PL239382B1

PL239382B1 - Sposób pomiaru przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji budowlanych

Info

Publication number: PL239382B1
Application number: PL426037A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Pióro; Marcin Osiniak; Edward Antoszkiewicz; Stanisław Wierzbicki
Original assignee: Wisene Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2021-11-29
Also published as: US20190390955A1; PL426037A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji budowlanych. Sposób ten może być stosowany do monitorowania przemieszczeń konstrukcji budowlanych pod wpływem różnorakich czynników, np. opadów atmosferycznych, zmian temperatury, czy trwałych skutków oddziaływania wiatru. W szczególności sposób może być stosowany do monitorowania konstrukcji dachu pod obciążeniem zmiennym.

Pod wpływem obciążenia konstrukcji dachu poszczególne jej elementy uginają się, co powoduje przemieszczenie pionowe poszczególnych punktów elementów tej konstrukcji. W zgodnej opinii ekspertów pomiar takiego przemieszczenia jest bardzo dobrym i wiarygodnym sposobem oceny stopnia wyczerpania nośności i tym samym stopnia zagrożenia bezpieczeństwa użytkowników.

Wielkość przemieszczenia pionowego najlepiej jest mierzyć w miejscu, gdzie ma ono wartość maksymalną, typowo w środku rozpiętości elementu konstrukcyjnego, przy czym pomiaru należy dokonywać względem stałego punktu odniesienia. Maksymalna, dopuszczalna wartość przemieszczenia pionowego ppdop jest dla konstrukcji budowlanych łatwo wyznaczalna standardowymi narzędziami projektowania i jest wręcz integralną częścią projektu konstrukcyjnego. W celu oceny stopnia wyczerpania nośności, występujące pod danym obciążeniem przemieszczenie pionowe elementów konstrukcyjnych porównuje się z wartościami dopuszczalnymi.

Podstawowe metody pomiaru przemieszczenia pionowego opierają się na wykorzystaniu urządzeń laserowych. Zasadniczo istnieją dwie grupy sposobów realizacji pomiarów przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji, różniące się położeniem wiązki laserowej w stosunku do pionu: pomiar pionowy i pomiar pod kątem (w szczególności - pomiar poziomy). Pomiar pionowy polega na pomiarze odległości pomiędzy punktem pomiaru, zlokalizowanym na monitorowanym elemencie konstrukcji, a punktem odniesienia - podłożem zlokalizowanym pionowo pod punktem pomiaru, natomiast pomiar pod kątem (w szczególności - pomiar poziomy) opiera się na skierowaniu wiązki laserowej pod kątem do pionu, w szczególności pod kątem 90° do pionu, czyli poziomo.

Odpowiednio do sposobu pomiaru urządzenie pomiarowe zawierające dalmierz laserowy mocuje się tak, aby wiązka laserowa była skierowana w kierunku pionowym lub pod kątem do pionu (w szczególności - poziomo). Najprostszym przykładem pomiarów prowadzonych pod kątem do podłoża są pomiary dokonywane poziomo.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.393402 oraz patentu US8788240B2 znana jest technologia wykorzystująca dalmierze laserowe, dotycząca sposobu monitorowania składowej pionowej przemieszczenia i składowej pionowej ugięcia elementów konstrukcji obiektów budowlanych. Opisane rozwiązanie stanowi przykład pomiarów pionowych, tj. wykonywane są pomiary odległości do elementów stałych zlokalizowanych pionowo pod punktami pomiarowymi, takich jak posadzka.

