پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

بررسی آزمایشگاهی تاثیر اجسام شناور گوه‌ای شکل بر روی آبشستگی پایه پل مربعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، ایران
2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
چکیده
پل‌ها یکی از مهمترین سازه‌ها در چرخه حمل و نقل می‌باشند و آبشستگی در اطراف پایه‌های پل یکی از مهمترین عوامل خرابی پل‌ها به شمار می‌رود. پل‌های زیادی در سراسر جهان به‌دلیل آبشستگی در اطراف پایه‌ها تخریب شده‌اند. بنابراین، تخمین عمق آبشستگی در اطراف پایه‌ها اهمیت زیادی دارد. هدف از این پژوهش، تحلیل و بررسی تاثیر اجسام شناور گوه‌ای شکل روی آبشستگی پایه مربعی است. بررسی آزمایشگاهی اثر اجسام شناور گوه‌ای شکل با طول و عرض متفاوت و ارتفاع ثابت در جلوی پایه مربعی با عرض نسبی (عرض پایه به عرض کانال) 15/0 انجام شد. 52 آزمایش در دو حالت با اجسام شناور و بدون حضور اجسام شناور (نمونه شاهد) در شرایط آب زلال با دبی‌های مختلف و با سرعت نسبی (سرعت جریان به سرعت آستانه حرکت)، 213/0، 427/0، 644/0 و 858/0 و در 3 موقعیت (زیر سطح آب، هم سطح آب و بالای سطح آب) انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت نسبی جریان، عمق و حجم گودال آبشستگی افزایش می‌یابد. همچنین تجمع اجسام شناور در اطراف پایه پل باعث افزایش عمق و حجم گودال آبشستگی نسبت به عدم حضور اجسام شناور (نمونه شاهد) می‌شود. افزایش عرض جسم شناور باعث افزایش میزان آبشستگی در اطراف پایه پل می‌شود. قرار گرفتن جسم شناور در زیر سطح آب بیشترین آبشستگی را نسبت به جسم شناور بالای سطح آب ایجاد می‌کند. بیشینه عمق آبشستگی برای جسم در موقعیت زیر سطح آب 6/3، جسم در موقعیت هم سطح آب 1/3 و در موقعیت بالای سطح آب 4/1 برابر نسبت به نمونه شاهد است. همچنین با استفاده از تحلیل ابعادی معادله جدیدی برای پیش‌بینی عمق آبشستگی با تجمع اجسام شناور در جلوی پایه مربعی ارائه شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1-       Abu Saidi, Z., Kadri, K., Rahimpour, M., and Ahmadi, M. M., 2017. Laboratory investigation of the effect of accumulation of floating objects on the local scouring of bridge foundations and supports. Journal of water and soil protection research25(2), 267-282.[In Persian] https://doi.org/10.22069/jwsc.2018.12472.2714
 
2-       Bradley, J. B., Richards, D. L., and Bahner, C., 2005. Debris control structures: Evaluation and countermeasures. US Department of Transportation, Federal Highway Administration.
3-       Briaud, J. L., Chen, H. C., Chang, K. A., Chen, X., and Oh, S. J., 2006. Scour at bridges due to debris accumulation: A review. In Proc., ICSE 2006, 3rd Int. Conf. on Scour and Erosion.
4-       Chiew, Y. M., and Melville, B. W., 1987. Local scour around bridge piers. Journal of hydraulic research25(1), 15-26. http://doi.org/10.1080/00221688709499285
 
5-       Diehl, T. H., 1997. Potential drift accumulation at bridges. USGS. 95, 95.
6-       Ebrahimi, M., Kripakaran, P., Prodanović, D. M., Kahraman, R., Riella, M., Tabor, G., ... and Djordjević, S., 2018. Experimental study on scour at a sharp-nose bridge pier with debris blockage. Journal of Hydraulic Engineering144(12), 04018071. https://tn.water.usgs.gov/publications/FHWA-RD-97-028/FHWA-RD-97-028
 
7-       Ebrahimi, M., Djordjević, S., Panici, D., Tabor, G., and Kripakaran, P., 2020. A method for evaluating local scour depth at bridge piers due to debris accumulation. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Bridge Engineering (Vol. 173, No. 2, pp. 86-99). Thomas Telford Ltd. https://doi.org/10.1680/jbren.19.00045
 
8-       Elliot, R. C., Froehlich, D. C., and MacArthur, R. C., 2012. Calculating the potential effects of large woody debris accumulations on backwater, scour, and hydrodynamic loads. In World Environmental and Water Resources Congress, Crossing Boundaries, pp. 1213-1222.
9-       Ghorbani, B., and Kells, J. A., 2008. Effect of submerged vanes on the scour occurring at a cylindrical pier. Journal of Hydraulic Research46(5),  pp.610-619. https://doi.org/10.1061/9780784412312.123
 
10-   Izadinia, E., and Heidarpour, M., 2019. Study of affective phenomena on Sediment transport in local scouring around bridge piers. Iranian Water Researches Journal13(2), pp.105-116.
11-   Kayatürk, Ş. Y., 2005. Scour and scour protection at bridge abutments, Doctoral dissertation, Middle East Technical University, Turkey.
12-   Kattell, J., 1998. Bridge scour evaluation: Screening, analysis, and countermeasures (Vol. 9877). USDA Forest Service, San Dimas Technology and Development Center.
13-   Lyn, D. A., Cooper, T. J., Yi, Y. K., Sinha, R. N., and Rao, A. R., 2003. Debris accumulation at bridge crossings: laboratory and field studies. https://doi.org/10.5703/1288284313171
 
