بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق کارآیی کابل در کنترل آبشستگی موضعی در اطراف پایه مستطیلی شکل با تغییر زاویه برخورد جریان بررسی شده است. تمام آزمایشها در یک فلوم آزمایشگاهی به طول کل 14 متر، طول مفید 10 متر، عرض 0/4 متر و ارتفاع 0/6 متر صورت پذیرفت. طول کلی پایههای مورد استفاده 9 سانتیمتر و عرض آن 3 سانتیمتر بود.
در این تحقیق از 3 نوع پایه، مستطیلی گردگوشه بدون کابل، مستطیلی گردگوشه با کابل %10 قطر پایه و زاویه پیچش کابل 12 درجه و مستطیلی گردگوشه با کابل %15 قطر پایه و زاویه پیچش کابل 15 درجه استفاده شده است و تحت زوایای جریان صفر، 5، 10 و 15 درجه آزمایش شده است. نتایج حاصله نشان دادند که آبشستگی موضعی اطراف پایه پل با استفاده ازکابل به میزان قابل توجهی عمق آبشستگی را کاهش داده و زمان وقوع حداکثر آبشستگی را افزایش میدهد، همچنین به تاثیر زاویه پیچش و قطرکابل پرداخته شده است.
.1 مقدمه
علل اصلی خرابی بسیاری از پلها قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی، اجرا و نگهداری از آنهاست. ظرفیت گذر سیلاب از پل، پایداری بازه رودخانه در محل احداث پل، هدایت جریان، نیروهای هیدرودینامیک جریان آبشستگی و فرسایش در اثر تنگشدگی و یا ایجاد مانع عواملی هستند که در تعیین جانمایی طول، ارتفاع، آرایش پایه، تکیهگاهها و مشخصات هندسی پایهها و تکیهگاههای پل حائز اهمیت هستند.
یکی از مهمترین عوامل تخریب پلها، آبشستگی اطراف آنها میباشد. لذا به منظور جلوگیری و کاهش اثرات آن، شناخت مکانیزم آن لازم و ضروری میباشد. مواد بستر رودخانهها فرسایشپذیر هستند، اما شدت این فرسایش به زمان بستگی دارد، ما در این تحقیق به مطالعه زمان توسعه یافته عمق آبشستگی خواهیم پرداخت.
در مطالعات زراتی و عزیزی - 1380 - کارآیی یک نیم طوق روی پایههایی با مقطع مستطیل مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج زراتی و عزیزی بدین صورت حاصل شد که هر چه طوق پایینتر نصب شود، درصد کاهش آبشستگی بیشتر خواهد بود. وجود طوق باعث به تاخیر افتادن آبشستگی میشود. نصب یک طوق دوم در تراز بالاتری میتواند به کاهش بیشتر آبشستگی کمک کند.کارآیی طوق روی پایههایی با مقطع مستطیلی بهتر از پایههای استوانهای میباشد.
مشاهیر و زراتی - - 1382 طوقههایی به قطر سه برابر عرض پایه مستطیلی استفاده کردند که پایه در دو حالت زاویهای مورد آزمایش قرارگرفت. در یک آزمایش پایه با زاویه صفر درجه و در آزمایش دیگر با زاویه5 درجه نسبت به جهت جریان نصب گردید. در این آزمایشها بررسی عملکرد طوق در کاهش آبشستگی اطراف پایهها و همچنین توسعه زمانی آنها مد نظر بود. نتایج آزمایشها نشان داد کارآیی طوق روی پایهای که زاویهی 5 درجه نسبت به جهت جریان دارد، از این میزان کمتر است.
ثانی خانی و همکاران - - 1387 کاربرد طوق مستطیلی با ابعاد مختلف و با قرارگیری در فواصل مختلف نسبت به تراز بستر برای کاهش آبشستگی در اطراف پایه پل استوانه ای مورد آزمایش قرار دادند. نتایج نشان داد که طوقهای بزرگتر کارآیی بیشتری نسبت به طوقهای کوچکتر داشته و طوقهای نصب شده در زیر و سطح بستر موثرتر از طوقهای قرار گرفته در بالای تراز بستر بودند. همچنین نتایج نشان داد که طوقهای مستطیلی در مقایسه با طوقهای دایرهای شکل، تاثیر بیشتری بر پراکندهسازی و تضعیف عملکرد گردابهای ایجاد شده در اطراف پایه داشتند.