W polskim opisie zgłoszeniowym P.381578 przedstawiono prosty sposób monitorowania konstrukcji dachu z zastosowaniem pomiaru poziomego, polegającego na kierowaniu wiązki laserowej poniżej belek konstrukcji dachowej. Ugięcie się co najmniej jednej belki ze specjalną przesłoną ponad dopuszczalną wartość powoduje, że przerywa się przebieg wiązki światła i włącza się alarm dźwiękowy i wizualny.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego W02006011386A1 znany jest sposób pomiaru przemieszczenia pionowego przęseł mostów. Sposób ten obejmuje umieszczenie tarczy pomiarowej z elementem rozpraszającym wiązkę laserową w punkcie pomiarowym mierzonego obiektu tak, że element rozpraszający jest nachylony ukośnie w stosunku do kierunku pomiaru przemieszczenia. Dalmierz laserowy umieszczany jest w miejscu, które jest przesunięte w kierunku prostopadłym do kierunku pomiaru przemieszczenia w stosunku do pozycji mierzonego obiektu. Wiązka laserowa wysyłana z dalmierza laserowego pada na element rozpraszający, a promieniowanie odbijane od tego elementu powraca do dalmierza laserowego. Następnie wykonywany jest pomiar zmiany odległości od dalmierza laserowego do elementu rozpraszającego wiązkę laserową, a przemieszczenie obiektu w kierunku pomiaru przemieszczenia jest mierzone poprzez wykorzystanie zależności między wykrywaną zmianą odległości a przemieszczeniem mierzonego obiektu w kierunku pomiaru przemieszczenia. Dalmierz laserowy jest umieszczony na podporach mostu, które są na ogół bardzo stabilne, a więc nie występuje ryzyko zmiany jego położenia w przestrzeni. Metoda nie przewiduje i tym samym nie uwzględnia wpływu ewentualnego przemieszczania się podpór mostu, a co za tym idzie przemieszczania się dalmierza laserowego, na wyniki pomiarów.

PL 239 382 Β1

Na analogicznej zasadzie oparto sposób pomiaru przemieszczeń pionowych konstrukcji dachowych obiektów budowlanych przedstawiony w polskim zgłoszeniu P.419127. Opisana metoda także nie uwzględnia możliwości wystąpienia błędów pomiarowych związanych z przemieszczeniem się urządzenia pomiarowego, szczególnie zmiany nachylenia osi optycznej dalmierza.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2018069897A1 znany jest także system pomiarowy do pomiaru przemieszczeń konstrukcji wyposażony w urządzenie pomiarowe mające centralną jednostkę przetwarzającą, pamięć połączoną z jednostką centralną do przechowywania wyników pomiarów, jednostkę komunikacyjną do przesyłania wyników pomiarów, wyświetlacz i dalmierz z osią pomiaru skierowaną w kierunku celu pomiarowego, przy czym przyrząd pomiarowy i cel pomiaru są przystosowane do zamocowania naprzeciw siebie, jeden z nich do elementu poddawanego przemieszczeniu, a drugi do elementu odniesienia konstrukcji. System cechuje się tym, że dalmierz laserowy ma zasadniczo poziomą oś pomiarową, urządzenie pomiarowe z dalmierzem jest wyposażone w system samopoziomujący, przystosowany do mocowania do elementów konstrukcji, a cel pomiaru ma stożkową powierzchnię z zasadniczo pionową osią obrotu i kątem rozwarcia w zakresie od 80° do 100° i ma układ samoczynnego pionowania. Urządzenie pomiarowe może być zaopatrzone w inklinometr wykrywający odchylenie wiązki lasera od poziomu o więcej niż 2° (zastrzeżenie 5). Wykrycie nadmiernego (więcej niż 2°) pochylenia wiązki laserowej wywołuje alarm - jest to jedyne wykorzystanie wyników pomiaru dokonywanych wbudowanym inklinometrem. W szczególności wyniki pomiarów wartości kąta nachylenia, zarówno początkowej jak i jej zmiany w dowolnym momencie, np. pod wpływem zmiany obciążenia konstrukcji, nie są nigdzie wykorzystywane.

