论文部分内容阅读
摘 要：火力发电厂烟囱作为高耸建构筑物的代表，对其倾斜进行监测越发显得重要。针对江西某新建火力发电厂烟囱的特点，制定了对烟囱顶部采用测角前方交会法和底部采用极坐标法组合模式进行烟囱整体倾斜监测的方案，并对监测结果进行分析得出烟囱整体倾斜在控制范围内的结论。
关键词：烟囱；倾斜监测
中图分类号：TU746.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0301-02
引 言
高耸建构筑物的倾斜观测成果的真实可靠度直接影响工程建构筑物可靠性等级的正确评定和预测预报的准确性。国内诸多工程技术人员对倾斜观测进行了应用研究，刘华[1]详细的论述了倾斜检测方法和各方法的优缺点，并采用三维激光扫描技术对风机塔筒进行了倾斜观测的应用研究；付宏平[2]结合兰州生物制药厂厂区烟囱倾斜变形测量的实例论述了采用前方交会进行倾斜观测的方案；付新启[3]研究了一种建筑物倾斜观测的通用方法，并对误差传播进行了分析；彭伟平[4]提出了大角前方交会和小角前方交会的新方法进行烟囱倾斜观测。就烟囱的倾斜变形观测而言多采用前方交会法测定烟囱顶部、底部中心相对位移量，然后根据中心之间的垂直距离计算烟囱的整体倾斜值。
本文以江西某新建火力发电厂烟囱为例对烟囱顶部采用测角前方交会法和底部采用极坐标法组合观测模式测定观测水平圆切面上四个以上观测点，采用最小二乘法拟合出顶部和底部中心坐标，计算顶部中心相对底部中心的位移后计算其整体倾斜值和方向，涉及到的技术方法如下。
1 方案技术简介
1.1 测角前方交会法
测角前方交会是在两个及以上已知测站点对观测目标进行角度观测，然后计算出观测点的位置，该方法的作业如图1，计算公式如式1。
1.3 拟合圆最小二乘算法
最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。本文采用的拟合圆最小二乘算法是在Visual Studio中实现，其具体代码如下：
2 工程应用
本文以江西某新建火力发电厂已建成投运的东侧烟囱为监测对象进行整体倾斜观测分析，该电厂东侧烟囱采用钢筋混凝土外筒、双管悬挂式钛钢复合板内筒烟囱设计，在进行整体倾斜观测时将烟囱作为一个刚体，设计高度为240m，设计中心坐标为A=1657.50m、B=1993.25m（电厂独立AB坐标系）。通过现场实地踏勘发现烟囱周围建构筑物较多，严重遮挡了对烟囱底板的观测视线，因此对烟囱底部的观测采用极坐标法；从烟囱的外部观测主体的倾斜，顶部倾斜測标采用前方交会法测定8个避雷针环扣的平面位置。
2.1 技术方案
首先在烟囱四周不小于3h（h为烟囱设计高度）距离外选择4个相互通视的控制点，控制点制作成强制对中墩。然后采用SOKKIA NET05X 0.5″级全站仪分别观测钢筋混凝土外筒外表面0.5m标高设置4个等间隔同水平面的沉降观测标和232.5m标高处设置8个避雷针环扣，然后拟合出0.5m标高和232.5m标高处圆心坐标，根据232.5m标高处圆心相对于0.5m标高处圆心的偏移情况计算烟囱整体倾斜的倾斜度和倾斜方向。
2.2 方案实施
根据以上技术方案，自2014年01月至2016年06月对江西某新建火力发电厂已建成投运的东侧烟囱进行了8期观测，各期观测采用同一基准（电厂独立A、B坐标系统）和同一台全站仪，同一组观测人员和相同的观测方案。
2.3 数据分析
根据式3和式4计算烟囱顶部232.5m处的圆心坐标相对于烟囱底部0.5m处的圆心坐标的A、B坐标差值△A和△B。
△A=A顶-A底（3）
△B=B顶-B底（4）
由式5则可知烟囱顶部232.5m相对于烟囱底部0.5m的位移值S：
S=（（△A）2+（△B）2）1/2（5）
由式6可以计算出烟囱的整体倾斜方向α：
α=arctan（△B/△A）（6）
