آب شستگی پایه های پلها

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی عمران
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:145
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چکیده ۱

اهمیت پل دربرقراری راه های ارتباطی برکسی پوشیده نیست. همه ساله هزاران پل در سراسر جهان در اثرآب شکستگی در اطراف پایه های آن ها تخریب شده  و یا خسارت می بینند.

تخریب و خسارت وارده بر پل ها علاوه بر ضررهای مالی از آن جا که اغلب  در هنگام سیل رخ می دهد به علت قطع راه های ارتباطی، کمک به مناطق سیل زده  را  مختل نموده  و از این نظر عواقب اجتماعی نیز به دنبال دارد.

کنترل در محافظت اطراف پایه های پل در مناطق آب شکستگی خواهد توانست از وارد آمدن این خسارات پیش گیری نماید و از این رو تحقیق و مطالعه بر روی این موضوع حائز اهمیت زیادی می باشد.

انواع آب شکستگی: ۲

سه نوع آب شکستگی در محل یک پل ممکن است به وجود آید.

الف) آب شکستگی عمومی:

این آب شکستگی هنگامی رخ می دهد که کل بستر رودخانه در بازه ای که  پل در آن قرار دارد به عللی در حال پایین رفتن باشد.

ب) آب شکستگی دراثرتنگ شدگی:

معمولا برای کاهش طول پل عرض رودخانه در محل احداث پل کم می شود. کاهش عرض رودخانه منجر به افزایش سرعت و ایجاد آب شکستگی در محل پل می شود.

ج) آب شکستگی موضعی:

این آب شکستگی ناشی ازبرخورد مستقیم آب به پایه های پل و در نتیجه جدا شدن مصالح اطراف پایه و حمل آن ها به پایین دست می باشد.

آب شکستگی ایجاد شده درمحل یک پل می تواند مجموع هر سه نوع آب شکستگی فوق باشد پی های پایه های پل باید در زیر حداکثر تر از آب شکستگی قرارگیرد در غیر این صورت زیر پی خالی شده و  پل خسارت میبیند.

و روشن است که که پی های عمیق تر پرهزینه تر نیز می باشد.

کنترل آب شکستگی عمومی به مطالعات ساماندهی رودخانه برمی گردد. آب شکستگی در اثر تنگ شدگی نیز در کل مقطع پل اتفاق می افتد و ضمن داشتن اثرتخفیف دهنده بر روی بالا زدگی آب در محل پل به سختی می توان از آن پیش گیری نمود. و معمولا محاسبه شده و پذیرفته می شود. آب شکستگی موضعی در اطراف پایه ها اتفاق می افتد (و البته کناره های پل که آنها را نیز می توان به صورت یک پایه داخل آب در نظرگرفت).

اگر بتوان این نوع آب شکستگی را به حداقل رساند مسلما می توان هزینه  احداث پی های عمیق را کاهش داد و یا از تخریب پل هایی که پی آن ها در معرض آب شکستگی قرار دارند جلوگیری کرد.

به نظرسلیمی و همکاران با قرارگیری پایه پل در مسیر حرکت آب، جریان سه بعدی پیچیده ای اطراف پایه و بعد از آن شکل می گیرد که ممکن است از قدرت کافی برای فرسایش بستراطراف پایه برخوردار باشد در نتیجه گذشت زمان، حفره ای اطراف پایه تشکیل می شود که در صورت طراحی نادرست و پیش بینی کم عمق پی، می تواند سبب آسیب جدی و حتی فروریختن عرشه پل شود.

این فرسایش علاوه بر فرسایش عمومی که می تواند در محل قرارگیری  پل به وقوع بپیوندد بوده  و از نوع موضعی می باشد نظر به اهمیت موضوع و صدمات جدی که این پدیده می تواند در پی داشته باشد محققین و دانشمندان بسیاری در طول دهه های گذشته در این زمینه تحقیقات علمی فراوانی انجام  داده اند.

