مطالعه پایداری و تحلیل حساسیت لایه سنگچین محافظ در اطراف پایه‌های پل بر اساس تحلیل قابلیت اطمینان

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسنده

استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران

چکیده

شکست و خسارت وارد بر سازه‌های محافظت از آبشستگی نظیر سنگچین بسیار پیچیده بوده و موارد عدم‌قطعیت مختلفی در برآورد پارامترهای موثر در تعیین اندازه پایدار آن وجود دارند. در نتیجه استفاده از تحلیل قابلیت اطمینان جهت کمی‌سازی این عدم‌قطعیت‌ها و تعیین احتمال پایداری لایه سنگچین بسیار مفید خواهد بود. در تحقیق حاضر با استفاده از دو روش تحلیل قابلیت اطمینان مرتبه اول و روش شبیه-سازی مونت کارلو، اقدام به بررسی پایداری لایه محافظ سنگچین در اطراف پایه پل شد. یک مثال کاربردی با دو پایه مستقر در کانال اصلی و دشت سیلابی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل نشان داد که عدم-قطعیت‌های موجود در پارامترهای موثر نظیر سرعت و عمق جریان می‌تواند قابلیت اطمینان لایه سنگچین را به شدت کاهش دهد به گونه‌ای که احتمال شکست لایه سنگچین در حالتی که از روش قطعی برای طراحی اندازه سنگ استفاده شد، در حدود 44 درصد برای پایه مستقر در کانال اصلی و 28 درصد برای پایه مستقر در دشت سیلابی می‌باشند. در ادامه بررسی ارتباط مابین ضریب ایمنی در طراحی کلاسیک قطعی و ضریب قابلیت اطمینان نشان داد که یک رابطه خطی مستقیم بین آنها برقرار است. همچنین تحلیل حساسیت پارامترهای موثر شامل مشخصات جریان، پایه پل و بستر نشان داد که مهمترین پارامتر در قابلیت اطمینان لایه سنگچین، سرعت متوسط جریان می‌باشد که نیاز به تمهیدات ویژه برای برآورد دقیق‌تر آن وجود دارد.

کلیدواژه‌ها


Barbe, D. E., Cruise, J. F. and Singh, V. P. (1992). Probabilistic approach to local bridge pier scour. Transport Research Record 1350, pp. 28-33, (Transportation Research Board: Washington).
Chiew Y. M. (1995). Mechanics of riprap failure at bridge piers. J. Hydraulic Eng. 121(2), 635-643.
Coleman, S. E. and Melville, B. W. (2001). Case study: New Zealand bridge scour experiences. J. Hydraulic Eng.,  127(7), 535-546.
Halder, A. and Mahadevan, S. (2000). Probability, reliability and statistical methods in engineering design. John Wiley & Son, 161, New York.
Johnson, P. A. (1992). Reliability-based pier scour engineering. J. Hydraulic Eng., 118(10), 1344–1358.
Johnson, P. A. and Dock, D. A. (1998). Probabilistic bridge scour estimates.  J. Hydraulic Eng., 124(7), 750-754.
Johnson, P. A. and Niezgoda, S. L. (2004). Risk-Based method for selecting bridge scour countermeasures. J. Hydraulic Eng.  130(2), 121–128.
Joint Committee on Structural Safety (JCSS). http://www.jcss.ethz.ch/.
Karimaei Tabarestani, M. K. and Zarrati, A. R. (2013). Design of stable riprap around aligned and skewed rectangular bridge piers. J. Hydraulic Eng., 139(8), 911-916.
Karimaei Tabarestani, M. K., Zarrati, A. R., Mashahir, M. B. and Mokallaf, E. (2015). Extent of riprap layer with different stone sizes around rectangular bridge piers with or without an attached collar, International J. Science and Technology (Scientia Iranica), 22(3), 709-716.
Karimaei Tabarestani, M. K. and Zarrati, A. R. (2019). Reliability analysis of riprap stability around bridge piers. J. Applied Water Eng. and Res. 7 (1), 79-88.
Lauchlan, C. S. and Melville, B. W. (2001). Riprap protection at bridge piers. J. Hydraulic Eng., 127(5), 412-418.
Melville, B.W. (1997). Pier and abutment scour: integrated approach. J. Hydraulic Eng., 123(2), 125-136.
Mashahir, M., Zarrati, A. and Mokallaf, E. (2009). Application of Riprap and Collar to Prevent Scouring around Rectangular Bridge Piers. J. Hydraulic Eng. 136(3), 183-187.
Muzzammil, M., Siddiqui, N. A. and Siddiqui A. F. (2008). Reliability considerations in bridge pier scouring. J. Structural Eng. and Mechanics, 28(1), 1-18.
Nowak, A.S. and Collins, K.R. (2000). Reliability of structures. McGraw Hill, Singapore.
Rackwitz, R. and Fiessler, B. (1976). Note on Discrete Safety Checking When Using Non-Normal Stochastic Models for Basic Variables. Load Project Working Session. Cambridge, MA: MIT.
Richardson, E. V. and Davis, S. R. (1995). Evaluating scour at bridges, Hydraulic Engineering Circular, No. 18, FHWA-IP-90-017, Fairbank Turner Hwy. Res. Ctr., McLean, Va.
Salamatian, S.A., Zarrati, A.R. and Banazadeh, M. (2013). Assessment of bridge safety due to scour by Bayesian network. J. Water Management. 166(6), 341–350.
Salamatian, S.A., and Zarrati, A.R. (2019). Reliability study on uncertainty parameters and flood duration on scouring around unprotected and protected bridge piers. ISH Journal of Hydraulic Engineering.https://doi.org/10.1080/09715010.2019.1570360.
Yanmaz, A.M. (2003). Reliability based assessment of erodible channel capacity. Turkish J. Eng. and Environmental Sciences, 27(4), 265-273.
Yanmaz, A.M. and Ustun, I. (2001). Generalized reliability model for local scour around bridge piers of various shapes. J. Eng. and Environmental Sciences, 25(6), 687-698.
Yanmaz, A.M. and Cicekdag, O. (2001). Composite reliability model for local scour around cylindrical bridge piers. Canadian J. Civil Eng., 28(3), 520-535.