بررسی آزمایشگاهی تاثیر طول صفحات حفاظتی بر کاهش عمق آبشستگی پایه پل استوانه‌ای شکل

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 1، دوره 15، شماره 53، مرداد 1401، صفحه 1-12   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2021.21410.2153

نویسندگان

بنیامین دانیاری¹؛ ابراهیم نوحانی^{* 2}

¹دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه عمران سازه‌های هیدرولیکی، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران.

²استادیار گروه عمران، مرکز تحقیقات مواد و انرژی، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران.

تاریخ دریافت: 28 اردیبهشت 1398،  تاریخ بازنگری: 29 آبان 1398،  تاریخ پذیرش: 10 شهریور 1400 

چکیده

چکیده
مقدمه: آبشستگی موضعی که به دلیل سازه‌های ساخت بشر در مسیر جریان رودخانه‌ها به وقوع می‌پیوندد، می‌تواند به فرم های مختلف باعث فرسایش کف رودخانه شده و تهدیدی در جهت تغییر رژیم طبیعی جریان رودخانه محسوب می‌شود. یکی از روش‌های غیر مستقیم کاهش آبشستگی استفاده از سازه های حفاظتی است. صفحه حفاظتی عبارتست از صفحه ای نازک که در یک ارتفاع مشخص از پایه پل نصب شده و به این وسیله مانع از تماس مستقیم جریان پایین رونده در جلوی پل با بستر رودخانه می‎گردد و فعالیت گرداب های نعل اسبی را تضعیف می کند همچنین در این نوع پایه ها سرعت آبشستگی کاهش یافته و یا به عبارت دیگر زمان شروع آبشستگی به تأخیر می افتد.
روش­: در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر طول صفحات حفاظتی بر میزان کاهش عمق آبشستگی پایه‌های استوانه ای پرداخته شد.
یافته ­ها:  نتایج حاصل از انجام آزمایش‌ها نشان داد که قرارگیری صفحات حفاظتی توانست تا 69 درصد باعث کاهش عمق آبشستگی شود. همچنین بهترین طول نسبی (نسبت طول صفحه حفاظتی به عرض پایه پل،( ) صفحات حفاظتی معادل یک می باشد و با افزایش بیشتر طول صفحات حفاظتی، تاثیر طول صفحه بر کاهش عمق آبشستگی معکوس شد بطوریکه کاهش عمق آبشستگی برای طول نسبی 5/0 و 2 به ترتیب 50% و 60% بیشتر از حالت شاهد (بدون حضور صفحات حفاظتی) می باشد. همچنین در کلیۀ آزمایش ها با افزایش عدد فرود جریان، عمق نسبی آبشستگی افزایش پیدا کرده است.
نتیجه­ گیری: با توجه به نتایج به دست آمده، با افزایش طول صفحات حفاظتی تا L=b روند کاهش عمق آبشستگی زیاد  بوده ولی با افزایش بیشتر طول نسبی صفحات حفاظتی، به علت برخورد تعداد بیشتر خطوط جریان رو به پایین و ایجاد گرداب های نعل اسبی بیشتر می تواند باعث افزایش قدرت تخریب رسوبات اطراف پایه پل شود و اثر این سازه را کاهش داده است. همچنین در تمام آزمایش‌ها در مجاورت صفحات حفاظتی، عمق آبشستگی به میزان قابل توجهی (حداکثر 54/69 درصد و حداقل 54/29 درصد) نسبت به حالت آزمایش شاهد کاهش پیدا کرده و با توجه به مشاهدات می توان نتیجه گرفت که استفاده از صفحات حفاظتی با تاثیر بر روی خطوط جریان رو به پایین و گرداب‌های نعل اسبی به‌عنوان سازه‌ی مناسبی در جهت کاهش عمق آبشستگی اطراف پایه‌های پل موثر است.
 
 
 
 
 
 

کلیدواژه‌ها

آبشستگی؛ پایه پل استوانه ای؛ صحفه حفاظتی؛ مدل آزمایشگاهی

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the Effect of Protective Plates Lengths on Reducing the Depth of the Cylindrical Bridge Pier

نویسندگان [English]

Benyamin Daniyari¹؛ Ebrahim Nohani²

¹Former M.Sc. Student of Hydraulic Structures, Civil Engineering Department, Islamic Azad University, Dezful Branch, Iran.

²Assistant Professor, Department of civil Engineering, Materials and Energy Research Center, Dezful Branch, Islamic Azad University, Dezful, Iran.

چکیده [English]

Introduction: Local scouring that occurs due to human construction of structures in the course of rivers flow can lead to erosion of the river's bottom and threatens to change the natural flow of the river. One of the indirect methods of reducing scouring is the use of protective structures.
Methods: In this research, the effect of protective sheet length on the scour depth reduction of cylindrical base was investigated.
Findings: The results of the experiments showed that the laying of protective plates could reduce the scour depth to 69.50%. Also, the best relative length (the length of the protective plate to the width of the bridge base, L / b) of the protective plates is equivalent to one, and with the increase in the length of the protective plates, the effect of the plate length on the scour depth reduction was reversed, so that reducing the scour depth for the relative length of 5.0 and 2 are respectively, 50% and 60% more than the control (without protective plates), and in all experiments, the relative depth of scour has increased with increasing the flow rate.
 

کلیدواژه‌ها [English]

Scour, Cylindrical bridge pier, Protective protection, Laboratory model

مراجع

1.       Nohani, E., & Moalaimazrae, A. 2018 Organization and Stabilization of River Coastal Using a Mathematical Model (Case Study: Zohreh River). Journal of Natural Environmental Hazards, 7(17), 83–98.

2.       Shafa'i-Bajastan, M.H. 2017. Theoretical and practical hydraulic principles of sediment transport, Shahid Chamran University Publications, Ahvaz, Iran. P. 125. [In Persian].

3.       Breusers, H. N. C., Nicollet,  G. and  Shen, H. W. 1977. Local scour around cylindrical piers. Journal of  Hydraulic Research. 153(2): 211-252.

4.       Raudkivi , A. J. 1998. Loose boundary hydraulics. IAHR, A. A, Balkema, Rotterdam, The Netherlands pp: 1-538.

5.       Annandale GW, 2006. Scour echnology. McGraw Hill Publications, USA. pp: 1-230.11).

6.       Melville BW and Coleman SE, 2000. Bridge scour. Water Resources Publications, Colorado, USA.

7.       Gupta UP, Ojha CSP and Shrma N, 2010. Enhancing utility of submerged vanes with collar. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 136(9):651-655.

8.       Emamgholizadeh, S., and Nohani, E. 2017.  Application of the Submerged Vanes on Reduction of Local Scour around the Bridge Abutment with Rounded Nose. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 2017; 18(68): 113-128.

9.       Nohani, A., Heydaranjad, M., and Shafa'i-Bojestan, M. 2013. Laboratory study of the effect of the foundation gap on the amount of erosion around the base of the cylindrical bridge at the position of 60 degrees of the river arch. National conference on optimal use of water resources, Dezful - Islamic Azad University, Dezful branch. [In Persian].

10.    Nohani E, Shafai Bejestan M, Masjedi A R. Determination of Stable Riprap Diameter Around Cylindrical Bridge Pier in the River Bends. JWSS. 2014; 18 (68) :33-42

11.   Hojjatkhah, A., and Soleimani-Babarsad, M. 2015. Laboratory investigation of the effect of protective structure on reducing scour depth around the bridge foundation. Second Regional Conference on Civil Engineering, Qaimshahr, Islamic Azad University, Qaimshahr Branch, Qaimshahr, Iran. [In Persian].

12.   Samimibehbehan, T., Barani, G., Rahimkhani, M., and Khanjani, M. 2016. Laboratory investigation of the effect of submerged plates on scouring of bridge foundations. Pages 25 to 31. Proceedings of the National Conference on Management of Irrigation and Drainage Networks, April 12-14, Shahid Chamran Ahvaz University, Ahvaz, Iran. [In Persian].

13.   Ghorbani, B and Karimi, A, 2007. A comparison of single and double submerged vanes effect on the scour occurring at a cylindrical pier. Pp. 260-276. Proceeding of 6th Conference of Hydraulic, Sept. 4-6, Shahre Kord, Iran.

14.    Nohani, E., & ebrahimi, S. 2019. Experimental Investigation of the Collar and Vanes on Reduction the Scour Depth of Cylindrical Piers. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(2), 411-424.

15.   Shojaee, P., Farsadizadeh, D., Hoseinzadeh Dalir, A., Salmasi, F., Ghorbani, M. (2012). Application of Submerged Vanes at Cylindrical Bridge Pier as a Scour Countermeasure. Water and Soil Science, 22(1), 91-109.

16.   Chiew, Y., M, and Melville, B., W. 1987. Local Scour around Bridge Piers. Journal of Hydraulic Research Taylor & Francis, 25 (1): 15–26.

17.   Raudkivi, A. J., and Ettema, R. 1983. Clear-water scour at cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, 109(3): 338–350.

18.   Oliveto, G., and Hager, W. H. 2002. Temporal evolution of clear-water pier and abutment scour. Journal of Hydraulic Engineering, 128(9): 811–820.

19.   Bozkus, Z., and Yildiz, O. 2004. Effects of inclination of bridge piers on scouring depth. Journal of Hydraulic Engineering, 130(8): 827–832.

20.   Sheppard, D. M., Odeh, M., and Glasser, T. 2004. Large scale clear-water local pier scour experiments. Journal of Hydraulic Engineering, 130(10): 957–96.

21.   Kumar, V., Raju, K. G. R., and Vittal, N. 1999. Reduction of local scour around bridge piers using slots and collars. Journal of Hydraulic Engineering, 125(12):1302–1305.