Методом гидростатического нивелирования

1 2

ГОБПОУ «Липецкий машиностроительный колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ОСНОВАМ ГЕОДЕЗИИ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

Определение превышений

Опорных поверхностей конструкций

методом гидростатического нивелирования.

Липецк 2017

Метод гидростатического нивелирования применяют при нивелировании строительных конструкций, монтаже оборудования, строительстве шахт и трубопроводов, определении осадок и деформаций различных сооружений. Достоинства метода заключаются в компактности аппаратуры, отсутствии сложных поверок, оперативности и высокой точности измерений. Наиболее эффективно применение гидростатического нивелирования в стесненных условиях закрытых помещений, где традиционные методы применить практически невозможно.

Рис. 1.Схема гидростатического нивелирования

В основу метода гидростатического нивелирования положено свойство сообщающихся сосудов: жидкость в них устанавливается на одном уровне, а ее поверхность располагается перпендикулярно к направлению силы тяжести.

На рис. 1 приведена принципиальная схема гидростатического нивелирования. На точки 1 и 2 установлены своими основаниями сообщающиеся сосуды, имеющие высоты соответственно А и В. Линия, соединяющая уровни жидкости в сосудах, горизонтальна, а ее положение характеризуется расстояниями а и b от верхних краев сосуда. Превышение между точками 1 и 2 можно найти по формуле

h = (А - а) - (В - b) = (b - а) + (А + В).

Разность (А - В) называют местом нуля нивелира и обозначают через МО. Для определения места нуля сосуды меняют местами и берут отсчеты а ¢ и b ¢,a значение МО вычисляют по формуле

. (1)

С использованием МО превышение вычисляют по формуле

h = (b - а) + МО. (2)

Точность измерения превышений гидростатическим прибором зависит в основном от точности определения положения уровня жидкости в сосудах. В современных приборах используют следующие способы фиксации уровня жидкости в сосудах.

Визуальный способ фиксации по шкалам сосудов.

Шкалы градуируются непосредственно на стеклянных сосудах. Достоинство таких приборов - простота конструкции, недостаток - сравнительно невысокая точность.

Этот способ фиксации использован в шланговом техническом нивелире НШТ-1, который представляет собой легкую переносную систему, состоящую из двух взаимозаменяемых головок (рис. 2). Каждая измерительная головка состоит из стеклянного цилиндра 4 с миллиметровой шкалой 3, заключенного в металлический корпус 2. Измерительные головки соединяются между собой 10-метровым шлангом 6. Верхняя часть металлической оправы головок заканчивается рамкой, в которой размещена опорная пятка 1 для подвешивания нивелира на стенной репер. В нижней части металлической оправы вмонтирована пятка 7 для установки нивелира на грунтовый репер. Включение гидросистемы осуществляют открытием кранов 8, а фиксацию уровня жидкости производят путем отсчетов по шкале с помощью красных кольцевых рисок на цилиндрических поплавках 5.

Рис. 2. Нивелир шланговый технический НШТ-1

Технические данные НТШ-1: диапазон измерения превышений - 200 мм, средняя квадратическая погрешность определения превышений - 1 мм.

Прибор используют при нивелировании фундаментов, монтаже конструкций в шахтах и метрополитене, при наблюдениях за осадками сооружений.

Задача № 1

Изучите основные части, детали НШТ-1 и напишите названия пронумерованных на рисунке 2 основных частей.

Визуально-контактныйспособфиксации уровня жидкости основан на применении щупа в виде острого полированного конуса, перемещающегося вертикально с помощью микрометренного винта. На этом принципе работает уровень гидростатический модели 115.

Прибор (рис. 3) состоит из двух герметических сосудов, соединенных шлангом длиной 6 м. Каждый сосуд 3 заключен в бронзовый корпус, в нижней части которого смонтирована стальная плита 4 для установки прибора на нивелируемую поверхность. Через герметическую крышку сосуда проходит микрометренный винт 1 с барабаном 2. В нижней части микрометренный винт имеет острый конусообразный щуп. Отсчет по барабану берется в момент контактирования щупа с поверхностью жидкости. Шаг резьбы микрометренного винта равен 1 мм, а окружность барабана разделена на 100 частей, т.е. цена деления барабана равна 0,01 мм.

Рис. 3. Уровеньгидростатический модели 115

Технические данные прибора: диапазон измерения превышений - 50 мм, средняя квадратическая погрешность определения превышений - 0,005 ¸ 0,008 мм.