Celem wynalazku jest opracowanie wiarygodnego sposobu monitorowania przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji budowlanej, zwłaszcza dachu budynku, wykorzystującego laserowy pomiar pod kątem (w szczególności - poziomy) odległości, odpornego na ruchy i/lub obroty konstrukcji, czyli pozwalającego uzyskać wynik niewrażliwy na zmiany nachylenia wiązki laserowej wysyłanej z urządzenia pomiarowego. Jak wykazano poniżej, zmiana nachylenia wiązki laserowej, wynosząca znacznie mniej niż 2° wywołuje bardzo duże błędy pomiaru dyskwalifikujące całkowicie możliwość realizacji wiarygodnego monitoringu budynków z wykorzystaniem takich pomiarów. Wynalazek ma zapewnić wyeliminowanie błędów pomiarowych, będących konsekwencją zmiany nachylenia wiązki laserowej wysyłanej z urządzenia pomiarowego.

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji budowlanych obejmujący umieszczenie tarczy pomiarowej zawierającej element rozpraszający wiązkę laserową tak, że element rozpraszający jest nachylony pod kątem β do poziomu, oraz umieszczenie urządzenia pomiarowego, zawierającego dalmierz laserowy i inklinometr mierzący kąt α nachylenia wiązki laserowej do poziomu, w miejscu, które jest przesunięte w poziomie i opcjonalnie w pionie w stosunku do tarczy pomiarowej, oraz wysyłanie wiązki laserowej z dalmierza laserowego pod kątem α do poziomu, w taki sposób, że wiązka pada na element rozpraszający tarczy pomiarowej, oraz powrót wiązki odbitej od elementu rozpraszającego do dalmierza laserowego w kierunku równoległym do kierunku wysyłanej wiązki laserowej i wykonywanie pomiaru odległości od dalmierza laserowego do elementu rozpraszającego, charakteryzujący się tym, że mierzy i zapamiętuje się kąt nachylenia β elementu rozpraszającego, a następnie w dwóch chwilach czasowych ti i t2 mierzy się odległości od urządzenia pomiarowego do elementu rozpraszającego tarczy pomiarowej, wynoszące odpowiednio bi i b2, oraz w tych samych chwilach czasowych mierzy się kąt nachylenia, odpowiednio ai i «2, wiązki laserowej do poziomu, po czym oblicza się wartość przemieszczenia pionowego pp tarczy pomiarowej względem urządzenia pomiarowego, które zaszło pomiędzy chwilami t2 i ti.

Korzystnie, tarczę pomiarową wyposażoną w element rozpraszający montuje się w punkcie pomiarowym monitorowanego elementu konstrukcji, a urządzenie pomiarowe montuje się w punkcie odniesienia.

Korzystnie, urządzenie pomiarowe montuje się w punkcie pomiarowym monitorowanego elementu konstrukcji, a tarczę pomiarową wyposażoną w element rozpraszający montuje się w punkcie odniesienia.

Korzystnie, przemieszczenie pionowe pp tarczy pomiarowej względem urządzenia pomiarowego, które zaszło pomiędzy chwilami t2 i ti oblicza się z zależności:

pp = . (cosa. + - b₂ · (cos a₂ + ) tan/f (1)

PL 239 382 B1

Korzystnie, dla wartości kąta β nachylenia do poziomu elementu rozpraszającego tarczy pomiarowej wynoszącego 45°, wartość przemieszczenia pionowego pp oblicza się zgodnie z zależnością uproszczoną do postaci:

pp = bi · (cos αι + sin ai) - b2 · (cos a2 + sin az) (2)

Korzystnie, dla wartości kąta β nachylenia do poziomu elementu rozpraszającego tarczy pomiarowej wynoszącego 45°, oraz kąta nachylenia ai = 0 i stabilności kąta nachylenia do poziomu α w czasie, czyli dla a2 = 0, wartość przemieszczenia pionowego pp oblicza się zgodnie z zależnością uproszczoną do postaci:

pp = bi - b2 (3)