由式7可以计算出烟囱的整体倾斜度i：
i=S/（232.5-0.5）=S/232（7）
由式3、式4、式5、式6和式7计算得出各期观测结果具体参考表1。
从表1可知，本工程监测期内烟囱整体倾斜值观测中值约为0.00051、最大值为2014年03月20日通过观测数据计算得出的倾斜值0.00052、最小值为2014年06月18日通过观测数据计算得出的倾斜值0.00049。本工程烟囱整体倾斜观测的高度为232.5m，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[5]：多层和高层建筑的整体倾斜或高耸结构基础的沉降，允许的倾斜值为0.002，0.00052<0.002，因此烟囱的整体倾斜监测期内各期观测值均未超过规范允许的倾斜值，在监测期内未发现异常情况。
根据表1的计算成果数据绘制烟囱时间-倾斜值曲线图（如图3所示），通过图3可知烟囱整体倾斜进入了稳定阶段。
对比分析表1中8期倾斜方向数值可知，监测期内烟囱的倾斜方向基本一致。
3 结 论
根据以上论述采用前方交会法和极坐标法组合技术方案对已建成高耸建构筑物整体倾斜观测方案可行，通过工程应用得出江西某新建火力发电厂已建成投运的东侧烟囱倾斜值在规范控制范围内，且2年监测后其整体倾斜已进入稳定状态。本文仅论述了前方交会加极坐标法的组合观测模式，通过数据分析内符合精度较好，但采用其它观测技术进行数据对比值得进一步研究。
参考文献
[1]刘华等.三维激光扫描技术在风机塔筒倾斜观测中的应用[J].勘察科学技术，2016（S0）：49～53.
[2]付宏平，等.厂区烟囱倾斜变形观测[J].测绘通报，2001（S0）：29～31.
[3]付新启，等.建筑物倾斜观测的通用方法[J].测绘通报，2004（4）：33～35.
[4]彭伟平，等.烟囱倾斜变形观测的新方法及其应用[J].测绘通报，2004（10）：38～41.
[5]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.
收稿日期：2018-4-14
关键词：烟囱；倾斜监测
中图分类号：TU746.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0301-02
引 言
高耸建构筑物的倾斜观测成果的真实可靠度直接影响工程建构筑物可靠性等级的正确评定和预测预报的准确性。国内诸多工程技术人员对倾斜观测进行了应用研究，刘华[1]详细的论述了倾斜检测方法和各方法的优缺点，并采用三维激光扫描技术对风机塔筒进行了倾斜观测的应用研究；付宏平[2]结合兰州生物制药厂厂区烟囱倾斜变形测量的实例论述了采用前方交会进行倾斜观测的方案；付新启[3]研究了一种建筑物倾斜观测的通用方法，并对误差传播进行了分析；彭伟平[4]提出了大角前方交会和小角前方交会的新方法进行烟囱倾斜观测。就烟囱的倾斜变形观测而言多采用前方交会法测定烟囱顶部、底部中心相对位移量，然后根据中心之间的垂直距离计算烟囱的整体倾斜值。
本文以江西某新建火力发电厂烟囱为例对烟囱顶部采用测角前方交会法和底部采用极坐标法组合观测模式测定观测水平圆切面上四个以上观测点，采用最小二乘法拟合出顶部和底部中心坐标，计算顶部中心相对底部中心的位移后计算其整体倾斜值和方向，涉及到的技术方法如下。
1 方案技术简介
1.1 测角前方交会法
测角前方交会是在两个及以上已知测站点对观测目标进行角度观测，然后计算出观测点的位置，该方法的作业如图1，计算公式如式1。
1.3 拟合圆最小二乘算法
最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。本文采用的拟合圆最小二乘算法是在Visual Studio中实现，其具体代码如下：
2 工程应用
