SUPERVISOR
Manouchehr Heidarpour,Esmaeel Landy
منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما) اسماعیل لندی (استاد مشاور)
STUDENT
Belal Bahrami
امیر بهرامی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Investion of roughness effect on reduction of local scouring around bridge piers
Bridges are structures in danger of destruction due to being subjected to flood river bed. Local scour around piers across the flood flow is one of the threatening factors of their stability. Water stream cause digging hole around pier and leaching river bed that consequently may result in hollowing under the foundation and finally destroying the bridge. Many studies have been done presenting methods for controlling scour around piers. Generally there are two base methods for protection of bridges against scour phenomenon that first one is increasing resistance of bed materials and second is decreasing erosion factors. In direct methods, riprap, and cement blocks are used to increase bed resistance. Riprap, collar, pile are the tools that use for decreasing downward scour and horse-shoe vortex in indirect methods. Using piers with concrete-roughness is one of the economical methods easy to implement. Considering the results of cable method, the lower the twisting angle of cable the higher efficiency of pier in reducing scour can be obtained. Ability of reducing concrete roughness angle to zero degree is counting as an advantage of this method compared to cable method. Another advantage of concrete-roughness than cable is their inability of displacement by human factors. In this study, effect of concrete-roughness in decreasing scour factors is investigated. For achieving this goal, 17 piers with different roughnesses in two base states with presence of angular and rounded roughnesses are used. Experiments of angular roughnesses are done by 11 piers with constant roughness width of 0.06 of diameter. Increasing in protrusions leads to increasing in their performance. However, in particular conditions that distance between roughnesses is less than optimum value; increase in width of pier is a factor to decrease the efficiency of roughnesses. Performance of pier has a direct relation with protrusions of roughnesses and effective area across the downward stream path, with respect to increase in width of pier restriction. Performance of pier in reducing scour is increased and length and width of final digged hole are decreased, as protrusion of roughnesses is increased. Designed diagram and equations that are presented in this study can be used for selecting optimum distance between roughnesses. In constant C/D=0.06 and protrusions of 0.06 and 0.07 of pier diameter, optimum distance of roughnesses is estimated to be 0.51 of pier diameter. Best performance in presence of angular pier and protrusion 0.07of pier diameter is about 34%. Finally it seems that for every roughness with particular protrusion there is an optimum value for distance between roughnesses. Experiments of pier with presence of rounded roughnesses are done with this consideration that in long periods angular roughnesses are turned to rounded roughnesses. These experiments in addition to representing another form of roughnesses are proofs to performance of angular roughnesses in long periods. For this goal, large diameter of semi ellipse and small radius of semi ellipse is considered to be less than 0.11 and 0.06, respectively. Thus with considering distances between roughnesses, 22% improvement in performance for increasing scour can be achieved. With reducing number of roughnesses it could be seen that presence of roughnesses in all of piers is not necessary. Consequently considering effectiveness of roughnesses in scour factors, their location has a particular range.
پل ها سازه هایی هستند گاهی به دلیل قرار گرفتن در مسیر سیلابی رود خانه تخریب می شوند. آب شستگی موضعی اطراف پایه های پل در طول جریان سیلابی یکی از عوامل تهدیدکننده پایداری آنها به شمار می رود. جریان آب باعث حفر گودال در اطراف پایه و شسته شدن بستر رودخانه می شود و درنتیجه خالی شدن زیر پی و تخریب پل را به دنبال خواهد داشت. مطالعات زیادی جهت ارائه روش های مختلف برای کنترل آب شستگی موضعی در اطراف پایه های پل انجام شده است. بهطور کلی دو روش اصلی برای محافظت پل ها در مقابل پدیده آب شستگی موضعی وجود دارد که شامل بالا بردن مقاومت مواد بستر و کاهش قدرت عوامل فرسایشی است. درروشهای مستقیم کنترل این پدیده، بهمنظور افزایش مقاومت بستر، از سنگ چین، بلوک های سیمانی استفاده می شود. درروشهای غیرمستقیم برای کاهش آب شستگی ناشی از جریان رو به پایین و گرداب نعل اسبی، از تجهیزاتی مانند طوق، شکاف، کابل و... استفاده می شود. یکی از روش های اقتصادی با سهولت اجرا، استفاده از پایه با زبری های بتنی است. با توجه به روش کابل، هرچه زاویه پیچش کابل کمتر باشد؛ راندمان پایه در کاهش آب شستگی موضعی افزایش می یابد. قابلیت کاهش زاویه زبری های بتنی تا صفر درجه سبب برتری این روش نسبت به روش کابل می شود. مزیت دیگر زبری های بتنی نسبت به سایر روش ها نبود امکان جابجایی آنها توسط عوامل انسانی است. در تحقیق حاضر به بررسی میزان تأثیر زبری های بتنی در کاهش عوامل آب شستگی موضعی پرداختهشده است. بهمنظور رسیدن به هدف فوق از 17 پایه با مشخصات زبری متفاوت در دو حالت پایه در حضور زبری های گوشه دار و گوشه گرد استفاده شد. آزمایشها مربوط به زبری ها گوشه hy;دار به کمک 11 پایه با مقدار عرض زبری ثابت و برابر با 06/0 قطر انجام شد. افزایش بیرون زدگی زبری ها سبب افزایش کارایی آنها می شود. ولی در شرایطی که فاصله بین زبری ها کمتر از مقدار بهینه باشد؛ افزایش عرض پایه (درنتیجه وجود زبری ها) عاملی برای کاهش کارایی زبری ها است. عملکرد پایه با توجه به محدودیت افزایش عرض پایه با بیرون زدگی زبری ها و سطح مؤثر موجود در مسیر جریان رو به پایین رابطه مستقیم دارد. هر چه میزان بیرون زدگی زبری ها بیشتر باشد میزان عملکرد پایه جهت کاهش آب شستگی موضعی افزایشیافته و طول و عرض گودال نهایی حفرشده کاهش می یابد. نمودار طراحی و معادله ارائهشده در این تحقیق جهت انتخاب مقدار بهینه فاصله بین زبری ها کارایی دارد. مقدار فاصله بهینه زبری ها 51/0 قطر پایه بدست می آید. بیشترین میزان عملکرد درحضور پایه با زبری گوشه دار برابر با 34% حاصل می شود. زبری های گوشه دار در طولانیمدت به شکل گوشه گرد تغییر حالت می دهند. راندمان 22 درصدی در حضور زبری های گوشه گرد علاوه بر ارائه شکل دیگری از زبری ها تأییدی بر کارایی زبری های گوشه دار در طولانیمدت بود. با کاهش تعداد زبری ها، مشخص شد که حضور زبری ها در کل پایه ضروری نیست. درنتیجه محل قرارگیری زبری ها با توجه به میزان تأثیرشان بر عوامل آب شستگی محدوده مشخصی دارد. کلمات کلیدی: آب شستگی موضعی، پایه پل، کنترل آب شستگی موضعی، زبری بتنی