اثر پره های مستغرق بر روی آبشستگی گروه پایه

چکیده آبشستگی اطراف پایه ها یکی از عمده ترین مشکلات سازه هایی نظیر پل ها است که پایه آنها در رودخانه های فرسایش پذیر قرار دارد. به طوریکه طبق تحقیقات انجام شده،60 درصد از تخریب پل ها را می توان به آبشستگی یا عوامل هیدرولیکی دیگر نسبت داد. روش های مختلفی برای جلوگیری و کاهش آبشستگی پیشنهاد شده است که از آن جمله می توان به استفاده از سنگچین، طوقه، شکاف و... اشاره کرد. استفاده از پره یکی دیگر از روش هایی است که برای کاهش آبشستگی موضعی پایه های پل پیشنهاد شده است. آبشستگی در تک پایه ها توسط محققان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است در حالیکه در زمینه آبشستگی گروه پایه ها تحقیقات زیادی انجام نشده است. از آنجا که آبشستگی در گروه پایه ها متأثر از عواملی است که در تک پایه ها تعیین کننده نیستند، تحقیق در این زمینه ضروری به نظر می رسد. عوامل موثر بر آبشستگی گروه پایه ها عبارتند از: عامل تقویت کنندگی عمق آبشستگی پایه های بالادست، عامل حفاظ بودن، گرداب های نعل اسبی به هم فشرده شده و گرداب های جاری. در این تحقیق تاثیر تغییر فاصله بین پایه های استوانه ای بر آبشستگی و نیز عملکرد پره در گروه پایه ها ی قرار گرفته در مسیر جریان در چهار فاصله مختلف بین پایه ها مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها تحت شرایط آب صاف و دبی ثابت در بازه زمانی 8 ساعت در فلوم آزمایشی به طول 7 متر، عرض 32/ متر و ارتفاع 35/0 متر در آزمایشگاه هیدرویک دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شد. 9 برداشت به صورت آزمایشات شاهد و 9 آزمایش اصلی با استفاده از پره انجام شد. برای این کار ازپایه هایی مدور به قطر 20 میلیمتر با فاصله بین پایه ها (مرکز تا مرکز) 2، 3، 4 و 5 برابر قطر پایه ها استفاده شد. پره های مورد استفاده دارای طولی برابر با قطر پایه، ضخامت 10 میلیمتر و ارتفاع 130 میلیمتر بودند و زاویه برخورد پره ها نسبت به جهت جریان اصلی 5/18 درجه بود. در این تحقیق از یک نوع ماسه ریخته گری گرد گوشه دارای mm71/0=d50 و 26/1=g? با چگالی نسبی 65/2 استفاده شد. اندازه گیری سرعت های سه بعدی لحظه ای در مقاطع مختلف طولی و عرضی در اطراف پایه ها با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی انجام گردید. مولفه های سرعت متوسط، مقادیر آشفتگی و تنش های رینولدز با استفاده از سرعت های لحظه ای اندازه گیری شده، محاسبه گردید. گودال آبشستگی به وسیله سیمان تثبیت شد تا پروفیل برداری به آسانی انجام گیرد. نتایج آزمایش نشان داد، با توجه به اینکه عامل حفاظ بودن باعث کاهش عمق آبشستگی در پایه های عقبی می شود، حضور پره تأثیر این عامل را در گروه پایه ها افزایش می دهد. عملکرد پره در کاهش عمق آبشستگی پایه اول گروه پایه ها منفی است و تأثیری بر آنها ندارد. پره موجب می شود که با افزایش پایه ها از دوتایی به سه تایی پدیده تقویت کنندگی کاهش یابد و عملکرد آن در کاهش عمق نهایی آبشستگی پایه اول و دوم افزایش یابد. حضور پره در گروه پایه دوتایی در فواصل b2 و b3 عمق آبشستگی پایه دوم را به ترتیب 27 و 3/12 درصد نسبت به گروه پایه بدون پره کاهش داد. همچنین در گروه پایه سه تایی در فواصل b2 وb3 عمق آبشستگی پایه وسطی به ترتیب 8/41 و 7/32 درصد نسبت به گروه پایه بدون پره کاهش یافت. عمق آبشستگی پایه سوم با حضور پره در فواصل b2 وb3 به مقدار 5/28 و 18/18 درصد کاهش یافت. پره در گروه پایه دوتایی و سه تایی با فواصل b4 و b5 تأثیر مثبتی نداشت. بررسی های انجام شده روی پروفیل های سرعت و تنش حول پایه ها نشان دهنده حضور توأمان گرداب-های نعل اسبی و جریان های رو به پایین در بالادست پایه ها می باشد. در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب بوجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. حضور پره موجب افزایش سرعت جریان رو به پایین در جلوی پایه شده است ولی در پایین دست پایه ها جریان رو به پایین مشاهده نشد. مقادیر نوسانات سرعت در بالادست پایه ها و به محض ورود به گودال آبشستگی افزایش می یابد از اینرو درون حفره یک هسته با شدت توربولانس زیاد در جلوی پایه ها وجود دارد که نتیجه ی جدایی جریان در آنجا است. بررسی پروفیل های شدت آشفتگی طولی و نیز سرعت طولی در مقاطع عرضی پشت پایه نشان می دهد که نوسانات شدید سرعت طولی در پشت پایه در اثر پدیده برخاستگی از عوامل مهم کاهش سرعت طولی در این منطقه است.