiky nebyly nikdy vyhledávány a v předmětné souvislosti publikovány. Mezi základní metodiky patří úhlové měření teodolitem, měření změn vzdálenosti od pevného bodu laserovým dálkoměrem a měření relativního pohybu závěsu olovnice v přístupném místě.

Srovnávacím základním způsobem pro hodnocení kvality a ekonomické náročnosti alternativních způsobů a praktické realizovatelnosti se stal klasický geodetický způsob využívající teodolit. Nevýhodami tohoto způsobu je obvykle velká vzdálenost možné dostatečně stabilní polohy teodolitu od pozorovaného bodu tak, aby se od teodolitu nevyžadovala spíše funkce cirkumzenitálu. Dalšími nevýhodami φ ΦΦ · Φ Φ · * Φ *

9 ΦΦ Φ Φ · · ···· ·«·· ··· Φ·Φ« ΦΦ ·· jsou i další obecné překážky využívaní klasických geodetických metod za nepříznivých povětrnostních podmínek a působení mechanických otřesů způsobených stavebními aktivitami a dopravou v okolí zkoušené stavby. Uvedená rizika vedou zpětně ke zvýšeným nárokům na kvalifikovanost a rutinu využitelných geodetů. Jen zcela výjimečně lze při jednorázových zkouškách aplikovat metodiky využívané při dlouhodobých zkouškách, které využívají speciální olovnice nebo laserové dálkoměry, jelikož zpravidla chybí ochrana před účinky větru, resp. vhodný snadno přístupný bod pro kontrolu relativních pohybů.

Podstata vynálezu

Nevýhodami dosud známých prakticky využitelných resp. cenově dostupných řešení není zatížen způsob a zařízení pro kontrolu relativních horizontálních pohybů závěsných konstrukci zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách podle předkládaného řešení. Jeho podstata spočívá vtom, že v kontrolovaném bodě závěsné konstrukce se umísti geodetická značka s měřítkem. Pod tento kontrolovaný bod se na povrchu nosného prvku mostovky upevni na společnou upínací plochu laserový zářič a náklonoměr s vodováhou a s mikrometrickým šroubem se stupnicí, kterým se nastavuje sklon klínové podložky. Poté se laserový zářič nastaví tak, že jím vysílaný laserový paprsek směřuje na měřítko geodetické lineární značky a sejme se v nezatíženém stavu mostovky obraz laserového paprsku na měřítku geodetické značky. Následně se mostovka zatíží a opět se sejme obraz laserového paprsku na měřítku geodetické značky. Podle požadovaného programu zkoušky se postupuje stejně i v polohách odpovídajícím dalším zatěžovacím stavům. Z rozdílu takto získaných hodnot se určí velikost posuvu kontrolovaného bodu vůči povrchu upínací plochy. Současně s tímto měřením se ve všech zatěžovacích stavech zjišťuje změna náklonu nosného prvku mostovky, resp. povrchu upínací plochy vzhledem ke kontrolovanému bodu tak, že se vždy před odečtem náklonoměr pomocí vodováhy nastaví mikrometrickým šroubem do vodorovné polohy a odečte se poloha stupnice mikrometrického šroubu pro každý zatěžovací stav. Poté se z rozdílů odečtů na stupnici mikrometrického šroubu přenásobením konstantou náklonoměru získají tangenty úhlů natočení nosného prvku mostovky resp. povrchu upínací plochy pro kontrolované stavy zatíženi. Z nich se pak přenásobením vzdáleností geodetické značky od upínací plochy na povrchu nosného prvku mostovky určí velikosti * · • φ φφ ···· ···· ···· ··· ···· ♦· ·· relativních korekčních změn poloh měřítka geodetické značky vůči nosnému prvku mostovky, které se přičtou včetně znaménka orientace k příslušným změnám zjištěných posuvů obrazu laserového paprsku na měřítku geodetické značky. Tím se získají žádané hodnoty absolutních změn polohy závěsné konstrukce vůči nosnému prvku mostovky, resp. její složky v měřeném směru.

Výhodné je, když se obrazy laserového paprsku snímají digitálním fotoaparátem, případně digitálním fotoaparátem s použitím sekvenčního snímkování.

Zařízení k provádění uvedeného způsobu sestává z geodetické lineární značky opatřené měřítkem, která se upevňuje v měřeném místě závěsné konstrukce, z digitálního fotoaparátu uloženého na stativu a z upínací plochy. Tato upínací plocha je společná pro upevnění jednak laserového zářiče s pravoúhlým hranolem otočným kolem osy laserového paprsku a jednak pro upevnění náklonoměru s klínovou podložkou opatřenou nastavovacím mikrometrickým šroubem s odečitací stupnicí. Na klínové podložce je umístěna vodováha.

Ve výhodném provedení je vodováha realizovaná jako oddělitelná strojní vodováha.

