بخشی از مقاله
خلاصه
آبشستگی موضعی اطراف پایه هاي پل، یکی از مهمترین عوامل تخریب کننده پلها محسوب می شود. تاکنون محققین زیادي به بررسی آبشستگی اطراف پایه پل پرداخته اند که به دلیل پیچیدگی مسئله وتعدد عوامل مختلف هنوز راه حل واحدي براي مسائل آن مطرح نشده است. روشهاي مختلفی براي جلوگیري و یا کاهش آبشستگی اطراف پایه پل ارائه شده است.
استفاده از طوق از جمله روشهایی است که مورد توجه زیادي قرار گرفته است. در این تحقیق با به کارگیري طوق مستطیلی در پایه استوانه اي، مشاهده شد طوق سرعت آبشستگی را کاهش می دهد و علاوه بر آن عمق حفره آبشستگی اطراف پایه پل بخصوص در پشت پایه کاهش می یابد. ابعاد طوق نقش زیادي را در کاهش آبشستگی اطراف پایه پل دارند.
در این تحقیق تاثیر ضخامت طوق در کاهش آبشستگی اطراف پایه یل مورد بررسی قرار گرفت و ملاحظه شد افزایش ضخامت طوق کارایی آن را کم می کند. با تحلیل آزمایشها ضخامت مناسب طوق، 5 در صد قطر پایه پل پیشنهاد گردید.
.1 مقدمه
آبشستگی پایه هاي پل یکی از مباحث مهم در هیدرولیک رسوب بشمار می رود. در اثر آبشستگی، حفره اي در اطراف پایه پل ایجاد می گردد و پایداري آنرا تضعیف می کند و ممکن است در اثر یک سیل بزرگ ویران گردد. برخورد جریان آب به پایه پل و جدائی آن عوامل اصلی آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل به حساب می آیند. در اثر برخورد آب به پایه پل به علت کاهش فشار از سطح آزاد جریان به سمت بستر، جریانات رو به پایین ایجاد می گردد و این جریانات رو به پایین پس از برخورد به بستر با جریان اصلی برخورد کرده و گرداب نعل اسبی را بهوجود می آورد.
گردابهاي نعل اسبی بیشتر در جلو پایه پل فعالیت دارند. جدائی جریان از پایه پل، در پشت پایه گرداب برخاستگی را بوجود می آورد. علت تشکیل گردابهاي برخاستگی افزایش تنش برشی در پشت پایه پل می باشد
شکل -1 الگوي جریان در اطراف پایه پل
بررسی ها نشان می دهد گردابهاي نعل اسبی و برخاستگی نقش عمده اي را در ایجاد حفره آبشستگی اطراف پایه پل دارند - زراتی و عزیزي، . - 1376 آبشستگی موضعی به دو حالت آبشستگی آب زلال1 و آبشستگی بستر زنده2 تقسیم بندي می شود. در آبشستگی آب زلال بهعلت عدم حرکت رسوبات بالادست پایه پل، حداکثر مقدار عمق آبشستگی در حفره ایجاد می گردد. در آبشستگی بستر زنده، بستر بالادست پایه پل حمل رسوب دارد و به همین علت حفره آبشستگی با این رسوبات پر شده و عمق حفره آبشستگی را کاهش می دهد.
تاکنون محققین زیادي مسئله آبشستگی پایه هاي پل را مورد مطالعه قرار داده اند که بعلت پیچیدگی و تعدد عوامل حاکم بر پدیده هنوز موفق به ارائه راه حل واحدي براي محاسبه عمق حفره آبشستگی و یا کاهش آن نشده اند. عواملی چون، شکل آبراهه، خصوصیات جریان، شکل و زاویه استقرار پایه ها نسبت به جریان و خصوصیات رسوب همگی از عواملی هستند که در پیچیدگی مسئله آبشستگی پایه هاي پل دخالت می نمایند.
محققین براي جلوگیري و کاهش آبشستگی اطراف پایه پل روشهاي مختلفی را ارائه کرده اند که از مهمترین آنها می توان به استفاده از سنگچین، شمعهاي حفاظتی، شکاف و طوق اشاره کرد. نصب طوق در اطراف پایه پل جلو جریانات رو به پایین را می گیرد و فعالیت گردابهاي نعل اسبی را تضعیف می کند. همچنین در پایه هاي طوقدار سرعت آبشستگی و یا بعبارت دیگر زمان شروع آبشستگی کاهش می یابد.
لارسن و توچ - - 1956 را می توان از محققین پیشگام در این رابطه دانست. آنها از وسیله اي شبیه طوق براي جلوگیري از آبشستگی پایه پل استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که این روش آبشستگی اطراف پایه پل را ضعیف می کند.
