بخشی از مقاله
چکیده
عامل اصلی تخریب پایههای پل، آبشستگی موضعی اطراف آنها میباشد. بنابراین شناخت این پدیده و تخمین عمق آبشستگی در طی زمان، امری ضروری است. در تحقیق حاضر توسعه زمانی آبشستگی اطراف گروه پایه دوتایی با تغییر فاصله بین پایهها، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد زمانی که پایهها دقیقا کنار هم باشند، عمق آبشستگی در پایه جلویی برابر با آبشستگی در تک پایه میشود. اما با افزایش فاصله، عمق آبشستگی در پایه جلویی به دلیل وجود عامل تقویتکننده پایه عقبی بیشتر از تک پایه و در پایه عقبی به دلیل وجود عامل محافظتکننده پایه جلویی کمتر از تک پایه میباشد.
کلمات کلیدی: آبشستگی موضعی، پایه پل، گروه پایه، فاصله بین پایهها، توسعه زمانی
1. مقدمه
یکی از دلایل اصلی عدم پایداری پلها، وقوع آبشستگی موضعی در اطراف پایهها میباشد. بنابراین تخمین آبشستگی اطراف پایههای پل حائز اهمیت میباشد. در پلهای بزرگ برای نگه داشتن بدنه پل اگر از تک پایه استفاده شود، پایه ضخامت زیادی لازم دارد که افزایش ضخامت پایه باعث افزایش هزینه و افزایش عمق آبشستگی میشود. ولی در صورت استفاده از گروه پایه هزینهها و میزان آبشستگی کاهش مییابد. مروری بر کارهای انجام شده نشان میدهد که اکثر مطالعات در اطراف تک پایه میباشد. مهمترین عامل آبشستگی در اطراف تک پایه سیستم گرداب نعل اسبی است. اما در گروه پایه این پدیده پیچیدهتر میشود. مکانیزمهایی که آبشستگی اطراف گروه پایه را تحت تاثیر قرار میدهند عبارتند از: اثر تقویت کردن، اثر محافظت کردن، اثر گردابهای جاری و اثر به هم فشردگی گردابهای نعل اسبی .[2]
مطالعات خود را در زمینهی آبشستگی در گروه پایه دوتایی با استفاده از پایه های استوانهای در جریان دائمی ودر شرایط آب زلال و با استفاده از رسوبات یکنواخت با قطر متوسط 0.87 میلیمتر انجام داد. طبق نتایج او زمانی که پایهها دقیقا کنار هم باشند، عمق آبشستگی در پایه جلویی برابر با آبشستگی در تک پایه میشود. اما با افزایش فاصله، تاثیر عامل تقویت کننده در پایه اول مشاهده میشود، که این عامل در فاصله 2.5 برابر قطر پایه به حداکثر میرسد و تا فاصله 11 برابر قطر پایه ادامه دارد و در فاصلههای بیشتر عمق آبشستگی در پایه جلویی برابر با مقدار آن در تک پایه خواهد بود .[5]
به بررسی عمق آبشستگی در گروه پایههای 2، 3، 4 و 6 تایی پرداخت. وی اثر زوایای مختلف قرارگیری پایهها نسبت به یکدیگر و فواصل آنها را مورد ارزیابی قرار داد و با بررسی آبشستگی موضعی در اطراف گروه پایه دوتایی نشان داد که تاثیر عامل تقویتکنندگی در G/D=4 حداکثر بوده و باعث 10درصد افزایش در عمق آبشستگی پایه جلویی نسبت به تک پایه شده و با تغییر فاصله این عامل کاهش پیدا کرده است .[7]
در آزمایشات خود بیشترین تاثیر عامل تقویت کننده را در حالتی که فاصله پایهها دو برابر قطر پایه بود، مشاهده کردند. آنها دریافتند با افزایش فاصله پایهها، تاثیر عوامل موثر بر آبشستگی گروه پایهها کاهش یافته و به عمق آبشستگی در تک پایه نزدیک میشود .[1]
دو پایه گرد با قطر 4 سانتیمتر در دو حالت قرارگیری در راستای جریان و در عرض جریان با فواصل 2، 3، 4 برابر قطر پایهها در شرایط آب زلال مورد آزمایش قرار دادند. در مقایسه دادهها با آزمایشات هانا میتوان نتیجه گرفت که در حالت قرارگیری دو پایه در راستای جریان، عمق آبشستگی برای پایه جلویی مشابه یکدیگر بوده ولی برای پایه پشتی این عمق بیشتر میباشد .[6]
با توجه به ضرورت بررسی توسعه زمانی آبشستگی و زمان رسیدن به تعادل برای تعیین حداکثر عمق آبشستگی، در این مقاله به بررسی تاثیر فاصلهی پایهها بر توسعه زمانی آبشستگی در گروه پایهها پرداخته شد. - شکل. - 1
.2 مواد وروشها
آزمایشها در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی گرگان، در یک کانال مستطیلی فلزی- شیشهای به طول 12 متر، عرض وارتفاع 60 سانتیمتر انجام گرفت. یک دریچه پروانهای در انتهای کانال به منظور تنظیم ارتفاع آب در نظر گرفته شد. در بالادست کانال کف کاذبی به طول 4 متر و ارتفاع 25 سانتیمتر نصب گردید. پس از آن نیز بستر متحرک به طول 3 متر نصب شد. بستر رسوبی به کف کاذبی منتهی میشود که تا انتها کانال امتداد دارد.
