طراحی بهینه گستره سنگچین با استفاده از ابعاد مختلف سنگ در اطراف پایه پل با مقطع مستطیلی با طوق محافظ و بدون آن

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه شهاب دانش قم

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 استاد دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

استفاده از سنگچین به عنوان یکی از معمول‌ترین روش‌های کنترل و کاهش آبشستگی در اطراف پایه‌های پل مطرح می‌باشد. طراحی اندازه سنگچین بر اساس بزرگ‌ترین نیروی ناشی از جریان که فقط بر یک محدوده کوچک در اطراف پایه پل به‌عنوان ناحیه بحرانی اعمال می‌شود، انجام می‌گیرد. در حالیکه گستره لایه سنگچین در اطراف پایه پل محدوده وسیعی را، مخصوصاً در پایه‌های مستطیلی در بر می‌گیرد. در نتیجه با توجه به اینکه شدت نیروهای جریان در نواحی مختلف اطراف پایه متفاوت می‌باشد، می‌توان برای نیل به طرحی بهینه و اقتصادی، از سنگ‌هایی با ابعاد مختلف در محدوده گستره سنگچین استفاده نمود که هدف از تحقیق حاضر می‌باشد. بدین منظور، مطالعه آزمایشگاهی برای برآورد ابعاد مختلف سنگچین بر روی پایه‌های پل با مقطع مستطیلی و در دو حالت محافظت شده با طوق و بدون طوق انجام گرفته است. نسبت ابعادی (نسبت طول به عرض) پایه‌های مورد مطالعه در محدوده 3 تا 7 قرار دارد که تحت زوایای قرار‌گیری متفاوت (بین صفر تا 20 درجه) نسبت به راستای جریان نصب شده‌اند. نتایج نشان داد که در حالت پایه‌های بدون محافظ مستقیم و نسبت طول به عرض مختلف تنها کافیست سنگچین طراحی (بر اساس بزرگترین نیروی جریان) در 8% سطح گستره سنگچین دور پایه ریخته شود و در مابقی مناطق، اندازه پایدار سنگ را می‌توان به میزان 38% کاهش داد. همچنین با افزایش زاویه قرارگیری پایه به‌علت گسترده‌تر شدن ناحیه بحرانی، محدوده قرارگیری سنگچین طراحی افزایش می‌یابد. در نهایت آزمایش‌ها نشان داد که در حالت پایه‌های محافظت شده با طوق، به‌علت حفاظت از بستر دور پایه توسط طوق، محدوده سنگچین طراحی نسبت به حالت بدون طوق کمتر می‌باشد که میزان کاهش بستگی به زاویه قرارگیری پایه دارد.
 

کلیدواژه‌ها


کریمایی طبرستانی، م. و زراتی، ا. ر. (1393)، "تأثیر طوق و شرایط غیرماندگاری جریان بر پایداری سنگچین در اطراف پایه­های پل"، چهارمین کنفرانس بین المللی مهندسی پل، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

Chiew, Y. M. (1992). “Scour protection at bridge piers.” J. Hydraul. Eng., 118(9), pp. 1260-1269.

Chiew, Y. M. (1995). “Mechanics of riprap failure at bridge pier.” J. Hydraul. Eng., 121(9), pp. 635-643.

Froehlich, D. C., (2013), “Protecting bridge piers with loose rock riprap”, J. Applied Water Eng. and Res., 1(1), pp. 39-57.

Grimaldi, C., Gaudio, R., Calomino, F. and Cardoso, A.H. (2009). “Countermeasures against local scouring at bridge piers: Slot and combined system of slot and bed sill.” J. Hydraul. Eng. 135(5), pp. 425–431.

Karimaee Tabarestani, M. and Zarrati A. R. (2011), “Effect of collar on time development and extent of scour hole around cylindrical bridge piers.” Int. J. Eng., Transactions C, 25(1), pp. 11-16.

Karimaee Tabarestani, M. and Zarrati A. R, (2013), “Design of stable riprap around aligned and skewed rectangular bridge piers”, J. Hydraul. Eng., 139(8), pp. 911-916.

Karimaee Tabarestani, M., 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”, Scientia Iranica, 22(3), pp. 709-716.

Karimaee Tabarestani M. and Zarrati A. R. (2015), “Design of riprap stone around bridge pier using empirical and Neural Network Method”, Civil Engineering Infrastructures Journal, 48(1), pp. 175-188.

Kumar, V., RangaRaju, K. G., and Vittal, N. (1999). “Reduction of local scour around bridge piers using slot and collar.” J. Hydraul. Eng., 125(12), pp. 1302-1305.

Lagasse, P. F., Clopper, P. E., Zevenbergen, L. W., and Girard, L. G. (2007). “Countermeasures to protect bridge piers from scour.” NCHRP Report 593, TRB, NAS, Washington D. C., 272p. www.trb.org.

Mashahir, M. B., Zarrati, A. R. and Mokallaf, E., (2010), “Application of riprap and collar to prevent scouring around piers rectangular bridge”, J. Hydraul. Eng., 136(3), pp. 183-187.

Melville, B. W. and Raudkivi, A. (1977). “Flow characteristics in local scour at bridge piers.” J. Hydraul. Res., 15(4), pp. 373-380.

Melville, B.W. and Hadfield, A.C. (1999). “Use of sacrificial piles as pier scour countermeasures.” J. Hydraul. Engrg., 125(11), pp. 1221-1224.

Odgaard, A.J. and Wang, Y. (1987). “Scour prevention at bridge piers.” Proc., Nat. Conf.  Hydraul. Engrg., ASCE, Williamsburg, Va., pp. 5253-5257.

Raudkivi, A. and Ettema, R. (1983). “Clear water scour at cylindrical piers.” J. Hydraul. Engrg. 109(3), pp. 338–350.

Richardson, E. V. and Davis, S. R. (2001). “Evaluating scour at bridges.” Hydraul. Eng. Circular, No. 18 (HEC-18 Fourth Edition), FHWA NHI 01-001, Federal Highway Administration, Washington, D.C.

Raudkivi, A. J. (1998). Loose boundary hydraulics, Balkema, Rotterdam. The Netherlands.

Tafarojnoruz, A., Gaudio, R. and Calomino, F., (2012). “Bridge pier scour mitigation under steady and unsteady flow conditions”, ActaGeophysica, 60(4), pp. 1076-1097.

Zarrati, A. R., Gholami, H. and Mashahir, M. B. (2004). “Application of collar to control scouring around rectangular bridge piers”, J. Hydraul. Res., 42(1), pp. 97-103.

Zarrati, A. R., Nazariha, M. and Mashahir, M. B. (2006). “Reduction of local scour in the vicinity of bridge pier groups using collars and riprap.” J. Hydraul. Eng., 132(2), pp. 154-162.

Zarrati, A. R., Chamani, M. R., Shafaei, A. and Latifi, M. (2010). “Scour countermeasures for cylindrical bridge piers using riprap and combination of collar and riprap”, I. J. Sed. Res., 25(3), p. 31