بررسی آزمایشگاهی تاثیر تجمع اجسام شناور بر آبشستگی موضعی پایه و تکیه‌گاه پل

Abstract

تجمع اجسام شناور در اطراف پایه و تکیه‌گاه‌های پل موجب کاهش سطح‌ مقطع رودخانه، انحراف جریان، افزایش سرعت جریان و تغییر در الگوی آبشستگی می‌گردد. یکی از مباحث مهم در طراحی پل بر رودخانه‌ها، بررسی اثرات منفی ناشی از تجمع اجسام شناور چوبی می‌باشد این اجسام چوبی، وضعیت گوناگونی از لحاظ شکل جمع‌شدگی و نحوه قرارگیری در جلوی پایه‌های پل دارند که بیشتر در طبیعت به شکل مکعب مستطیل در جلو پایه تجمع می‌یابند. تاثیر اجسام شناور بر آبشستگی پایه پل توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته ولی تاکنون مطالعه کاملی برای بررسی اثر تجمع اجسام شناور بر الگوی جریان و مشخصه‌های چاله آبشستگی در حالت ترکیب پایه و تکیه‌گاه پل صورت نگرفته است. از این‌رو در این پژوهش تاثیر اجسام شناور با خصوصیات هندسی مختلف بر الگوی جریان و آبشستگی بستر در اطراف تکیه‌گاه و پایه پل به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش تاثیر فاصله بین پایه و تکیه‌گاه و نیز مشخصات هندسی اجسام شناور (شامل ضخامت، طول موثر و شکل آن‌ها) بر روی آبشستگی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک و سازه‌های آبی بخش مهندسی آب دانشگاه شهید باهنر کرمان انجام شد. کانال آزمایشگاهی دارای طول 8 متر، عرض 80 سانتی‌متر و ارتفاع 60 سانتی‌متر می‌باشد. مدل پایه پل (قطر 3cm) و تکیه‌گاه (6cm*12cm) از جنس گالوانیزه انتخاب گردید. تکیه ستر رسوبی به ضخامت 16 سانتی‌متر از رسوبات با اندازه متوسط 91/0d50= تشکیل شده بود. برای جلوگیری از شسته شدن رسوبات، بستر کاذب در بالادست و پایین‌دست بازه مطالعاتی نصب شد. از اجسام منشوری مستطیلی، مثلثی و نیمه-استوانه‌ای به عنوان مدل اجسام شناور استفاده شد (ضخامت نسبی اجسام شناور (T_d/D) در محدوده 1 تا 3 و طول نسبی اجسام شناور(D_d/D) در محدوده 4 تا 10 متغیر می‌باشد). سرعت آستانه حرکت ذرات رسوبی و حداکثر سرعت مربوط به آزمایش-های این تحقیق به ترتیب 4/0 و 2/0 متر بر ثانیه می‌باشد که نشان می‌دهد، کلیه آزمایش‌ها در شرایط آب زلال انجام گرفت. نتایج نشان داد که با کاهش فاصله نسبی بین تکیه‌گاه و پایه پل (G/D) از 66/6 به 33/3 مقدار عمق حداکثر آبشستگی در اطراف پایه پل و تکیه‌گاه به ترتیب 8 و 5/12 درصد افزایش یافت. همچنین اجسام شناور مستطیلی در مقایسه با سایر شکل‌های مورد بررسی بیشترین عمق آبشستگی را ایجاد کردند. با افزایش ضخامت نسبی اجسام شناور استوانه‌ای(T_d/D) از 1 به 3 عمق حداکثر در اطراف پایه پل و تکیه‌گاه به ترتیب 6/7 و 1/24 درصد افزایش یافت. آزمایش‌ها نشان داد که طول موثر اجسام شناور نیز تاثیر قابل توجهی بر ابعاد حفره آبشستگی دارد به طوری‌که عمق حداکثر آبشستگی در حضور اجسام شناور استوانه‌ای با طول نسبی (D_d/D) 10 در مقایسه با آزمایش شاهد برای پایه و تکیه‌گاه پل به ترتیب 8/50 و 58 درصد بیشتر بوده است. بر اساس نتایج این پژوهش مشخص گردید که عمق آبشستگی ایجاد شده در حضور اجسام شناور با ضخامت نسبی اجسام شناور رابطه مستقیمی داشته است به طوری که با دو برابر شدن ضخامت نسبی اجسام شناور مستطیلی، عمق آبشستگی در پایه و تکیه‌گاه پل به ترتیب 2/1 و 05/1 برابر شد. با افزایش قطر نسبی، ابتدا عمق آبشستگی افزایش یافت و سپس به یک مقدار تقریبا ثابتی رسید. بطور مثال برای اجسام شناور مستطیلی با تغییر طول نسبی از 4 به 10، عمق آبشستگی در پایه و تکیه‌گاه پل به ترتیب 4/22 و 2/10 درصد افزایش یافت ولی برای طول‌های نسبی بزرگتر، تغییری در عمق آبشستگی مشاهده نشد. همچنین با کاهش فاصله بین پایه و تکیه گاه پل، حداکثر عمق آبشستگی در مقایسه با آزمایش شاهد به طور قابل توجهی افزایش یافت.

Keywords

• حداکثر عمق آبشستگی
• اجسام شناور
• تکیه‌گاه پل
• پایه پل