مطالعه آزمایشگاهی اثر آبشکن T شکل نامتقارن در کاهش آبشستگی تکیه گاه پل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: پل ها از جمله پرکاربردترین سازه های رودخانه ای هستند که از دیرباز مورد استفاده بوده اند و همه ساله در اثر بروز سیلاب در رودخانه ها، تعداد زیادی از پل ها تخریب می گردند. وقوع آبشستگی در اطراف تکیه گاه پل ها یکی از دلایل تخریب آن-ها می باشد. روش‌های مهار و جلوگیری از آبشستگی بر اساس مطالعه های انجام شده برروی مکانیزم آبشستگی بنیاد گذاشته شده است. چنانچه معیارهای طراحی و اجرای سازه های کنترل آبشستگی بدرستی رعایت نشوند تخریب های وسیعی در محل پایه پل ها بوقوع می پیوندد. طراحی صحیح و مدیریت درست سازه های آبشکن فرآیند آبشستگی را کنترل نموده ودرجهت پایداری پل ها عمل خواهدکرد. اثرات دقیق انواع آبشکن بر روی الگوی جریان و حمل رسوب بطور قابل ملاحظه ای متفاوت بوده و به پارامترهای طراحی آبشکن، آرایش آبشکن، هیدرولوژی جریان و میزان رسوب بستگی دارد. در پدیده آبشستگی عوامل مختلفی تاثیرگذار هستند که برای بررسی اثر آنها نیاز به پژوهشهای متعددی است. هدف از این تحقیق مطالعه پارامترهای تاثیر گذار روی حداکثر عمق آبشستگی در محل تکیه گاه پل ها در مقاطع مرکب نامتقارن می باشد.
مواد و روشها: پژوهش حاضر بر روی فلوم مستطیلی شکل به عرض 1 متر، طول 12 متر و ارتفاع 60 سانتی متر در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیکی دانشکده کشاورزی دانشگاه شاهرود صورت گرفت در این پژوهش با استفاده از آبشکن T شکل نامتقارن با چهار نسبت تقارن 2/0، 5/0، 2 و 5 برای طول بال (نسبت بال بالادست به بال پایین‌دست) و در فاصله‌های 9، 18، 27، 36 و 45 سانتی‌متر از تکیه‌گاه، میزان آبشستگی ایجاد شده در دماغه تکیه‌گاه تحت اثر دبی‌های 18، 20، 22، 24 و 26 لیتر بر ثانیه مورد مطالعه قرار گرفت.
یافته ها: نتایج حاصله نشان داد با افزایش طول بالادست نسبت به پایین‌دست (افزایش نسبت تقارن)، حداکثر عمق آبشستگی کاهش و با افزایش فاصله آبشکن از تکیه گاه عمق آبشستگی کاهش می یابد. میزان کاهش عمق آبشستگی با دبی 18 لیتر برثانیه 100 درصد و براساس دبی 26 لیتر برثانیه 70 درصد برآورد گردید. همچنین با افزایش دبی میزان آبشستگی و ابعاد حفره ایجاد شده افزایش یافت. در این پژوهش با بررسی پارامترهای هیدرولیکی موثر بر پدیده نظیر دبی، عمق جریان، سرعت متوسط و پارامترهای مربوط به هندسه آبشکن از جمله طول جان آبشکن، طول بال آبشکن، فاصله از تکیه گاه و آنالیز ابعادی این عوامل، رابطه ای بی بعد بدست آمد و در نهایت معادله جدیدی برای تعیین حداکثر عمق آبشستگی اطراف تکیه گاه ارائه شد.
نتیجه گیری: نتیجه نهایی حاصل از ین پژوهش نشان می دهد که با افزایش فاصله آبشکن از تکیه گاه، میزان تاثیرگذاری آبشکن بر فرسایش تکیه گاه افزایش می‌یابد و در نتیجه عمق آبشستگی در دماغه تکیه گاه کاهش پیدا می کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental study of the effect of asymmetric T- shaped spur dike on the scour reduction in bridge abutment