ارونقی و همکاران - 1388 - نشان دادند با بکارگیری طوقهای مستطیلی سرعت آبشستگی به طور چشمگیری کاهش مییابد، چرا که در آزمایشهای درگاهی - 1987 - با طوق دایرهای، پس از 12 ساعت عمق آبشستگی% 40 کاهش یافته است. این در حالی است که با طوق مستطیلی پس از گذشت تقریبا 10 ساعت از شروع آزمایش، آبشستگی اصلی شروع میگردد. یعنی اینکه در 10 ساعت عمق آبشستگی، صفر میباشد. در این آزمایشها هدف، بدست آوردن ابعاد مناسب طوق مستطیلی که در بالادست و پاییندست نسبت به بدنه پایه پل مدل، اندازهگیری گردید و مقادیر مناسب آنها به ترتیب 0/92 و 1/42 برابر قطر پایه برآورد شد.
چیو - 1992 - با آزمایشهایی به بررسی اثر طوق پرداخت و در آزمایش خود از پایهی استوانهای به قطر 32 میلیمتر و رسوباتی با دانهبندی 50 = 0.32 استفاده نمود. عمق جریان را 18 سانتیمتر در نظر گرفت. همچنین نشان داده شد که استفاده از طوق به اندازه دو برابر قطر پایه ، 20 درصد عمق آبشستگی را کاهش می دهد.
سینگ و همکاران - - 2001 به بررسی عملکرد طوق اطراف پایه استوانهای پرداختند. آنها اعتقاد داشتند که استفاده از طوق میتواند از رشد گردابها جلوگیری کند.آنها از رسوباتی با 50 = 0.285 پایه هایی به قطر 25 میلیمتر و 62 میلیمتر استفاده کردند. مدت زمان آزمایشها 300 دقیقه بود. ابعاد طوقهای مورد استفاده 1/5، 2 و 2/5 برابر قطر پایه بود، که با قرارگیری روی بستر به ترتیب %50 ، %68 و %100 میزان آبشستگی را کاهش دادند. آنها مشاهده کردند استفاده از طوقی به 2 برابر قطر پایه در تراز0/1D زیر بستر میتواند تا 91 درصد آبشستگی را کاهش دهد و استفاده از همان طوق در 0/5D بالای بستر تنها %25 آبشستگی را کاهش میدهد.
چیو - 1992 - برای اولین بار از شکاف به عنوان یکی از روشهای پیشگیری و کنترل آبشستگی استفاده کرد. وی بیان کرد که چنانچه شکاف نزدیک بستر باشد، با ایجاد جهت جریان افقی، جریان رو به پایین که عامل اصلی ایجاد گردابههای نعلاسبی و یکی از عوامل فرسایش اطراف پایه را به فاصله دورتر از پایه منحرف کرده
و باعث کاهش عمق آبشستگی می شود. شکاف نزدیک سطح آب باعث کاهش عمق موثر جریان و کاهش گرادیان فشار شده و در نتیجه شدت جریان رو به پایین را کاهش میدهد و بدین ترتیب باعث کاهش عمق آبشستگی میشود.
کومار و همکاران - 1999 - نیز تأثیر شکاف درکاهش آبشستگی موضعی پایه پل را بررسی کردند. نتایج تحقیق آنها نشان داد که شکاف در کاهش آبشستگی مؤثر است، بویژه اگر شکاف تا سطح بستر امتداد داشته باشد. با این وجود، شکاف عملا در جریانهایی که نسبت به شکاف زاویه انحراف بالایی دارند، بیتأثیر است. همچنین آنها ذکر کردند که برای ایجاد یک رابطه طراحی، نیاز به بدستآوردن دادههای اضافی از شکافهای دارای عرضهای مختلف میباشد.
