SUPERVISOR
منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما) محمد شایان نژاد (استاد راهنما) سیداحمد مرتضوی (استاد مشاور)
STUDENT
Mohsen Sadeghi
محسن صادقی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Investigation of simultaneous use of collar and cable on local scouring around round-nosed rectangular piers
Scouring is one of the important issues in river and coastal engineering. When a structure is placed on a river, its foundations should be laid within the river and its strength ensures the stability of the bridge. Local scour around the bridge piers is one of the threats to their stability. In addition to physical damage, there is plenty of damage to life and social problems during floods. Therefore, the prediction of how to create, expand and measure the scour hole around the piers and provide suitable methods for controlling and reducing local scouring, need extensive investigation. In general, there are two basic methods for protecting the bridges piers against the scouring phenomenon: increasing the material resistance around piers and reducing the strength of the erosion agents. The purpose of this study was to investigate the effects of simultaneous use of cable and collar on controlling and reducing local scouring in cylindrical and round nosed rectangular piers. In this research, a cylindrical pier with a diameter of 3cm and a round nosed rectangular pier with 3cm width and length to width ratio (L/b) of 2, 3 and 4 were used. Cable diameter ratio of 0.15 (D C /D P ) with a 15 degree curvature and a rectangular collar with a collar width to the pier diameter ratio (W/D) of 2 were used. The results indicated that with increasing L/b the scour depth decreases. In addition, the time development of scouring in the rectangular nosed pier is lower than that in the cylindrical pier. Also with an increase in L/b the scouring development time decreases further. The length of the rectangular round nosed pier reduces the energy and the strength of the horseshoe vortex and the increase in the L/b of the pier exacerbates this trend. The results showed that cables causes the strength of downflow and as a result the strength of horseshow and wake vortex decreases. Due to the increase in the length of the round nosed rectangular piers the efficiency of the cable is reduced. The pier cable efficiency for the cylindrical pier was 10.7%. Also, the pier cable efficiency for round nosed rectangular pier was occurred for ratio of L/b=2 and was 8.4%.The results showed the collar safety agent of the coupler caused delay in starting of the scour. The best collar efficiency for the cylindrical pier was 26.9%. Also, the pier collar efficiency for round nosed rectangular piers was for L/b=4 and equal to 55.4%. The pier collar efficiency for simultaneous use of collar and cable for cylindrical pier was 38.3%. Also, the pier efficiency for simultaneous use of collar and cable for rectangular round nose pier was for L/b=4 ratio and equal to 58.5%.With the taking the velocity profiles around the round nosed rectangular pier with a ratio of L/b=4, it was found that the phenomenon of separation of flow occurs at the front of the pier and in the inner region of the scour hole. On the other hand the phenomenon of separation of flow behind of the pier occurs in the outer area of ??the scour hole. Using the quadrant analysis on the upstream and downstream round nosed rectangular piers, the probability of a sweeping event is higher than other events in the scouring phenomenon. Key Words Local Scouring, Cylindrical Piers, Round Nose Rectangular Piers, Cable, Rectangular Collar.
مسئله آبشستگی یکی از مسائل مهم در مهندسی رودخانه و سواحل می باشد. وقتی سازه ای بر روی رودخانه ای قرار می گیرد این کار مستلزم قرارگیری پایه ها در داخل رودخانه است که استحکام آن ها، پایداری پل را تضمین می نماید. آبشستگی موضعی در اطراف پایه های پل در طول جریان های سیلابی یکی از عوامل تهدیدکننده پایداری آن ها به شمار می آید، که علاوه بر خسارت مادی، در مواقع سیلابی خسارت جانی و مسائل اجتماعی زیادی را به دنبال دارد. بنابراین پیش بینی نحوه ایجاد، گسترش و ابعاد گودال آبشستگی در پایه ها و ارائه روش های مناسب به منظور کنترل و کاهش آبشستگی موضعی به تحقیقات گسترده ای نیاز دارد. به طور کلی دو روش اساسی برای محافظت پایه پل ها در مقابل پدیده آبشستگی وجود دارد که عبارتنداز: بالا بردن مقاومت مواد بستر و کاهش قدرت عوامل فرسایش. هدف از این پژوهش، بررسی اثرات کاربرد کابل و طوق در کنترل و کاهش آبشستگی موضعی در پایه های استوانه ای و مستطیلی دماغه گرد می باشد. در این پژوهش از پایه استوانه ای به قطر cm3 و پایه های مستطیلی دماغه گرد با عرض cm3 با نسبت طول به عرض (L/b) 2، 3 و 4 استفاده گردید. همچنین از کابل با نسبت قطر کابل به قطر پایه (D C /D P ) 15/0 با زاویه پیچش 15 درجه در پایه محافظت شده با کابل و طوق مستطیلی با نسبت عرض طوق به قطر پایه (W/D) برابر با 2 استفاده گردید. نتایج آزمایش ها نشان داد با افزایش نسبت (L/b) عمق آبشستگی کاهش می یابد. علاوه بر آن توسعه زمانی آبشستگی در پایه های مستطیلی دماغه گرد کمتر از پایه استوانه ای می باشد و با افزایش نسبت (L/b) نیز توسعه زمانی آبشستگی بیشتر کاهش می یابد. طول پایه مستطیلی دماغه گرد موجب مستهلک شدن انرژی و کاهش قدرت گردابهای نعل اسبی می شود و افزایش نسبت (L/b) پایه ها این روند را تشدید می کند. نتایج نشان داد کابل باعث کاهش قدرت جریان رو به پایین و در نتیجه گرداب های نعل اسبی و گرداب های برخاستگی می گردد و با افزایش طول پایه های مستطیلی دماغه گرد از عملکرد کابل کاسته می شود. بهترین راندمان کابل برای پایه استوانه ای برابر با 7/10 درصد به دست آمد. همچنین بهترین راندمان کابل در پایه های مستطیلی دماغه گرد برای پایه با نسبت 2= L/b برابر با 4/8 درصد به دست آمد. نتایج آزمایشات مربوط به پایه های محافظت شده با طوق نشان داد عامل حفاظتی طوق باعث به تأخیر افتادن زمان شروع آبشستگی و در نتیجه کاهش عمق آبشستگی به میزان قابل توجهی می گردد. بهترین راندمان طوق برای پایه استوانه ای برابر با 9/26 درصد به دست آمد. همچنین بهترین راندمان طوق در پایه های مستطیلی دماغه گرد برای پایه با نسبت 4= L/b برابر با 4/55 درصد به دست آمد. بهترین راندمان برای پایه استوانه ای محافظت شده هم زمان با کابل و طوق برابر با 3/38 درصد به دست آمد. همچنین بهترین راندمان برای پایه های مستطیلی دماغه گرد محافظت شده هم زمان با کابل و طوق برای پایه با نسبت 4= L/b برابر با 5/58 درصد به دست آمد. با برداشت پروفیل های سرعت در اطراف پایه مستطیلی دماغه گرد با نسبت 4= L/b مشخص شد که پدیده جدایی جریان در جلوی پایه و در منطقه درونی گودال رخ می دهد، این در حالی است که در پشت پایه پدیده جدایی جریان در منطقه بیرونی گودال اتفاق می افتد. با استفاده از تحلیل کوادرانت در بالادست و پایین دست پایه مشخص گردید احتمال وقوع رویداد جاروبی بیشتر از رویدادهای دیگر در پدیده آبشستگی است. کلمات کلیدی : آبشستگی موضعی، پایه استوانه ای، پایه مستطیلی دماغه گرد، کابل، طوق مستطیلی