نویسنده [English]

  • khalil azhdary 1

چکیده [English]

Abstract
Background and objectives: Bridges are the most important river structures and lots of bridges are damaging every years by river floods. One of the reason in bridge damage is local scour in around of bridge abutment. Investigations are reveal that controlling of scour methods are based on mechanism of scour. If the design criteria perfectly do not use, extinctive damages will be occurs in bridges foundation. Proper design and management of spur dike structure can control scour and crate stability for bridge .Effect f scours on flow properties and sediment transport are different and depend on scour design parameters, flow hydrology and amount of sediment. Different factors have effected scour phenomena. For study of these factors different researches are necessary. The aim of this research are study of effective parameters on maximum scour depth in bridges abutment in asymmetric composite sections.
Material and methods: This research has contacted on a rectangular shape flume with dimension of 1 m width,12 m length and 60 cm depth in hydraulic laboratory of Shahrood University. In this research the amount of scour in cape of abutment have been studied with asymmetric T- Shaped spur dike by 4 relative conjunction of 0.2, 0.5, 2 and 5 for length of wing by the 9, 18, 27, 36 and 45 cm distance from abutment. The amount of discharges used in study were 18,20, 22, 24 and 26 litter per second.
Results: Result of study reveal that maximum depth of scour is decreasing with increasing of the upstream length of spur dike to downstream, also it is showing that depth of scour is decreasing with increasing the distance of spur dike from abutment. Decreasing of the scour depth was 100 percent with 18 lit/s discharge and 70 percent with 26 lit/s. Results also showed that dimensions of scour hole is increasing with increasing discharge. In this research assessment of hydraulic and geometric parameters like discharge, average flow velocity, depth of water, length of spur dike, length of spur wing and distance of abutment was done. Analysis of these factors led to obtain a dimensionless equation. Final results of study was a new equation to estimate maximum depth of scour around the abutment.
Conclusion: Main results of this research revealed that with increasing of the distance of spore dike from abutment amount of dike effect to abutment erosion is increasing so that depth of scour in cap of abutment is decreasing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords:spur dike
  • scour
  • abutment
  • bridge
  • asymmetric
1.Abbasi, A.A., and Malek Nejad, Y.M. 2012. Experimental investigation the effect of
geometry parameters of straight and T shape gabions on local scouring. J. Irrig. Water Engin.
8: 95-107.
2.Douglas, M.T. 2006. The role of vortex shedding in the scour of pools. Advances in Water
Resources. 29: 121-129.
3.Hashemi Najafi, F., Ayoub Zade, A., and Dehghani, A.A. 2009. Laboratory Study scour depth
around the L-shaped breakwater in clear water. J. Agric. Sci. Natur. Resour. 15: 1. 57-70.
4.Hakimzadeh, H., Azari, N., and Mehrzad, R. 2012. Experimental study of lateral structural
slopes of groynes on scour reduction. 6th International Conference on Scour and Erosion
Paris-August 27-31. 273: 1035-1040.
5.Saneie, M., and Mosavi, B. 2011. Experimental investigation of groin placement on
minimizing river bank erosion. J. Water Sci. Res. 2: 2. 59-68.
6.Sturm, T.W. 2006. Scour around bankline and setback abutments in compound channels.
J. Hydr. Engin. 132: 21-32.
7.Vaghefi, M., Ghodsian, M., and Adib, A. 2011. Experimental study on Froude number on
temporal variation of scour around a T shaped spur dike in a 90 degree bend. Applied
Mechanics and Materials. 147: 5. 75-79.
8.Zarrati, A.R., Gholami, H., and Mashahir, M.B. 2004. Application of collar to control scour
around rectangular bridge pier. J. Hydr. Res. 42: 1. 97-103.