این تحقیقات به طورکلی شامل بررسی اثر پایه برآب شکستگی، شناخت اثر شرایط و نوع جریان بر آب شکستگی اثر نوع و خصوصیات رسوب بر آب شکستگی بوده است.

همچنین تحقیقات گسترده ای راجع به روش های حفاظتی  برای کاهش اثرات فرسایش جریان شکل گرفته در اطراف پایه صورت پذیرفته که نتایج آن ها در قالب  مقالات، گزارشات  و کتب منتشر و منعکس شده و می شوند.

از مواردی که تاکنون کمتر مورد توجه محققین قرارداشته، بحث قرارگیری پایه (المان های لاغر) به صورت کج در برابر جریان آب می باشد که با توجه به پیشرفت فناوری طراحی و ساخت در مهندسی عمران، احتمال ساخت این گونه سازه ها در موقعیت های مکانی و یا معیاری خاص وجود داشته (شکل ۱).

و همچنین مجهول بودن اثرات آن به عنوان یک پدیده و رفتارجریان سه بعدی حول پایه سبب جلب توجه محققین برای بررسی آن گردیده است.

به عنوان نمونه Bazkus and yildiz (2001) , (2004) به بررسی آب شکستگی اطراف پایه کج شده به سمت پایین دست جریان پرداخته اند  که نتایج جالب توجهی درخلال تحقیقات ایشان بدست آمد.

از نظر تورج صمیمی بهبهان و همکاران روش هایی که تاکنون برای کنترل آب شکستگی موضعی مورد استفاده قرار گرفته اند را می توان در دو گروه تقسیم بندی کرد.

گروه اول روش هایی هستند که درآن ها قدرت عوامل فرسایش یعنی جریان رو به پایین و گرداب نیل اسلی کاهش داده می شود که از جمله  این روش ها میتوان به استفاده از طوق و شکاف اشاره کرد .

در دسته دوم کنترل آب شکستگی موضعی، مقاومت مصالح بستر  بالا برده میشود. اقدامات بازدارنده ای که برای آب شکستگی محلی در اطراف  پایه های پل تا به حال اجرا شده اند را می توان در موارد زیر خلاصه کرده:

۱- سنگ ریز حفاظتی ۲- تشک حفاظتی ۳- منحرف کننده ها.

در مورد هر کدام از روش های ذکر شده تحقیقات گسترده ایی انجام گرفته است. مطالعات توماس (۱۹۶۷)، تاناکاریانو(۱۹۶۷)، نیل (۱۹۷۳) واتما (۱۹۸۰) نشان  داد که قراردادن یک صفحه گسترده یا طوق در اطراف پایه با منحرف کردن و کاهش جریان رو به پایین مناطق آب شکستگی را  کاهش می دهد.

(۱۹۹۲، CHiew) در زمینه استفاده از شکاف در کاهش میزان آب شکستگی میتوان به تحقیقات چیو(۱۹۹۲)، کوبار(۱۹۹۹) و حیدرپور(۲۰۰۲) در پایه های منفرد و همچنین بایرام و لارسن (۲۰۰۰)، رودکیوی و ساترلند (۱۹۸۷) و حیدرپور و همکاران (۲۰۰۳) در گروه پایه ها اشاره کرد.

مکانیزم آب شستگی در اطراف پایه های پل

امیر رضا زراتی  و همکارش  معتقدند که برای کنترل آب شستگی ابتدا لازم است مکانیزم آن مورد مطالعه قرار گیرد . محققین زیادی در مورد الگوی جریان و مکانیزم آب شستگی در اطراف پایه های پل مطالعه کرده اند.

