طراحی قطر سنگ‌چین در اطراف تکیه‌گاه پل واقع در قوس رودخانه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازه‌های آبی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

فرسایش در قوس رودخانه به دلیل وجود جریان ثانویه نسبت به مسیر مستقیم تشدید می­گردد، لذا توجه به موضوع فرسایش و کنترل و کاهش آن در این بخش از رودخانه بسیار حائز اهمیت می­باشد. هدف از تحقیق حاضر ارائه رابطه برای تخمین قطر سنگ­چین در اطراف تکیه­گاه پل واقع در قوس رودخانه­هاست. در این  تحقیق ابتدا معادله بی­بعد بر مبنای آنالیز ابعادی برای آستانه حرکت و آستانه شکست استخراج شد و سپس آزمایش­ها با استفاده از سه نوع سنگ­چین با چگالی­های51/1، 05/2، 65/2 و با قطرهای 75/4، 52/9، 7/12 و 05/19میلی­متر انجام شد. هر سنگ­چین با استفاده از چهار دبی 017/0، 020/0، 023/0 و 028/0 مترمکعب بر ثانیه مورد آزمایش قرار گرفت. هر آزمایش از عمق جریان بالا شروع شد و به تدریج عمق کاهش داده می­شد تا زمانی که اولین حرکت در سنگ­دانه­ها مشاهده شود و در این لحظه مشخصات جریان به عنوان مشخصات آستانه حرکت اندازه­گیری می­گردید. شرایطی از جریان که در آن سنگ­دانه­ها به صورت گروهی شروع به حرکت می­کردند آستانه شکست تعریف گردید و مشخصات جریان در این لحظه به عنوان مشخصات  آستانه شکست اندازه­گیری می­شد. با استفاده از داده­های به دست آمده، فرمول­های طراحی قطر سنگ­چین برای کنترل آب­شستگی تکیه­گاه پل در قوس رودخانه ارائه گردید. همچنین فرمول­های ارائه شده توسط تحقیق حاضر با روابط ارائه شده از مطالعات پیشین بر روی سنگ­چین اطراف تکیه­گاه واقع در مسیر مستقیم مقایسه شد و ضریب تصحیح مناسب برای استفاده از این روابط در قوس ارائه شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of Riprap Size at Bridge Abutment in a River Bend

نویسندگان [English]

  • Mahvash Hafshjani 1
  • Mahmood Shafeebajestani 2
چکیده [English]

Scouringwill be intensified at the river bend due to the existing of secondary flow in comparison with straight channels so attention to the erosion and its control and mitigation at this part of river is very important. The present paper is aimed to study and design the riprap diameter at bridge abutment in a river bend. In this study first a general non dimensional relationship was developed based on dimensional analysis at the point of incipient motion and incipient failure. Then extensive tests were conducted using three types of riprap with specific gravity of 1.51, 2.05 and 2.65 and sizes of 4.75, 9.52, 12.7 and 19.05 millimeter. Each riprap conducted under four different discharges of 0.017, 0.020, 0.023 and 0.028 m3/s. Each test was started from high flow depth and gradually lowered until the first displacement of rock was observed. The flow characteristics at this point were recorded as incipient motion. Incipient failure defined when all rocks are in motion. Applying the obtained data, formulas were developed to be applicable for design of rock size to control of Scour bridge abutment at river bend. The formulas developed in this research were compared with formulas of earlier studies on riprap at abutment for straight channels and suitable correction coefficients were suggested for these relations to be applicable at river bend.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bridge abutment
  • Riprap
  • River bend
  • Scouring
  • Secondary flow

- رضانیا ع. شفاعی بجستان م. کاشفی پور س. م. طالب بیدختی ن. 1388. بهینه­سازی عرض و عمق قرارگیری تیغه افقی به منظور کنترل فرسایش در قوس­های همگرای 90 درجه. پایان نامه دکتری. دانشگاه شهید چمران اهواز. 370ص.

2- شفاعی بجستان م. 1387. مبانی نظری و عملی هیدرولیک انتقال رسوب. دانشگاه شهید چمران. 549ص.

3- صانعی م. 1385. بررسی آزمایشگاهی اثر درصد انسداد در آب­شستگی موضعی آب­شکن­ها. هفتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه. دانشگاه شهید چمران اهواز.

4- غزل ا. منتصری م. وجدانی ن. 1388. ارزیابی روابط عمق آب­شستگی موضعی در محل تکیه­گاه­های پل. هشتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه. دانشگاه شهید چمران اهواز.

5- غلامزاده محمودی م. شفاعی بجستان م. 1388. عملکرد طوقه در کاهش نرخ آب­شستگی پایه استوانه­ای پل­ها در قوس رودخانه. هشتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه. دانشگاه شهید چمران اهواز.

6- قربانی ب. حیدرپور م. 1384. کنترل و کاهش آبشستگی موضعی با استفاده هم­زمان از شکاف و سنگ­چین. گزارش طرح تحقیقاتی بین دانشگاهی. دانشگاه شهرکرد(شهرکرد) و صنعتی اصفهان(اصفهان).112ص.

7- کیخائی م. حیدرپور م. موسوی س. ف. 1388. بررسی الگوی پوشش سنگ­چین در محل احداث گروه پایه­های استوانه­ای در پل­ها. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. 13(49):13-29.

8- Engelund F. 1974. Flow and bed topography in channel bends .ASCE. J. Hydraul.Div. 100(11):1631-1648.

9- Ghodsian M., and Mousavi S.K. 2006. Experimental study on bed scour in a 90o channel bend. International Journal of Sediment Research. 21(4):321-328.

10- Kikkawa H., Ikeda S., and Kitagawa A. 1976. Flow and bed topography in curved open channels .ASCE. J. Hydraul. Div. 102(9):1342-1372.

11- Melville B. W., Coleman S. E. 2000. Bridge Scour. Water Resources Publications. Highlands Ranch. Colo.

12- Melville B. W., Van Ballegooy S., Coleman S. E., and Barkdoll B. 2007. Riprap size selection at wing-wall abutments .ASCE. J. Hydraul. Eng. 133(11): 1265-1269.

13- Odgaard A. J. 1982. Bed characteristics in alluvial channel bends .ASCE. J. Hydraul.Div. 108(11):1268-1281.

14- Pagan-Ortiz J. E. 1991. Stability of rock riprap for protection at the toe of abutments located at the flood plain Rep. No. FHWA-RD-91-057. Federal Highway Administration  U.S. Dept of Transportation Washington D.C.

15- Raudkivi A. J., and Ettema R. 1983. Clear-water scour at cylindrical piers.ASCE. J. Hydraul. Eng. 109(3):338-350.

16- Richardson E. V., and Davis S. R. 1995. Evaluating scour at bridges. Hydraulic Engineering Circular No. 18. 3rd Ed. Rep.No.FHWA-IP-90-017.Office of Technology Applications. HTA-22. Federal Highway Administration U.S. Dept. of Transportation. Washington D.C.

17- Shafai Bajestan M. 1991. Critical stability number in rock lined channels. J. Iran Agric. Res. 9(2): 121-138.

18- Simons D. B., and Lewis G. L. 1971. Flood protection at bridge crossings. C.S.U. Civil Engineering Rep. No. CER71-72DBS-GL10. prepared for the Wyoming State Highway Dept. in conjunction with the U.S. Dept of Transportation Washington D.C.

19- Yen C. 1970. Bed topography effect on flow in a meander .ASCE. J. Hydraul. Div. 96(1):57-73.

20- Zarrati A. R., Nazariha M., and Mashahir M. B. 2006. Reduction of local scour in the vicinity of bridge pier groups using collars and riprap.ASCE. J. Hydraul. Eng. 132(2):154-162.