مطالعه تاثیر قطرنسبی وعمق طوقه مشبک بر آبشستگی اطراف پایه های پل آرودینامیکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب واحد اهواز

2 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز ، دانشگاه آزاد اسلامی ، اهواز، ایران

3 گروه علوم ومهندسی آب واحد اهواز، دانشگاه آزاداسلامی، اهواز، ایران

4 دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز

5 عضو هیات علمی گروه مهندسی آب دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

یکی از دلایل مهم شکست پل‌ها در ایالات متحده و جهان، مربوط به آبشستگی می‌باشد. خصوصیات جریان، شکل پایه و زاویه استقرار آن نسبت به جریان و خصوصیات رسوبات، همگی از عواملی می‌باشند که در پیچیدگی مسئله آبشستگی پایه های پل دخالت می‌نماید. باید توجه داشت که عمق نهایی آبشستگی ایجاد شده در مجاورت پایه پل برابر با مجموع عمق های فرسایش ناشی از آبشستگی موضعی، عمومی و تنگ شدگی عرض جریان می‌باشد. تعیین عمق فرسایش در محدوده پایه ها مستلزم آگاهی از نحوه جابه جایی مواد رسوبی بستر رودخانه ها است. پایه ها جریان عادی رودخانه را مختل می کند و تلاطم و اغتشاش حاصل از آن موجب فرسایش مواد رسوبی موجود در اطراف پایه می شود. از آنجایی که گسترش چاله آبشستگی پایداری سازه پل را به مخاطره می اندازد، پیش بینی میزان گودافتادگی و اتخاذ تدابیر لازم برای مهار آن از جمله اقدامات مهندسی متداول در عرصه مهندسی رودخانه تلقی می شود. بنا به این مهم در این تحقیق به بررسی تأثیر استفاده از طوقه‌های مشبک آیرودینامیک بر روی پایه‌های پل آیرودینامیک پرداخته شد. نتایج نشان داد با افزایش طول طوقه‌ها میزان آبشستگی کاهش بیشتری داشته است. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.1 طوقه‌های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 16.6 ، 22.3 و 24.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.5 طوقه‌های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 35.2 ، 37.4 و 38.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 1 طوقه‌های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 27.7 ، 31.6 و 31.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با افزایش سرعت نسبی (V/Vc) از 0.54 به 0.95 به‌طور متوسط باعث افزایش آبشستگی به میزان 113.8 درصد شده است. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.1، 0.5 و 1 به ترتیب 16.6 ، 35.2 و 27.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه‌های آیرودینامیک مشبک (Z /D) از 0.1 به 0.5 شاهد کاهش آبشستگی به میزان 22.3 درصد و همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه‌های آیرودینامیک مشبک (Z /D) از 0.5 به 1 شاهد افزایش آبشستگی به میزان 11.6 درصد هستیم. به این ترتیب می‌توان فهمید بهترین عمق کارگذاری طوقه به اندازه نصف قطر پایه پل می‌باشد. همچنین شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D نزدیک به مدل فیزیکی می‌باشد و به طور متوسط تنها 5.4 درصد خطا دارد که قابل قبول می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The study of Effect of Relative Diameter and depth of installation of Lattice Collar on Scouring around Airfoil Bridge Piers

نویسندگان [English]

  • Amirabbas Kamanbedast 1
  • Alireza Mohammadian 2
  • Amin Bordbar 3
  • Alireza Masjedi 4
  • Mohammad Heidarnejad 5
1 IAU,Ahvaz
2 -Department of Water Science and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 iau,ahvaz
4 Islamic Azad University
5 -Department of Water Science and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Scouring is one of the main reasons for the failure of bridges in the United States and the world. The flow characteristics, the base shape and the angle of its deposition relative to the flow and characteristics of the sediments are all factors that interfere with the complexity of the scouring problem of bridge bridges. It should be noted that the final scour depth created near the bridge base is equal to the total erosion depth due to local, general, and narrowing of the flow width. Determining the depth of erosion within the range of bases requires knowledge of the displacement of sedimentary materials in the river bed. The bases disrupt the normal flow of the river, and the turbulence and disturbances resulting from it erode sedimentary materials around the base. Since the propagation of the scour hole threatens the stability of bridge structure, a common engineering practice in the field of river engineering involves the prediction of scour depth to take necessary controlling measures. Accordingly, this study aimed at investigating the effect of air foil lattice collars on airfoil bridge piers. According to the results, scouring decreased further with increasing collar length. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 0.1, scouring reduced by 16.6, 22.3 and 24.7%, respectively, compared with a collarless bridge pier. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 0.5, scouring reduced by 35.2, 37.4 and 38.4%, respectively, compared with a collarless bridge pier. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 1, scouring reduced by 27.7, 31.6 and 31.4%, respectively, compared with a collarless bridge pier. Scouring increased by 113.8% on average by increasing the relative velocity (V/Vc) from 0.54 to 0.95. By installing the collar at a relative depth (Z / D) of 0.1, 0.5 and 1, we see 16.6, 35.2 and 27.7 percent lower scouring than the collar less base. Also, by increasing the depth of the lattice aerodynamic collars (Z / D) from 0.1 to 0.5, the scour reduction decreased by 22.3% and also with increasing the depth of the lattice aerodynamic collars (Z / D) from 0.5 to 1, increasing the scour 11.6 percent. In this way, it can be seen that the best depth of the collar is about half the diameter of the base of the bridge. Also, simulation with the Flow-3D math model is close to the physical model, with an average of only 5.4% error, which is acceptable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bridge pier
  • airfoils
  • lattice collar
  • physical model
  • scouring