می توان مکانیزم آب شستگی و الگوی جریان در اطراف یک پایه را به صورت زیر خلاصه نمود پس از برخورد جریان آب به دماغه پایه به تناسب سرعت جریان روی پایه فشار ایجاد می شود و از آنجا که سرعت جریان از بستر رودخانه به طرف سطح آب بیشتر می شود فشار بیشتری نیز در ترازهای بالاتر روی پایه ایجاد می گردد و به این ترتیب یک گرادیان فشار روی پایه از بالا به پایین می آید که خود باعث ایجاد یک جریان رو به پایین در جلو پایه میشود این جریان رو به پایین در برخورد به بستر رودخانه ضمن حفر بستر به هر طرف پراکنده می شود.

با حفر بستر در جلو پایه جریان رو به پایین به داخل این حفره نفوذ کرده و به طرف بالا دست می چرخد و گردابی را به وجود می آورد با پدید آمدن این گرداب عمل خود گودال تسریع شده و با گود شدن آن و ریزش دیواره های اطراف گستره آن نیز بیشتر می شود .

چرخش جریان در دور پایه نیز باعث افزایش موضعی سرعت و تمرکز تنش در دو طرف پایه می شود و در نتیجه در شیارخود به حمل مصالح کنده شده در جلو پایه و در نتیجه عمیق ترشدن حفره آب شکستگی کمک می کند.

چرخش آب در داخل گودال جلو پایه به دو طرف پایه نیز کشیده می شود و در مجموع گردابی را ایجاد می نماید که در پلان به نعل اسب شبیه است واز آن رو به آن  گرداب نعل اسبی می گویند (شکل ۱) امتداد گرداب نعل اسبی در پایین دست پایه به آشفتگی جریان می پیوندد.

از طرفی جریان برخورد کرده به پایه در کناره های آن از پایه جدا می شود و به این دلیل گرداب هایی تشکیل می شود که محور آن ها عمود بر بستر رودخانه  می باشد  و  به آن ها گرداب های برخاستگی می گویند.

این گرداب ها در کناره ها و پایین دست پایه به وجود آمده به صورت  چرخش هایی در سطح آب قابل مشاهده می باشند و نیز مانند  یک گروه و ذرات بستر را جدا کرده در معرض جریان قرارمی دهند.

به این ترتیب گرداب های برخاستگی به حمل مصالح کنده شده از جلو واطراف پایه به سمت پایین دست کمک می کنند و خود نیز گودال حفر می نمایند.

هر گودال آب شکستگی توسط گرداب نعل اسبی آن قدر ادامه می یابد تا حجم آب  داخل حفره زیاد شده و انرژی گرداب را مستهلک نماید.  در این جا عمق حفره آب شکستگی به تعادل رسیده و ثابت می گردد.

مشاهدات نشان می دهند که آب شکستگی در اطراف پایه ها هنگامی  که آغاز می شود که تنش روی ذرات بستر در مقطع بالا دست پایه به نصف تنش بحرانی آنها برسد به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که وجود پایه باعث افزایش موضعی تنش روی ذرات بستر به میزان دو برابر می شود.

با افزایش تنش از این مقدار عمق و در نتیجه گستره حفره آب شکستگی در اطراف پایه بیشترمی شود تا جایی که تنش روی ذرات بستر در بالا دست محل پایه به تنش بحرانی برسد در این حال حداکثر عمق حفره آب شکستگی به وجود می آید.

اگر تنش از این مقدار نیز بیشتر شود بستر رودخانه در بالا دست پل نیز به حرکت می افتد و رسوبی که از بالا دست به محل پل می رسد حفره آب شکستگی ریخته عمق آن را کاهش می دهد (شکل ۳).

لازم به ذکر است که در بررسی مکانیزم آب شکستگی، فرض شده که بستر از مصالح دانه ای تشکیل شده است مکانیزم آب شکستگی بستر تشکیل شده از مصالح چسبنده متفاوت بوده و مطالعه در این مورد در اطراف پایه های پل  انجام شده است.