Hlavním přínosem řešení podle vynalezu je, že využívá výhradně měřidel a přípravků využívaných i pro jiné účely realizace zatěžovacích zkoušek. Další výhodou je, že ani silnější vítr a otřesy významněji neovlivňuji nejistoty měření. Způsob podle vynálezu není zatížen systematickou chybou a všechny výchozí odečty lze provádět se zpožděním v klidu, čímž se minimalizuje riziko chyb způsobených omylem při odečtu. Možností využít sekvenční snímkování lze minimalizovat zkreslení odečtu vibracemi měřené konstrukce. Přednosti způsobu podle vynálezu je i snadná a operativní instalace měřicího systému.

Přehled obrázků na výkrese

Základní uspořádání technického vybavení pro aplikaci způsobu kontroly relativních horizontálních pohybů závěsné konstrukce zavěšeného mostu při statické zatěžovací zkoušce podle vynálezu schematicky znázorňuje přiložený obrázek.

« ♦·

Φ Φ V Φ φφφφ • φφφφφφφ ··· φφφφ φφ φφ

Příklady provedeni vynálezu

Kontrola relativních horizontálních pohybů závěsných konstrukcí zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách se provádí tak, že v kontrolovaném bodě závěsné konstrukce 1 se umístí geodetická lineární značka 10 s měřítkem. Pod tento kontrolovaný bod se na povrch nosného prvku 2 mostovky upevní na společnou upínací plochu 3 laserový zářič 4 a náklonoměr 17 s vodováhou 6 a nastavitelnou klínovou podložkou 7, ovládanou mikrometrickým šroubem 8 se stupnici 15. Poté se laserový zářič 4 nastaví tak, že jím vysílaný laserový paprsek směruje na měřítko geodetické značky 10 a sejme se v nezatíženém stavu mostovky obraz 11 laserového paprsku na měřítku geodetické značky 10. Pak se mostovka zatíží a opět se sejme obraz 11 laserového paprsku na měřítku geodetické značky 10. Podle požadovaného programu zkoušky se postupuje stejně i v polohách odpovídajícím dalším zatěžovacím stavům. Z rozdílu takto získaných hodnot se určí velikost posuvu kontrolovaného bodu vůči povrchu upínací plochy 3. Současně s tímto měřením se ve všech zatěžovacích stavech zjišťuje změna náklonu nosného prvku 2 mostovky, resp. povrchu upínací plochy 3 vzhledem ke kontrolovanému bodu tak, že se vždy před odečtem náklonoměr 17 pomocí vodováhy 6 nastaví mikrometrickým šroubem 8 do vodorovné polohy a odečte se poloha stupnice 15 mikrometrického šroubu 8 pro každý zatěžovací stav. V dalším kroku se z rozdílů odečtu na stupnici 15 mikrometrického šroubu 8 přenásobením konstantou náklonoměru získají tangenty úhlů natočení nosného prvku 2 mostovky resp. povrchu upínací plochy 3 pro kontrolované stavy zatížení. Z nich se přenásobením vzdáleností geodetické značky 10 od upínací plochy 3 na povrchu nosného prvku 2 mostovky určí velikosti relativních korekčních změn poloh měřítka geodetické značky 10 vůči nosnému prvku 2 mostovky, které se přičtou k příslušným změnám zjištěných posuvů obrazu 11 laserového paprsku na měřítku geodetické značky 10. Tím se získá požadovaná hodnota absolutního posuvu, přičemž obě kontrolované složky mají v rozloženi často pro posouzení mechanické funkce mostu vhodnější formu, než je z důvodu předpokládané metodiky měření projektantem v zadání požadována.

Nový způsob kontroly relativních horizontálních pohybů závěsných konstrukcí zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách je tedy založen na tom, že se hledaný pohyb získá jako součet dvou jeho měřených složek. Jednou z těchto • · složek je posuv obrazu laserového paprsku z laserového zářiče 4 upevněného pod měřeným místem, kterým je u zavěšených mostů nutně povrch mostovky, který ovšem zatížením při zkoušce mění svůj náklon. Proto je nutné zkoumat také druhou složku, a to změnu náklonu nosného prvku 2 mostovky, na které je laserový zářič 4 upevněn. Ze zjištěné změny úhlu respektive jeho tangenty je vypočten jako součin změřené tangenty úhlu změny náklonu a vzdálenosti geodetické značky 10 odpovídající posuv ve vzdálenosti měřeného místa, který je ve vyhodnocení k zjištěnému posuvu obrazu laserového paprsku přičten. Jelikož tento posuv má zpravidla opačný smysl než posuv obrazu 11 laserového paprsku , tak se ve smyslu absolutních hodnot ovšem jedná zpravidla o rozdíl.

