نسبت تنش برشی در بستر محافظت نشده در شرایط با و بدون سنگچین در دهانه پل

نویسنده

استادیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

چکیده

یکی از عمده­ترین دلایل تخریب پل­های رودخانه­ای، آبشستگی زیر پیِ سطحی  کوله در اثر سیلاب است. در برخی موارد جهت مقابله با این پدیده، بستر با مصالح سنگچین مقاوم­سازی می­گردد. استفاده از این روش دارای مزایا و معایب متعددی است. یکی از معایب استفاده از سنگچین همتراز با بستر طبیعی این است که زبری­ ناهمگون سنگچین در مقابل زبری مواد طبیعی بستر، سبب ایجاد اختلال در جریان شده و جریان­های قوی ثانویه ایجاد می­کند. جریانات مذکور می­تواند منجر به افزایش تنش برشی و عمق آبشستگی در بستر محافظت نشده گردد. جهت مطالعه موضوع، مدل مفهومی تعیین نسبت تنش برشی در بستر محافظت نشده در دو حالت با و بدون سنگچین بررسی شده است. در استخراج مدل مفهومی، از آزمون­های شبیه­سازی عددی در بستر انعطاف­پذیر استفاده شده است. در ادامه ضمن ارائه صحت­سنجی عملکرد مدل عددی Flow3D، از مدل مذکور جهت شبیه­سازی جریان در دو حالت با و بدون سنگچین در بستر صلب استفاده شده است. در شرایط بستر صلب هزینه­های محاسباتی و سخت­افزاری به طور قابل توجهی نسبت به شرایط بستر انعطاف­پذیر کاهش می­یابد. نسبت تنش برشی در بستر محافظت نشده محاسبه گردیده و معادله چند جمله­ای درجه دو برازش شده برای نسبت­های مختلف زبری ارائه گردیده است. ضریب تعیین در هر مورد نشان از تطابق مناسب نسبت تنش در دو حالت بستر انعطاف­پذیر و صلب دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Shear Stress Ratio on the Unprotected Bed in Conditions with and without Riprap at the Bridge Span

نویسنده [English]

  • Amir Mahjoob
Assistant Professor, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Scour at the shallow abutment foundation during floods is a common cause of bridge failure. In some cases, the bed is reinforced with riprap. There are several advantages and disadvantages of using this method. One of the disadvantages of using flush riprap aprons with the bed is that heterogeneous roughness (riprap versus native bed materials) alters the flow and manifesting as strong secondary currents. This flow can increase the shear stress and the scour depth in the unprotected bed. To study the subject, a conceptual model for determining the shear stress ratio in the unprotected bed in both with and without riprap has been investigated. In developing the conceptual model, numerical simulation tests in a flexible bed have been used. Then, the validation of Flow3D numerical model is presented and the mentioned model is used to simulate the flow in two cases with and without riprap in the rigid bed. In a rigid bed compare to flexible bed, computational and hardware costs are significantly reduced. The shear stress ratio in the unprotected bed is calculated and the quadratic polynomial equation is fitted for different roughness ratios. The coefficient of determination in each case indicates the appropriate correlation of the stress ratio in the two modes of flexible and rigid bed.

مراجع

-Adams, M.T., Schlatter, W., and Stabile, T., (2007), “Geosynthetic reinforced soil integrated abutments at the bowman road bridge in defiance county, Ohio”, Proceedings of Geo-Denver 2007: Geosynthetics in Reinforcement and Hydraulic Applications, p. 1–10. American Society of Civil Engineers, Reston, VA.
-Bojanowski, C., Lottes, S.A., Flora, K. Suaznabar, O., Shen, J. and Kerenyi, K., (2017), “Development of a computational approach to detect instability and incipient motion of large riprap rocks”, Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy laboratory.
-Cardoso, A.H., Simarro, G., Fael, C., le Doucen, O. and  Schleiss, A.J., (2010), “Toe protection for spill-through and vertical-wall abutments”, Journal of Hydraulic Research, Vol. 48, No. 4, pp. 491-498.
-Dey, S. and Barbhuiya, A.K., (2005), “Flow field at a vertical-wall abutment”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 131, No. 12,
pp. 1126-1135.
-FHWA, (2017), “Hydraulic performance of shallow foundations for the support of vertical-wall bridge abutments”, Publication NO. FHWA-HRT-17-013.
-Hong, H.A. and Irfan, A., (2019), “Scour around an Erodible Abutment with Riprap Apron over Time”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 145, No. 6, 06019007.
-Karimaei Tabarestani, M. and Zarrati, A.R., (2018), “Reliability analysis of riprap stability around bridge piers”, Journal of Applied Water Engineering and Research, DOI: 10.1080/23249676.2018.1497556.
-Khademghaeiny, G.N., Abrishami, J., Zarrati, A. R., Karimaei Tabarestani, M., Badali Mashahir, M., “Riprap design at bridge piers with limited scouring”, Scientia Iranica, Article in Press. Accepted Manuscript, Available Online from 18 December 2018.
-Kocaman, S., (2014), “Prediction of backwater profiles due to bridges in a compound channel using CFD”, Advances in Mechanical Engineering, Article ID 905217, 9 pages.
-Lagasse, P.F., Clopper, P.E., Pagán-Ortiz, J.E., Zevenbergen, L.W., Arneson, L.A., Schall, J.D., and Girard, L.G. (2009) “Bridge scour and stream instability countermeasures”, Hydraulic Engineering Circular No. 23”, Report No. FHWA-NHI-09-111. Federal Highway Administration, Washington DC.
-Lauchlan, C.S., Melville, B.W., (2001), “Riprap protection at bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 127, No. 5, pp. 412–418.
-Melville, B.W., van Ballegooy, S., Coleman, S.E., and Barkdoll, B. (2006), “Countermeasure toe protection at spill-through abutments”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 132, No. 3, pp. 235–245.
-Petersen, T.U., Sumer, M.B., Boegelund, J., Yazici, A., Fredsoee, J., and Meyer, K.E., (2015), “Flow and edge scour in current adjacent to stone covers”, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, vol. 141, No. 4.
-Tippireddy, R.T.R., (2017), "Air injection as a scour countermeasure at bridge piers", Open Access Master'sThesis, Michigan Technological University.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار