بررسی آزمایشگاهی تأثیر آرایش قرارگیری صفحات مستغرق تخت بر آبشستگی در اطراف ‌پایه‌ها و تکیه‌گاه پل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، بخش علوم و مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ایران

2 گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه باهنر کرمان

3 مهندسی آب، کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

پایه‌­ها و تکیه­‌گاه‌­های جانبی پل در عرض رودخانه باعث تغییر الگوی جریان آب و در نتیجه موجب آبشستگی موضعی در اطراف این سازه‌­ها می­‌شوند. روش‌­های مختلفی برای کاهش آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌­ها و تکیه­‌گاه­‌های جانبی پل پیشنهاد شده که یکی از آن­ها استفاده از صفحات مستغرق است. این صفحات با تغییر در رژیم حرکت بار بستر، این امکان را فراهم می‌­سازند تا محل رسوب‌­گذاری و فرسایش قابل ‌کنترل باشد. عملکرد صفحات مستغرق در کاهش آبشستگی پایه و تکیه‌­گاه پل و حرکت رسوب از اطراف صفحات که موجب ایجاد جریان روبه پایین در جلوی آن­ها  می‌­شود، تحت تأثیر نحوه­ی قرارگیری صفحات مستغرق می­‌باشد. در این پژوهش، تأثیر آرایش­­‌های مختلف قرارگیری (تک‌ردیفه موازی، دو ردیفه موازی و دو ردیفه زیگزاکی) صفحات مستغرق تخت با نسبت طول به ارتفاع  در زاویه قرارگیری 20 درجه نسبت به جهت جریان، بر کاهش آبشستگی گروه پایه و تکیه‌­گاه پل در حضور اجسام شناور مستطیل شکل به ‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. تمامی آزمایش­‌ها در شرایط جریان یکنواخت با آب زلال و رسوبات غیر چسبنده­ای با قطر متوسط mm 0/91=  d50انجام‌ شده است. نتایج حاکی از آن بود که آرایش دو ردیفه سه‌تایی به صورت زیگزاکی بیشترین تأثیر را در کاهش آبشستگی و حفاظت پایه­‌ها و تکیه­‌گاه داشته است. در این حالت فاصله صفحات از تکیه­‌گاه و فاصله ردیف‌­ها با فاصله نسبی0/5 و 1 می‌­باشد. (فاصله صفحات از تکیه‌­گاه به اندازه La و فاصله ردیف‌­ها از هم 2La بوده ) که موجب کاهش 81 درصدی عمق آبشستگی گردیده ­است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Laboratory Investigation of Effect of Flat Submerged Vanes on Scour at Bridge Piers Group and Abutment

نویسندگان [English]

  • Maryam Karimi 1
  • Kourosh Qaderi 2
  • Majid Rahimpour 3
  • Mohammad Mehdi Ahmadi 3
1 MSc Water structure, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Shahid Bahonar Kerman
2 water engineering department, faculty of agriculture, shahid bahonar university of kermen
3 Water Engineering, Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

Local scour involves the removal of material from around piers and abutments as the flow accelerates around the obstructed flow area. Various methods have been suggested for the control and reduction of local scour around the bridge piers and abutment. Using submerged vanes is one of these methods. Vanes change the regime of bedload movement that led to control places of deposition and erosion. 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. In the present study, different layouts of arrangements (parallel rows, two parallel rows, and two zigzag rows) flat submerged vanes with the ratio of length to height (L/H=3) at an angle of 20 degrees relative to the direction of flow on the protection of local scour around abutment and piers group with rectangular debris were investigated. All experiments conducted in uniform flow with clear water were being done. The results showed that the zigzag arrangement of the two-three rows had the greatest effect on the protection of local scour around the abutment. In this case, the vane distance from the abutment and the row spacing with the relative spacing is 0/5 and 1, respectively, (the distance of the vanes from the abutment was La and the distance of the rows was 2La) that reduced the scour depth by 81%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Local scour
  • Submerged vanes
  • Layout of arrangement
  • Bridge abutment
  • Protection

