بخشی از مقاله
چکیده
وقوع سیلاب های سالانه باعث تخریب تعداد زیادی از پلها در کشور و دنیا می شود و این امر در زمانی اتفاق میافتد که نیاز به آنها به منظور امدادرسانی به سیلزدگان احساس میشود. یکی از علل اصلی فروپاشی پلها آبشستگی اطراف پایهها وتکیهگاههای آنها میباشد.
به همین دلیل تا کنون روش های مختلفی از جمله استفاده از طوق،آب شکن، پره مستغرق و شکاف و.... جهت کاهش آب شستگی موضعی استفاده شده است. یکی از روشهای حفاظت از تکیه گاه پل در برابر آب شستگی موضعی استفاده از پایههای قربانی شونده میباشد. این پایهها با انحراف وکاهش قدرت جریان، موجب کاهش عمق آبشستگی موضعی میشوند. بهترین فاصله بین پایههای قربانیشونده 5 - ./1Waمیلی متر - بوده که با زاویه 45 درجه ,وناهمواری به ابعاد15 - 0.3 wa میلی متر - باعث کاهش 47 درصد در عمق آبشستگی موضعی نهایی شده است.
.1 مقدمه
آبشستگی به فرسایش بستر وکناره آبراهه در اثر عبور جریان آب، فرسایش بستر در پایین دست سازه های هیدرولیکی به علت شدت جریان زیاد و یا به فرسایش بستر در اثر به وجود آمدن جریان های متلاطم موضعی، آبشستگی گویند.
آبشستگی در رودخانههای آبرفتی در سه گروه دستهبندی میشود:
-1 آبشستگی عمومی بستر که صرفنظر از وجود یا عدم وجود پایه پل و تکیهگاه، در بستر رودخانه ایجاد میشود. این نوع آبشستگی ممکن است به صورت طبیعی و بدون هیچگونه دخالت بشری و یا به واسطه فعالیتهای بشری صورت پذیرد.
-2 آبشستگی انقباضی یا آبشستگی تنگشدگی که ممکن است به خاطر تنگشدگی مقطع رودخانه در اثر وجود سازههایی از جمله پل، در مسیر جریان به وجود آید. در اثر کاهش در سطح مقطع جریان، سرعت متوسط و تنش برشی بستر افزایش یافته و به دنبال آن ذرات بستر در محل تنگشدگی شروع به حرکت مینمایند.
-3 آبشستگی موضعی که توسط جریان موضعی در اطراف پایهها و تکیهگاههای پل ایجاد میگردد.
مکانیزم آبشستگی موضعی اطراف پایه و تکیه گاه پل:الگو و مکانیزم آبشستگی در اطراف پایه و تکیهگاه پدیده پیچیدهای است که از اثر متقابل میدان جریان آشفته سه بعدی در اطراف پایه های پل و تکیهگاه و بستر رسوبی قابل فرسایش حادث میگردد. پایه و تکیهگاه پل از نقطه نظر پدیده آبشستگی شبیه به هم در نظر گرفته میشوند. اما در تکیهگاه به دلیل حضور لایه مرزی دیوار در مسیر جریان، میدان جریان پیچیدهتری انتظار میرود. علاوه بر آن عمق آّبشستگی در تکیهگاه کمتر از پایه معادل آن به واسطه اثرات لایه مرزی ایجاد شده توسط دیواره کانال میباشد.
گودال آبشستگی در اطراف پایه پل توسط جریان رو به پایین و گرداب نعل اسبی ایجاد میشود - شکل. - 1 همانطور که در شکل - 2-1 - نشان داده شده است گرداب اصلی که شبیه به گرداب نعل اسبی در اطراف پایه پل میباشد عامل اصلی در توسعه گودال در اطراف تکیهگاه میباشد. در تکیهگاهها، آبشستگی همیشه از گوشه پاییندست تکیهگاه شروع شده و سپس به سمت بالادست حرکت میکند. در صورتیکه در پایهها حرکت اولیه رسوب در دو طرف پایه در حدود زاویه 70 درجه نسبت به محور کانال میباشد
سیستم گردابی و جریان رو به پایین همراه با تلاطم، دلایل اصلی آبشستگی موضعی هستند
در بالادست پایه و تکیهگاه جریان در برخود با سازه جاییکه نقطه ایستایی نامیده میشود صفر میگردد. این موضوع باعث افزایش فشار میشود. در اثر این پدیده سطح آب در جلوی سازه افزایش مییابد و باعث ایجاد موجی میشود که گرداب موج کمانی نامیده میشود. جهت چرخش این گرداب خلاف عقربههای ساعت میباشد. با کاهش سرعت از سطح آب به پایین، فشار دینامیکی به سمت پایین کاهش مییابد. نقطه ایستایی یک گرادیان فشار ضعیف در جلوی سازه ایجاد نموده و جریان رو پایین را که سرعت آن از بالا به پایین کاهش مییابد ایجاد مینماید.
زمانیکه گودال آّبشستگی شکل میگیرد سیستم گردابی بر مکانیزم آبشستگی حاکم میشود. جریان رو به پایین گودالی در جلو سازه ایجاد میکند. جریان رو به پایین پس از رسیدن به کف در تقابل با جریان عبوری در جهت عقربههای ساعت و حول یک محور افقی میچرخد و گرداب نعل اسبی را تشکیل میدهد.
از آنجاییکه در اطراف سازه، گرادیان فشار قوی وجود دارد جریان رو به پایین به سمت جوانب نیز منحرف میشود. در صورتیکه افزایش فشار کافی باشد در پایین سازه گرداب تشکیل میشود. این گرداب قدرت خود را پس از عبور از سازه از دست میدهد. در پشت سازه سیستم گرداب برخاستگی که رسوب پایین دست را خالی میکند تشکیل میشود.
شکل 1 میدان جریان در اطراف پایه پل
شکل2 میدان جریان در اطراف تکیهگاه پل وتخریب پل بر اثر آب شستگی اطراف تکیه گاه ها وپایه ها
مواد و روش ها :
آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی با طول مفید 10، عرض 0/4 و ارتفاع 0/6 متر با کف افقی انجام شده است. جنس دیوارهها ی آن از پلکسی گلاس شیشهای به ضخامت 10 میلیمتر و کف کانال از جنس PVC به ضخامت 10 میلیمتر ساخته شده وبر روی خرپای فلزی نصب گردیده است. در شکل 3 نمایی از کانال آزمایشگاهی نشان داده شده است.