توماس - - 1967 براي جلوگیري و کاهش آبشستگی اطراف پایه پل تحقیقاتی انجام داد. وي مشاهده کرد، عمق و توسعه حفره آبشستگی بهوسیله طوق کاهش می یابد. توماس - - 1967 آزمایشات خود را در پایه استوانه اي به قطر 50 میلیمتر انجام داد و از طوقهاي 100 و 150 میلیمتري براي کاهش آبشستگی استفاده کرد. وي گزارش کرد طوق 150 میلی-متري در نزدیکی هاي بستر کاهش محسوسی را نشان داده است.
توماس - - 1967 قطر طوق و موقعیت آنرا در کاهش آبشستگی حائز اهمیت بیان کرده است. اتما - - 1980 آزمایشات خود را در یک کانال آزمایشگاهی به عرض 46 سانتیمتر انجام داد. وي از پایه استوانه اي به قطر 45 میلیمتر استفاده کرد و آزمایشات خود را در شرایط آبشستگی آب زلال انجام داد.
درگاهی - - 1990 تحقیقاتی در زمینه مکانیزم آبشستگی اطراف پایه پل و چگونگی تاثیر طوق در عملکرد جریانات رو به پایین و در نهایت کاهش آبشستگی پایه پل انجام داد. آزمایشات درگاهی - - 1990 در این شرایط انجام گرفته است، d50 0.36mm, D0.15m , y 0.2m , V 0.26sm که y عمق جریان و V سرعت متوسط جریان میباشد.
درگاهی - - 1990 از دو طوق دایره اي و تخم مرغی - شکل - 2 استفاده کرد و موقعیت طوق ها را از بستر به این صورت yyc 0.25 , 0.05 , 0. 015 , 0.05 انتخاب کرد. درگاهی - - 1990 گزارش داد شکل طوق و موقعیت آن نمی تواند تغییري در مکانیزم آبشستگی داشته باشد. همچنین وي به کارگیري طوق در بالاي بستر را رد کرد و نتایج محققین قبلی در این مورد را تائید نمود. درگاهی - - 1990 بیشترین کاهش عمق حفره آبشستگی را در حالت 0.015 yc مشاهده کرد. حداکثر مقدار کاهش عمق حفره آبشستگی در این حالت 50 و 70 در صد، بترتیب در بالادست و پایین دست پایه پل و با طوق تخم مرغی می باشد.
درگاهی - - 1990 خاطرنشان کرد، در صورتی که ضخامت طوق بیشتر شود قطر موثر پایه پل افزایش می یابد و نهایتا عمق حفره آبشستگی را افزایش می دهد. لذا توصیه کرد قبل از اجرائی شدن این روش، تحقیقاتی در این خصوص انجام پذیرد. چیو - - 1992 با استفاده همزمان طوق و شکاف توانست عمق حفره آبشستگی را به صفر برساند این در حالی بود که طوق به تنهایی 20 در صد عمق حفره آبشستگی را کاهش داده بود.
در آزمایشات آبشستگی با پایه هاي طوقدار ضخامت طوق نقش مهمی را ایفا می کند چرا که با افزایش ضخامت طوق قطر موثر پایه پل افزایش می یابد و ممکن است کارایی طوق در کاهش آبشستگی را از بین ببرد. با توجه به نظر برخی محققین از جمله درگاهی - - 1990 و کومار و همکاران - - 1999، ضخامت طوق در ابعاد حفره آبشستگی تاثیر داشته ولی تحقیقات خاصی در این مورد انجام نگرفته است.
هدف از این تحقیق بررسی تاثیرضخامت طوق بر روي ابعاد حفره آبشستگی در مدل آزمایشگاهی می باشد.
شکل -2 طوق تخم مرغی و دایره اي
.2 مواد و روشها
آزمایشات در یک کانال آزمایشگاهی با کف فلزي و دیوارههاي شیشهاي به طول 9 متر، عرض 25 سانتیمتر و ارتفاع 50 سانتیمتر انجام شد
- شکل. - 3 در انتهاي کانال حوضچه اي وجود دارد که یک سرریز مثلثی در آن تعبیه شده است تا دبی جریان را با آن اندازه گرفت. انتقال آب از مخزن اصلی آزمایشگاه به کانال در یک مدار بسته توسط دو دستگاه پمپ بصورت نوبتی انجام می گیرد. یک دریچه کشویی قابل تنظیم در پایین دست کانال نصب شده است که بوسیله آن می توان سرعت جریان وعمق آب را تنظیم کرد.
شکل-3 نمایی از کانال آزمایشگاهی با مدل پایه پل طوقدار الف- پلان، ب- پروفیل
