بررسي آزمايشگاهي اثر شمع در كاهش آبشستگي پايه‌ي پل دوكي شكل

Laboratory Study of the Effect of Pile in Reducing the Scour of Spindle-Shaped Bridge Pier

مقدمه: مسئله آبشستگي يكي از مهمترين مسائل در بحث مهندسي رودخانه مي ­باشد. سالانه تعداد بسيار زيادي از پل­ها در سراسر جهان تخريب مي‌شوند كه عمدتا به دليل عدم در نظر نگرفتن نقش هيدروليكي در طراحي آنها مي ­باشد. از جمله روش‌هاي كنترل و كاهش آبشستگي موضعي مي‌توان از استفاده از زبري‌ها، طوق، صفحات مستغرق و شمع‌هاي حفاظتي نام برد. در پژوهش حاضر به بررسي تأثير شمع‌هاي حفاظتي در كنترل و كاهش آبشستگي در اطراف پايه‌ي دوكي پرداخته شده است. روش­: براي انجام اين پژوهش آزمايشگاهي، از فلومي با مقطع مستطيلي به عرض و ارتفاع 0/5 و 0/6 متر و از جنس پلكسي­ گلاس در دانشگاه آزاد اسلامي واحد اهواز استفاده شده است. آزمايش‌ها با نصب 5 شمع با زاويه­ هاي مختلف و فاصله نسبي مختلف انجام شد. آزمايش‌ها شامل 36 آزمايش با نصب شمع و 4 آزمايش شاهد بدون شمع مي‌باشد. مجموعا" 40 آزمايش­ انجام شد. يافته‌ها و نتيجه­ گيري: نتيجه­ هاي پژوهش آزمايش‌ها نشان دادند با نصب 5 شمع با زاويه‌ي 30 درجه و با فاصله نسبي 0/5 (L/D)=، شاهد 20% كاهش آبشستگي نسبت به پايه‌ي دوكي بدون شمع مي‌باشد. اين كاهش آبشستگي به دليل منتقل شدن رسوبات اطراف شمع به سمت پايه ي و جمع شدن رسوبات در وسط شمع­ ها و جلوي پايه‌ي دوكي مي ­باشد. دليل ديگر، تغيير رژيم جريان و كاهش سرعت و گردابه در جلوي پايه ي­ دوكي مي­باشد كه اين نيز به نوبه خود باعث كاهش آبشستگي شده است. همچنين افزايش سرعت نسبي (V/Vc) (سرعت جريان به سرعت بحراني) از 0/54 به 0/95 به‌طور متوسط باعث افزايش آبشستگي به ميزان 165/4% شده است.

Introduction: Several bridges around the world are destroyed each year, often due to ignoring the role of hydraulics in their design. Local scour can be controlled and reduced using roughness, collars, submerged vanes, and protective piles. The present study looks into scour control and reduction for spindle-shaped piers using protective piles. Methods: This study was carried out on a 0.5 m wide and 0.6 m tall rectangular plexiglass flume at the Islamic Azad University of Ahwaz. The experiments were conducted with five piles installed at different orientations and relative distances. A total of 40 experiments were carried out, consisting of 36 experiments with the piles installed and 4 control experiments without piles. Findings: The results indicated that scour was reduced by 20% compared to the case of unprotected spindle-shaped piers by installing five piles at 30° with a relative distance (L/D) of 0.5. Scour reduction can be attributed to sediment transport from around the pile to the pier and sediment accumulation between the piles and before the spindle-shaped pier. The other reasons for the reduced scour were the change in the flow regime, reduced velocity, and weakened vortex before the spindle-shaped pier. Moreover, increasing the relative velocity (ratio of flow velocity to critical velocity, V/Vc) from 0.54 to 0.95 led to an average 165.4% increase in scour.