14-   Oscar, L. I. N. K., Pfleger, F., and Zanke, U., 2008. Characteristics of developing scour-holes at a sand-embedded cylinder. International Journal of Sediment Research23(3), pp.258-266. https://doi.org/10.1016/S1001-6279(08)60023-2
 
15-   Lagasse, P.F., Cloper, P.E., Zevenbergen, P.E., Spitz, W.J., and Girard, LG., 2010. Effects of Debris on Bridge Pier Scour. Transportation Research Board , 10, pp.854-863. https://doi.org/10.1061/41147(392)85
 
16-   Lagasse, P.F., Clopper, P.E., and Zevenbergen, L.W., 2009. Impacts of debris on bridge pier scour. Proceedings of the 33rd IAHR Congress, IAHR, Madrid, pp. 3967–3974. https://doi.org/10.1061/41147(392)85
 
17-   Moshashii, M., and Asadi Aghbalaghi, M., 2014. Wash around a square base with a sagittal nose in the presence of floating wooden objects in front of the base. Scientific-research journal of Modares Civil Engineering15(4), pp.85-96. [In Persian] https://mcej.modares.ac.ir/article-16-2041-fa.html.
 
18-   Melville, B. W.,1997. Pier and abutment scour: integrated approach. Journal of hydraulic Engineering123(2), pp125-136.
19-   Melville, B. W., and Chiew, Y. M., 1999. Time scale for local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering125(1), pp.59-65.
20-   Melville, B. W., and Dongol, D. M., 1992. Bridge pier scour with debris accumulation. Journal of Hydraulic Engineering118(9), pp.1306-1310. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1992)118:9(1306)
 
21-   Mueller, D. S., and Parola, A. C., 1998. Detailed scour measurements around a debris accumulation. In Proceedings of the 1998 International Water Resources Engineering Conference. 2(1), pp.234-239).
22-   Oliveto, G., and Hager, W. H., 2005. Further results to time-dependent local scour at bridge elements. Journal of Hydraulic Engineering131(2), pp.97-105.https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2005)131:2(97)
 
 23-   Panici, D., Kripakaran, P., Djordjević, S., and Dentith, K., 2020. A practical method to assess risks from large wood debris accumulations at bridge piers. Science of the Total Environment728, 138575.
24-   Parola Jr, A. C., Kamojjala, S., Richardson, J. E., and Kirby, M. W., 1998. Numerical simulation of flow patterns at a bridge with debris. In The 1998 International Water Resources Engineering Conference. Part 1, pp. 240-245).
25-   Pagliara, S., and Carnacina, I., 2010a. Temporal scour evolution at bridge piers: Effect of wood debris roughness and porosity. Journal of Hydraulic Research48(1), pp.3-13. https://doi.org/10.1080/00221680903568592
 
26-   Pagliara, S., and Carnacina, I., 2010b. Scour and dune morphology in presence of large wood debris accumulation at bridge pier. In River Flow, 2, pp. 1223-1230.
27-   Rahimi., E. Ghaderi, K. Rahimpour, m. and Ahmadi, m., 2017. Laboratory investigation of the effect of floating objects accumulation on local scour of bridge foundations. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 10(6), pp.786-796. https://elmnet.ir/doc/11244311-84226. [In Persian].
28-   Raudkivi, A. J., and Ettema, R., 1983. Clear-water scour at cylindrical piers. Journal of hydraulic engineering, 109(3), pp.338-350.‏ https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1983)109:3(338)
 
29-   Richardson, E. V., and Davis, S. R., 2001. Evaluating scour at bridges (No. FHWA-NHI-01-001). United States. Federal Highway Administration. Office of Bridge Technology. https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/50281/dot_50281_DS1.pdf
 
30-   Saneie, M., and Nokhbe Zaeim, M., 2022. Scouring around the middle-square pier of the bridge due to the change in abutment length and vegetation in the floodplain, a laboratory study. Journal Of Iranian Water Engineering Research, 1(1), pp.71-79.‏ https://doi.org/10.22034/IJWER.2022.313933.1013
 
31-   Schmocker, L., and Hager, W. H., 2010. Drift accumulation at river bridges. In River flow (pp. S713-720). Karlsrule: Bundesanstalt für Wasserbau.
32-   Vanoni, V. A. (Ed.). (2006, March). Sedimentation engineering. American Society of Civil Engineers.‏ https://doi.org/10.1061/9780784408230
 
33-   Vice president for strategic planning and     supervision., 2016. Guide to local scour calculation methods. Publication No. 318. [In Persian].
 
34-   Wardhana, K., and Hadipriono, F. C., 2003. Analysis of recent bridge failures in the United States. Journal of performance of constructed facilities17(3), pp.144-150. 
 
35-   Zevenbergen, L.W., Lagasse, P.F., Clopper, P.E., and Spitz, W.J., 2006. Effect of debris on bridge pier scour. International Conference on Scour Erosion, Amsterdam, The Netherland.
Zevenbergen, L. W., 2000. Time scale for contraction scour at bridges. In Building Partnerships, pp. 1-6. https://doi.org/10.1061/40517(2000)405
 

  • تاریخ دریافت 24 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 18 تیر 1404
  • تاریخ انتشار 01 دی 1404