مراجع

[1] Bastani parizi, M.A (2014)." Khatun Seven Fortress ", Seventh Edition, Scientific publication, ISBN, pp 4-445-224-964-978, 736, p32. (In Persian)                                                                                                                
[2] Melville B. W. Van B. S. Coleman S. and Barkdoll B. 2006. "Scour Countermeasures for Wing-Wall Abutments". Journal of Hydraulic Eng, 132(6), pp 563-574.
[3] Fadaei fard, M.N and Fadaei fard, M. (2019)." Lessons learned from the devastating flood of Farvardin       2019". Third hydrological conference of semi-arid and arid regions with water-human-nature axis, sanandaj, Iran. (In Persian)
[4] Simarro, G., Civeira, S., and Cardoso, A. H. (2012). "Influence of riprap apron shape on spill-through abutments". Journal of Hydraulic Research, 50(1), pp138-141.
[5] Odgaard, A. J., and Wang, Y. (1991). "Sediment management with submerged vanes". I: Theory. J. Hydraulic Eng. 117(3), pp 267-283.
[6] Odgaard, J.A., and Kennedy, J.F., (1983)."Bed riverbank protection by submerged vanes". J Hydrulic Eng ASCE, 109(8), pp 1161-1173.
[7] Lauchlan C. S. (1999). "Pier scour countermeasures". PhD Thesis, University of Auckland, New Zealand, pp. 299- 316.
[8] Johnson, P. A., Hey, R. D., Tessier, M., and Rosgen, D. L. (2001). "Use of vanes for control of scour at vertical wall abutments. Journal of Hydraulic Eng, 127(9), pp 772-778.
[9] Samimiy-Behbahan, T., Barani, G. H., Khanli, M., and Khanjani, M. (2006). "Experimental investigation of submerged vanes effect on scouring of bridge piers". National Congress of Irrigation and Drainage Networks Management. Faculty of Water Sciences Eng. Shahid Chamran University. Ahvaz, Iran.
[10] Ghorbani, B., and Kells, J. A. (2008). "Effect of submerged vanes on the scour occurring at a cylindrical pier". Journal of Hydraulic Research, 46(5), pp 610-619.
[11] Shojaei, P., Farsadizadeh, D. and Hosseinzadeh-Dalir, A. (2011). "Effects of combined submerged vanes and collar in reducing scour of base cylindrical bridges". J. Sci. Tech. Agric. Nat. Resour, Soil Water Sci, 15(57), pp 33-23.
[12] Tafarojnoruz, A., Gaudio, R., and Calomino, F. (2012). "Evaluation of flow-altering countermeasures against bridge pier scour". Journal of Hydraulic Eng, 138(3), pp 297-305.
[13] Shafahi Bejestan, M. S., Khademi, K., and Kozeymehnezhad, H. (2015). "Submerged vane-attached to the abutment as scour countermeasure". Ain Shams Eng Journal, 6(3), pp775-783.
[14] Fathi, A., and Zomorodian, S. M. A. (2018)." Effect of Submerged Vanes on Scour around a Bridge Abutment". KSCE Journal of Civil Eng, 22(7), 2281-2289.
[15] Rezapourian, S., Ghorbani, B., and Samadi Brojeni, H. (2009). "The Effect of comparison Submerged Vanes Series on Upstream and Downstream Cylindrical piers in Local Scour ".  Eighth International Seminar on River Eng, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran. (In Persian)
[16] Khademi, kh. Shafai.bajestan,M and Khozeymehnejad,H. (2015). "Laboratory investigation of flow pattern and Scour around bridge attached submerged vane". Journal of Irrigation and Water Eng. Volume 5, Number 17, pp 56-66. (In Persian)
[17] Parchami, L.,Asghari Pari, S.A., and Shafai Bajestan, M. (2017) "The Effect of Convex-flat Submerged Vane Angles of Attack and Height on­ Bridge Pier Scouring". Iranian Journal of Irrigation and Drainage. Number 4, Volume 10, pp 444-453. (In Persian)
[18] Emamgholizadeh, S and Nohani, E. (2017)." Application of the Submerged Vanes on Reduction of Local Scour around the Bridge Abutment with Rounded Nose". Irrigation and Drainage Structures Eng Research. Number 68, Volume 18, pp 128-113. (In Persian)
[19] Saunders, S. and Oppenheimer, M. L. (1993). "A method of managing floating debris". Proceeding the Hydraulics Conference. July 25-30. American Society of Civil Eng, San Francisco, California, United States.
[20] Lagasse, P., Zevenbergen, L., Schall, J., and Clopper, P.E. (2007). "Countermeasures to protect Bridge piers from scour". No. 593, Transportation Research Record, Transportation Research Board, Washington, D.C. 6p.
[21] Moshashaie, S. M., Aghbolaghi, M. A. and Brojeni, H. S. (2015). "Woody Debris Accumulation on the Scour in Front of a Circular Shaped Pier with Plate Pile System".
[22] Rahimi, E., Qaderi, K., Rahimpour, M. and Ahmadi, M. M. (2018). "Effect of Debris on Piers Group Scour: Experimental Study". KSCE Journal of Civil Eng, 22(4), pp 1496-1505.
[23] Melville, B. W., and Dongol, D. M. (1992). "Bridge pier scour with debris accumulation". Journal of Hydraulic Eng, 118(9), pp1306-1310.
[24] Pagliara, S., and Carnacina, L. (2011). "Influence of Wood Debris Accumulation on Bridge Pier Scour". J. Hydr. Eng. ASCE. 137, pp 254-261.
[25] Park, JH, Chamroeun, S., Park, CK., and Young, DK. (2015). "A Study on the Effects of Debris Accumulation at Sacrificial Piles on Bridge Pier Scour". KSCE J. Civil Eng. 20(4), pp1546-1551.
[26] Raudkivi, A. J., and Ettema, R. (1983). "Clear-water scour at cylindrical piers". Journal of Hydraulic Eng, 109(3), pp 338-350.
[27] Kumar, V., Rango Raju, K.G., and Vittal, N. (1999). "Reduction of local scour around bridge piers using slots and collars". J.Hydraulic.Eng. ASCE, 125, 12: 1302-1305. 
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 7
مهر 1400
صفحه 3149-3166

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار