بررسی اثر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف بهصورت

Transcript

1 مجله علمی- پژوهشی دوره 11 شماره تابستان 1395 «یادداشت تحقیقاتی» بررسی اثر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف صورت جداگانه و ترکیبی بر میزان موضعی پایه پل *1 سید محمدعلی زمردیان حمیده غفاري زهرا قاسمی 1- دانشیار بخش مهندسی آب دانشگاه شیراز - کارشناس ارشد سازههاي آبی دانشگاه شیراز * mzomorod@shirazu.ac.ir چکیده- روشهاي مختلفی براي کنترل و کاهش موضعی اطراف پایه پل وجود دارد. در این پژوهش تا ثیر شکل طوق ابعاد و محل نصب آنها روي پایه و همچنین تا ثیر شمعهاي فدا شونده شکاف و طوق طور جداگانه و همچنین ترکیاي دوتایی و سهتایی آنها بر میزان در مدت زمان 5 ساعت بررسی و مقایسه شد. نتایج نشان میدهد طوق مربعی نسبت طوقهاي دایروي و لوزوي شکل عملکرد تري در کاهش دارد و فاصله نصب تراز بستر تا ثیر بیشتري در کاهش نسبت فواصل 0.4D- و 0.4D+ دارد. طوق مربعی با %70 کاهش و سپس شمعهاي فدا شونده با %46/67 کاهش و شکاف با میزان بازشدگی %30 قطر پایه با %31 کاهش ترتیب بیشترین تا ثیر را در کاهش بیشینه عمق داشتهاند. ترکیب شمعهاي فدا شونده و طوق مربعی با %75 کاهش بیشترین عملکرد را در کنترل نشان داد و این در حالی است که ترکیب سهتایی شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف بازده کمتري در کاهش نشان دادند گونهاي که ترکیب شمع فدا شونده شکاف و طوق مربعی %68 کاهش و ترکیب شمع فدا شونده شکاف و طوق دایرهاي %66/67 کاهش در بیشینه عمق نشان داد. کلیدواژگان: موضعی شمع فدا شونده طوق شکاف پایه پل. 1- مقدمه وقوع در اطراف پایههاي پل از عمدهترین دلایل تخریب آنها میباشد و دلیل اهمیت و پیچیدگی آن بررسی و دست آوردن راهکارهاي نوین در جهت کاهش آن ضروري است. طورکلی دو روش اساسی براي کنترل وجود دارد روشهاي غیر هیدرولیکی که با حفاظت از بستر را کنترل میکنند (سنگچین گابیون بندي ژي وتکستایل و غیره) و روشهاي هیدرولیکی که با منحرف کردن جریان اطراف پایه از پایه در برابر محافظت میکنند ) Sutherland, Melville and 1989). در واقع روشهاي هیدرولیکی منظور تغییر الگوي جریان و کاهش شدت گردااي ایجاد شده در اطراف پایه که جریانهاي رو پایین گرداب نعل اسبی و گردااي برخاستگی از مهمترین آنها هستند کار میروند. تاکنون بیش از ده روش گوناگون از این دسته براي کنترل پیشنهاد شده است از جمله ایجاد شکاف در پایه نصب طوق شمعهاي فدا شونده پرههاي مستغرق کابل و غیره (01 al.,.(tafarojnoruz et طوقها صفحاتی تخت با ضخامت ناچیز هستند که اطراف پایه نصب میشوند و جریان را دو ناحیه تقسیم میکنند ناحیه بالاي طوق عنوان یک مانع در برابر جریان رو پایین عمل میکند و قدرت جریانهاي رو پایین در اثر برخورد با طوق کاهش مییابد. در ناحیه پایین طوق قدرت جریان رو پایین و در نتیجه گرداب 77

2 بررسی اثر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف نعل اسبی کاهش پیدا میکند سید محمدعلی زمردیان و همکاران.