برآورد تغییرات زمانی عمق آبشستگی موضعی در جلوی پایه پل مستطیلی شکل در شرایط جریان غیرماندگار

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران

2 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

پدیده آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل‌ها به عنوان یکی از عوامل اصلی در تخریب و همچنین افزایش هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری پل‌ها می‌باشد. از طرفی پایه‌ها با مقطع مستطیلی به علت محدوده وسیعتر منطقه جدایش جریان در اطراف پایه، در معرض آبشستگی شدیدتری قرار دارند. در تحقیق حاضر اقدام به ارائه یک روش نیمه تجربی برای محاسبه تغییرات زمانی عمق آبشستگی در جلوی پایه مستطیلی با دماغه گرد و در شرایط جریان غیرماندگار شد. در این روش در هر گام زمانی حجم حفره آبشستگی متناسب با حجم رسوب جابجا شده از یک معادله انتقال رسوب محاسبه می‌گردد و در ادامه عمق آبشستگی با توجه به حجم معلوم حفره آبشستگی بدست می‌آید. برای بررسی کارایی روش حاضر از نتایج داده-های آزمایشگاهی مختلف استفاده شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که معادله انتقال رسوب برای محاسبه حجم رسوبات انتقال یافته در پدیده آبشستگی در جریان غیرماندگار نیاز به اصلاح دارد که مقدار ضریب اصلاح تابعی از مشخصه‌های هیدروگراف جریان نظیر زمان شاخه بالارونده و پایین‌رونده و همچنین شدت جریان در اوج هیدروگراف می‌باشد. به عنوان نمونه هر چه زمان شاخه بالارونده هیدروگراف کوتاه‌تر بوده و در واقع هیدروگراف تیزتر باشد ضریب اصلاح بزرگتر (انتقال رسوب بیشتر) خواهد بود. در نهایت مقایسه نتایج مربوط به محاسبه تغییرات زمانی عمق آبشستگی محاسباتی و عمق آبشستگی نهایی ناشی از عبور هیدروگراف با داده‌های آزمایشگاهی نشان داد که حداکثر اختلاف در حدود 10 درصد است که نشان‌دهنده دقت مناسب روش حاضر نسبت به معادلات تجربی گذشته می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


کریمایی طبرستانی، م. و زراتی، ا. ر. (1393). "تأثیر زمان وقوع اوج هیدروگراف سیل بر آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل" مجله هیدرولیک ایران، (3)9، 15-32.

کریمایی طبرستانی، م.، آذرمیدخت، ح. ر.، زراتی، ا. ر و انوری، ص. (1394). "طراحی بهینه گستره سنگچین با استفاده از ابعاد مختلف سنگ در اطراف پایه پل با مقطع مستطیلی با طوق محافظ و بدون آن" مجله هیدرولیک ایران، (4)10، 51-64.

Breusers, H.N.C., Nicollet, G. and Shen, H.W., (1977), “Local scour around cylindrical piers”, Journal of Hydraulic Research, 15(3), 211-252.

Carstens, M.R., (1966), “Similarity Laws for Localized Scour,” Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 92(HY3), 13-36.

Chang, W. Y., Lai, J. S., and Yen, C. L., (2004), “Evolution of scour depth at circular bridge piers” Journal of Hydraulic Engineering, 130(9), 905–913.

Desutter, R., Verhoeven, R., Andreas Krein, A., (2001), “Simulation of sediment transport during flood events: laboratory work and field experiments”, Journal of Hydrological Science, 46(4), 599-610.

Gjunsburgs, (2010), “Hydrograph Shape Impact on the Scour Development with Time at Engineering Structures in River Flow”, Scientific Journal of Riga Technical University, Construction Science, 11, 6-12.

Hager, W. H., and Unger, J., (2010), “Bridge pier scour under flood waves”, Journal of Hydraulic Engineering, 136(10), 842-847.

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

Karimaee Tabarestani, M., and Zarrati, A. R. (2015), “Sediment transport during flood event: A review”, International Journal of Environmental Science and Technology, 12(2), 775-788.

Karimaee Tabarestani, M., Zarrati, A., R., Mashahir, M., B., Mokallaf, E., (2015), “Extent of riprap layer with different stone sizes around rectangular bridge piers with or without an attached collar”, International Journal of Science and Technology (Scientia Iranica), 22(3), 709-716.

Karimaei Tabarestani, M., and Zarrati, A. R. (2017), “Local scour calculation around bridge pier during flood event”, KSCE Journal of Civil Engineering, 21(4), 1462-1472.

Kothyary, U. C., Garde, R. J., and Range Raju, K. G., (1992) “Temporal variation of scour around circular bridge pier”, Journal of Hydraulic Engineering, 118(8), 1091-1106.

Lu, J. Y., Hong, J. H., Su, C. C., Wang, C. Y., Lai, J. S., (2008), “Field Measurements and Simulation of Bridge Scour Depth Variations during Floods”, Journal of Hydraulic Engineering, 134(6), 810 – 821.

Lu, J. Y., Shi, Z. Z., Hong, J. H., Lee, J. J. Raikar, R. V., (2011), “Temporal Variation of Scour Depth at Nonuniform Cylindrical Piers” Journal of Hydraulic Engineering,137 (1), 45 – 56.

Melville, B. W. and Chiew, Y. M., (1999), “Time scale for local scour at bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 125(1), 59-65.

Meyer-Peter, E. and Muller, R. (1948) “Formulas for Bed Load Transport”. Proceedings of 2nd Meeting of the International Association for Hydraulic Structures Research, Delft, 7 June 1948, 39-64.

Mia, M. F., and Nago, H. (2003), “Design method of time-dependent local scour at circular bridge pier”, Journal of Hydraulic Engineering, 129(6), 420– 427.

Oliveto, G., and Hager, W. H., (2005), “Further results to time-dependent local scour at bridge elements” Journal of Hydraulic Engineering, 131(2), 97-105.

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

Van Rijn, L. C. (1993), Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas, Aqua Publications Amsterdam.