Прибор предназначен для установки по высоте горизонтальных элементов крупногабаритного оборудования.

Задача № 2

Изучите основные части, детали гидростатический модели 115 и напишите названия пронумерованных на рисунке 3 основных частей.

Электроконтактный способ фиксации. При использовании данного метода в момент соприкосновения щупа с жидкостью замыкается электрическая цепь исполнительной схемы. Этот способ использован в точном гидростатическом шланговом высотомере проф. О. Мейссера (прецизионный шланговый ватерпас), выпускаемом Народным предприятием «ФрайбергерПрецизионсмеханик» (ГДР).

Прибор (рис. 4) состоит из двух взаимозаменяемых измерительных головок, соединенных 30-метровым шлангом. Измерительные головки навешиваются на специальные стенные реперы, заложенные в точках наблюдений за осадками. Под каждым репером дополнительно устанавливают два анкерных болта и тем создают для измерительной головки три опорные точки в одной вертикальной плоскости. При фиксации уровня жидкости щуп 2 микрометренного винта 3 приводят в контакт с токопроводящей жидкостью, замыкая цепь индикаторной лампочки 1.

Технические данные прибора: диапазон измерения превышений - 200 мм, средняя квадратическая погрешность определения превышений - 0,01 мм.

Рис. 4. Прецизионный Прибор предназначен для определения малых осадок сооружений.

шланговый ватерпасКроме перечисленных выше, известны способы фиксацииуровня

жидкости с помощью емкостных, индуктивных и фотоэлектрических датчиков, обеспечивающих высокую точность и позволяющих автоматизировать процесс измерений. В СССР разработаны системы гидростатического нивелирования с дистанционным методом измерения превышений. Эти стационарные системы успешно применяют для исследования деформаций прецизионных сооружений и обеспечивают высокую точность при большой оперативности измерений. В нашей стране выпускают малой серией системы СГН-27Д, СГН-54Д, СГН-ВИ, предназначенные для регулярных наблюдений за вертикальными перемещениями оснований гидроэлектростанций, теплоэлектростанций и энергоагрегатов атомных электростанций.

Задача № 3

Изучите основные части, детали прецизионногошлангового ватерпаса и напишите названия пронумерованных на рисунке 4 основных частей.

Методика измерения превышений

Рассмотрим методику измерений превышений приборами с визуально-контактным способом фиксации уровня жидкости.

Переносная система фирмы «Фрайбергер» (ГДР), предназначенная для наблюдений за осадками зданий, состоит из двух сосудов 1 (рис. 5), наполненных дистиллированной водойисоединенныхшлангом 14. Определениеположенияуровняжидкости 10 производятконтактированием острого щупа 9 с мениском жидкости. Перемещение щупа осуществляют микрометренным винтом 6 с фиксацией отсчетов в окошке 5 (миллиметры) и окошке 3 (сотые доли миллиметра). Систему включают и выключают краном 13. Ручка 4 и скоба 11 предназначены для навешивания сосудов-пьезометров наРис. 5. Переносная система специальные стенные реперы. Установку пьезометров вфирмы «Фрайбергер» (ГДР)

вертикальное положениеосуществляютрегулировочными

винтами 12 покругломууровню 2. Для герметизации системы и исключения разности давлений в пьезометрах служит дополнительный штуцер 8. Штуцеры обоих пьезометров при измерениях соединяют шлангом 7.

Прибор не требует проведения предварительных поверок, а его работоспособность выясняют в процессе измерений на первой станции.

При измерениях на станции пьезометры подвешивают к стенным реперам, регулировочными винтами по круглому уровню приводят сосуды в вертикальное положение и открывают краны 13,включая тем самым гидросистему. Вода в системе приходит в равновесие в течение 2 - 3 мин. Измерение заключается в одновременном приведении щупов в контакт с поверхностью воды. Для этого наблюдатели по команде руководителя начинают синхронно вращать микрометренные винты, опуская щупы к поверхности воды. По мере приближения щупа к поверхности вращение винтов необходимо замедлить. Момент контактирования обнаруживают по резкому поднятию мениска воды. При таком контактировании погрешность фиксации не превышает 0,02 мм. Производят не менее трех фиксаций, каждый контакт сопровождают отсчетами, которые записывают в журнал наблюдений. Допустимые расхождения между отсчетами 0,04 мм. В этом случае систему арретируют, закрывая краны 13,пьезометры снимают с реперов и меняют местами, а измерения повторяют, т.е. производят нивелирование в обратном направлении.