(Alabi, 006) میزان اثرگذاري طوقها در کاهش متناسب با ابعاد و موقعیت قرارگیري آنها روي پایه نسبت تراز بستر میباشد (Karimaee and Zarrati, 01; Zarrati et al..004, 006, 010) Karimaee and Zarrati (01) با مطالعه آزمایشگاهی تا ثیر طوق بر میزان اطراف پایه پل زمان بیشتر از ساعت 00 در مدت این نتیجه رسیدند که استفاده از طوق باعث کاهش نرخ و عمق و درعینحال افزایش گستردگی گودال اطراف پایه پل میشود. همچنین Mashahir et al. (009) با مطالعه بر روي طوق در کاهش پایه پل در مدت زمان 80 ساعت نشان دادند که کارگیري دو طوق یکی در تراز بستر و دیگري اندازه قطر پایه زیر بستر بیشترین کارایی را در کاهش دارد. مطالعات انجام شده توسط Zarrati et al. (004) روي طوق در کنترل پایه مستطیلی در مدت زمان ساعت 50 نشان داد که نصب طوق در تراز زیر بستر کارایی طوق را افزایش نمیدهد و میزان اثرگذاري طوق در تراز بستر بیشینه میباشد. (199) Chiew براي اولین بار استفاده از شکاف را روشی براي عنوان کاهش مطرح کرد و با ایجاد دو شکاف مستطیلی در دو تراز نزدیک سطح آب و نزدیک بستر و عرض 0.5D و 0.5D روي پایه و بررسی میزان این نتیجه رسید که هر چه عرض شکاف بیشتر باشد تا ثیر بیشتري در کاهش دارد گونهاي که ترتیب اندازه %0 و %30 را کاهش میدهند. لازم ذکر میباشد که عرض شکاف را تا جایی میتوان بیشتر کرد که پایداري پل خطر نیفتد. آقاخانی و همکاران (1389) با مطالعه اثر هندسه شکاف بر و با بررسی دو شکاف عرض 0.D و 0.3D که تا سطح بستر روي پایه امتداد یافته بودند این نتیجه رسیدند که ترتیب باعث %44 و %74 کاهش در میزان میشوند. در واقع شکاف در پایه قدرت جریانهاي رو پایین را تضعیف میکند و با ایجاد جریان افقی جریانهاي رو پایین در جلوي پایه را فاصله دورتري از پایه منحرف میکند و اینترتیب پتانسیل را کاهش میدهد (199.(Chiew, شمعها یا پایههاي فدا شونده که خود نیز ممکن است عاملی براي باشند با انحراف جریان و ایجاد یک منطقه با سرعت پایین در جلوي پایه و کم کردن پتانسیل فرسایندگی جریان از پایه در برابر محافظت میکنند 007) al.,.(haque et اثر شمعهاي فدا شونده در دو شکل پایه دایرهاي و مستطیلی توسط (1991) Hadfield Melville and بررسی شده است. نتایج آنها نشان داد که تعداد بیشتر شمعها تا ثیر بیشتري در محافظت از پایه دارد که با افزایش فاصله بین شمعها این اثر کاهش مییابد. آنها همچنین نشان دادند که زاویه بین شمعها در رأس مثلث در کاهش عمق تا ثیرگذار است گونهاي که با افزایش زاویه از 30 درجه 53 درجه تا ثیر آن در حفاظت پایه کاهش مییابد. از آنجا که استفاده از روشهاي تغییردهنده الگوي جریان نسبت روشهاي مقاومسازي بستر داراي سرعت اجرایی بیشتر و هزینه پژوهش حاضر ابتدا کمتري اجرایی لذا در میباشد تا ثیر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف طور جداگانه در کاهش پایه پل بررسی شده است و سپس بررسی اثر ترکیبی دوتایی و سهتایی آنها در کاهش پایه پل پرداخته شده است. - مواد و روشها آزمایشها در یک کانال بتنی طول 15 متر عرض 40 سانتیمتر عمق 50 سانتیمتر و شیب طولی 0/001 انجام شد و مقطع آزمایشی طول متر و عمق 16 سانتیمتر با رسوبات ماسهاي پر شد. منظور اطمینان از توسعهیافتگی جریان قبل از مقطع آزمایشی طول سکوي بالادست 6 متر و منظور تا ثیر نداشتن جریان خروجی روي طول سکوي منظور گرفته شد. متر در نظر 4 پاییندست کنترل عمق جریان از یک سرریز مستطیلی ل تیز که در انتهاي کانال قرار داشت استفاده گردید. همچنین از یک دبیسنج خودکار الکتریکی که بر روي لوله رانش پمپاژ قرار داشت براي کنترل دبی جریان استفاده گردید. آزمایشها در شرایط آب زلال انجام گرفت و پارامترهایی از قبیل سرعت جریان (v) عمق جریان (y) و اندازه رسوبات بستر ) d) ثابت در نظر گرفته شدهاند و 78