روابط پیش بینی حداکثرعمق آب شکستگی: ۶
تجهیزات آزمایشگاهی: ۷
مشخصات و محدوده آزمایش ها: ۸
نحوه اجرای آزمایش ها: ۹
تغییرات حداکثر عمق آب شکستگی: ۱۲
تغییرات پروفیل های طول حفره آب شکستگی: ۱۲
تغییرات پروفیل های عرضی حفره آب شکستگی: ۱۳
استفاده از طوق برای کاهش آب شکستگی: ۱۴
انجام آزمایش فوق با وجود طوق: ۱۵
نحوع آب شکستگی در اطراف پایه پس از نصب طوق: ۱۶
نتایج: ۲۲

طوق وسیله ای ساده و ارزان برای کاهش آب شکستگی در اطراف پایه های پل می باشد. نصب طوق هم روی پایه هایی که در حال ساخت و هم روی پایه های اجرا شده به سادگی امکان پذیراست و نسبت به سنگ چین در اطراف پایه ها دارای دوانم بیش تری بوده دبی طراحی نیز برای آن مطرح نمی باشد.اگر احتمال آب شکستگی عمومی در مسیر رودخانه وجود داشته باشد سنگ چین نیز به همراه آن نشسته خواهد شد ولی فقط تراز طوق تغییر خواهد کرد و با پایین رفتن بستر و قرارگرفتن طوق در ترازی بالاتر از آن کارائی آن کاسته خواهد شد. که آن نیز با پایین بردن تراز طوق قابل جبران خواهد بود. در این مطالعات کارایی یک نیم طوق روی پایه هایی با مقطع مستطیلی مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت.

خلاصه نتایج گرفته شده از این مطالعات به شرح زیر می باشد:

۱- هرچه طوق پایین تر نصب شود درصد کاهش آب شکستگی بیش تر خواهد بود. البته هرچه طوق پایین تر از بستر برده شود فضای روی آن نیز جزو آب شکستگی محسوب می شود و بنابراین می توان گفت عمق بهینه در زیر بستر برای نصب طوق وجود دارد که در آن عمق حداکثر کاهش آب شکستگی نتیجه خواهد شد.

۲- وجود طوق باعث به تأخیر افتادن آب شکستگی می شود. همچنین با وجود طوق ابتدا حفره آب شکستگی در سطح گسترده شده و سپس عمیق می شود.

۳- نصب یک طوق با عرض برابر نصف عرض پایه به شکل U وقتی ۱۰ درصد عمق بالاتر ازبستر، روی بستر و یا ۲۰ درصد عمق زیر بستر نصب شود به ترتیب حدود ۱۰ درصد، ۲۰ درصد و ۴۰ درصد حداکثر آب شکستگی در جلو پایه را کاهش خواهد داد.

۴- نصب یک طوق با عرض برابرعرض پایه وقتی روی بستر و یا ۱۰ درصد عمق زیر بستر نصب شود حدود ۸۰ درصد آب شکستگی را نسبت به پایه بدون حفاظ در مدت مشابه کاهش می دهد.

۵- نصب یک طوق دوم در ترازی بلاتری می تواند به کاهش بیش تر آب شکستگی کمک کند.

۶- کارایی طوق روی پایه هائی با مقطع مستطیلی در حدود یابی تر از پایه های استوانه ای می باشد انجام این آزمایش ها نشان دادند که طوق  می تواند وسیله ای مطمئن و ارزان برای کنترل آب شکستگی در اطراف پایه ها باشد.

در آخر: آزمایش های بسیار طولانی مدت (در حدود یک هفته) و استفاده از نرم افزارهای surfer و Ansys برای یافتن حداکثر ممکن عمق آب شکستگی با وجود طوق توصیه می گردد. همچنین نصب طوق در روی پایه های پل و مشاهده میزان آب شکستگی پس از عبور پند سیل به شناخت عملکرد طوق کمک شایانی خواهد نمود.

مراجع: ۲۳

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت