بررسی آزمایشگاهی تاثیر پره‌های مستغرق درکاهش آبشستگی اطراف تکیه‌گاه پل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب و خاک، دانکشده کشاورزی ، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 گروه عمران، سازه های هیدرولیکی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول،

3 کارشناسی ارشد سازه های آبی گروه آب و خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود_ شاهرود

4 دانشیار گروه آب و خاک، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

پایه­ها و تکیه­گاه­های جانبی پل در عرض رودخانه باعث تغییر الگوی جریان آب و در نتیجه موجب ایجاد آبشستگی موضعی در اطراف این سازه­ها می­شوند. این امر یکی از دلیل اصلی شکست پل­ها می­باشد. سازه­های مختلفی را می­توان برای تغییر الگوی جریان در اطراف تکیه­گاه پل استفاده نمود که از جمله آن استفاده از پره­­های مستغرق می­باشد. در این تحقیق، به بررسی اثر این سازه در کاهش آبشستگی موضعی اطراف تکیه­گاه پل با دماغه­ی گرد پرداخته شد. آزمایش­ها در یک فلوم با مقطع مرکب و با استفاده از رسوبات غیرچسبنده با قطر متوسط (50d) 1 میلی‌متر انجام شدند. آزمایش­ها در دو مرحله انجام شد: در مرحله اول بدون حضور پره­­های مستغرق (5 آزمایش) و در مرحله دوم با حضور پره­­های مستغرق (45 آزمایش). پره­ها با طول 10 سانتی­متر و ارتفاع 33/3 سانتی­متر (3L/H=) و با زاویه 20 درجه نسبت به جریان در سه آرایش یک ردیفه، دو ردیفه موازی و دو ردیفه زیگزاکی قرار گرفتند. نتایج پژوهش نشان می­دهد که خصوصیات هندسی توسعه حفره آبشستگی در دماغه تکیه­گاه همانند مطالعات سایر محققین می­باشد. همچنین پره­های مستغرق موجب کاهش آبشستگی اطراف تکیه­گاه شده و موجب حرکت حفره آبشستگی و دور کردن آن از دماغه­ی تکیه­گاه به سمت مرکز کانال شده است. درنهایت نتایج بدست آمده نشان  داد آرایش دو ردیفه موازی که در آن ردیف اول پره با فاصله 5 سانتی­متر (نصف قطر تکیه­گاه) و ردیف دوم با فاصله 10 سانتی­متر (برابر با قطر تکیه­گاه) از تکیه­گاه قرار داده شدند، موجب کاهش 81/87 درصدی حداکثر عمق آبشستگی شده­اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The experimental investigation of the effect of submerged vanes on the reduction of the local scour around the bridge abutment

نویسندگان [English]

  • Samad Emamgholizadeh 1
  • Ebrahim Nohani 2
  • Foroogh Farhadi 3
  • Khalil Azhdary 4
1 Associate professor, Department of Water and Soil Engineering, University of Shahrood, Shahrood, Iran.
2 Assistant professor, Department of Water structure, Azad Islamic University of Dezful, Dezful, Iran.
3 - M.S. student , Department of Water and Soil Engineering, University of Shahrood, Shahrood, Iran.
چکیده [English]

Local scour involves removal of material from around piers and abutments as the flow accelerates around the obstructed flow area. This phenomenon is sometimes the main reason for the bridge failure. Different structures such as submerged vanes can be used to change the flow pattern and prevent scouring around the piers and abutments.  In this study, the effect of submerged vanes on the reduction of the local scour around the bridge abutment was studied. Experiments were conducted in a compound cross section flume with non-cohesive sediments having diameter (d50) of 1 mm. Experiments were performed for two cases of with and without the presence of submerged vanes. Vanes with a length of 10 cm and height of 3.33 cm (L/H =3) were installed in front of the bridge abutment with an angle of 20 ° to the flow direction. They were used in three layouts of one row, two parallel rows, and two zigzag rows. The results showed that the geometric property of the scour hole developed in the nose of abutment was similar to those previous related studies. For all flow conditions, the results showed that the submerged vanes reduced the scour hole around the bridge abutment and moved the scouring away from the abutment to the center of channel. Furthermore, the performance of the layout of two parallel rows was better than the layouts of one row and two zigzag rows, and it reduced the maximum scour depth up to 87.81 %.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: River
  • Sediment
  • local scour
  • compound cross section

منابع

خادمی، خ.،  م.  شفاعی بجستان و  ح.  خزیمه نژاد. 1393. بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون تکیه گاه پل با حضور صفحه­ی مستغرق متصل به آن. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. جلد 5 ، شماره 17، ص 56-66.