3 دوره 11 شماره تابستان 1395 هیدرولیک گونهاي انتخاب شدند که حداکثر ناشی از پایه پل ایجاد گردد و در تعیین مقادیر آنها از معیارهایی که توسط محققان اراي ه شده است استفاده شد. از جمله براي از بین بردن تا ثیر دیواره کانال بر میزان نسبت فاصله محور پایه تا دیواره کانال قطر پایه باید بزرگتر از 6/5 باشد 1983) Ettema, (Raudkivi and بنابراین با توجه عرض کانال از پایه استوانهاي قطر 3 سانتیمتر استفاده شده است که این نسبت تقریبا برابر با 6/7 دست آمد. رسوب مورد استفاده در آزمایش از نوع ماسه ریز و داراي از دانهبندي یکنواخت میباشد. براي جلوگیري از تشکیل ریپل در سطح رسوبات قطر متوسط ذرات بایستی میلیمتر 0/7 بزرگتر باشد و براي حذف تا ثیر اندازه رسوبات بر قطر متوسط ذرات باید در شرط Raudkivi ) قطر پایه) صدق کند (D D d > 0 5.(and Ettema, 1983 از آنجایی که غیریکنواختی رسوبات باعث کاهش میشود بنابراین از ماسه با دانهبندي یکنواخت استفاده شد که درصورتیکه انحراف معیار هندسی ذرات از کوچکتر 1/3 باشد (1.3 < σ) شرط یکنواخت بودن ذرات برقرار میباشد (شفاعی بجستان 1390). بنابراین براي مطابقت با شرایط مذکور از ماسه با d = 0.78 σ = 1.5 استفاده شد. شکل 1 نشان داده شده است. منحنی دانهبندي و میلیمتر رسوبات در (1987) Melville Chiew and این نتیجه رسیدند که اگر عمق جریان نسبت قطر پایه اندازه کافی بزرگ باشد (3.5 > D ( y عمق جریان تا ثیري بر موضعی اطراف پایه ندارد. همچنین (1998) Raudkivi شرط تشکیل حداکثر عمق در آب زلال را V 0.95V میداند. V سرعت آستانه حرکت ذرات است. بنابراین با سعی و خطا دبی جریان lit 15 عمق جریان s 1 سرعت جریان cm m 0/315 و V = 0.91 V دست آمد. براي s دست آوردن زمان تعادل معیارهاي متفاوتی توسط محققان اراي ه شده است. از جمله Melville and Chiew (1999) مدت زمانی که تغییرات عمق در یک دوره 4 ساعته کمتر از 5 درصد قطر پایه باشد را عنوان. ( ( زمان تعادل پیشنهاد دادهاند. Kumar et ) ) (1999) al. مدت زمانی که تغییرات در سه ساعت متوالی بیش از یک میلیمتر معیار زمان تعادل پیشنهاد دادهاند. Masjedi et al. (010) نباشد را عنوان مشاهده کردند که %9 پایه بدون حفاظت در 4 ساعت اول آزمایش اتفاق میافتد. در پژوهش حاضر با توجه محدودیتهاي موجود در انجام آزمایشهاي با مدت زمان طولانی از معیار Kumar et al. مطابق با و (1999) Heidarpour et al. (010) استفاده شده است. بر همین اساس زمان تعادل 5 ساعت دست آمد (شکل ) و عنوان معیار مقایسه میزان اطراف پایه حفاظت شده با پایه بدون حفاظت در پژوهش حاضر مورد بررسی قرار گرفت. جدول 1 شرایط جریان را در آزمایشها نشان میدهد. در این جدول میباشد و بقیه پارامترها قبلا تعریف شدهاند. عدد فرود Fr عمق (سانتیمتر) شکل منحنی تغییرات نسبت زمان شکل 1 منحنی دانهبندي رسوبات ماسهاي جدول 1 شرایط جریان در آزمایشهاي انجام شده d 50 (mm) 0/78 D/d 50 y (m) 38/46 0/1 V c (m/s) 0/344 y/d 4 V/V c 0/915 Fr 0/88 79

4 بررسی اثر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف پس از اطمینان از شروع جریان یکنواخت و ثابت شدن عمق و دبی جریان آزمایشها براي مدت 5 ساعت آغاز اتمام آزمایشها پس از میشد. و خشک شدن سطح رسوبات با استفاده از یک متر لیزري که روي یک ریل قرار میگرفت پروفیل گودال شبکه صورت سید محمدعلی زمردیان و همکاران 1* سانتیمتر برداشت میشد. در شکل 3 کانال آزمایش نشان داده شده است. در این پژوهش از سه مدل طوق مربعی لوزي و دایرهاي استفاده شده است. طوق مربعی داراي طول ضلع.5D و طوق لوزي داراي عرض 3.3D و طول.5D میباشد و از طوق دایرهاي در دو قطر D و.5D استفاده شد. طوقها در سه فاصله نسبت بستر مستقر شدند: در تراز بستر اندازه 0.4D+ بالاي بستر و اندازه 0.4D- در درون بستر (شکل 4). همچنین با توجه معیار Melville and Hadfield (1991) از 5 شمع فداشونده استفاده گردید. قطر پایه 6 برابر قطر شمعهاي فداشونده میباشد. بنابراین قطر شمعها 5 میلیمتر و با آرایش مثلثی با زاویه رأس 30 درجه انتخاب شدند که فاصله رأس مثلث تا پایه برابر.5D و فاصله شمعها از یکدیگر برابر با D در نظر گرفته شد (شکل 5). شکاف ایجادشده در پایه عرض 0.3D و طول 8D در نظر گرفته شد که میگیرد (شکل 6). 