Sposób według wynalazku objaśniono przykładowo na rysunkach, przy czym na Fig. 1 przedstawiono schematycznie sposób wykonywania pomiaru pod kątem, dla układu ramowego jednonawowego w warunkach zmiennego nachylenia wiązki laserowej wysyłanej z urządzenia pomiarowego, na Fig. 2A pokazano sytuację, w której tarcza pomiarowa została umieszczona w punkcie pomiarowym P monitorowanego elementu, a urządzenie pomiarowe w punkcie odniesienia R, natomiast na Fig. 2B pokazano sytuację, w której w tym samym punkcie pomiarowym P zostało umieszczone urządzenie pomiarowe, a tarcza pomiarowa została umieszczona w punkcie odniesienia R, na Fig. 3 pokazano zasadę laserowego pomiaru pod kątem przemieszczenia pionowego sposobem według wynalazku, a na Fig. 4 pokazano sposób pomiaru przemieszczenia pionowego, według wynalazku, dla eksperymentalnego układu w warunkach obciążenia zmiennego.

W najprostszym przypadku pomiar pod kątem sprowadza się do pomiaru poziomego. Wtedy urządzenie pomiarowe, zawierające dalmierz laserowy, mierzy poziomo zmianę odległości od płaszczyzny elementu rozpraszającego tarczy pomiarowej. W przypadku gdy wiązka laserowa jest położona poziomo a płaszczyzna elementu rozpraszającego tarczy pomiarowej nachylona jest pod kątem 45° do poziomu, zmiana odczytu dalmierza jest bezpośrednio równa przemieszczeniu pionowemu pp elementu konstrukcji w punkcie pomiarowym P (miejscu mocowania dalmierza laserowego lub tarczy pomiarowej), z dokładnością do znaku mierzonego przemieszczenia. Taka sytuacja ma jednak miejsce tylko wówczas, gdy nachylenie do poziomu wiązki laserowej wysyłanej z urządzenia pomiarowego jest stabilne i nie zależy od obciążenia ramy.

Jednak ugięcie elementu konstrukcji, np. dźwigara lub rygla ramy pod wpływem obciążenia lub pod wpływem innych czynników może wywołać deformację elementów konstrukcyjnych, do których mocowane jest urządzenie pomiarowe, co wpływa zarówno na nachylenie wiązki laserowej do poziomu jak i na mierzoną przez dalmierz odległość do tarczy pomiarowej (przykładowo umocowanej w kalenicy). W przypadku wystąpienia takich odchyleń od zdefiniowanego powyżej „idealnie nieruchomego” położenia wiązki laserowej i ustalonego nachylenia elementu rozpraszającego (pozioma wiązka laserowa i nachylenie tarczy do poziomu wynoszące 45°), niezbędne jest wykonanie dodatkowych obliczeń trygonometrycznych, czyli korekcja trygonometryczna wyniku pomiaru.

W realnych warunkach rama czy inne elementy konstrukcyjne (ogólnie ustrój konstrukcyjny), których ugięcie ma być mierzone, podlegają odkształceniom i wszystkie elementy tego ustroju mogą obracać się pod wpływem obciążenia zmiennego, co pokazano schematycznie na Fig. 1, gdzie pierwotny stan ustroju ramowego jednonawowego 1a w chwili ti oznaczono linią przerywaną, a stan odkształcony 1b w chwili t2 linią ciągłą. W przedstawionej na Fig. 1 sytuacji tarcza pomiarowa 2 zawierająca element rozpraszający 4 wiązkę laserową 6 została umieszczona w kalenicy za pomocą uchwytu 3, a na słupie ramy umieszczono urządzenie pomiarowe 5 z dalmierzem laserowym wysyłającym wiązkę laserową 6. W części górnej Fig. 1 pokazano schematycznie rozłożone równomiernie obciążenie q(x).

Jak pokazano na Fig. 1, jeżeli urządzenie pomiarowe z dalmierzem laserowym jest zamocowane sztywno do słupa ramy (do elementu konstrukcji), to po obciążeniu słup obróci się (zmieni się jego przechylenie) o kąt (az - ai). O taki sam kąt zmieni się nachylenie do poziomu wiązki laserowej. Jeżeli przyjąć, że długość rygla ramy wynosi 20 m, nachylenie elementu rozpraszającego tarczy pomiarowej wynosi 45° i przed obciążeniem ramy (w chwili ti) wiązka laserowa była skierowana poziomo (tj. ai = 0), a po obciążeniu, na skutek ugięcia elementów ramy wiązka laserowa obróciła się i jest nachylona pod kątem 0,1° do poziomu (tj. az = 0,1°), to zmiana mierzonej odległości spowodowana jedynie zmianą kąta nachylenia wiązki laserowej wyniesie, na podstawie zależności (2), około -i,75 cm.

PL 239 382 Β1

Jeżeli przyjąć, że ww. obrót o 0,1 ° wywołany jest przemieszczeniem ramy w kalenicy o wartości 2 cm (20 mm), to w takim przypadku wynik pomiaru przemieszczenia pionowego w kalenicy, zamiast 2 cm, będzie równy 0,25 cm.

Wynik pomiaru jest więc w tym przypadku 8 razy mniejszy od rzeczywistego przemieszczenia pionowego, co daje względny błąd pomiaru rzędu 90%. Jest to więc pomiar całkowicie nieakceptowalny. Za akceptowalny błąd pomiaru w zastosowaniach tego typu można przyjąć wartość rzędu 10%, zatem sposoby pomiaru nieuwzględniające ryzyka wystąpienia opisanych błędów nie nadają się do wiarygodnego monitorowania konstrukcji budowlanych.

Sposób pomiaru pod kątem przemieszczenia pionowego w punkcie pomiarowym według wynalazku uwzględnia zmienny kąt nachylenia do poziomu wiązki laserowej a, co pozwala na wyeliminowanie wpływu zmian tego kąta na wynik pomiaru przemieszczenia pionowego pp. Dodatkowo, sposób według wynalazku pozwala uwzględnić dowolny kąt nachylenia β do poziomu elementu rozpraszającego wiązkę laserową tarczy pomiarowej, przy czym kąt ten musi być stały w czasie wykonywania pomiarów (musi być stały pomiędzy chwilami t2 i ti, dla których obliczane jest przemieszczenie pionowe).

Na Fig. 2A i B przedstawiono dwa możliwe warianty ustawienia urządzenia pomiarowego względem tarczy pomiarowej, które stanowią przykładowe warianty sposobu według wynalazku. Do celów realizacji sposobu według wynalazku poniżej przedstawiono zależności wyprowadzone w oparciu o oznaczenia zobrazowane na Fig. 3 dla wariantu z Fig. 2A, jednak obliczenia te mają także zastosowanie dla drugiego wariantu ustawienia urządzenia pomiarowego względem tarczy pomiarowej przedstawionego na Fig. 2B.

Na Fig. 3 przedstawiono konstrukcję geometryczną, na podstawie której wyprowadzone zostały zależności trygonometryczne dla sposobu według wynalazku, wykorzystujące wyniki wykonywanych pomiarów do obliczania przemieszczenia pionowego pp monitorowanego punktu pomiarowego P elementu konstrukcji względem punktu odniesienia R.

Na Fig. 3 wprowadzono następujące oznaczenia:

- kąt a oznacza kąt nachylenia do poziomu wiązki laserowej wysyłanej z dalmierza urządzenia pomiarowego UP,

- urządzenie pomiarowe jest umieszczone w wierzchołku A,

- bok a to odcinek leżący na powierzchni elementu rozpraszającego wiązkę laserową tarczy pomiarowej, do której wykonywany jest pomiar,

- bok b reprezentuje odległość mierzoną przez urządzenie pomiarowe (a dokładniej zawarty w nim dalmierz laserowy),

- bok c reprezentuje odległość, którą mierzyłoby urządzenie pomiarowe, gdyby wiązka laserowa była położona poziomo,

- kąt β oznacza kąt nachylenia powierzchni elementu rozpraszającego wiązkę laserową tarczy pomiarowej.

