Skip to main content
SUPERVISOR
امیراحمد دهقانی (استاد مشاور) کیوان اصغری (استاد راهنما) محمدرضا چمنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Javad Aarabi Jeshvaghani
محمدجواد اعرابی جشوقانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Experimental Study of Local Scour at Bridge Pier with Raft Footing
Scouring in the river is a phenomena which is the result of interaction of flowing water and sediments which changes the topology of the rivers bed and coastal area. The most common cause for bridge failures reported in the literatures was due to pier scour. Three-dimensional flow filed with sediment traort and mobile channel bed during scour process leads to a complex problem. It is known that pier scour can be studied in either clear-water or live-bed conditions. Most of studies in this topic were carried out empirically. During past decades, several methods were used to control and reduce the scour depth. In addition to structural and geotechnical countermeasures, footing may reduce the scour depth around bridge piers. Raft footings are commonly used in historical bridge; e.g. Sie-o-Se Pol Bridge in Isfahan city in Iran which was built in 1602. It can be also used for low-span bridges where continuous footing are necessary. In this study, the effect of raft footing on local scour at bridge pier was investigated based on model study under clear-water condition. Experiments were carried out in the Hydraulics Laboratory of the Civil Engineering Department at Isfahan University of Technology. Experiments were performed in a 9 m long, 0.40 m wide, and 0.70 m height flume. The 40-mm-diameter cylindrical pier was made of Teflon. The bed material was uniform sand with median diameter of 0.72 mm and standard deviation of 1.26. Width of raft footing was chosen as one to four times of pier diameter. The top elevation of the raft footing was set at the elevation of bed. The discharge was fixed at 26.1 L/s. The experiments were performed to attain the equilibrium scour depth based on Melville and Chiew (1999) criteria. The topographical mapping at the equilibrium depth are obtained for additional comparisons between the cases of piers with and without raft footing. It is shown that raft footing alleviate the scour depth. It is shown that scour depth upstream of the raft footing with width equal to pier diameter reduced 52 percent as compared to the scour depth at bridge pier without footing. With width of raft footing reaches two times (or more) of pier width, no scour hole developed upstream of the raft footing. Raft footing also leads to reduced scour depth downstream of the pier. Using raft footing, the time of the equilibrium scour depth was increased as compared to the scour depth at bridge pier without footing. In the case of raft footing with width of pier, the equilibrium time increased 71 percent of the time needed for the equilibrium of scour depth at bridge pier without footing. Scouring downstream of the raft footing created two scour holes at a specific distance from the raft footing. With increasing the width of the raft footing, the location of the equilibrium scour depth downstream of the raft footing migrated to the centerline of the flume. Similar results were seen in previous studies with bed sill located downstream of the pier. Key Words Local scour, Bridge pier, Raft footing, Clear water
آب شستگی پدیده ای است که در اثر اندرکنش آب وخاک، بستر رودخانه یا سواحل دچار تغییرات شوند. این پدیده به عنوان تهدیدی بالقوه برای سازه های در مقابل جریان شناخته می شود. همواره پل های زیادی در اثر آب شستگی موضعی پایه های آن در اثر جریان آب در رودخانه ها تخریب می شوند. لذا، تعیین حداکثر عمق آب شستگی در پایه های پل از اهمیت به‌سزایی برخوردار است. باتوجه به پیچیدگی فرآیند آب‌شستگی به دلیل پخش سه بعدی جریان حول پایه های پل همزمان با انتقال رسوبات و تغییر مدوام مرزهای جریان که تحلیل مسأله را به روش‌های تحلیلی و عددی مشکل می سازد، بررسی این مسأله اغلب از طریق تحقیقات آزمایشگاهی انجام می پذیرد. تاکنون راه های زیادی جهت کاهش عمق آب شستگی به‌کار گرفته شده است. استفاده از پی علاوه بر اینکه در طراحی سازه ای و ژئوتکنیکی موثر است، می تواند به عنوان راه‌کاری جهت کاهش عمق آب شستگی انتخاب گردد. در این پایان نامه، اثر پی پیوسته بر میزان و الگوی آب شستگی موضعی در بالادست و پایین دست پایه بررسی شده است. مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده ی مهندسی عمران دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شد. آزمایش ها در کانال به شکل مستطیل با عرض 4/0 متر، ارتفاع 7/0 متر و طول 9 متر انجام گرفت. در این تحقیق، از پایه ی استوانه ای به قطر 40 میلی متر و از جنس پلاستیک تفلون استفاده شد. ماسه های استفاده شده با دانه بندی تقریبا یکنواخت در محدوده ی 600 تا 850 میکرون با وزن مخصوص 65/2 بودند. از پایه ی منفرد و پی پیوسته هم‌عرض پایه تا 4 برابر عرض پایه، جهت مدل سازی استفاده شده است. در تمامی حالات در شروع آزمایش ها، پی پیوسته همتراز بستر قرار گرفتند. معیار مورد استفاده جهت عمق تعادل، معیار ملویل و چیوو (1999) بود. در پی های منفرد هم می توان مانع از برخورد گرداب نعل اسبی به بستر متحرک شد، اما وجود پی پیوسته باعث می شود که گرداب های برخاستگی نتوانند پی را دور بزنند. آزمایش ها نشان داد که با حضور پی پیوسته ی هم‌عرض پایه ی پل، آب شستگی در جلوی پی به میزان 52 درصد کاهش خواهد یافت. با استفاده از پی پیوسته با عرض دو برابر پایه ی پل و بیشتر، آب شستگی در جلوی پی مشاهده نشد. از عمق آب‌شستگی در پایین دست پایه هم با حضور پی پیوسته کاسته شد. در حالتی‌که عرض پی پیوسته چهار برابر پایه است، عمق آب شستگی در پایین دست پایه به میزان 31 درصد نسبت به پایه بدون پی کاهش یافت. زمان تعادل نیز با حضور پی پیوسته افزایش می یابد. زمان تعادل در حالتی‌که عرض پی با عرض پایه یکسان است، 71 درصد نسبت به پایه بدون پی افزایش می یابد. با حضور پی پیوسته، در شرایط تعادل در پایین دست پایه ی پل، دو چاله ی متقارن نسبت به محور طولی کانال شکل خواهد گرفت که با افزایش عرض پی این دو چاله به محور تقارن کانال نزدیک می شوند. مقادیر آب شستگی با مطالعات پیشین در زمینه ی پی های منفرد مقایسه شده است. کلمات کلیدی: آب شستگی موضعی، پایه ی پل، پی پیوسته، آب زلال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%