3D اندازه 3- بحث و نتایج 1-3- در تکپایه در داخل رسوب قرار در این حالت مشاهده شد که در جلوي پایه و صورت متقارن نسبت محور پایه شروع میشود و مواد رسوبی از جلو و اطراف پایه شسته شده و صورت پشته در پشت پایه جمع میشوند. این پشتهها تدریج طرف پاییندست انتقال مییابند. در این حالت 6 بیشینه عمق سانتیمتر دست آمد. در شکل 7 پروفیل گودال اطراف پایه نشان داده شده است. -3 -بررسی تا ثیر شکل و تراز نصب طوق بر طوقها در سه فاصله نسبت بستر نصب شدند. تراز بستر 0.4D+ بالاي بستر و 0.4D- درون بستر. نتایج نشان داد که استفاده از طوق منجر کاهش میشود که میزان آن بستگی شکل ابعاد و همچنین محل نصب طوق روي پایه دارد. ابتدا بررسی ترین محل قرارگیري طوق روي پایه پرداخته میشود. نمایی از فلوم مورد استفاده شکل 5 آرایش شمعهاي فداشونده در برابر پایه شکل 3 شکل 6 هندسه و محل شکاف روي پایه شکل 4 تراز نصب طوق مربعی و دایره اي روي پایه 80

5 دوره 11 شماره تابستان 1395 هیدرولیک میشود که جریان آب با برخورد لهاي طوق انحراف پیدا کند و باعث ایجاد شیارهایی در پاییندست پایه و طرفین طوق در بستر خاك شود که با گذشت زمان این شیارها توسعه پیدا میکنند و سمت پایه گسترش مییابند و در نهایت در جلوي پایه با رسیدن هم باعث ایجاد میشوند. بنابراین ترین محل نصب طوق در تراز بستر خاك مشاهده شد. همچنان که Zarrati (004) al. et نیز ترین محل نصب طوق را در تراز بستر پیشنهاد دادند. همچنین شریعتی و همکاران (1390) با بررسی عملکرد طوق در سه فاصله نصب تراز بستر و 0.4D زیر بستر و بالاي بستر این نتیجه رسیدند که استفاده از طوق در تراز زیر بستر نسبت قرارگیري آن در سایر ترازها مو ثرتر است و همچنین مشاهده کردند که حداکثر کاهش عمق در شرایط کارگیري طوق مربعی برابر %70 و در طوق دایرهاي برابر %57 میباشد. با بررسی میزان در دو طوق دایرهاي قطر D و.5D مشاهده میشود که با افزایش بعد هندسی طوق میزان کاهش مییابد که این دلیل میباشد که هر چه طوقها در قطر و طول بیشتري ساخته شوند کارایی بیشتري در مهار و کاهش قدرت گردااي تشکیل شونده اطراف پایه دارند. بنابراین میزان کاهش پیدا میکند. همچنین با مقایسه اشکال طوق در کاهش که در جدول 3 اراي ه شده است مشاهده میشود که طوق مربعی با کاهش 70 درصدي عمق بیشترین تا ثیر را در کاهش دارد و استفاده از طوق لوزي شکل با 10 درصد کاهش کمترین تا ثیر را داشته است و این در حالی است که طوق دایرهاي قطر 50.5D درصد کاهش در نشان داده است. بنابراین میتوان گفت که طوق مربعی دلیل داشتن لهاي تیز و همچنین سطح بیشتر عملکرد تري در مهار کردن قدرت گردااي نعل اسبی و برخاستگی دارد که این در طوق لوزي شکل این دلیل که رأس طوق در جهت جریان است و همچنین ناحیه بستر در نقاطی که گرداا بستر برخورد میکنند کاملا پوشش داده نمیشود تا ثیر کمتري در مهار گرداا و کاهش عمق دارد. با مقایسه گودال شکلگرفته اطراف پایه مشاهده میشود که با مقایسه سه تراز نصب طوق روي پایه در تراز بستر 0.4D+ بالاي بستر و 0.4D- درون بستر مشاهده شد که بیشترین عملکرد طوق در کاهش در فاصله تراز بستر رخ میدهد. نتایج در جدول نشان داده شده است. در این پژوهش همچنین مشاهده شد که هرچه تراز نصب طوق در زیر بستر سطح بستر نزدیکتر باشد میزان کاهش مییابد. نصب طوق در محدوده پایینتر از 0.4D زیر بستر باعث میشود که با گذشت زمان و برخورد جریانهاي رو پایین و گردااي نعل اسبی بستر ذرات خاك روي طوق شسته شود و باعث افزایش فضاي بالاي طوق شود که اثر مطلوبی بر کاهش ندارد. همچنین نصب آن در نواحی بالاي بستر دلیل فاصله موجود بین طوق و بستر خاك و تشکیل گرداب در این ناحیه باعث شسته شدن خاك بستر میشود که با گذشت زمان این فاصله افزایش مییابد. بنابراین عملکرد طوق در جهت کنترل گرداب و کاهش کاهش مییابد (شریعتی و همکاران 1390). شکل 7 پروفیل گودال اطراف پایه جدول درصد کاهش در ترازهاي مختلف نصب طوق محل قرارگیري 0.4D+ تراز 0.4D- روي بستر بستر زیر بستر طوق مربعی طول D دایرهاي قطر D دایرهاي قطر D شواهد نشان داد که نصب طوق روي بستر خاك باعث 81

6 جدول 3 بررسی اثر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف طوق مربعی بیشینه عمق را پشت پایه انتقال داده است و در جلو و طرفین پایه عمق بسیار کاهش یافته است. کریمایی و همکاران طوق پیشگیري سید محمدعلی زمردیان و همکاران اظهار داشتند که (1394) اگرچه از اثرات جریان رو پایین و گرداب نعل اسبی مینماید ناشی از گردااي برخاستگی در نمیباشد. اما قادر جلوگیري از پاییندست پایه نظر میرسد در صورت استفاده از طوق با طول بیشتر در پشت پایه جریانهاي برخاستگی میزان بیشتري مهار شوند و حداقل برسد همچنان که ترین طوق از نظر ابعادي طوقی معرفی شده است که عرض طوق حداقل 3 برابر قطر پایه باشد al. (Masjedi et 010; Mashahir and Zarrati, 00; Zarrati et al..004, 006 Karimaee and Zarrati, 01) در طوق دایرهاي شکل بیشینه عمق در جلوي پایه گرفته است که ناشی از عملکرد نسبتا ضعیف آن نسبت طوق مربعی در مهار جریانهاي رو پایین و گرداب نعل اسبی میباشد اما دلیل لهاي تیز طوق مربعی که جریان اطراف پایه را شدت انحراف میدهد حجم گودال در این حالت نسبت طوق دایرهاي بیشتر دست آمده است. همچنین طوق لوزي شکل دلیل کارایی ضعیف آن در مهار گرداا تقریبا %10 کاهش در میزان حجم نشان داده است که این در طوق مربعی %41/6 و در طوق دایرهاي قطر.5D برابر %68/5 میباشد (جدول 3) بررسی و مقایسه اثر سه روش طوق شکاف و شمع فداشونده بر میزان در اینجا کاربرد طوق مربعی و دایرهاي در ترین حالت نصب که تراز بستر دست آمده را با دو روش شکاف و شمع فدا شونده که در قبل مفصل توضیح داده شدهاند در کاهش میزان بررسی میشود. همانگونه که در جدول 4 نشان داده شده است طوق مربعی با %70 کاهش در میزان بیشترین تا ثیر و شکاف با %31 کاهش کمترین تا ثیر را در کاهش بیشینه عمق دارند و این در حالی است که شمعهاي فدا شونده منجر کاهش %46/67 شدهاند. شرایط آزمایش تکپایه پایه + طوق مربعی پایه + طوق دایرهاي قطر.5D پایه + طوق لوزي درصد کاهش با طوق اشکال مختلف در فاصله نصب تراز بستر حداکثر عمق قطر پایه 0/6 1 1/8 درصد کاهش عمق درصد کاهش حجم 41/6 68/5 10/07 جدول 4 شرایط آزمایش تکپایه پایه + شمع پایه + طوق مربعی پایه + طوق دایرهاي قطر.5D پایه + شکاف نتایج درصد کاهش با استفاده از روشهاي کنترلی مورد استفاده نسبت حداکثر درصد درصد عمق کاهش عمق کاهش حجم قطر پایه 46/37 41/6 68/5-10/13 46/ /06 0/6 1 1/37 Kumar (1996) روي شکاف عرض قطر 0/5 پایه براي کاهش نشان داد که توسعه شکاف پایینتر از بستر منجر کاهش %33 در عمق میشود و این در حالی است که نوزاد و همکاران (1380) نشان دادند که عملکرد شکاف در