بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی اثر فاصله قرارگیری زبریهای مستطیلی شکل با ضخامت ناچیز بر کاهش میزان آبشستگی موضعی پایه پل پرداخته شده است. زبریهای بکار رفته در آزمایشات، با عرضهای مختلف و فواصل قرارگیری گوناگون هر ردیف نسبت به هم، قرار داده شدهاند. عملکرد زبریها در اطراف پایه پل با حالت پایه بدون زبری مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که زبریهای با فواصل قرارگیری کمتر، کارایی بیشتری نسبت به زبریهای با فواصل قرارگیری بیشتر داشتند.
واژههای کلیدی: آبشستگی موضعی، پایه پل، زبری
-1 مقدمه
همه ساله پل های زیادی در سراسر جهان به دلیل در نظر نگرفتن نقش عوامل هیدرولیکی در طراحی آنها تخریب می شود. بهترین شاهد این گفتار سیلاب ویرانگر در سال 1987 میباشد که تعداد زیادی پل بر روی رودخانه سچوهاری واقع در نیویورک در اثر پدیده آبشستگی تخریب گردید و در سال 1995 در ایالت کالیفرنیا که تعداد 5 پل در اثر همین پدیده ویران گردید. در کشور خودمان نیز در سال 1365 تعداد زیادی از پلهای ساخته شده در اثر سیلاب رخداده در استان فارس از بین رفت. عواملی نظیر تنگ شدگی مسیر جریان و ایجاد جریانهای ثانویه و گردابی در اطراف پایهها موجب آبشستگی موضعی ذرات در اطراف پایه میشود که غالب جریان در نزدیک یک پایه سیستم گردابی است که در اطراف پایه توسعه یافته و مکانیزم اصلی آبشستگی را تشکیل میدهد که اجزاء اصلی این سیستم جریان رو به پایین، گرداب نعل اسبی و گردابهای جاری می باشند. وقوع آبشستگی موضعی یکی از دلایل عمده عدم پایداری پلها و در نهایت شکست آنها میباشد. به این ترتیب روشهای مناسب جهت کاهش و کنترل عمق آبشستگی از جمله مسائلی است که بسیار مورد توجه بوده است. این روشها در دو فاز متفاوت، مقابله با فرسایش و از بین بردن عامل فرسایش انجام میشود. در بخش اول با بکارگیری مواد و مصالح متفاوت مانند انواع سنگ چینهای حفاظتی یا سنگریزهای حفاظتی در اطراف پایه پل سعی در جلوگیری از حرکت ذرات بستر مینمایند و در روش دیگر تلاش در جهت حذف عوامل فرسایش دهنده مانند جریانهای ثانویه وگردابهای نعل اسبی شده است ]به نقل از .[1
امکان اجرا و اطمینان در هر یک از روشهای کاهش آبشستگی، تابعی از عوامل مختلف مانند کارایی، هزینه، نگهداری و آگاهی از معایب هر روش میباشد. بنا براین روش به کار گرفته شده برای محافظت پایه، بستگی به شرایط مورد نظر دارد ]به نقل از .[2
در زمینه کنترل و کاهش آبشستگی، روشهای مختلفی توسط محققان پیشنهاد شده است که از آن جمله میتوان به تحقیقات چیو - - 1986، بروزرز و همکاران - - 1977، ورمن - - 1989، چیو - - 1992، سینگ و همکاران - - 1995، لوچلان و ملویل - - 2001، کومار - - 1996 و ملویل و هادفیلد - - 1999 اشاره نمود که در تحقیقاتشان از سنگچین، طوقه، شکاف و شمعهای حفاظتی جهت کاهش آبشستگی استفاده کردند]به نقل از .[1 در این تحقیق به بررسی اثر فاصله زبریهای مستطیلی شکل با ضخامت ناچیز بر کاهش میزان آبشستگی موضعی پایه پل پرداخته شده است.
-2 کاربرد زبریهای پایه پل بر کاهش میزان آبشستگی
زبریها زائدهایی هستند که بر سرتاسر پایه پل با فواصل مختلف در اطراف پایه نصب میگردند. این زبریها به طور عمود بر پایه و به صورت یک سطح صاف و دارای ضخامت ناچیز میباشند که در کاهش آبشستگی موثر میباشند. شکل - 1 - نحوه استفاده از زبریها را در پایه مربعی شکل نشان میدهد که D عرض پایه، L طول زبری، B عرض زبری، H فواصل قرارگیری ردیف زبریها نسبت به هم میباشند. زبریهای نصب شده بر روی بدنه پایه پل، به دو ناحیه بالای بستر و زیر بستر تقسیم میشوند. ناحیه بالای بستر به عنوان یک مانع در مقابل جریانهای رو به پائین عمل کرده و قدرت جریانهای رو به پائین را در اثر برخورد با زبریها کاهش میدهند و ناحیه زیر بستر ، قدرت جریانهای رو به پائین و خصوصا فعالیت گردابهای نعل اسبی را کاهش میدهند. کارایی زبریها به اندازه و فاصله قرارگیری آنها از یکدیگر بستگی دارد. زمانیکه زبریهای یاد شده برای محافظت از آبشستگی روی پایه نصب میشوند، جریانهای رو به پایین در حین برخورد به آنها منحرف شده و در نتیجه قدرت گردابهای نعل اسبی کاهش وجلوی آبشستگی تا حدی گرفته می شود.
