مطالعه آزمایشگاهی اثر پارامترهای هندسی بر زمان تعادل آب‌شستگی اطراف گروه پایه مرکب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های آبی، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت.

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران و وابسته پژوهشی پژوهشکده حوضه آبی دریای خزر، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت.

4 دانشیار گروه عمران و محیط زیست، دانشکده عمران، دانشگاه پلی تکنیک میلان، ایتالیا، میلان.

چکیده

آب‌شستگی در مجاورت پایه‌های پل یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر پایداری پل‌های احداث شده در رودخانه‌ها می‌باشد. با توجه به اهمیت بررسی مکانیزم‌ها و پارامترهای اثرگذار بر مقدار عمق آب‌شستگی، تاکنون محققین زیادی به بررسی آن پرداخته­اند. یکی از موضوع­های مهم در این زمینه، اطمینان از حصول عمق تعادل آب‌شستگی و مدت زمان رسیدن به آن می­باشد. در تحقیق حاضر، اثر پارامترهای هندسی گروه پایه مرکب بر زمان تعادل آب­شستگی به‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها روی گروه پایه کج نصب شده روی سر شمع با ضخامت­های نسبی (Tpc/D) 9/0 و 4/1، گروه شمع‌هایی با قطر‌های نسبی مختلف (dp/D) 6/0 و 9/0، آرایش‌ شمع‌های 2×2 و 3×2 و تراز نسبی کارگذاری سر‌شمع (Z/D) 1،2، 3 و4 انجام شدند. مقایسه نتایج نشان داد در هر تراز نسبی کارگذاری سرشمع­ها، زمان تعادل آب­شستگی با افزایش قطر شمع­ها و تعداد شمع­ها افزایش می­یابد. همچنین در ترازهای کارگذاری سرشمع در نزدیکی بستر، با افزایش ضخامت سرشمع­ها، زمان تعادل آب‌شستگی کاهش یافته و ولی با افزایش ترازکارگذاری و امکان عبور بیشتر جریان از فضای زیر سرشمع، زمان تعادل آب‌شستگی افزایش می‌یابد. علاوه‌براین، رابطه رگرسیونی برای برآورد زمان تعادل آب‌شستگی در دامنه داده­های آزمایشگاهی تحقیق حاضر ارائه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of the effect of geometrical parameters on the equilibrium time of scour around the complex pier group

نویسندگان [English]

  • Sepideh Rahim Nejad 1
  • Mahdi Esmaeili Varaki 2
  • Behnam Shafiei 3
  • Alessio Radice 4
1 M.Sc. student, Depratment of Water Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran.
2 Associate Professor, Depratment of Water Engineering, Department of water and environmental engineering, Caspian Sea basin research center, University of Guilan, Rasht, Iran.(
3 Assistant Professor, Depratment of Water Engineering, University of Guilan, Rasht.
4 Associate Professor, Depratment of Civil and Environmental Engineering, Politecnico di Milano, Milan, Italy.
چکیده [English]

Scour around the bridge piers is a kind of erosion that occurs due to complex vortex flows and finally creates a hole around the bridge piers (Yang et al., 2019). The maximum scour depth, which called Equilibrium scour depth, can take a very long time to reach. Although many researches have been carried out to determine the equilibrium scour time, there is still no suitable criteria for determining the equilibrium scour time for the complex piers which consist of the pile group, pile cap and piers. In the present study, considering the importance of this fact that the local scour process is dependent on time, the effect of the complex pier geometrical parameters on the equilibrium scour time around the complex pier is investigated. In addition, a regression equation for the estimation of equilibrium scour time was presented which has suitable performance to estimate desired output in the range of the experimental data of the present study.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Complex pier
  • Equilibrium scour time
  • Scour depth
  • Pile cap geometry

مراجع

  • Chabert, J. and Engeldinger, P., 1956. Study of the scour around the bridge piers. Laboratoire National d'Hydraulique. Chatou, October.
    •  
  • Coleman, S. E., Lauchlan, C.S. and Melville, B. W., 2003. Clear water scour development at bridge abutments. Journal of Hydraulic Research, 41(5): 521-531. Doi: 1080/00221680309499997.

 

  • Esmaeili Varaki, M., Tavazo, N. and Radice, A., 2022. Using a bed sill as a countermeasure for clear-water scour at a complex pier with inclined columns footed on capped piles. Hydrology, 9(65): 1-19. Doi: 3390/hydrology9040065.