سرعت جریانهاي کمتر خیلی بیشتر از عملکرد آن در سرعتهاي بیشتر میباشد. نکتهاي که در جدول 4 مشاهده میشود کاهش منفی 10 درصدي حجم در حالت استفاده از شکاف در پایه میباشد. شکاف در پایه دلیل اینکه جریانهاي رو پایین را پاییندست انتقال میدهد در کاهش بیشینه عمق که در اطراف پایه شکل میگیرد مو ثر است اما باعث شسته شدن ذرات در پاییندست پایه و افزایش حجم گودال میشود. بنابراین با حفاظت پاییندست پایه میتوان را در حضور شکاف حداقل رساند. گودال در حضور طوق روي پایه عنوان نمونه در شکل 8 آورده شده است. 8

7 ب( دوره 11 شماره تابستان 1395 هیدرولیک 4-3- بررسی ترکیب شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف در کاهش در اینجا ترکیاي دوتایی و سهتایی از شمع فداشونده شکاف و طوق روي پایه مورد بررسی قرار گرفته است. همانگونه که در جدول 5 نشان داده شده است ترین ترکیب دوتایی ترکیب شمع فدا شونده و طوق مربعی با کاهش 75 درصدي در عمق میباشد. سپس ترکیب شکاف و طوق مربعی با کاهش 73 درصد شکاف و طوق دایرهاي با کاهش 70 درصد شمع فدا شونده و طوق دایرهاي با کاهش 68 درصد و در آخر شمع فدا شونده و شکاف با کاهش 63 درصد ترتیب بیشترین تا ثیر را در کاهش عمق دارند. ترکیب شمع فدا شونده و شکاف در بین روشهاي ترکیبی ذکرشده کمترین تا ثیر را از خود نشان داده است. علت این امر را میتوان در تا ثیر منفی شمع در عبور جریانهاي رو پایین از داخل شکاف دانست که باعث شده کارایی آن در کاهش نسبت روشهاي ترکیبی دیگر کاهش یابد. در کاهش حجم نیز ترتیب ترکیب دوتایی شکاف و طوق دایرهاي شمع فدا شونده و طوق دایرهاي شمع فدا شونده و طوق مربعی شمع فدا شونده و شکاف و در آخر شکاف و طوق مربعی بیشترین تا ثیر را داشتهاند. بنابراین همانگونه که مشاهده میشود استفاده از طوق دایرهاي در ترکیب روشها باعث کاهش در حجم گودال شده است و طوق مربعی دلیل داشتن لهاي تیز در طرفین و توسعه عرضی گودال در ترکیب با روشهاي دیگر تا ثیر کمتري را در کاهش حجم نشان داده است. در ترکیب سهتایی از روشهاي مذکور بازده زیادي در کاهش مشاهده نشده است و همه روشهاي ترکیبی دوتایی جز ترکیب شمع فدا شونده و شکاف از ترکیب سهتایی شمع فداشونده طوق و شکاف بیشتر تا ثیرگذار بودهاند گونهاي که ترکیب شمع فداشونده شکاف و طوق مربعی باعث کاهش %68 و ترکیب شمع فدا شونده شکاف و طوق دایرهاي باعث عمق در %66/67 کاهش شده است. پروفیل اطراف پایه در حضور طوق مربعی شکاف و شمع فداشونده در شکل 9 آورده شده است. لازم ذکر است که نتایج حاصل از این پژوهش در مدت زمان دست آمده است و جن مقایسهاي دارد. ساعت 5 فلا( ( ( شکل 8 الف- گودال در حضور طوق مربعی ب- خطوط میزان دو بعدي گودال با طوق 83 جدول 5 شرایط آزمایش تکپایه پایه + شمع + طوق مربعی پایه + شمع + طوق دایرهاي قطر.5D پایه + شمع + شکاف پایه + شکاف + طوق مربعی پایه + شکاف + طوق دایرهاي قطر.5D پایه + شمع + شکاف + طوق مربعی پایه + شمع + شکاف + طوق دایرهاي قطر.5D درصد کاهش در ترکیاي دوتایی و سهتایی روشهاي کنترلی مورد استفاده حداکثر عمق قطر پایه 0/5 0/63 0/73 0/53 0/6 0/63 0/66 درصد کاهش عمق /67 درصد کاهش حجم 67/ /95 53/95 71/54 63/7 54/4

8 بررسی اثر شمعهاي فدا شونده طوق و شکاف سید محمدعلی زمردیان و همکاران شکل 9 گودال پایه در حضور طوق مربعی شکاف و شمع فداشونده لذا پیشبینی میشود که در مدت زمان بیشتر از 5 ساعت %10/13- میزان شکل گرفته اطراف پایه پل بیشتر باشد زیرا هنگام استفاده از طوق در شروع آزمایشها با تا خیر زمانی شروع میشود و منجر افزایش یافتن زمان تعادل رسیدن عمق میشود. بنابراین در پاییندست پایه و در مجاورت طوق علت گردااي برخاستگی با نرخ کم شروع میشود و پس از رسیدن پایه و زیر طوق با نرخ بیشتري و تا زمان رسیدن تعادل افزایش مییابد (Karimaee and.zarrati, 01; Mashahir et al. 007, 009) 4- نتیجهگیري 1- در پژوهش حاضر استفاده از شمعهاي فداشونده شکاف و طوق منجر کاهش بیشینه عمق در اطراف پایه شد. گونهاي که طوق مربعی با %70 طوق دایرهاي قطر.5D با %50 شمع فدا شونده با %46/67 و در آخر شکاف با %31 ترتیب بیشترین تا ثیر را در کاهش بیشینه عمق نشان دادند. - با مقایسه اشکال هندسی طوقهاي کار گرفته شده در این پژوهش (مربعی دایرهاي و لوزوي) مشاهده شد که طوق مربعی بیشترین تا ثیر را در کاهش دارد و هر چه سطح طوق بیشتر باشد این تا ثیر بیشتر میباشد. همچنین مشاهده گردید که نصب طوق روي پایه در تراز بستر نسبت تراز 0.4D- و تراز 0.4D+ منجر کاهش بیشتر عمق میشود. 3- از بین روشهاي ذکرشده در کاهش حجم گودال ترتیب طوق دایرهاي با %68/5 شمعهاي فداشونده با %46/37 و طوق مربعی با %41/6 بیشترین تا ثیر را نشان دادهاند و این در حالی است که شکاف با اثر منفی در کاهش حجم گودال نشان داده است و منجر افزایش حجم گودال شده است. 4- از بین روشهاي ترکیبی ترکیب شمع فدا شونده و طوق مربعی با %75 کاهش بیشترین تا ثیر را در کاهش بیشینه عمق نشان داده است و این در حالی است که ترکیب شمع فدا شونده و طوق دایرهاي با %70 کاهش و همچنین ترکیب شکاف و طوق دایرهاي با %71/5 کاهش ترین عملکرد را نشان دادهاند. در کاهش حجم گودال 5- ترکیب سهتایی شمعهاي فدا شونده شکاف و طوق نسبت ترکیاي دوتایی بازده تري را نشان ندادهاند و حتی در مواردي ضعیفتر هم عمل کردهاند. گونهاي که ترکیب شمع فدا شونده شکاف و طوق مربعی %68 کاهش و ترکیب شمع فدا شونده شکاف و طوق دایرهاي %66/67 کاهش در بیشینه عمق نشان داد. 5- فهرست علایم قطر پایه عمق نسبت زمان قطر متوسط ذرات بستر عدد فرود جریان طول شکاف زمان سرعت متوسط جریان سرعت بحرانی عرض شکاف عمق جریان در بالادست پایه انحراف معیار ذرات خاك D d d Fr L t V V w Y σ 84

9 دوره 11 شماره تابستان 1395 Mashahir, M. B. and Zarrati, A. R. (00). Effect of collar on time development of scouring around rectangular bridge piers. Proc. 5 th Int. Conf. on Hydroscience and Engineering, Warsaw, Poland. Mashahir, M.B. Zarrati, A.R. and Mokallaf, E. (007). Effect of bed shear stress on development of scouring around bridge piers protected by a collar. Proceeding 3nd Congress, IAHR, Venice, Italy. Mashahir, M.B. Zarrati, A.R. Rezaei, M.J. and Zokaei, M. (009). Effect of collars and bars in reducing the local scour around cylindrical bridge piers. International Journal of Engineering, Transaction B: Applications, (4): Masjedi, A.R. Bejestan, M.S. and Esfandi, A. (010). Reduction of local scour at a bridge pier using collar in a 180 degree flume bend. Journal of Applied Sciences, 10(): , ISSN Melville, B. W. and Sutherland, A. J. (1989). Design method for local scour at bridge pier. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 114(10): -30. Melville, B. W. and Hadfield, A. C. (1999). Use of sacrificial piles as pier scour countermeasures. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 15:(11), 1-1. Melville, B.W. and Chiew, Y.M. (1999). Time scale for local scour at bridge pier. ASCE Journal of Hydraulic Engineering, 15(1): Raudkivi, A.J. and Ettema, R. (1983). Clear-water scour at cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, 109(3): Raudkivi, A.J. (1998). Loose Boundary Hydraulics. A. A. Balkema, Rotterdam, the Netherlands. Tafarojnoruz, A. Gaudio, R. and Calomino, F. (01). Evaluation of flow-altering countermeasure against bridge pier scour. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 138(3): Zarrati, A. Gholami, H. and Mashahir, M. (004). Application of collar to control scouring around rectangular bridge piers. Journal of Hydraulic Research, 4(1): Zarrati, A.R. Nazariha, M. and Mashahir, M.B. (006). Reduction of local scour in the vicinity of bridge pier groups using collars and riprap. Journal of Hydraulic Engineering, 13(): Zarrati, A. R. Chamani, M. R. Shafaei, A. and Latifi, M. (010). Scour countermeasures for cylindrical bridge piers using riprap and combination of collar and riprap. I. J. Sed. Res, 5(3): 31. هیدرولیک 6- منابع آقاخانی ا. فغفور مغربی م. و اسماعیلی ك. (1389). بررسی هم. مجاور پایههاي و پایه شکاف هندسه اثر آزمایشگاهی مجموعه مقالات پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران دانشگاه فردوسی مشهد. شفاعی بجستان م. (1390). هیدرولیک انتقال رسوب. چاپ دوم انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز اهواز. شریعتی ح. خداشناس س. و اسماعیلی ك. (1390). بررسی آزمایشگاهی کارکرد با هم طوق و شکاف بر میزان موضعی در پایه پل. نشریه مهندسی عمران دانشگاه فردوسی مشهد دوره 3 شماره 1 ص ص کریماي ی طبرستانی م. آذرمیدخت ح. زراتی ا.ر. و انوري ص. (1394). طراحی ینه گستره سنگچین با استفاده از ابعاد مختلف سنگ در اطراف پایه پل با مقطع مستطیلی با طوق محافظ و بدون آن. نشریه هیدرولیک دوره 10 شماره 4 ص.ص نوزاد ح. حیدرپور م. و افضلی مهر ح. (1380). کنترل و کاهش موضعی پایه پل با استفاده از شکاف در گروه پایهها. دانشگاه تهران. سومین کنفرانس هیدرولیک ایران دانشکده فنی Alabi, P.D. (006). Time development of local scour at bridge pier fitted with a collar, Msc Thesis, University of Saskatchewan, Canada. Chiew, Y.M. and Melville, B.W. (1987). Local scour around bridge piers. Journal of Hydraulic Research, 5(1): Haque, M. A. Rahman, M. M. Islam, G. M. T. and Hussain, M. A. (007). Scour mitigation at bridge piers using sacrificial piles. International Journal of Sediment Research, (1): Heidarpour, M. Afzalimehr, H. and Izadinia, E. (010). Reduction of local scour around bridge pier groups using collar. International Journal of Sediment Research, 5(4), Karimaee Tabarestani, M. and Zarrati, A. R. (01). Effect of collar on time development and extent of scour hole around cylindrical bridge piers. Int. J. Eng, Transactions C, 5(1): Kumar, V. (1996). Reduction of scour around bridge piers using protective devices. Ph. D. Thesis, Univ. of Roorkee, Roorkee, India. Kumar, V. Ranga Raju, K.G. and Vittal, N. (1999). Reduction of local scour around bridge piers using slots and collars. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 15(1):