مراجع

1.Alem, Z., Qamshi, M., and Mohammadi, S. 2012. Application of collar to reduce scouring at a rectangular abutment of bridge in a composite channel, Quar. J. Irrig. Water Engin. 10: 29-41.
2.Azam, N., and Qomeishi, M. 2013. The effect of protective piles on reducing scouring at the pier of cylindrical bridges. J. Water Soil Sci. 33: 3. 123-134.
3.Chiew, Y.M. 1992. Scour protection at bridge Piers. J. Hydr. Engin. ASCE. 118: 9. 1260-1269.
4.Chiew, Y.M., and Melville, B.W. 1987. Local scour around bridge Piers. J. Hydr. Res. 25: 15-26.
5.Dargahi, B. 1990. Controlling mechanism of local scouring. J. Hydr. Engin.116: 1197-1214.
6.Elnikhely, E.A. 2017.Minimizing scour around bridge pile using holes. Ain Shams Eng. J. 8: 499-506.
7.Esmaili Varaki, M., Jafari, M.H., and Musapour, S. 2012. Experimental study of the impact of foundation installation level on the maximum scouring of the tilted pier group. 9th International Congress of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran. May 19-21.
8.Ettem, R. 1980. Scour at bridge piers., University of Auckland, School of Engineering, New Zealand. Report No. 216.
9.Hashemian, S.M., and Jabbari, S.M. 2012. Principles of lattice plates in audio applications, Second International Acoustic and Vibration Conference, Sharif University of Technology, Tehran, Iran. (In Persian)
10.Hassanpour, N., Hosseinzadeh Delir, A., and Aronghi, H. 2013. Local scouring around the pier of cone-shaped bridge piers with a collar. Tabriz Water Soil Sci. J. 23: 3. 221-234.
11.Jalili, A. 2013. The effect of lattice collar on scouring at bridge piers, M.Sc. Thesis, Department of Water Structures, Faculty of Water Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.(In Persian)
12.Karimaee-Tabarestani, M., and Zarrati, A.R. 2012. Effect of collar on time development and extent of scour hole around cylandrical bridge piers. Inter. J. Engin. 25: 1. 11-16.
13.Kettle, P., and Eriksson, P. 1998. Bridge scour evaluation: Screening, analysis, and countermeasures. United States Department of Agriculture Forest Service Technology and Development Program.
14.Landers, M.N. 1992. Bridge scour data management. Proceedings of the Hydraulic Engineering, August 2-6, Maryland. Published by American Society of Civil Engineers.
15.Osroush, M., Hosseini, S.A., Kamanbedast, A.A. et al. 2019, The effects of height and vertical position of slot on the reduction of scour holedepth around bridge abutments, Ain Shams Engin. J. https://doi.org/10.1016/ j.asej.P651-659.
16.Masjedi, A., and Gholamzadeh Mahmoudi, M. 2011. Experimental study of the effect of collar on scouring control around the cylindrical bridge pier at a 180º bend. J. Agric. Engin. Natur. Resour. Water and Soil Science, 38: 27-55.
17.Melville, B.W. 1997. Pier and abutment scour: Integrated approach. J. Hydr. Engin. ASCE. 132: 2. 125-136.
18.Mesbahi, M., and Shamsaei, A. 2013. Comparing the criteria for choosingthe rust coating to protect the bridge piers, Congress of Civil Engineeringand Sustainable Development, Khavaran Higher Education Institution, Mashhad, Iran. (In Persian)
19.Placzek, G., and Haeni, F.P. 1995. Surface-geophysical techniques used to detect existing and infilled scour holes near bridge piers: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 95-4009, 44p.
20.Qasemifard, M., Haidarpour, M., and Sedagh, H. 2013. Local scouring control of rectangular bridges in the presence of the sacrificial sills, Congress of Civil Engineering and Sustainable Development, Khavaran Higher Education Institution, Mashhad, Iran. (In Persian)
21.Roshan, R. 2005. Vortex formation and depreciation in the basin of power plants using a physical model. Proceedings of the Modeling Workshop on Irrigation and Drainage. Tehran, Pp: 121-136.(In Persian)
22.Shariati, H., Khodashenas, S.R., and Esmaeili, K. 2011. Experimental study of simultaneous effect of slit and collar on local scouring at bridge piers. Ferdowsi Civil Engin. J. 23: 1. 85-96.
23.Singh, C.P., Setia, B., and Verma, D.V.S. 2001. Collar-sleeve combination as a scour protection device around a circular pier. Proceedings of Theme D, 29th Congress on Hydraulics of Rivers, Water Works and Machinery, Chinese Hydraulic Engineering Society, Beijing, China, Pp: 16-21.
24.Singh, K.K., Verma, D.V.S., and Tiwari. N.K. 1995. Scour protection at circular bridge piers. 6th Internatinal Symposium on River Sedimentation. New Delhi, India.
25.Tafarojnoruz, A., Gaudio, R., and Calomino, F. 2012. Evaluation of flow-altering countermeasures against bridge pier scour. J. Hydr. Engin.138: 3. 297-305.
26.Zarati, A.R., and Azizi, M. 2001. Scouring control around the bridge pier. J. Fac. Engin. 35: 1. 21-33.
27.Zarrati, A.R., Gholami, H., and Mashahir, M.B. 2004. Application of collar to control scouring around rectangular bridge piers. J. Hydr. Res. IAHR. 42: 1. 97-103.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 26، شماره 6
بهمن و اسفند 1398
صفحه 159-177

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار