دانلود پروژه:بررسی آزمایشگاهی تاثیر ترکیب ابزار­های مختلف در کنترل آبشستگی پیرامون پایه پل مطالعه موردی تاثیر سکو و شکاف بر پایه­های مستطیلی با دماغه نیم­دایره

فصل اول : مقدمه

• مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 22

 

فصل دوم : مفاهیم کلی پدیده آبشستگی (بررسی منابع)

2.1. مقدمه (تعریف آبشستگی) ……………………………………………………………………………………………………………………. 27

2.2. مراحل توسعه آبشستگی ………………………………………………………………………………………………………………………. 28

2.3. انواع آبشستگی ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 30

2.3.1. آبشستگی عمومی ……………………………………………………………………………………………………………………………… 30

2.3.1.1. پایین افتادگی تراز رودخانه …………………………………………………………………………………………………………… 30

2.3.1.2. جابجایی آبراهه (مهاجرت جانبی رودخانه، جابجایی رودخانه در پلان) ………………………………………. 31

2.3.1.3. آبشستگی در خم رودخانه ها ………………………………………………………………………………………………………… 32

2.3.1.4. آبشستگی در محل اتصال آبراهه ها ………………………………………………………………………………………………. 34

2.3.2. آبشستگی موضعی …………………………………………………………………………………………………………………………….. 35

2.3.3. آبشستگی کل ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 36

2.3.4. آبشستگی در آب زلال و آب حاوی رسوب ………………………………………………………………………………………. 37

2.3.5. آبشستگی استاتیکی و دینامیکی ………………………………………………………………………………………………………. 37

2.3.6. آبشستگی دریایی ………………………………………………………………………………………………………………………………. 38

2.3.7. آبشستگی ناشی از قایقرانی ………………………………………………………………………………………………………………. 38

2.4. مبانی فرسایش و رسوب در رودخانه ……………………………………………………………………………………………………. 39

2.4.1. انواع رسوبات ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 39

2.4.2. خواص فیزیکی رسوبات …………………………………………………………………………………………………………………….. 40

2.4.3. توزیع دانه بندی رسوبات ………………………………………………………………………………………………………………….. 44

2.4.4. پدیده مسلح شدن بستر ……………………………………………………………………………………………………………………. 45

2.4.5. بررسی آستانه حرکت ذرات (پایداری و ناپایداری مجاری) ……………………………………………………………… 45

2.4.5.1. روش سرعت بحرانی ………………………………………………………………………………………………………………………. 45

2.4.5.2. روش نیروی بالابرنده ……………………………………………………………………………………………………………………… 46

2.4.5.3. روش تنش برشی بحرانی ………………………………………………………………………………………………………………. 46

2.4.6. شکل های مختلف بستر ……………………………………………………………………………………………………………………. 51

2.5. داده های لازم جهت تخمین عمق آبشستگی ……………………………………………………………………………………… 53

2.5.1. بده جریان (آبدهی) …………………………………………………………………………………………………………………………… 53

2.5.2. هندسه مقطع …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 56

2.5.3. تراز سطح آب و عمق جریان …………………………………………………………………………………………………………….. 58

2.5.4. سرعت جریان ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 60

2.5.5. مصالح بستر ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 61

2.5.6. خصوصیات سازه های مورد نظر ……………………………………………………………………………………………………….. 61

2.6. تجزیه و تحلیل عوامل موثر بر آبشستگی موضعی ……………………………………………………………………………….. 62

2.6.1. شدت جریان ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 63

2.6.2. عمق جریان ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 64

2.6.3. اندازه پایه …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 66

2.6.4. شکل پایه …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 66

2.6.5. زاویه برخورد ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 68

2.6.6. نسبت انقباض …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 69

2.6.7. دانه بندی و درشتی رسوبات …………………………………………………………………………………………………………….. 69

2.6.8. اندازه ذرات ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 71

2.7. آبشستگی اطراف پایه های پل ها ………………………………………………………………………………………………………… 72

2.7.1. الگوی جریان و مکانیزم آبشستگی در اطراف پایه های پل ها …………………………………………………………. 72

2.7.2. تغییرات زمانی آبشستگی ………………………………………………………………………………………………………………….. 77

2.7.3. روابط تخمین ماکزیمم عمق آبشستگی اطراف پایه های پل ها ……………………………………………………… 82

2.7.3.1. روابط تخمین ماکزیمم عمق آبشستگی اطراف پایه های منفرد ………………………………………………….. 82

2.7.3.2. تخمین عمق آبشستگی اطراف پایه های پل با هندسه پیچیده …………………………………………………… 89

2.7.3.2.1. آبشستگی ناشی از پایه ………………………………………………………………………………………………………………. 93

2.7.3.2.2. آبستگی ناشی از سر شمع ………………………………………………………………………………………………………….. 94

2.7.3.2.3. آبشستگی ناشی از گروه شمع ها ……………………………………………………………………………………………….. 96

2.7.3.3. تخمین عمق آبشستگی اطراف گروه پایه ها …………………………………………………………………………………. 99

2.7.3.3.1. دو پایه در راستای جریان (در امتداد هم) …………………………………………………………………………………. 99

2.7.3.3.2. دو پایه با زاویه 90 درجه در برابر جریان (دو پایه در عرض جریان) ……………………………………… 101

2.7.3.3.3. دو پایه با زاویه 45 درجه نسبت به جریان ……………………………………………………………………………… 102

2.7.3.3.4. اثر زاویه برخورد جریان …………………………………………………………………………………………………………… 102

2.8. ماکزیمم عمق آبشستگی موضعی در اطراف پایه های پل ………………………………………………………………… 106

2.8.1. رابطه انگلس (1948) …………………………………………………………………………………………………………………….. 106

2.8.2. بلنچ (1962) ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 107

2.8.3. لاراس (1960 و 1963) …………………………………………………………………………………………………………………. 107

2.8.4. نیل (1964) ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 107

2.8.5. هانکو (1971) ………………………………………………………………………………………………………………………………… 108

2.8.6. شن و اشنایدر (1971-1966) ………………………………………………………………………………………………………. 108

2.8.7. لارسون و تاچ (1972) …………………………………………………………………………………………………………………… 109

2.8.8. بروسرز (1977) ……………………………………………………………………………………………………………………………… 109

2.8.9. جین (1981) …………………………………………………………………………………………………………………………………. 110

2.8.10. رادکیوی و اتما (1983) ………………………………………………………………………………………………………………. 110

2.8.11. ملویل و ساترلند (1988) ……………………………………………………………………………………………………………. 110

2.8.12. دانشگاه ایالتی کلرادو (CSU) (1993) ……………………………………………………………………………………… 113

2.8.13. ملویل و چیو (1999) ………………………………………………………………………………………………………………….. 113

2.9. روش های کنترل آبشستگی موضعی ………………………………………………………………………………………………… 117

2.9.1. استفاده از سنگچین ……………………………………………………………………………………………………………………….. 117

2.9.2. استفاده از صفحات مستغرق ………………………………………………………………………………………………………….. 118

2.9.3. استفاده از طوق ……………………………………………………………………………………………………………………………… 119

2.9.4. استفاده از شکاف ……………………………………………………………………………………………………………………………. 125

 

فصل سوم : مدلسازی آزمایشگاهی (مواد و روش ها)

3.1. مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 133

3.2. مشخصات فلوم آزمایشگاهی ……………………………………………………………………………………………………………… 134

3.3. طرح ابعاد مدل بر اساس روابط آبشستگی ………………………………………………………………………………………… 137

3.4. محاسبه سرعت برشی و دبی جریان …………………………………………………………………………………………………. 140

3.5. معرفی مقدماتی مراحل آزمایشات انجام گرفته ………………………………………………………………………………… 143

 

فصل چهارم : گزارشات آزمایشات و آنالیز نتایج (نتایج و بحث)

4.1. روش نصب پایه ها در فلوم ………………………………………………………………………………………………………………… 146

4.2. نحوه به دست آوردن مدت آزمایشات ……………………………………………………………………………………………….. 147

4.3. معرفی مراحل آزمایشات انجام یافته …………………………………………………………………………………………………. 148

4.3.1. آزمایشات مقدماتی مرحله اول ……………………………………………………………………………………………………….. 148

4.3.2. آزمایشات مقدماتی مرحله دوم ………………………………………………………………………………………………………. 149

4.3.3. آزمایشات اصلی ………………………………………………………………………………………………………………………………. 149

4.3.3.1. بررسی سرعت بحرانی …………………………………………………………………………………………………………………. 150

4.3.4. مکانیزم آبشستگی و چگونگی تغییرات توپوگرافی ………………………………………………………………………… 151

4.3.4.1. مکانیزم آبشستگی ………………………………………………………………………………………………………………………. 151

4.3.4.2. چگونگی تغییرات توپوگرافی ………………………………………………………………………………………………………. 152

4.3.4.2.1. مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای ……………………………………………………. 152

4.3.4.2.2. مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو ………………………………………… 154

4.3.4.2.3. مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو و تک شکاف میانی ………… 158

4.3.4.2.4. مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………………. 161

4.3.4.2.5. مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو ……….. 164

4.3.4.2.6. مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو و تک شکاف میانی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 167

4.4. آنالیز نتایج (جمع بندی) و نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………… 171

4.5. پیشنهاداتی برای پژوهش های آتی …………………………………………………………………………………………………… 175

4.6. نگرشی اجمالی بر صنعت پلسازی کلانشهر تبریز ……………………………………………………………………………… 176

