بخشی از مقاله
خلاصه
در اثر وجود تکیه گاه پل در رودخانه، حفره آبشستگی در دماغه تکیه گاه ایجاد شده و احتمال شکست سازه را به همراه خواهد داشت. یکی از روشهاي کاهش عمق آبشستگی استفاده از شمع میباشد. در مطالعه حاضر نتایج یک دسته آزمایش با تغییر در فاصله شمع غیرمستغرق در بالادست تکیه گاه براي بررسی تاثیر فاصله شمع از نظر کاهش حجم و عمق آبشستگی آورده شده است. آزمایشها تحت شرایط آب زلال - نسبت سرعت متوسط جریان به سرعت بحرانی کمتر از یک - و در عمق ثابت و چند دبی مختلف صورت گرفته است. نتایج نشان میدهند در فاصله دو برابر طول تکیه گاه - - 2L ، کاهش موثري درماکزیمم عمق و حجم آبشستگی رخ میدهد.
کلمات کلیدي: آبشستگی، تکیه گاه، گروه شمع،مدل آزمایشگاهی
.1مقدمه
تکیهگاه پلها موجب تنگ شدگی مقطع رودخانه و تغییر الگوي جریان میشوند. در اثر وجود یک تکیه گاه در رودخانه، تمرکز زیاد سرعت، تنش برشی بستر، گردابههاو آشفتگی دماغه بالادست تکیه گاه اتفاق میافتد. مجموعه این فاکتورها منجر به فرسایش مواد از اطراف تکیه گاه و گسترش یک حفره آبکند میشود. محافظت از تکیهگاهها در برابر آبشستگی موضعی یکی از نکات لازم در طراحی سازههایی است که در رودخانهها بنا میشوند. طبق مطالعات آزمایشگاهی، ناحیه تمرکز تنش منطبق بر ناحیهاي است که در آن بیشترین آبشستگی اتفاق میافتد .
محققین براي جلوگیري و کاهش آبشستگی اطراف پایه پل روشهاي مختلفی را ارائه کردهاند که از مهمترین آنها میتوان به استفاده از سنگچین ، صفحات مستغرق، شمعهاي حفاظتی ، شکاف و طوق اشاره کرد. استفاده از شمعها بعنوان ابزاري براي کاهش آبشستگی موضعی اطراف پایههاي پل از دیر باز مورد نظر بوده است. ایده اصلی استفاده از شمع، منحرف کردن جریان اطراف پایه و کاهش شدت جریان و شدت آبشستگی میباشد . در تحقیق حاضر آزمایشها در عمق جریان ثابت در 3 دبی متفاوت و 4 نوع تغییر در فاصله شمعهاي بالادست تکیه گاه صورت پذیرفته و در پایان الگوي آبشستگی مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش مزبور هیچگونه حرکت عمومی ذرات بستر در بالادست فلوم وجود ندارد بنابراین آبشستگی در طبقه بندي آبشستگی آب زلال قرار میگیرد.
.2مواد و روشها
آزمایشها در فلومی بطول 14 متر ، عرض 0.60 متر ، عمق 0.60 متر و شیب طولی 0.001 صورت گرفته است. در کل طول فلوم به ضخامت 30 سانتیمتر ماسه با قطر متوسط 1.8 میلیمتر ریخته شده و سطح آن در تمامی آزمایشها هم تراز با کف فلوم بوده است. آزمایشها تماما"در شرایط زیر بحرانی انجام شده است. تکیه گاه پل از جنس چوب با طول 20 سانتیمتر و عرض 10.50 سانتیمتر میباشد. شمعها بشکل استوانه از جنس آهن به قطر0.60 سانتیمتر و فاصله محور به محور شمعها 1 سانتیمتر که براي استقرار مناسب تعداد 9 شمع در بستر فلوم از یک شابلون با همین مشخصات که با زاویه 90 درجه نسبت به دیواره فلوم استفاده شد. در تمام آزمایشها تکیهگاه و شمعها بصورت غیرمستغرق بوده است. در بالادست فلوم از پمپی با حداکثر دبی 40 لیتربرثانیه استفاده شده است. اندازه گیري دبی جریان مطابق شکل شماره 1 با استفاده از سرریز مثلثی واقع در پایین دست فلوم صورت گرفته است. تنظیم ارتفاع آب روي سرریز با استفاده از عمق سنج مستقر بر روي آن صورت پذیرفت. براي تنظیم عمق آب روي بستر از دریچهاي مطابق شکل شماره 2 در انتهاي فلوم بهره گیري شده است.
شکل شماره :1 نمایی از سرریز مثلثی استفاده شده براي اندازه گیري دبی جریان
شکل شماره :2 نمایی دریچه مورد استفاده براي تنظیم عمق پایاب
شکل شماره :3 نمایی از پروفایلر مورد استفاده جهت اندازه گیري پروفیل بستر
شکل شماره :4 نمایی از آبشستگی بدون استفاده از شمع براي اندازه گیري پروفیل بستر در انتهاي هر آزمایش مطابق شکل 3 از دستگاهی به نام پروفایلر که در جهات عرضی و طولی قابلیت حرکت را داشت استفاده شد. در تصاویر شماره 4 و 5 نیز اشکال تکیه گاه و شمعها در فلوم به نمایش گذارده شده است.
شکل شماره :5 نمایی از آبشستگی با استفاده از شمع براي تعیین مدت زمان آزمایش، یک آزمایش تعادلی به مدت زمان 320 دقیقه براي تکیه گاه به تنهایی انجام پذیرفت که حداکثر عمق آبشستگی به یک حد ثابتی رسید - ds - و در نهایت مطابق نمودار شکل شماره 6 مشخص شد که اگر زمان آزمایش 1 ساعت به طول بیانجامد حداقل 80
درصد ماکزیمم عمق آبشستگی اتفاق میافتد.
