مطالعه تاثیر قطرنسبی وعمق طوقه مشبک بر آبشستگی اطراف پایه های پل آرودینامیکی

Abstract

یکی از دلایل مهم شکست پل‌ها در ایالات متحده و جهان، مربوط به آبشستگی می‌باشد. خصوصیات جریان، شکل پایه و زاویه استقرار آن نسبت به جریان و خصوصیات رسوبات، همگی از عواملی می‌باشند که در پیچیدگی مسئله آبشستگی پایه های پل دخالت می‌نماید. باید توجه داشت که عمق نهایی آبشستگی ایجاد شده در مجاورت پایه پل برابر با مجموع عمق های فرسایش ناشی از آبشستگی موضعی، عمومی و تنگ شدگی عرض جریان می‌باشد. تعیین عمق فرسایش در محدوده پایه ها مستلزم آگاهی از نحوه جابه جایی مواد رسوبی بستر رودخانه ها است. پایه ها جریان عادی رودخانه را مختل می کند و تلاطم و اغتشاش حاصل از آن موجب فرسایش مواد رسوبی موجود در اطراف پایه می شود. از آنجایی که گسترش چاله آبشستگی پایداری سازه پل را به مخاطره می اندازد، پیش بینی میزان گودافتادگی و اتخاذ تدابیر لازم برای مهار آن از جمله اقدامات مهندسی متداول در عرصه مهندسی رودخانه تلقی می شود. بنا به این مهم در این تحقیق به بررسی تأثیر استفاده از طوقه‌های مشبک آیرودینامیک بر روی پایه‌های پل آیرودینامیک پرداخته شد. نتایج نشان داد با افزایش طول طوقه‌ها میزان آبشستگی کاهش بیشتری داشته است. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.1 طوقه‌های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 16.6 ، 22.3 و 24.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.5 طوقه‌های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 35.2 ، 37.4 و 38.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 1 طوقه‌های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 27.7 ، 31.6 و 31.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با افزایش سرعت نسبی (V/Vc) از 0.54 به 0.95 به‌طور متوسط باعث افزایش آبشستگی به میزان 113.8 درصد شده است. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.1، 0.5 و 1 به ترتیب 16.6 ، 35.2 و 27.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه‌های آیرودینامیک مشبک (Z /D) از 0.1 به 0.5 شاهد کاهش آبشستگی به میزان 22.3 درصد و همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه‌های آیرودینامیک مشبک (Z /D) از 0.5 به 1 شاهد افزایش آبشستگی به میزان 11.6 درصد هستیم. به این ترتیب می‌توان فهمید بهترین عمق کارگذاری طوقه به اندازه نصف قطر پایه پل می‌باشد. همچنین شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D نزدیک به مدل فیزیکی می‌باشد و به طور متوسط تنها 5.4 درصد خطا دارد که قابل قبول می‌باشد.