Wysokość h trójkąta prostopadła do boku c dzieli ten bok na dwa odcinki o długościach x oraz y. Dla tych długości spełniona jest zależność:

x + y = c (4)

Dla kątów a i β można sformułować następujące zależności:

(5) cos a — b cosB = ^r “ (6)

Podstawiając x wyznaczone z równania (5) oraz y wyznaczone z równania (6) do równania (4) otrzymuje się zależność:

b cos a + a cos β = c (7)

Wysokość h dzieli trójkąt ABC na dwa trójkąty prostokątne. Z twierdzenia Pitagorasa dla tych trójkątów spełniona jest zależność:

b² - x² = a² - y² (8)

PL 239 382 Β1

Podstawiając x wyznaczone z równania (5) oraz y wyznaczone z równania (6) do równania (8) otrzymuje się zależność:

b² - b² cos² α = a² - a² cos² β (9)

Przekształcając równanie (9) i pierwiastkując stronami oraz zakładając, że a > 0 oraz b > 0 otrzymuje się:

by/i — cos² a = α^/l — cos²]? (Ιθ)

Korzystając z „jedynki trygonometrycznej” i przekształcając dalej równanie (10) otrzymuje się:

b sin α = α sin ·β(11)

Równania (7) oraz (11) tworzą układ dwóch równań liniowych z niewiadomymi a i b. Wyznaczając a z równania (11) i podstawiając do równania (7) otrzymuje się:

(, sina.A cos a -I---cos β 1 — e sin/J /(12)

Przekształcając dalej równanie (12) otrzymuje się:

, / , sinoA c = b- cosa + —\ tan/?/(13)

Dysponując dwiema wartościami odległości b, pochodzącymi z dwóch różnych pomiarów, można wyznaczyć odpowiadające im przemieszczenie w osi poziomej Ac, które można następnie przeliczyć na przemieszczenie pionowe pp z następującej zależności:

pp = Ac tanp(14)

W ogólności, do wyznaczenia bieżącej wartości przemieszczenia pionowego pp monitorowanego punktu P względem punktu odniesienia R (na Fig. 3 tożsamego z punktem A) są zatem potrzebne:

- początkowy wynik pomiaru odległości bi zmierzonej przez urządzenie pomiarowe,

- początkowy wynik pomiaru kąta nachylenia ai wiązki laserowej podczas wykonywania pomiaru odległości bi,

- aktualny wynik pomiaru odległości b2,

- aktualny wynik pomiaru kąta nachylenia a.2 wiązki laserowej podczas wykonywania pomiaru odległości b2.

Na podstawie tych czterech wartości wyznaczane jest przemieszczenie pionowe pp z następującej zależności:

(, / . sinaA / sina₂x\ · fcos_ai + —— 1 - b₂ (cos a₂ + —-) tan^ a Luli p / \ idu p J β

Sposób według wynalazku, jako że jest niewrażliwy na wartość kąta a, umożliwia dokładny pomiar przemieszczenia pionowego poprzez laserowy pomiar odległości pod kątem, w praktyce z zakresu 0-45°. Umożliwia to montaż tarczy pomiarowej blisko monitorowanego elementu konstrukcji a urządzenia pomiarowego z dalmierzem laserowym i inklinometrem bezpośrednio do konstrukcji, która może się odkształcać.

Sposób według wynalazku obejmujący powyższe obliczenia zastosowano w praktyce dla eksperymentalnego układu konstrukcyjnego pokazanego na Fig. 4, dla którego wykonano symulację numeryczną omówionych powyżej pomiarów. Na Fig. 4 zaznaczono punkty: pomiarowy P i odniesienia R oraz strzałką skierowaną w dół zaznaczono mierzone przemieszczenie pionowe pp. Na Fig. 4 tego nie pokazano, natomiast monitorowana konstrukcja zawierała w punkcie pomiarowym P osadzoną tarczę pomiarową z elementem rozpraszającym wiązkę laserową. Założono, że kąt β = 45° i skorzystano z zależności (2). W Tabeli 1 umieszczono wyniki dla pomiaru poziomego (ai = 0), wykonywanego sposobem według wynalazku.