-3 معرفی مدل و آزمایشها
به دلیل آنکه نتایج حاصل از این تحقیق مبتنی بر اطلاعات به دست آمده از آزمایش بر روی مدل فیزیکی است، هندسه فلوم آزمایشگاهی و انتخاب ابعاد مدل بسیار مهم می باشد. در ساخت مدل سعی شده است تاثیر متغیرهایی که به طور غیر مستقیم روی میزان آبشستگی تاثیر می گذارند، حذف شوند. بر اساس تحقیقات انجام گرفته حداکثر عمق آبشستگی در شرایط آب زلال رخ میدهد لذا مدل بر اساس آبشستگی آب زلال طراحی شده تا حداکثر عمق آبشستگی ممکن مشاهده شود. کلیه آزمایشها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز، در کانالی به طول 7.30 متر و عرض 0.56 متر و ارتفاع 0.56 متر صورت پذیرفته است. در شکل - - 2 نمایی از فلوم آزمایشگاهی مورد آزمایش نمایش داده شده است.
شکل-2 نمایی از فلوم آزمایشگاهی مورد آزمایش
دیواره کانال از جنس شیشه بوده و مقطع آزمایش در محدودهای به طول 2 متر و عرضی برابر با عرض کانال با ارتفاع 0.12 متر که از رسوبات غیر چسبنده با دانهبندی یکنواخت که مدلها در داخل آن نصب گردید پر می-شود. این مقطع در فاصلهای 2.90 متری از ابتدای کانال قرار گرفته است. کف کانال در طرفین محدوده رسوبات توسط صفحاتی 0.12 متر بالا آورده شد. انتقال آب از مخزن به کانال توسط یک پمپ با دبی ثابت 30 لیتر بر ثانیه صورت گرفت. دبی در نظر گرفته شده در تمامی مراحل آزمایشات با تعیین سرعت بحرانی - uc - که سرعت در آستانه حرکت ذرات بوده و سپس تعیین سرعت جریان - u - که جهت نزدیک شدن به شرایط تشکیل حداکثر عمق آبشستگی موضعی در شرایط آب زلال بکار رفته، با در نظر گرفتن عمق جریان - y - برابر 22 سانتی متر و با استفاده از رابطه ارائه شده توسط ملویل با نسبت - u/uc - =0.93 حاصل شده است.>3@
اولین گام در مراحل انجام آزمایشات تعیین ابعاد مدل و نیز تعیین مقادیر پارامترهای مجاز که بر عمق آبشستگی موثرند، میباشد. لذا در طرح ابعاد مدل به اثر جانبی دیوارههای کانال بر عمق آبشستگی بایستی توجه شود. مدل پایه پل بکار رفته در آزمایشها، مربعی شکل و به عرض 40 میلیمتر از جنس پلکسی گلاس میباشد. دلیل انتخاب این عرض برای مدل پایه این بود که به منظور جلوگیری از تاثیر دیوارههای کانال بر روی عمق آبشستگی، عرض کانال باید حداقل 8 برابر عرض پایه باشد. همچنین به منظور حذف تاثیر اندازه ذرات رسوبی بستر بر روی عمق آبشستگی باید قطر پایه بزرگتر از 50 برابر اندازه متوسط ذرات باشد.[4] بنابر این از ذرات ماسه ای غیر چسبنده با اندازه متوسط 0.5 میلیمتر استفاده شد. زبریها نیز از جنس پلکسی گلاس و به ضخامت 3 میلیمتر که به شکلهای مستطیلی، با طول ثابت و عرضهای مختلف و برای تمامی اضلاع پایه به یک شکل ساخته شده بودند، استفاده شدند. هر ردیف این زبریها به صورت یکی در میان و به حالت خلاف هم در طول پایه قرار گرفته بودند به طوری که فواصل خالی یکدیگر را مطابق شکل - 1 - پوشش دهند. مدل پایه پل انتخاب شده برای آزمایشها، به گونهای بود که امکان قرارگیری و جابجائی زبریها در سرتاسر پایه، با فواصل مختلف نسبت به هم را به راحتی فراهم مینمود. در شکل - - 3 تصویری از مدل پایه پل و زبری های مورد استفاده در آزمایشها نشان داده شده است.