به منظور ایجاد شرایط پایدار در ابتدای بستر ماسهای، روی کف کاذب بالادست رسوباتی چسبانده شد. آزمایشات تحت شرایط یکسان، عمق و دبی جریان به ترتیب 0.16 متر و31 لیتر بر ثانیه انجام گرفت. در ابتدای آزمایشات آب به آرامی وارد کانال میشد تا از بهم خوردن بستر جلوگیری شود. قائم بودن مدلها با استفاده از تراز مورد بررسی قرار میگرفت.
طبق تحقیقات انجام گرفته در صورتی که نسبت D/d50 بزرگتر از 20 تا 25 باشد، حداکثر عمق آبشستگی به دست میآید .[8] به منظور عدم تشکیل ریپل قطر رسوبات باید بیشتر از 0.7 میلیمتر انتخاب میشد .[3] با توجه به قطر پایهها، ماسه با قطر متوسط 1 میلیمتر انتخاب گردید، تا هم حداکثر عمق آبشستگی به دست آید و هم از ایجاد ریپل جلوگیری شود. مقدار انحراف معیار و ضریب یکنواختی ذرات با استفاده از منحنی دانهبندی، به ترتیب 1.45 و 1.87 بدست آمد. کلیه آزمایشات در شرایط آب زلال صورت گرفت تا حداکثر عمق ابشستگی مشاهده گردد.
در این تحقیق به صورت آزمایشگاهی و بصری و با تنظیم دریچه پایین دست، آستانه حرکت رسوبات به نحوی بدست آمد که لرزشی برای رسوبات وجود داشته باشد ولی حرکتی اتفاق نیفتد. برای محاسبه زمان تعادل آزمایشات، یک آزمایش 48 ساعته با دبی 31 لیتر بر ثانیه انجام شد . زمان تعادل را زمانی تعریف کرد که عمق آبشستگی در بازه زمانی 4 ساعته، کمتر از 1 میلیمتر باشد. در این تحقیق نیز از این معیار استفاده شد .[4] در نتیجه زمان تعادل آزمایشات 24 ساعته در نظر گرفته شد.
در ابتدا آزمایشی برای تک پایه با قطر 5 سانتیمتر به منظور مقایسهی آن با گروه پایه دوتایی و سپس 4 آزمایش برروی گروه پایه دوتایی در راستای جریان با فواصل قرارگیری مختلف انجام گرفت.
.3 نتایج وبحث
.1-3 آزمایش تک پایه
سامانههای گردابی در اطراف پایه باعث حفر گودالی در اطراف پایه پل میشود که حفره آبشستگی نامیده میشود. در اثر جریان پایینرونده این حفره در ابتدا در جلو پایه و سپس در اثر گرداب نعل اسبی به سمت پایین دست رفته و توسعه مییابد. پشته رسوبی در پشت پایه نیز به سمت پایین دست حرکت میکند. نمودار بی بعد توسعه زمانی عمق آبشستگی جلو و پشت پایه ارائه شده است. - شکل . - 2