本文以江西某新建火力发电厂已建成投运的东侧烟囱为监测对象进行整体倾斜观测分析，该电厂东侧烟囱采用钢筋混凝土外筒、双管悬挂式钛钢复合板内筒烟囱设计，在进行整体倾斜观测时将烟囱作为一个刚体，设计高度为240m，设计中心坐标为A=1657.50m、B=1993.25m（电厂独立AB坐标系）。通过现场实地踏勘发现烟囱周围建构筑物较多，严重遮挡了对烟囱底板的观测视线，因此对烟囱底部的观测采用极坐标法；从烟囱的外部观测主体的倾斜，顶部倾斜測标采用前方交会法测定8个避雷针环扣的平面位置。
2.1 技术方案
首先在烟囱四周不小于3h（h为烟囱设计高度）距离外选择4个相互通视的控制点，控制点制作成强制对中墩。然后采用SOKKIA NET05X 0.5″级全站仪分别观测钢筋混凝土外筒外表面0.5m标高设置4个等间隔同水平面的沉降观测标和232.5m标高处设置8个避雷针环扣，然后拟合出0.5m标高和232.5m标高处圆心坐标，根据232.5m标高处圆心相对于0.5m标高处圆心的偏移情况计算烟囱整体倾斜的倾斜度和倾斜方向。
2.2 方案实施
根据以上技术方案，自2014年01月至2016年06月对江西某新建火力发电厂已建成投运的东侧烟囱进行了8期观测，各期观测采用同一基准（电厂独立A、B坐标系统）和同一台全站仪，同一组观测人员和相同的观测方案。
2.3 数据分析
根据式3和式4计算烟囱顶部232.5m处的圆心坐标相对于烟囱底部0.5m处的圆心坐标的A、B坐标差值△A和△B。
△A=A顶-A底（3）
△B=B顶-B底（4）
由式5则可知烟囱顶部232.5m相对于烟囱底部0.5m的位移值S：
S=（（△A）2+（△B）2）1/2（5）
由式6可以计算出烟囱的整体倾斜方向α：
α=arctan（△B/△A）（6）
由式7可以计算出烟囱的整体倾斜度i：
i=S/（232.5-0.5）=S/232（7）
由式3、式4、式5、式6和式7计算得出各期观测结果具体参考表1。
从表1可知，本工程监测期内烟囱整体倾斜值观测中值约为0.00051、最大值为2014年03月20日通过观测数据计算得出的倾斜值0.00052、最小值为2014年06月18日通过观测数据计算得出的倾斜值0.00049。本工程烟囱整体倾斜观测的高度为232.5m，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[5]：多层和高层建筑的整体倾斜或高耸结构基础的沉降，允许的倾斜值为0.002，0.00052<0.002，因此烟囱的整体倾斜监测期内各期观测值均未超过规范允许的倾斜值，在监测期内未发现异常情况。
根据表1的计算成果数据绘制烟囱时间-倾斜值曲线图（如图3所示），通过图3可知烟囱整体倾斜进入了稳定阶段。
对比分析表1中8期倾斜方向数值可知，监测期内烟囱的倾斜方向基本一致。
3 结 论
根据以上论述采用前方交会法和极坐标法组合技术方案对已建成高耸建构筑物整体倾斜观测方案可行，通过工程应用得出江西某新建火力发电厂已建成投运的东侧烟囱倾斜值在规范控制范围内，且2年监测后其整体倾斜已进入稳定状态。本文仅论述了前方交会加极坐标法的组合观测模式，通过数据分析内符合精度较好，但采用其它观测技术进行数据对比值得进一步研究。
参考文献
[1]刘华等.三维激光扫描技术在风机塔筒倾斜观测中的应用[J].勘察科学技术，2016（S0）：49～53.
[2]付宏平，等.厂区烟囱倾斜变形观测[J].测绘通报，2001（S0）：29～31.
[3]付新启，等.建筑物倾斜观测的通用方法[J].测绘通报，2004（4）：33～35.
[4]彭伟平，等.烟囱倾斜变形观测的新方法及其应用[J].测绘通报，2004（10）：38～41.
[5]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.
收稿日期：2018-4-14