حیدرپور - - 2002 نیز کنترل و کاهش آبشستگی موضعی پایه پل با استفاده از شکاف را مورد بررسی قرار داد. وی از یک پایه استوانهای و سه مدل پایه مستطیلی پیشانیگرد با نسبت طول به عرض برابر 2، 3 و 4 و شکافهایی به عرض یک چهارم عرض پایه و طول یک و دو برابر عرض پایه که در دو موقعیت نزدیک سطح آب و نزدیک بستر قرار داشتند، استفاده نمود.
نتایج آزمایشهای وی نشان میدهد که در پایههای استوانهای، شکافی به طول یک و دو برابر قطر پایه که نزدیک سطح آب قرار دارند، هیچ تأثیری بر عمق تعادل آبشستگی پایه ندارند. هم چنین کارآیی یک شکاف در کنترل و کاهش آبشستگی در پایههای مستطیلی پیشانیگرد نسبت به پایههای استوانهای دارای قطر مساوی با عرض پایه مستطیلی پیشانیگرد، بیشتر است. علاوه بر این، آزمایشها نشان دادند که برای تمام مدلهای پایه مورد استفاده، بیشترین کاهش در میزان آبشستگی با شکافی به طول 2 برابر قطر پایه که در نزدیک بستر قرار داشت، اتفاق میافتد.
خدارحمی و همکاران - - 1381 تأثیر جهت جریان را بر عملکرد شکاف در کنترل و کاهش آبشستگی موضعی در گروه پایههای استوانهای را بررسی کردند. آنها در آزمایشهای خود از پایههای استوانهای به قطر 2 سانتیمتر و شکافهایی به طول 2 برابر قطر پایه و عرض یکچهارم قطر پایه در موقعیت نزدیک بستر استفاده کردند. نتایج نشان داد که شکاف، درگروه پایههای با فاصله بیشتر، عملکرد بهتری را نشان میدهد. همچنین با افزایش زاویه برخورد جریان، عملکرد شکاف، کاهش داشته و حتی در شرایطی باعث افزایش عمق آبشستگی شده است. کاهش عملکرد شکاف در اثر افزایش زاویه در پایههای عقبی بیشتر از جلویی بوده است.
چیو در سال - 1995 - تحقیقاتی انجام داد که هدف از آن بررسی پایداری سنگچین در اطراف پایه استوانهای و تعریف مکانیزمهای مختلف تخریب سنگچین در شرایط آبشستگی آب زلال در صورت طراحی نامناسب سنگچین بود. وی در آزمایشهای خود از سه اندازه سنگچین که در ضخامت و قطر مشخصی در اطراف پایه چیده میشد، استفاده کرد. سپس جریان را به آرامی تا دبی مورد نظر افزایش داد، ولی عمق را در یک حد ثابت نگه داشت و پایداری لایه سنگچین و توسعه گودال آبشستگی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. وی دو آزمایش انجام داد.
یک آزمایش طولانی مدت که در این آزمایش دبی ثابت برای پریود زمانی طولانی مدت - بیشتر از72ساعت - و در آزمایش دیگر که کوتاه مدت بود، در این آزمایش لایه سنگچین به مدت15 دقیقه در معرض یک شدت جریان معین قرار گرفت.
لاچلان - - 1999 به بررسی اثر صفحات مستغرق در کاهش آبشستگی پایه پل در حالت جریان آب زلال و بستر زنده پرداخت. لاچلان نشان داد در شرایط آب زلال با کاهش غوطهوری - فاصله سطح آب تا سطح بالای صفحات - عملکرد صفحات مستغرق افزایش مییابد. با افزایش زاویه برخورد جریان نزدیک شونده به پایه، عرض موثر صفحات مستغرق بزرگتر شده و تاثیر صفحات مستغرق در کاهش آبشستگی بیشتر میگردد. همچنین با کاهش میزان فاصله صفحات مستغرق در امتداد جریان و افزایش نسبت طول صفحات در امتداد جریان به ارتفاع آن باعث کارآیی بیشتر صفحات مستغرق در تقلیل عمق آبشستگی میشود. مقدارکاهش عمق آبشستگی در شرایط آب زلال به میزان حداکثر% 6/22 رسید.
زراتی و همکاران - 1378 - جهت مشاهده و بررسی عملکرد طوق به همراه سنگچین دور پایه، آزمایشهایی را با استفاده از پایه مستطیلی انجام دادند. آنها مشاهده کردند که با نصب طوق بر روی پایه، ابعاد لازم برای محدوده پوشش سنگچین کاهش مییابد. هم چنین آنها نتیجه گرفتند که با نصب طوق روی پایه، دانههای سنگچین، نسبت به پایه بدون طوق در شرایط جریان یکسان، پایداری بیشتری از خود نشان میدهند.
زراتی و همکاران - 2006 - عملکرد طوقهای مستقل و پیوسته با سنگچین در کاهش آبشستگی موضعی در گروه پایهها را مورد بررسی قرار دادند. نتایج این تحقیقات نشان داد که ترکیبی از یک طوق پیوسته و سنگچین منجر به کاهش عمق آبشستگی به میزان% 50 در جلو و % 60 در عقب پایه میشود. ضمن اینکه عملکرد طوقهای مستقل بر روی هر تک پایه نسبت به طوقهای پیوسته کارایی بیشتری دارد و کارایی طوق بر روی یک پایه مستطیلی بیشتر از دو پایه در یک امتداد است.
پارسابصیر - 1383 - در مطالعه خود کاربرد توام طوق و سنگچین در مهار آبشستگی دور پایه استوانهای با استفاده از دو اندازه طوق به قطرهای دو و سه برابر قطر پایه بررسی کرد. نتایج این تحقیق نشان میدهد که وجود طوق در محدودههای معینی از نسبت قطر پایه به دانههای سنگچین باعث افزایش مقاومت سنگچین و به عبارتی کاهش اندازه لازم برای دانههای سنگچین دور پایه میشود. در محدودههای ذکر شده، هرچه اندازه دانههای سنگچین نسبت به قطر پایه بزرگتر باشد، تأثیر مثبت طوق در افزایش مقاومت سنگچین دور پایه بیشتر است.
شجاعی و همکاران - - 1390 مطالعاتشان را در دو حالت صفحات مستغرق و صفحات مستغرق توام با طوق انجام دادند. در آزمایشهای پایههای با صفحات مستغرق در مقایسه با پایه بدون حفاظت، عمق آبشستگی کاهش یافت. ولی زمان تعادل آبشستگی افزایش یافت. با افزایش تعداد صفحات به 4 عدد، عملکرد بهتری در کاهش عمق آبشستگی در جلوی پایه حاصل شد.
سوبهاشیش و همکاران - 2006 - بر روی دو آزمایش یکی از آزمایشها توسط صفحات تقسیم کننده جریان انجام گرفت و آزمایش دیگر به همراه کابل با زوایای پیچش متفاوت و قطرهای مختلف نسبت به قطر پایه انجام شد. متوسط کاهش عمق آبشستگی برای پایههایی که از صفحات تقسیم کننده جریان در آن استفاده شده بود %61/6 بدست آمد.
سه پایه با زوایای پیچش مختلف و قطرهای متفاوت کابل نسبت به قطر پایه مورد آزمایش قرار گرفته است. برای آزمایشات با قطر کابلهای 0/33 و 0/5 برابر قطر پایه به ترتیب کاهش عمق آبشستگی برابر است با %43/2 و %48/1 که نشان میداد، استفاده از کابل میدان گرداب نعلاسبی را نیز کاهش میدهد. در نهایت آنها دریافتند که بهترین قطر برای کابل قطری برابر %10 قطر پایه و زاویه پیچش کابل به دور پایه 15 درجه نسبت به افق دارای کاهش عمقی معادل %46/3 بوده است.