PL 239 382 Β1

Tabela 1

Zestawienie wartości przemieszczenia pionowego pp_r punktu pomiarowego P wyznaczone z zależności (1), kąta obrotu słupa w narożu «2, zmierzonej wartości przemieszczenia pionowego pp_m punktu pomiarowego P bez uwzględnienia zmiany kąta nachylenia wiązki laserowej wynikającej z obciążenia (ugięcia słupa) oraz błędów pomiaru przemieszczenia pionowego punktu pomiarowego P - bezwzględnego Δρρ i względnego δ_ΡΡ - dla ramy pokazanej na Fig. 4 (dla L = 29,5 m), dla różnych schematów obciążenia - od równomiernie rozłożonego na całej szerokości dachu (L1 = L) do zlokalizowanego na 1/10 szerokości (L1 = L/10) prawej połowy.

ł-p aj li	L1/L 1,00	b₂[mm] Helgi!	N	PPr‘ [mmj	PPm** [mm]	4PP*“ [mm] SM	Ąp 51%
14720,9	-0,120	60,0	29,1	30,9
0,90	14724,3	-0,131	59,4	25,7	33,7	57%
3;	0,80	14733,6	-0,157	56,8	16,4	40,4	71%
	0,70	14746,5	-0,184	50,9	3,5	47,4	93%
;5 16	0,60	14760,0	-0,200	41,6	-10,0	51,6	124%
0,50	14770,6	-0,196	30,0	-20,6	50,6	169%
	0,40	14775,5	-0,170	18.4	-25,5	44,0	239%
'8	0,30	14772,9	-0,124	9.1	-22,9	31,2	343%
(9 i	0,20	14764,3	-0,068	3,2	-14,3	17,5	547%
ho	0,10	14754.6	-0,020	0,6	-4,6	5,2	866%

*) pp_r = bt(sin(ai)+cos(ar)) - b;(sin(aj+cos(aj) = L/2 - b₂(sin(aj+cos(a’))

-)_PPn} =^^2=^2-02

Δρρ = ρρ,-ρρ„

- Λρρ / pp>

Realizacja wynalazku w praktyce wykazała, jak istotna jest korekcja wyników pomiarowych uwzględniająca zmianę nachylenia wiązki laserowej (kąt a) w czasie monitorowania konstrukcji budowlanej. Wyniki pomiaru przemieszczenia pionowego bez korekcji związanej z niezerową wartością kąta obrotu słupa w narożu - kolumna f w Tabeli 1 - są obarczone bardzo dużymi błędami rzędu kilkudziesięciu do kilkuset procent - kolumna h w Tabeli 1. Są więc całkowicie nieakceptowane. Zastosowany sposób pomiaru jest niewrażliwy na zmianę tego kąta (kolumna e w Tabeli 1), co zasadniczo podnosi bezpieczeństwo i niezawodność systemu pomiarowego realizującego sposób według wynalazku. Zmiana kąta nachylenia wiązki laserowej wysyłanej z urządzenia pomiarowego może zachodzić pod wpływem różnych okoliczności np. pod wpływem obciążenia dachu, zmian temperatury, przy remontach/zmianach konstrukcyjnych budynków, a więc opracowanie sposobu uwzględniającego zmianę kąta a, tj. nachylenia wiązki laserowej w czasie pomiarów, pozwala eliminować błędy związane między innymi z takimi czynnikami.

Opracowany sposób, pozwalając na realizację pomiaru pod kątem (przy niezerowej wartości kąta ai), daje dodatkową elastyczność oraz możliwość zmniejszania różnego typu błędów pomiaru. W szczególności, poprzez zamontowanie tarczy pomiarowej i/lub urządzenia pomiarowego blisko monitorowanego elementu można zmniejszać błędy pomiaru związane z długimi elementami mocującymi, szczególnie duże przy niesymetrycznym obciążeniu konstrukcji. Również, poprzez skierowanie wiązki laserowej możliwie równolegle do monitorowanego elementu konstrukcyjnego można zmniejszyć błędy pomiaru wynikające ze zmiany odległości pomiędzy urządzeniem pomiarowym a tarczą pomiarową wywołanej obciążeniem konstrukcji.

