بخشی از مقاله
چکیده
آبشستگی پدیدهایست که در نتیجه عمل فرسایشدهندهی جریان آب در رودخانه رخ میدهد. آبشستگی موضعی اطراف پایه-های پل فرآیندی وابسته به زمان است. تخمین کمتر عمق آبشستگی منجر به طراحی کمعمق پیها شده و تخمین بیشتر عمق آبشستگی منجر به غیراقتصادی شدن طرح خواهد شد. در این مقاله توسعه زمانی آبشستگی اطراف پایه پل مورد بررسی قرار میگیرد. سپس به بررسی روابط موجود برای تخمین توسعه زمانی و عمق آبشستگی اطراف پایه پل و مقایسه آنها با نتایج آزمایشگاهی پرداخته میشود. از بین روابط موجود رابطه کلرودا و نیل برای تخمین حداکثر عمق آبشستگی و روابط یانماز و ملویل- چیو برای تخمین توسعه زمانی آبشستگی جواب بهتری میدهند.
کلمات کلیدی: آبشستگی موضعی، پایه پل، عمق آبشستگی، توسعه زمانی
.1 مقدمه
پل یکی از مهمترین سازههایی است که از دیرباز مورد توجه همگان بوده و جهت عبور از رودخانهها، وجود آنها اجتنابناپذیر است. هر ساله با وقوع سیلاب در هر رودخانه تعداد زیادی از این پلها، درست زمانیکه بیشترین نیاز به آنها وجود دارد تخریب میگردند و باعث اختلال در سیستم حمل و نقل و بروز خسارتهای مالی و حتی جانی میشوند. یکی از مهمترین عوامل این تخریبها آبشستگی اطراف پایههای پل میباشد. در طی60 سال گذشته، مطالعه آبشستگی موضعی در پایهی پلها مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. تعیین عمق آبشستگی، بیانگر میزان پتانسیل تخریب جریان در اطراف سازه بوده و همچنین در طراحی ابعاد فونداسیون سازههایی که در مسیر جریان قرار دارند نقش مهمی را ایفا میکند.
لذا شناخت پدیده آبشستگی خصوصاً آبشستگی موضعی بسیار ضروری است.فرآیند آبشستگی موضعی در اطراف پایههای پل فرآیندی وابسته به زمان است. توسعهی زمانی آبشستگی به معنای رسیدن به حداکثر عمق آبشستگی در یک زمان مشخص است که به پارامترهای مختلفی از قبیل شرایط جریان، شکل پایه و پارامترهای رسوبی وابسته است .[8]ملویل و چیو رابطهی زیر را برای توسعهی زمانی عمق آبشستگی ارائه دادند. بر طبق تحقیقات این دانشمندان با توجه به شدت جریان، 50 درصد حداکثر عمق آبشستگی در محدودهی 0/1 الی 10 درصد زمان تعادل و 80 درصد عمق تعادل در محدودهی 5 تا 40 درصد زمان تعادل بوقوع میپیوندد .[8]
در رابطه فوق ds عمق آبشستگی در زمان t، dse عمق آیشستگی در زمان تعادل te میباشد.لانچا و همکاران - 2013 - ، مطالعاتی را در زمینه آبشستگی در تکپایه با مقیاس بزرگ، با هدف بررسی تأثیر زبری رسوبات Dp - Dp/D50 قطر پایه و D50 میانگین اندازه ذرات - بر روی آبشستگی تعادلی و توسعه زمانی عمق آبشستگی با استفاده از چند معادله انجام دادند. نتایج آنها نشان داد که با اصلاح ضرایب رابطه فرانزتی و همکاران - 1982 - این معادله، بهطور مناسبی توسعه زمانی عمق آبشستگی را توصیف میکند. این معادله در شرایطی تعریف شد که u/uc 1،60<Dp/D50<500 و 0.5<d/Dp<5 باشد .[6]
در معادلات بالا،dse عمق آبشستگی در زمان t، ds عمق تعادلی آبشستگی، a1 و a2 ضرایب این معادله میباشند.یانماز - 2002 - ، بر اساس مطالعات آزمایشگاهی خود در شرایط خاص، یک معادله رگرسیونی برای تغییرات عمق آبشستگی نسبت به زمان پیشنهاد کردهاست - به نقل از اوزلپ، - 2013، .[9]که در آن dse و te به ترتیب عمق تعادل آبشستگی و زمان به رسیدن به عمق تعادل آبشستگی میباشد.طراحی مطمئن و اقتصادی پایههای پل مستلزم پیشبینی دقیق حداکثر عمق آبشستگی در اطراف آنها میباشد. لذا محققین زیادی در این زمینه به فعالیت پرداختند و روابطی ارائه دادند که به تعدادی از آنها اشاره میکنیم.لارسن و تاچ - 1956 - رابطه زیر را جهت تخمین حداکثر عمق آبشستگی را ارائه دادند .[7]
که در رابطه فوق b عرض پایه و y عمق جریان میباشد.رابطه ارائه شده توسط دانشگاه ایالتی کلرادو - - CSUبه صورت زیر میباشد - به نقل از اقبالی - 1391، .[1]Ki ضریب شکل پایه است که برای پایه استوانهای برابر یک میباشد، y عمق جریان در بالادست پایه، Fr عدد فرود جریان و D قطر پایه است - جانسون،. - 1992نیل - 1973 - رابطه زیر را جهت تخمین حداکثر عمق آبشستگی را ارائه داد - به نقل از موحدی - 1391، .[2]رابطهی جانسون - 1992 - نیز به صورت رابطه زیر میباشد .[5]در این رابطه g ضریب غیریکنواختی مصالح میباشد که به صورت زیر تعریف شده است. با توجه به ضرورت تخمین حداکثر عمق آبشستگی اطراف پایههای پل و همچنین توسعه زمانی آبشستگی و زمان رسیدن به تعادل، در این مقاله به بررسی توسعه زمانی عمق آبشستگی اطراف تک پایه پرداخته شد و سپس نتایج با روابط مختلف موجود مقایسه شد.