حسینی، ح.، ع. حسین زاده دلیر، د. فرسادی زاده، ه. ارونقی، م. قربانی. 1390. کاربرد پره های مستغرق در کنترل آبشستگی اطراف پایه­های پل متطیلی با دماغه گرد. نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری، دانشکده فنی، جلد 45، شماره 3، ص 310-301.

شجاعی، پ.، د. فرسادی زاده، ع. حسین زاده دلیر. 1390.  تأثیر توأم پره های مستغرق و طوق در کاهش عمق آبشستگی پایه­های استوانه­ای شکل پل­ها، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، جلد  15، شماره  57، ص 33-23.

شفاعی بجستان، م.، ع. فروغی، م. بنی رضی، و م. ساجدی سابق.1380. کاربرد پره های مستغرق جهت سامان دهی و تثبیت رودخانه ای فصلی سومین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه تهران.

شفاعی بجستان، م. 1387، هیدرولیک انتقال رسوب، چاپ اول، انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز.

Breusers, H. N. C., G. Nicollet, and H. W. Shen. 1977. Local scour around cylindrical piers. Journal of  Hydraulic Research, 153: 211-252.

Chiew, Y. M. 2004. Local scour and riprap stability at bridge piers in a degrading channel. Journal of hydraulic engineering, ASCE. 130(3): 218–226.

Dehghani, A. A., H. Md. Azamathulla, S. A. Hashemi Najafi, S. A. Ayyoubzadeh. 2013. Local scouring around L-head groynes. Journal of Hydrology, 504: 125–131.

Ghorbani, B., and J. A. Kells. 2008. Effect of submerged vanes on the scour occurring at a cylindrical pier. Journal of Hydraulic Research, 46(1): 610-619.

Heidarpour, M., H., Afzalimehr, and E. Izadinia. 2010. Reduction of local scour around bridge pier groups using collars. International Journal of Sediment Research , 25: 411-422.

Kwan, T. F. 1988. A study of abutment scour. Rep. No. 451, School of Engineering, University of Auckland, Auckland, New Zealand

Melville, B.W., and S. E. Coleman. 2000. Bridge Scour Water Resources Publications. LLC. Clorado. U.S.A. 550p.

Melville, B. W. and A. J. Sutherland.1988. Design method for local scour at bridge piers. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 114(HY10): 1210–1226.

Lauchlan, C. S. 1999. Pier scour countermeasures. Ph.D Thesis. University of Auckland. New Zealand. 299-316.

Johnson, P. A. R. D. Hey and M. Tessier, and D. L. Rosgen. 2001. Use of Vane for Control of Scour at Vertical Wall Abutments. Journal of Hydraulic Engineering,127(9): 772-778.

Odgaard, A J., and J .F. Kennedy. 1983. River- Bend Bank Protection by Submerged vanes. J of Hydraulic Engineering, ASCE, 109( 8):1161-1173.

Odgaard, A. J., and J. F. Kennedy. 1983. River-bend bank protection by submerged vanes. Journal of hydraulic engineering ,109 (8): 1161-1173.

Odgaard, A. J., and Y. Wang. 1987. Scour prevention at bridge piers. Hydraulic Engineering, 523-527.

Odgaard A. J. and Y. Wang. 1991. Sediment management with submerged vanes. I:Theory. Journal of Hydraulic Engineering, 117(3): 267-283.

Raudkivi , A. J. 1998. Loose boundary hydraulics. IAHR, A. A, Balkema, Rotterdam, The Netherland.

Raudkivi, A. J. and R. Ettema. 1983. Clear-water scour at cylindrical Piers. Journal of Hydraulic Engineering ASCE, 1093: 338-350

Richardson, E. V. and S. R. Davis. 2001. Evaluating Scour at Bridges, 4th edn. Hydraulic Engineering Circular No. 18, FHWA NHI 01-001, Federal Highway Administration,Washington, DC.

Rosgen, D. L. 1996. Applied river morphology. Wildland Hydrology, Pagosa Spring, Colo.

Samimiye Behbahan, T.,  G. H. Barani, M. Khanli and M. Khanjani, 2006. Experimental Investigation of Submerged Vanes Effect on Scouring of Bridge Piers. National Congress of Irrigation and Drainage Networks management. Faculty of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran.

Zarrati, A. R., R. M. R. Chamani, A. Shafaie, and M. Latifi. 2010. Scour countermeasures for cylindrical piers using riprap and combination of collar and riprap. International Journal of Sediment Research, 25: 313-322