Novým metodickým principem je fotografický odečet polohy obrazu 11 laserového paprsku na stupnici stínítka geodetické značky 10, například na výseči měřítka. Tento odečet umožňuje sekvenčním snímkováním při vyhodnocení eliminovat nejistoty způsobené mechanickými otřesy a to při nižších frekvencích rušivého kmitáni jeho přímým rozložením a při vyšších frekvencích stroboskopicky. Z důvodu možnosti justáže polohy obrazu 11 laserového paprsku během zkoušky a snadného nastavení jeho počáteční polohy je třeba, aby jak laserový zářič 4, tak náklonoměr 17, byly upevněny na společné upínací ploše 3 s nastavitelným náklonem do vodorovné roviny, což je obvyklou součásti soupravy laserové vodováhy, tak, aby byl zajištěn dvojí nezávislý systém jak pro naklápění libely vodováhy 6 náklonoméru v rovině měřeného pohybu, tak pro příčné natáčení laserového paprsku, aniž by jeho dodatečné nasměrování na stupnici geodetické značky 10 ovlivnilo výsledek měření a mohl být vždy realizován postup uvedený v textu.

Na přiloženém obrázku je uveden typický příklad využití vynalezu a odpovídá nejčastějšímu požadavku, který je nadstardantně od zatěžovaci zkoušky zavěšeného mostu požadován.

Závěsná konstrukce 1 zavěšeného mostu je zpravidla opřená o hlavní nosný prvek 2 mostovky. Obvyklým požadavkem je kontrola podélných nebo příčných výkyvů vmiste upevnění závěsných táhel zavěšeného mostu. V tomto měřeném místě závěsné konstrukce je třeba upevnit geodetickou značku 10 s měřítkem ve směru kontrolovaného pohybu a to na spodním líci této geodetické značky 10. Na • · horním líci nosného prvku 2 mostovky upevněnou pod geodetickou značkou 10 je třeba situovat standardní upínací stolek s tříbodovým nastavitelným podepřením upínací plochy 3 opatřené vlastní krabicovou vodováhou. Po nastavení upínací plochy 3 do vodorovné polohy jsou na ni s výhodou pomocí magnetických příchytek 9 upnuty paralelně ve směru kontrolované složky pohybu závěsné konstrukce 1 náklonoměr 17, složený například ze strojní vodováhy 6, klínové podložky 7 s kloubem 14 a nastavitelné pomocí mikrometrického šroubu 8 se stupnicí 15, a laserová vodováha obsahující laserový zářič 4 vybavený pravoúhlým optickým hranolem 5 otočným kolem osy 16 laserového paprsku. Pro maximální omezení systematických chyb je třeba též orientovat opery tříbodového podepření upínací plochy 3 upínacího stolku tak, aby spojnice pevné kloubové podpěry a jedné z výškově stavitelných podpěr byla ve směru měřené složky pohybu, neboli ve směru náklonoměru 17 a laserového zářiče 4.

Z důvodu alternativní využitelnosti náklonoměru 17 je žádoucí, aby byl tvořen oddělitelnou strojní vodováhou 6 s obvyklou rozlišovací schopnosti určení náklonu 10'⁵ a nastavitelnou klínovou podložkou 7 vybavenou magnetickými příchytkami 9, kloubem 14 a nastavením klínovitosti pomocí mikrometrického šroubu 8 s odečítací stupnicí 15 umožňující rovněž odečítat klínovitost nastavitelné klínové podložky 7 s rozlišovací schopností řádu 10‘⁵.

Při samotné instalaci měřicího systému je postup následující. Nejprve se upevní geodetická značka 10 na kontrolované místo. Nalezne se vhodné místo,nejlépe na svislici pod geodetickou značkou 10, pro uložení upínacího stolku s upínací plochou 3. Stolek se natočí do správné orientace bodů jeho podepření a nastaví se pomoci stavitelných podpěr vodorovná poloha upínací plochy 3. Poté se upne náklonoměr 17 a laserová vodováha se zářičem 4 požadované orientaci na upínací plochu 3. Natáčením pravoúhlého optického hranolu 5 kolem osy 16 paprsku laserového zářiče 4 a úpravou délky podélně orientované nastavitelné podpěry upínací plochy 3 upínacího stolku se nastaví výchozí poloha obrazu 11 na měřítku geodetické značky 10. Poté se pomocí mikrometrického šroubu 8 nastaví bublina libely vodováhou 6 do střední polohy a provede se základní odečet náklonoměru 17 na stupnici 15. Digitální fotoaparát 12 se zaměří na obraz 11 laserového paprsku a poloha fotoaparátu 12 se fixuje pomocí stativu 13. Kontrolním snímkem obrazu 11 laserového paprsku na • Φ· φ φ * φ φ φ · φφ φφ

φ·φ φφφφ měřítku geodetické značky 10 se potvrdí využitelnost zvoleného fotografického systému pro odečet polohy tohoto obrazu 11 laserového paprsku s dostatečnou rozlišovací schopnosti a rozhodne se o nutnosti aplikovat sekvenční snímkování.

