بررسی تاثیر بیرون زدگی زبری ها در کاهش عمق آبشستگی اطراف پایه پل و تاثیر آن روی پروفیل های سرعت قائم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد

2 استاد گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی ،دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

سابقه و هدف: همه ساله پل های زیادی در سراسر جهان تخریب می شوند. تخریب این پل ها اکثرا نه به دلیل سازه ای، بلکه به دلیل در نظر نگرفتن نقش هیدرولیکی در طراحی آنها می باشد. از این رو یافتن راهکاری برای کاهش عمق آبشستگی از اهمیت خاصی برخوردار است. به طور کلی دو روش اساسی برای محافظت پل ها در مقابل پدیده آبشستگی وجود داردکه عبارتند از: بالا بردن مقاومت مواد بستر و کاهش قدرت عوامل فرسایش. یک روش جدید مطرح شده در کاهش آبشستگی پایه پل ایجاد زبری دور تا دور پایه در هنگام بتن ریزی می باشد که در مطالعه حاضر مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها: آزمایش ها تحت شرایط آب صاف و دبی ثابت در بازه زمانی 8 ساعت در کانال آزمایش به طول 7 متر، عرض 0/32 مترو ارتفاع 0/36 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شد. هم چنین از ماسه گردگوشه با قطر متوسط 0/75 میلی متر، وزن مخصوص 2/65 گرم بر سانتی متر مکعب و انحراف معیار هندسی 1/2 استفاده شد.در این تحقیق ساختار جریان قائم بوسیله داده برداری با دستگاه ADV در اطراف پایه و تاثیر آن بر آبشستگی مورد بررسی قرار گرفته است.
یافته ها: با توجه به نتایج بدست آمده، سرعت قائم در راستای محور مرکزی کانال در بالادست پایه دارای مقادیرمنفی است که نشان دهنده جریان رو به پایین می باشد و در پشت پایه دارای مقادیرمثبت می باشد که نشان دهنده جریان رو به بالا در این ناحیه است. مقادیر سرعت با نزدیک شدن به پایه بیشتر می گردد. در بالادست جریان سرعت در راستای قائم برای پایه زبری دار از نظر اندازه از مقادیر پایه شاهد کوچک تر می باشد. کوچک بودن اندازه مقادیر منفی در بالادست پایه زبری دار نشان دهنده کاهش جریان رو به پایین و در نتیجه کاهش قدرت گرداب های نعل اسبی نسبت به پایه شاهد می باشد. بررسی های انجام شده بر روی پروفیل های سرعت حول پایه ها نشان دهنده ی حضور توأمان گرداب های نعل اسبی و جریان رو به پایین در بالا دست جریان می باشد. در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب بوجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. مقادیر نوسانات سرعت در بالا دست پایه ها به محض ورود به گودال آبشستگی افزایش می یابد از این رو درون حفره یک هسته با شدت توربولانس زیاد در جلوی پایه ها وجود دارد که نتیجه جدایی جریان در آن جاست.
نتیجه گیری: نتایج نشان داد با افزایش اندازه بیرون زدگی زبری ها میزان آبشستگی کاهش می یابد. در واقع افزایش بیرون زدگی زبری ها باعث کاهش قدرت جریان رو به پایین می گردد و به موازات آن باعث کاهش قدرت گرداب های نعل اسبی و گردابه های برخاستگی می گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of roughness protrusions in reducing scour around bridge piers and its impact on the vertical velocity profiles

چکیده [English]

Background and objectives: Bridge failure is a common phenomenon all around the world. The reason of the failure is not just the construction, but ignoring hydraulics’ roll in designing. Therefore, finding ways to reduce scouring is essential. There are two fundamental ways to protect bridges from scouring; increasing the resistant of bed materials and decreasing the power of erosion factors. A new method of decreasing pier scouring is to create roughness around the pier.
Materials and methods: The experiments were conducted under clear water scouring and with a constant discharge during 8 hours in hydraulic laboratory of Isfahan University of Technology using a flume of 7 m length, 0.32 m width and 0.36 depth. Sands with median diameter of 0.75, special gravity of 2.65 grams per cubic centimeters and geometric standard deviation of 1.2 are used in the experiments. In this research vertical flow structure has been investigated has been by analyzing with ADV tool and also effect of this type of flow on scouring of piers surrounding area was also evaluated.
Results: According to the results, vertical flow values were negative through central open canal line at upstream of pier which indicated that the flow was downward and also upward flow at the behind of piers was clarified by positive vertical flow values at that area. At common condition flow velocity increases by getting closer to the pier. At upstream of the flow, vertical velocity was particularly lower in existence of roughness on pier surface than control piers which didn’t have any roughness. Low negative values at upstream of the pier with roughness on its surface, the reduction of downward flow with reducing horseshoe vortex power than control pier was demonstrated.Investigation of velocity and shear profiles around the piers shows the existence of horseshoe vortex and downward flow simultaneously at upstream of piers. In downstream, existence of wake vortex causes fluctuations in flow structure. Velocity fluctuations in upstream of flow increases by entering scour hole, so inside the hole, there is a core with high intensity of turbulence in front of piers which is the result of flow separation in that region.
Conclusion: In this study, the efficiency of using roughness around the piers to decrease scouring is investigated. Results show that by increasing the size of roughness, scouring will decrease. In fact, increasing the size of roughness will decrease the power of down flow, horseshoe and wake vortexes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • The pier with roughness
  • Flow structure
  • ADV