بررسی کارآیی روش‌های مختلف کنترل آبشستگی در پل‌های رودخانه‌ای با استفاده از روش عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران، موسسه آموزش عالی پارسیان، قزوین، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد پردیس، تهران، ایران

چکیده

همه ساله پل­های زیادی در زمان وقوع سیلاب­های رودخانه­ای و بر اثر آبشستگی موضعی پایه­ها و کوله­ها تخریب
می­شوند. تاکنون روشهای متعددی برای کاهش و کنترل عمق آبشستگی پیشنهاد و به­کار گرفته شده است که از آن جمله می­توان به استفاده از سنگ­چین، طوق، ساخت ریز­شمع­ها در جلوی پایه
، ایجاد شکاف در پایه، استفاده از کابل، صفحات مستغرق و اصلاح شکل پایه اشاره کرد. در این تحقیق با استفاده از مدل عددی سه بعدی FLOW-3D مقدار آبشستگی موضعی در اثر برخورد جریان سیلاب با یک ستون گرد در شرایط آب زلال و بستر ماسه­ای یکنواخت و برای روشهای مختلف کنترل و کاهش آن محاسبه شده است. جریان حاوی رسوب به­ صورت جریان دو فازی آب - ماسه در نظر گرفته شده و برای تخمین پارامترهای آشفتگی جریان مدل RNG مورداستفاده قرار گرفته است. ارزیابی و صحت سنجی مدل عددی نیز با مقایسه نتایج محاسباتی با داده­های آزمایشگاهی انجام شده است. در ادامه مقادیر آبشستگی موضعی در جلو و پشت پایه در یازده حالت مختلف پیشنهادی کنترل آبشستگی با پایة تنها مقایسه شده است. حالت استفاده از سنگ­چین با آبشستگی معادل 13 درصد پایة تنها، کمترین آبشستگی و حالت استفاده از تک شمع بقطر نصف پایه در بالادست با آبشستگی معادل 26 درصد پایة تنها، بیشترین آبشستگی را داشته است.
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Efficiency of Different Scour Controlling Methods around the River Bridges Using Numerical Method

نویسندگان [English]

  • A. A. Nazari Sharabian 1
  • F. Kilanehei 2
  • A. H. Abbasnia 3
1 Graduated Student of Civil Engineering, Parsian Institute of Higher Education, Qazvin, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
3 Assistant Professor, Civil Engineering Department, Pardis Branch, Islamic Azad University, Pardis, Iran
چکیده [English]

Every year many bridges during river floods are destroyed due to local piers and abutments scouring. Several methods have already been proposed and applied to reduce and control the depth of scour. For instance using riprap, collar, piles in front of piers, slot at piers, cables, submerged plates and modified pier shape. In the current study, the local scouring around a cylindrical pier has been investigated under normal and using different methods for scour reduction conditions by FLOW-3D numerical model and RNG model is used to estimate the flow turbulence parameters. Evaluating and validating the numerical model are carried out using the results of the physical model. In the following, amount of local scouring behind and in front of the pier in different 11 proposed scour reducing conditions is compared with solo pier. Applying riprap condition with 13% scouring of solo pier has the lowest scouring and using solo pile with half pier diameter in upstream with 26% scouring of solo pier has the highest scouring.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • local scour
  • bridge pier
  • Scour Reduction and Controlling
  • Sacrificial Piles
  • Riprap
  • Circular Collar
  • Numerical modeling

-   آزم، ن. و قمشی، م. ( 1392)، "اثر شمعهای حفاظتی
بر کاهش آبشستگی در پایه پل استوانه­ای"، نشریه دانش آب و خاک، 23(3): صص.134-123.

-بلوچی، م.، (1386)، "بررسی اثر تغییر شکل طوق بر میزان و روند آبشستگی پایه­های پل"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.

-پارسا بصیر، ه. (1383)، " حفاظت پایه­های پل در مقابل
آب­شستگی موضعی با استفاده توام از سنگ­چین و طوق"،
پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.

-پیرمحمدی، ر. و حیدرپور، م.، (1385)، "مقایسه­ی عملکرد طوق در گروه پایه­ها­ی سری دوتایی و سه­تایی استوانه­ای شکل پل­ها"، هفتمین کنگره­ی بین­المللی مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس، 20-18 اردیبهشت.

-مسجدی، ع و غلامزاده محمودی، م. (1390)، "بررسی آزمایشگاهی اثر طوقه در کنترل آبشستگی اطراف پایه پل استوانه­ای در قوس 180 درجه رودخانه"، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال پانزدهم، شماره پنجاه و پنجم.

-Chabert, J. and Engeldinger, P. (1956), "Etude des affouillement autour des Piles des ponts (Study on Scour around bridge piers)", Laboratoire National d’Hydraulique, Chatou, France.

-Chiew Y.M. (1995), "Mechanics of Riprap Failure at Bridge Piers", J. of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 121, No. 9, pp. 635-643.

-Chiew, Y.M. (1992), "Scour Protection at Bridge Piers", J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 118(9), pp.1260-1269.

-Chiew Y.M. and Lim, F. H. “Failure Behavior of Riprap Layer at Bridge Piers under Live-Bed Conditions”, J. Hydr. Engrg, ASCE, 2000, 126(1), pp.43-55.

-Ettema, R. (1980), “Scour at Bridge Piers”, Report No. 216, School of Engrg., University of Auckland, Auckland, New Zeeland.

-Melville, B.W. and Hadfield, A.C. (1999), "Use of sacrificial piles as pier scour countermeasures", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(11), pp.1221-1224.

-Beg, M. and Beg, S. (2013), "Scour Reduction around Bridge Piers: A Review", International Journal of Engineering Inventions, Volume 2, Issue 7. pp. 7-15.

-Moncada-M A.T., Aguirre-Pe J., Bol ´var J.C. and Flores E.J. (2009), "Scour protection of circular bridge piers with collars and slots", J. Hydraulic Res, ASCE, 47(1): pp.119.

-Neill, C.R. (1973), "Guide to bridge hydraulics", Edited by C.R. Neill, published for Roads and Transportation Assn. of Canada by University of Toronto Press.

-Singh C.P., Setia B. and Verma D.V.S. (2001), "Collar-sleeve combination as a scour protection device around a circular pier", Proc. 29th IAHR Congress, Beijing, Theme D. 202r. Pr.

-Singh KK, Verma DVS and Tiwari NK, (1995), "Scour protection at circular bridge piers", 6th Internatinal Symposium on River Sedimentation. New Delhi, India.

-Tafarojnoruz, A., Gaudio, R., and Dey, S. (2010), "Flow-altering countermeasures against scour at bridge piers: a review", Journal of Hydraulic Research, 48(4): pp.441-452.

-Tafarojnoruz, A., Gaudio, R., and Calomino, F. (2012), "Evaluation of Flow-Altering Countermeasures against Bridge Pier Scour", J. Hydraul. Eng., 138(3), 297–305, doi: 10.1061/ (ASCE) HY.19437900.0000512.

-Tanaka, S. and Yano, M., (1967), "Local Scour around a Circular Cylinder", Proc. 12th IAHR Congress, delft, The Netherlands, 3, pp.193-201.

-Thomas, Z., (1967), "An Interesting hydraulic effect occurring at local scour", Proc. 12th Congress, I.A.H.R., Ft. Collins, Colorado, Vol. 3,
pp. 125-134.

-Zarrati, A.M., Gholami, H. and Mashahir, M.B., (2004), "Application of collar to control scouring around rectangular bridge piers", Journal of Hydraulic Research, IAHR, 42 (1) pp. 97-103.

-Zarrati, A.M., Nazariah, M. and Mashahir, M.B., (2006), "Reduction of local scour in the vicinity of bridge pier group using collars and riprap", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 132(2), pp. 154-162.