Při aplikaci takto instalované soupravy bude odpovídat kontrolovaný pohyb součtu zjištěné změny polohy obrazu 11 laserového paprsku na měřítku geodetické značky 10 a změny údaje odečtu na stupnici 15 mikrometrického šroubu 8. Tuto změnu si vynutí kompensační změna klínovitosti klínové podložky 7 tak, aby se do střední polohy vrátila bublina libely vodováhy 6.

Průmyslová využitelnost

Předložené řešení je využitelné pro řešení problému kontroly horizontálních pohybů během měřeni nepřístupných bodů závěsné konstrukce zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách. Měření lze zajistit s vybavením, které se běžně na zatěžovací zkoušky vozí, a to ve srovnatelné kvalitě, kterou by bylo možné dosáhnout dosud užívanými metodikami.

K realizaci této nové metody lze využít sestavy měřicích zařízeni složené i výhradně z běžně dostupných měřidel a přípravků využívaných běžně při provádění zatěžovacích zkoušek pro jiné účely, což je hlavní ekonomická výhoda nové metodiky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob kontroly relativních horizontálních pohybů závěsných konstrukcí zavěšených mostů při statických zatěžovacích zkouškách vyznačující se tím, že v kontrolovaném bodě závěsné konstrukce (1) se umístí geodetická značka (10) s měřítkem a pod tento kontrolovaný bod se na povrch nosného prvku (2) mostovky upevní na společnou upínací plochu (3) laserový zářič (4) a náklonoměr (17} s vodováhou (6) a s pomocí mikrometrického šroubu (8) opatřeného stupnici nastavitelnou klínovou podložkou (7), poté se laserový zářič (4) nastaví tak, aby jím vysílaný laserový paprsek směřoval na měřítko geodetické značky (10) a sejme se poloha obrazu (11) laserového paprsku na měřítku geodetické značky (10) v nezatíženém stavu mostovky, poté se mostovka zatíží a opět se sejme poloha obrazu (11) laserového paprsku na měřítku geodetické značky (10) a podle požadovaného programu zkoušky se postupuje stejné i v polohách odpovídajícím dalším zatěžovacím stavům a z rozdílu takto získaných hodnot se určí velikost posuvu kontrolovaného bodu vůči povrchu upínací plochy (3), a současně s tímto měřením se ve všech zatěžovacích stavech zjišťuje změna náklonu nosného prvku (2) mostovky, resp. povrchu upínací plochy (3) vzhledem ke kontrolovanému bodu tak, že se vždy před odečtem náklonoměr (17) pomocí vodováhy (6) nastaví mikrometrickým šroubem (8) do vodorovné polohy a odečte se poloha stupnice (15) mikrometrického šroubu (8) pro každý zatěžovací stav a poté se z rozdílů odečtu na stupnici (15) mikrometrického šroubu (8) prenásobenim konstantou náklonoměru získají tangenty úhlů natočení nosného prvku (2) mostovky resp. povrchu upínací plochy (3) pro kontrolované stavy zatížení, z nichž se prenásobenim vzdáleností geodetické značky (10) od upínací plochy (3) na povrchu nosného prvku (2) mostovky urči velikosti relativních korekčních změn poloh měřítka geodetické značky (10) vůči nosnému prvku (2) mostovky, které se přičtou k příslušným změnám zjištěných posuvů obrazu (11) laserového paprsku na měřítku geodetické značky (10), čímž se získají žádané hodnoty absolutních změn polohy závěsné konstrukce (1) vůči nosnému prvku (2) mostovky, resp. její složky v měřeném směru.

2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že obrazy (11) laserového paprsku se snímají digitálním fotoaparátem (12).

• ·· • β · · · · ·

9**9 1999 ··· ·Β·9 9« ··

3. Způsob podle nároku 2 vyznačující se tím, že obrazy (11) laserového paprsku se snímají digitálním fotoaparátem (12) s použitím sekvenčního snímkování.

4. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1 až 3 vyznačující se tím, že sestává z geodetické značky (10) opatřené měřítkem pro upevnění v měřeném místě závěsné konstrukce (1), z digitálního fotoaparátu (12) uloženého na stativu (13) a z upínací plochy (3), na které je upevněn jednak laserový zářič (4) s pravoúhlým hranolem (5) otočným kolem osy (16) laserového paprsku a jednak náklonoměr (17) s klínovou podložkou (7) opatřenou nastavovacím mikrometrickým šroubem (8) sodečítaci stupnicí (11), kde na této klínové podložce je umístěna vodováha (6).

5. Zařízení podle nároku 4 vyznačující se tím, že vodováha (6) je oddělitelná strojní vodováha.