بررسی آزمایشگاهی تاثیر تجمع اجسام شناور بر آبشستگی موضعی پایه و تکیه گاه پل

تجمع اجسام شناور در اطراف پایه و تکیه گاه های پل موجب کاهش سطح مقطع رودخانه، انحراف جریان، افزایش سرعت جریان و تغییر در الگوی آبشستگی می گردد. یکی از مباحث مهم در طراحی پل بر رودخانه ها، بررسی اثرات منفی ناشی از تجمع اجسام شناور چوبی می باشد این اجسام چوبی، وضعیت گوناگونی از لحاظ شکل جمع شدگی و نحوه قرارگیری در جلوی پایه های پل دارند که بیشتر در طبیعت به شکل مکعب مستطیل در جلو پایه تجمع می یابند. تاثیر اجسام شناور بر آبشستگی پایه پل توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته ولی تاکنون مطالعه کاملی برای بررسی اثر تجمع اجسام شناور بر الگوی جریان و مشخصه های چاله آبشستگی در حالت ترکیب پایه و تکیه گاه پل صورت نگرفته است. از این رو در این پژوهش تاثیر اجسام شناور با خصوصیات هندسی مختلف بر الگوی جریان و آبشستگی بستر در اطراف تکیه گاه و پایه پل به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش تاثیر فاصله بین پایه و تکیه گاه و نیز مشخصات هندسی اجسام شناور (شامل ضخامت، طول موثر و شکل آن ها) بر روی آبشستگی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک و سازه های آبی بخش مهندسی آب دانشگاه شهید باهنر کرمان انجام شد. کانال آزمایشگاهی دارای طول 8 متر، عرض 80 سانتی متر و ارتفاع 60 سانتی متر می باشد. مدل پایه پل (قطر 3cm) و تکیه گاه (6cm*12cm) از جنس گالوانیزه انتخاب گردید. تکیه ستر رسوبی به ضخامت 16 سانتی متر از رسوبات با اندازه متوسط 91/0d50= تشکیل شده بود. برای جلوگیری از شسته شدن رسوبات، بستر کاذب در بالادست و پایین دست بازه مطالعاتی نصب شد. از اجسام منشوری مستطیلی، مثلثی و نیمه-استوانه ای به عنوان مدل اجسام شناور استفاده شد (ضخامت نسبی اجسام شناور (T_d/D) در محدوده 1 تا 3 و طول نسبی اجسام شناور(D_d/D) در محدوده 4 تا 10 متغیر می باشد). سرعت آستانه حرکت ذرات رسوبی و حداکثر سرعت مربوط به آزمایش-های این تحقیق به ترتیب 4/0 و 2/0 متر بر ثانیه می باشد که نشان می دهد، کلیه آزمایش ها در شرایط آب زلال انجام گرفت. نتایج نشان داد که با کاهش فاصله نسبی بین تکیه گاه و پایه پل (G/D) از 66/6 به 33/3 مقدار عمق حداکثر آبشستگی در اطراف پایه پل و تکیه گاه به ترتیب 8 و 5/12 درصد افزایش یافت. همچنین اجسام شناور مستطیلی در مقایسه با سایر شکل های مورد بررسی بیشترین عمق آبشستگی را ایجاد کردند. با افزایش ضخامت نسبی اجسام شناور استوانه ای(T_d/D) از 1 به 3 عمق حداکثر در اطراف پایه پل و تکیه گاه به ترتیب 6/7 و 1/24 درصد افزایش یافت. آزمایش ها نشان داد که طول موثر اجسام شناور نیز تاثیر قابل توجهی بر ابعاد حفره آبشستگی دارد به طوری که عمق حداکثر آبشستگی در حضور اجسام شناور استوانه ای با طول نسبی (D_d/D) 10 در مقایسه با آزمایش شاهد برای پایه و تکیه گاه پل به ترتیب 8/50 و 58 درصد بیشتر بوده است. بر اساس نتایج این پژوهش مشخص گردید که عمق آبشستگی ایجاد شده در حضور اجسام شناور با ضخامت نسبی اجسام شناور رابطه مستقیمی داشته است به طوری که با دو برابر شدن ضخامت نسبی اجسام شناور مستطیلی، عمق آبشستگی در پایه و تکیه گاه پل به ترتیب 2/1 و 05/1 برابر شد. با افزایش قطر نسبی، ابتدا عمق آبشستگی افزایش یافت و سپس به یک مقدار تقریبا ثابتی رسید. بطور مثال برای اجسام شناور مستطیلی با تغییر طول نسبی از 4 به 10، عمق آبشستگی در پایه و تکیه گاه پل به ترتیب 4/22 و 2/10 درصد افزایش یافت ولی برای طول های نسبی بزرگتر، تغییری در عمق آبشستگی مشاهده نشد. همچنین با کاهش فاصله بین پایه و تکیه گاه پل، حداکثر عمق آبشستگی در مقایسه با آزمایش شاهد به طور قابل توجهی افزایش یافت.