كاربرد صفحات مستغرق در كاهش آبشستگي پايه استوانه اي پل ها

Application of Submerged Vanes at Cylindrical Bridge Pier as a Scour

صفحات مستغرق سازه هاي مستطيلي نازكي هستند كه به لحاظ داشتن زاويه با جهت جريان ناحيه پر فشار و كم فشار در دو طرف آن ها ايجاد مي شود. اين سازه ها باعث ايجاد گرداب ثانويه و تغيير الگوي جريان در كف رودخانه و در نتيجه تغيير روند انتقال رسوب و فرسايش مي شوند. عملكرد صفحات مستغرق براي كاهش آبشستگي پايه پل و حركت رسوب از اطراف صفحات به علت ايجاد جريان رو به پايين در جلوي آن ها تحت تاثير نحوه قرارگيري صفحات مي باشد. در اين تحقيق به منظور كاهش آبشستگي پايه پل، از صفحات مستغرق استفاده گرديد. بدين منظور پايه استوانه اي پل به قطر 6 سانتي متر در كانال مستطيلي آزمايشگاه به طول 8 متر و عرض 80 سانتي متر در شرايط آب زلال با 9/0 u* / u*c =، مدل سازي شد. آزمايشات با دو نسبت طول به ارتفاع روي بستر صفحات مستغرق) 2،3 = (L/H و همچنين هم تراز بستر (H = 0) انجام شد. صفحات مستغرق با آرايش و زواياي مختلف برخورد با جريان مورد آزمايش قرار گرفت. براساس نتايج اين تحقيق در شرايط كاربرد 6 صفحه مستغرق با حالت هاي مختلف قرارگيري آن ها، كاهش عمق آبشستگي تا 51% حاصل شد. بيشترين كاهش آبشستگي در اين حالت مربوط به قرارگيري هر رديف صفحه مستغرق با زواياي متفاوت بود. همچنين در شرايط كاربرد 4 صفحه مستغرق ، 12% كاهش عمق آبشستگي ايجاد شد. اين كاهش در حالت كاربرد 2 صفحه مستغرق 5% نيز رسيد. بنابراين كاربرد 6 صفحه مستغرق با زواياي متفاوت در هر رديف بهترين وضعيت براي كاهش عمق آبشستگي پايه پل در اين تحقيق بود.

Vanes are rectangular thin angled flow-training structures that high and low pressure zones are produced on both sides of them. These structures generate a secondary vortex, which is used to modify the near-bed flow pattern and thus redistribute the sediment transport and erosion within the channel cross section. The function of vanes to reduce scour around the bridge piers and sediment movement in the region of vanes due to downflow in front of them are affected by arrays of the vanes. This research reports a laboratory study that examines the effectiveness of submerged vanes as pier scour protection devices. Experiments were conducted in an 8m long and 0.8m wide flume and a cylindrical pier of 6 cm diameter. Clear-water scour tests with u*/u*c=0.9 were performed with two different vane aspect ratios (length to height of 2 and 3), and one placed at streambed level. Dissimilar arrays of vanes with different angles to main flow direction were employed. Results showed that reduction of scour with different arrays of six vanes was 0.4% to 51%. The highest reduction occurred in the layout of each row of vanes with different angles. In the case of application of four vanes, scour depth reduced to 12%. The reduction for two vane case was 1% to 5%. Finally, application of six vanes in the layout of each row with different angles was the best case of scour reduction around the bridge piers in this research.