 

  • Ferraro, D., Tafarojnoruz, A., Gaudio, R. and Cardoso, A. H., 2013. Effects of pile cap thickness on the maximum scour depth at a complex pier. Journal of Hydraulic Engineering, 139 (5): 482–491. Doi: 10.1061/(ASCE)HY .1943-7900.0000704.

 

  • Grimaldi, C., 2005. Non-conventional countermeasures against local scouring at bridge piers. D. Thesis, Hydraulic Engineering for Environment and Territory, Univ. of Calabria.

 

  • Krause, P., Boyle, D. and Bäse, F., 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. Advances in Geosciences, 5: 89-97.doi:10.5194/adgeo-5-89-2005.

 

  • Lagasse, P. F., Clopper, P.E., Pagan-Qrtiz, J. E., Zevenbergen,L. W., Arneson, L. A., Schall, J. D. and Girard. L. G., 2009. Bridge Scour and Stream Instability Countermeasures, Experience, Selection, and Design Guidance. FHWA, Hydraulic Engineering Cirular, No. 23.

 

  • Lança, R. M., Fael, C. S., Maia, R. J., Pêgo, J. P, and Cardoso. A. H., 2013. Clear-water scour at comparatively large cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, 139 (11): 1117–1125.

 

  • Lee, S. O., 2006. Physical modeling of local scour around complex bridge piers. Gooria Instiute of Technology.

 

  • Lu, J. Y., Shi, Z. Z., Hong, J. H., Lee, J. J. and Raikar, V. K., 2011. Temporal variation of scour depth at nonuniform cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, 137(1): 45–56.

 

  • Melville, B.W., Sutherland, A.J., 1988. Design method for local scour at bridge piers. . Journal of Hydraulic Engineering, 114(10): 1210-1226.

 

  • Melville, B. W. and Chiew, Y. M, 1999. Time scale for local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 125 (1): 59–65.

 

  • Moreno, M. R. and Couto. L., 2015. Effects of relative column width and pile-cap elevation on local scour depth around complex piers. Journal of Hydraulic Engineering, 142 (2): 04015051.

 

  • Moreno, M. R. and, L., 2016. Prediction of equilibrium local scour depth at complex bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering,142(11): 04016045.

 

  • Nash, J. E. and Sutcliffe, J. V., 1970. River flow forecasting through conceptual models part I—A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10(3): 282-290. Doi:10.1016/0022-1694(70)90255-6.

 

  • Oliveto G. and Hager, W. H., 2002. Temporal evolution of clear-water pier and abutment scour. Journal of Hydraulic Engineering, 128(9): 811- Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:9(811).
  • Oliveto, G., and Hager. W. H., 2005. Further results to time-dependent local scour at bridge elements. Journal of Hydraulic Engineering, 131(2): 97-

 

  • Raudkivi, A. J. and Ettema. R., 1983. Clear-water scour at cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, 109(3): 339-350.

 

  • Richardson, E. V. and Davis, S. R., 2001. Evaluating scour at bridges. Hydraulic Engineering Circular No. 18 (HEC-18). Rep. No. FHWA NHI 01-001, Federal Highway Administration, Washington, D.C.

 

  • Sheppard, D. M. and Renna, R. 2005. Florida bridge scour manual. Tallahassee, FL: Published by Florida Department of Transportation.

 

  • Simarro, G., Fael, C. M. and Cardoso, A. H., 2011. Estimating equilibrium scour depth at cylindrical piers in experimental studies. Journal of Hydraulic Engineering, 137 (9): 1089–1093.

 

  • Yang, Y. Melville, B.W. Macky, G. H. and Shamseldin, A. Y., 2019. Local scour at complex bridge piers in close proximity under clear-water and live-bed flow regime. , 11: 1530. doi.org/10.3390/w11081530.

 

  • Yang, Y., Melville, B.W. Macky, G. H. and Shamseldin, A. Y., 2020. Temporal evolution of clear water local scour at aligned and skewed complex bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 146(4): 04020026.
علوم و مهندسی آبیاری
دوره 47، شماره 1
خرداد 1403
صفحه 99-117

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 آذر 1401
  • تاریخ بازنگری: 09 اردیبهشت 1402
  • تاریخ پذیرش: 11 اردیبهشت 1402
  • تاریخ انتشار: 01 خرداد 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار