بررسي آزمايشگاهي تاثير موقعيت آستانه بر توسعه زماني عمق چاله آبشستگي اطراف گروه پايه كج با پي

Experimental Investigation of the Bed Sill Effect on the Temporal Evolution of Local Scour Hole around an Inclined Pier Group on a Foundation

پل‌ها یكی از سازه‌های مهم در حوزه ارتباطات زمینی می‌باشند. با احداث این سازه‌ها در رودخانه، الگوی جریانی با ساختاری سه‌بعدی در مجاورت پایه‌های آن شكل می‌گیرد كه در نتیجة افزایش سرعت جریان و تشكیل گردابه‌های نعل اسبی و برخاستگی، بخشی از رسوبات اطراف پایه و پی آن دچار آبشستگی می‌شود و در صورت در نظر نگرفتن عمق كافی برای پی یا شمع‌ها، تخریب پایه‌های پل، به‌ویژه در زمان سیلاب را به دنبال خواهد داشت. از این رو در كنار تحقیقات انجام شده در خصوص شناخت عوامل اثرگذار بر آبشستگی پایه‌های پل، اتخاذ تمهیدات مناسب برای كاهش آبشستگی از اهمیت زیادی برخوردار می‌باشد. در تحقیق حاضر تأثیر موقعیت آستانه بر توسعه زمانی آبشستگی اطراف گروه پایه كج در شرایط مختلف هیدرولیكی و رقوم كارگذاری پی بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. گروه پایه‌ مورد بررسی متشكل از دو پایه كج مستطیلی با ابعاد 5/2 در 5/3 سانتی‌متر و زاویه تمایل 28 درجه بر روی پی با ابعاد 10 در 16 سانتیمتر، بود. آزمایش‌ها تحت شرایط مختلف موقعیت آستانه (مقابل، وسط و پایین‌دست پی)، سرعت، عمق جریان و نیز رقوم‌های نسبی مختلف كارگذاری پی (فاصله روی پی تا سطح بستر نسبت به عرض پایه)، 1-، 5/0-، صفر و 1+، انجام شد. بررسی نتایج نشان داد كه موقعیت قرارگیری آستانه تأثیر محسوسی بر روند توسعه زمانی چاله آبشستگی دارد. مقایسه‌های صورت گرفته حاكی از آن است كه كارگذاری آستانه در مقابل پی نسبت به سایر موقعیت‌های نصب آستانه، كارایی بیشتری در كاهش آبشستگی دارد. مقایسه نتایج نشان داد برای كلیه ترازهای كارگذاری پی، بطور متوسط مقدار عمق لحظه‌ای آبشستگی با استقرار آستانه جلویی 22 درصد، آستانه میانی، 18 درصد و آستانه انتهایی 15 درصد كاهش می‌یابد.

One of the vital structures in the land transportation cycle is the bridge. Constructing this structure over the rivers results in an intensified 3-D flow pattern around piers which in turn causes the bed sediments to be eroded and scoured from the immediate vicinity of the pier and its foundation. It is likely that the bridge will fail particularly during a high flood event, if the foundations or piles are not constructed deep enough. Hence, besides the previous works on the study of the factors affecting scour at bridge piers, considering appropriate countermeasures against bridge scour is of primary importance. In the present study, the effect of bed sill location on the temporal evolution of the scour around an inclined pier group was experimentally investigated under various hydraulic conditions and foundation levels. A physical model of pier group with two inclined 2.5x3.5 cm rectangular piers and 28 degree inclination angle constructed on a 10x16 cm foundation was considered in the experiments. The experiments were carried out with different locations of sill (front, middle, and rear of the foundation), various flow velocities and depths, and normalized installation levels of the foundation (distance of the top of the foundation to the bed surface normalized by the pier width) equal to -1.0, -0.5, 0.0, and +1.0. The results of the present study indicate that the bed sill location has a significant effect on the temporal evolution of the depth of scour hole. Based on the comparisons made in this study, it is found that the installation of the sill in front of the foundation has a better performance in the scour mitigation rather than other arrangements. It is also concluded that the average reduction in the scour depth in all foundation installation levels is equal to 22, 18, and 15 percent for front, middle, and rear sill configurations, respectively.