Claims

1. Sposób pomiaru przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji budowlanych obejmujący:

- umieszczenie tarczy pomiarowej, zawierającej element rozpraszający wiązkę laserową, tak, że element rozpraszający jest nachylony pod kątem β do poziomu, oraz

- umieszczenie urządzenia pomiarowego, zawierającego dalmierz laserowy i inklinometr mierzący kąt a nachylenia wiązki laserowej do poziomu, w miejscu, które jest przesunięte w poziomie i opcjonalnie w pionie w stosunku do tarczy pomiarowej, oraz

- wysyłanie wiązki laserowej z dalmierza laserowego pod kątem a do poziomu w taki sposób, że wiązka pada na element rozpraszający tarczy pomiarowej, oraz

- powrót wiązki odbitej od elementu rozpraszającego do dalmierza laserowego w kierunku równoległym do kierunku wysyłanej wiązki laserowej i wykonywanie pomiaru odległości od dalmierza laserowego do elementu rozpraszającego, znamienny tym, że

- mierzy i zapamiętuje się kąt nachylenia β elementu rozpraszającego (4), a następnie

- w dwóch chwilach czasowych ti i t₂ mierzy się odległości od urządzenia pomiarowego (5) do elementu rozpraszającego (4) tarczy pomiarowej (2), wynoszące odpowiednio bi i b₂, oraz w tych samych chwilach czasowych mierzy się kąt nachylenia, odpowiednio ai i a₂, wiązki laserowej (6) do poziomu, po czym

- wykorzystując zmierzone wartości bi, b₂, αι, a₂ oraz zapamiętaną wartość β oblicza się wartość przemieszczenia pionowego pp tarczy pomiarowej (2) względem urządzenia pomiarowego (5), które zaszło pomiędzy chwilami t₂ i ti.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tarczę pomiarową (2) wyposażoną w element rozpraszający (4) montuje się w punkcie pomiarowym (P) monitorowanego elementu konstrukcji, a urządzenie pomiarowe (5) montuje się w punkcie odniesienia (R).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie pomiarowe (5) montuje się w punkcie pomiarowym (P) monitorowanego elementu konstrukcji, a tarczę pomiarową (2) wyposażoną w element rozpraszający (4) montuje się w punkcie odniesienia (R).

4. Sposób według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że wartość przemieszczenia pionowego pp tarczy pomiarowej (2) względem urządzenia pomiarowego (5), które zaszło pomiędzy chwilami t₂ i ti, oblicza się z zależności:

(. f । sintiA / , sinawi « = · (cos a. + —) - b₂ · (cos a₂ + —) j · tan β.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla wartości kąta β nachylenia do poziomu elementu rozpraszającego (4) tarczy pomiarowej (2) wynoszącego 45°, wartość przemieszczenia pionowego pp tarczy pomiarowej (2) względem urządzenia pomiarowego (5), które zaszło pomiędzy chwilami t₂ i ti, oblicza się zgodnie z zależnością uproszczoną do postaci:

pp = bi (cos ai + sin ai) - b₂ (cos a₂ + sin a₂).

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla wartości kąta β nachylenia do poziomu elementu rozpraszającego (4) tarczy pomiarowej (2) wynoszącego 45°, oraz kąta nachylenia do poziomu ai = 0 i stabilności kąta nachylenia do poziomu a w czasie, czyli dla a₂ = 0, wartość przemieszczenia pionowego pp tarczy pomiarowej (2) względem urządzenia pomiarowego (5), które zaszło pomiędzy chwilami t₂ i ti, oblicza się zgodnie z zależnością uproszczoną do postaci: