بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از سنگچین بعنوان یکی از معمولترین روشهاي کنترل و کاهش پدیده آبشستگی موضعی در اطراف پایههاي پل مطرح میباشد. اما طراحی اندازه پایدار سنگچین بعلت مکانیزم شکست پیچیده آن و همچنین عدم قطعیتهاي ذاتی موجود در برآورد پارامترهاي موثر بر آن ، بعنوان یکی از چالشهاي مهندسی هیدرولیک میباشد. بر این اساس نیاز به مطالعه جدي قابلیت اطمینان پایداري دانههاي سنگچین براي اطمینان از ایمنی پلها و همچنین دستیابی به طرحی اقتصادي احساس میگردد.
در تحقیق حاضر، بعد از بررسی موارد مختلف عدم قطعیت پارامترهاي موثر بر پایداري سنگچین، طراحی آن بصورت احتمالاتی و بر اساس تحلیل قابلیت اطمینان مورد توجه قرار میگیرد. بر این اساس، پس از ارزیابی عدم قطعیت موجود در پارامترهاي هیدرولیکی مربوط به سیلاب طراحی، اقدام به طراحی سنگچین به صورت احتمالاتی در محل یک نمونه پل به عنوان مطالعه موردي به همراه سناریوهاي طراحی مختلف شامل طراحی سنگچین به همراه طوق و دیوار هدایت میگردد.
1. مقدمه
استفاده از سنگچین یکی از معمولترین روشهاي کنترل و کاهش آبشستگی در اطراف پایههاي پل میباشد که از دیرباز مورد توجه محققین و طراحان بوده است. مطالعات محققین مختلف نشان میدهد که این روش حفاظت از آبشستگی در صورتیکه سنگ در دسترس باشد و اندازه سنگها و محدوده پوشش سنگ چین کافی و مناسب طرح شده باشد، روشی بسیار اقتصادي و مقرون به صرفه است .[1 , 2] نکته مهم دیگر در مورد سنگچین آنکه این روش حفاظت براي حل مشکل آبشستگی پلهاي ساخته شده نیز قابل استفاده میباشد.
با توجه به پیچیدگیهاي حاکم بر پدیده شکست سنگچین در اطراف پایههاي پل، مطالعات در زمینه پایداري سنگچین و ارائه روشهاي طراحی مناسب عمدتا آزمایشگاهی و با استفاده از مدلهاي فیزیکی انجام شده است. اکثر محققین تلاش در ارائه روابطی براي برآورد اندازه پایدار سنگچین داشتهاند [1 , 2 , 3] از طرفی دقت این روابط تجربی در برآورد اندازه دقیق سنگچین پایدار در اطراف پایه پل بعلت در نظر نگرفتن عدم قطعیتهاي مختلف موجود در پارامترهاي جریان و سازه هیدرولیکی میتواند تحت تاثیر قرار گیرد. عدم قطعیتهاي ذاتی موجود در برآورد این پارامترها نیاز به استفاده از روشهاي احتمالاتی و تحلیل ریسک را در برآورد اندازه پایدار سنگچین براي دستیابی به یک طرح ایمن و اقتصادي لازم میسازد.
اخیرا استفاده از روشهاي تحلیل ریسک و قابلیت اطمینان با توجه به قابلیت بالاي آنها در بهینه نمودن طرحهاي مهندسی و بالابردن توان مدیریتی پروژهها مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به ساخت و ساز گستردهایی که در کشور وجود دارد، کاربردي نمودن این روشها در طراحی سازههاي مختلف میتواند بسیار مفید باشد. در مسائل مهندسی هیدرولیک عدم قطعیتهاي موجود در دادهها و تئوريها، هم در مرحله تحلیل و هم طراحی، منجر به لزوم استفاده از روشهاي احتمالاتی میشود.
شکست در سازه هیدرولیکی از جمله خرابی پلها در مسیر جریان رودخانه نتیجه تاثیرات متقابل اتفاقی بودن بار خارجی و عدم قطعیتهاي مختلف در تحلیل، طراحی، ساخت و به کارگیري سازه است. آنالیزهاي قابلیت اطمینان یک چهارچوب منظم و سازماندهی شده را براي کمی کردن عدم قطعیت هاي مدل فراهم میکند.[4] علاوه بر این به طراح اجازه میدهد تا نقش هرکدام از پارامترهاي ورودي مسئله را در عدم قطعیت خروجی مدل مشخص کند.
این آگاهی براي تشخیص پارامترهاي مهم به منظور توجه بیشتر به آنها براي دستیابی دقیقتر به اندازه و تاثیر آنها و در نهایت کاهش عدم قطعیتهاي خروجی بسیار مهم است. مدتهاست استفاده از آنالیز قابلیت اطمینان و دیگر روشهاياحتمالاتی در تحلیل مسائل مختلف علم هیدرولیک مورد توجه قرار گرفته است. در این زمینه تلاشهاي گستردهاي براي آنالیز قابلیت اطمینان پایداري پل ناشی از پدیده آبشستگی در اطراف پایه پل انجام شده است.[5 , 6 , 7] در نتیجه این تلاشها ضمن معرفی روشهاي طراحی جدید، راه براي ارائه طرحی بهینه متناسب با نیازهاي مهندسی هموارتر شده است.
با توجه به مطالب فوق، در تحقیق حاضر یک روش احتمالاتی با توجه به تحلیل قابلیت اطمینان براي برآورد اندازه پایدار سنگچین ارائه می- شود. بر این اساس، عدم قطعیتهاي موجود در پدیده شکست سنگچین شناسایی شده و اقدام به برآورد اندازه پایدار سنگچین در یک سطح ایمنی قابل قبول میگردد. در مطالعه حاضر، عدم قطعیت موجود در پارامترهاي هیدرولیکی مربوط به سیلابهاي طراحی در محل یک نمونه پل به عنوان مطالعه موردي به همراه سناریوهاي طراحی مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. به طور کلی عدم قطعیتهاي موجود در برآورد اندازه لازم سنگچین در اطراف پایه پل را میتوان به صورت زیر تقسیم نمود.
الف- عدم قطعیتهاي مربوط به مدل که ناشی از شرایط تعیین معادلات تجربی تعیین اندازه سنگچین میباشد. به این معنی که این معادلات معمولا در شرایط آزمایشگاهی تعیین شده و در نتیجه استفاده از آنها در شرایط واقعی می تواند با تقریب همراه باشد.
ب- عدم قطعیتهاي هیدرولیکی که ناشی از برآورد پارامترهاي هیدرولیکی نظیر سرعت و عمق جریان رودخانه براي سیلاب طراحی در ساختگاه پل میباشد. این نوع عدم قطعیت با افزایش میزان سیلاب طراحی بیشتر میشود. چرا که ثبت دادههاي سیلاب در رودخانهها بخصوص در کشور ایران کمتر از 50 سال میباشد در نتیجه براي برآورد سیلابهاي بزرگ آینده نیاز به روشهاي احتملاتی و درون یابی میباشد که از منابع اصلی عدم قطعیت میباشند.
ج- عدم قطعیتهاي پارامترهاي موثر ناشی از برآورد نامطمئن پارامترهاي مختلف موثر بر تعیین اندازه دانههاي سنگچین در معادله طراحی مورد نظر میباشد. براي مثال با توجه به اینکه تعیین دقیق زاویه برخورد جریان به پایه پل ممکن نیست در نتیجه نمیتوان برآورد دقیقی از پارامتر عرض موثر پایه انجام داد. علاوه بر عدمقطعیتهاي فوق، منابع دیگري نیز با توجه به مرحله ساخت سنگچین وجود دارد به طوریکه هر چه سنگچین بزرگتر اختیار شود ساخت آن با دشواري بیشتري همراه بوده و در نتیجه عدمقطعیت ساخت آن افزایش مییابد. در این تحقیق عدم قطعیتهاي مرحله ساخت بررسی نشده است و فقط عدمقطعیتهاي طراحی سنگچین بررسی میگردد.