فهرست اشکال

شکل 1-2 . آبشستگی موضعی پایین دست برخی از سازه های هیدرولیکی …………………………………………….. 27
شکل 2-2 . مراحل توسعه حفره آبشستگی ………………………………………………………………………………………………… 29
شکل 3-2 . فرسایش جداره و بستر رودخانه در محل قوس یک رودخانه …………………………………………………. 31
شکل 4-2 . فرسایش جداره و بستر رودخانه در اطراف پایه کناری یک پل ………………………………………………. 32
شکل 5-2 . نمایی از آبشستگی جداره خارجی خم رودخانه و جریان ثانویه ……………………………………………… 33
شکل 6-2 . تقاطع دو رودخانه تامپسون و فراسر در آمریکای جنوبی ………………………………………………………… 34
شکل 7-2 . الگوی جریان، رسوبگذاری و فرسایش در تقاطع دو رودخانه ………………………………………………….. 35
شکل 8-2 . اجزای آبشستگی ………………………………………………………………………………………………………………………. 36
شکل 9-2 . ضریب Drag تابعی از رینولدز ذره و ضریب شکل …………………………………………………………………. 43
شکل 10-2 . ویسکوزیته سینماتیکی آب ……………………………………………………………………………………………………. 43
شکل 11-2 . منحنی شیلدز ………………………………………………………………………………………………………………………… 48
شکل 12-2 . منحنی اصلاح شده شیلدز …………………………………………………………………………………………………….. 49
شکل 13-2 . تعاریف شکل و هندسه مقطع رودخانه …………………………………………………………………………………. 59
شکل 14-2 . تغییرات حفره آبشستگی بر حسب سرعت ……………………………………………………………………………. 64
شکل 15-2 . فاکتور تاثیر جهت جریان بر عمق آبشستگی در پایه های پل ها ………………………………………… 69
شکل 16-2 . ضریب k_σ رادکیوی و اتما ……………………………………………………………………………………………………… 71
شکل 17-2 . الگوی جریان در اطراف یک پایه استوانه ای ………………………………………………………………………… 73
شکل 18-2 . محل تشکیل گرداب های برخاستگی در پشت پایه های استوانه ای و جهت تشکیل این گرداب ها …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 76
شکل 19-2 . الگوی سه بعدی جریان اطراف پایه پل …………………………………………………………………………………. 76
شکل 20-2 . نمودار میزان آبشستگی بر حسب : الف-زمان و ب-سرعت برشی ……………………………………….. 79
شکل 21-2 . اجزای پایه های پیچیده ………………………………………………………………………………………………………… 92
شکل 22-2 . نمودار ضریب k_hpier بر حسب h₁/a_spier و f/a_pier ………………………………………………………………. 93 شکل 23-2 . عرض معادل سر شمع …………………………………………………………………………………………………………… 94 شکل 24-2 . عرض تصویر شده شمع ها برای حالت کلی ………………………………………………………………………….. 96 شکل 25-2 . ضریب فاصله شمع ها ……………………………………………………………………………………………………………. 97 شکل 26-2 . ضریب ردیف های هم راستا برای حالت خاص ……………………………………………………………………… 98 شکل 27-2 . ضریب ارتفاع گروه شمع ها …………………………………………………………………………………………………… 99 شکل 28-2 . نمودار بین تغییر میزان آبشستگی و فاصله نسبی دو پایه در امتداد جریان ……………………… 100 شکل 29-2 . نمودار بین تغییرات میزان آبشستگی و فاصله نسبی دو پایه در دو حالت عمود بر جریان و با زاویه 45 درجه نسبت به جریان ………………………………………………………………………………………………………………… 101 شکل 30-2 . نمودار بین زاویه برخورد جریان با عمق آبشستگی در دو پایه ………………………………………….. 103 شکل 31-2 . محدوده پوشش سنگچین …………………………………………………………………………………………………… 118
شکل 32-2 . آرایش صفحات مستغرق …………………………………………………………………………………………………….. 119 شکل 33-2 . اثر طوق بر آبشستگی موضعی پایه استوانه ای …………………………………………………………………… 121 شکل 34-2 . نصب طوق روی پایه ……………………………………………………………………………………………………………. 123 شکل 35-2 . (a) شکاف نزدیک بستر، (b) شکاف نزدیک سطح آب ……………………………………………………… 126 شکل 36-2 . اثر شکاف بر آبشستگی پایه استوانه ای …………………………………………………………………………….. 127
شکل 37-2 . شکاف روی پایه …………………………………………………………………………………………………………………. 128
شکل 38-2 . انواع شکاف ها در پایه استوانه ای ………………………………………………………………………………………. 130 شکل 39-2 . جفت شکاف عمودی …………………………………………………………………………………………………………… 130 شکل 1-3 . نمایی جانبی از فلوم آزمایشگاهی …………………………………………………………………………………………. 135 شکل 2-3 . تاسیسات سیستم پمپاژ …………………………………………………………………………………………………………. 135 شکل 3-3 . حوضچه آرامش بالادست ………………………………………………………………………………………………………. 135 شکل 4-3 . نحوه تعبیه مدل(پروتوتایپ) آزمایشگاهی المان سازه ای پایه پل در بستر …………………………. 136 شکل 5-3 . دستگاه دیجیتال اسکن هندسه پروفیل توپوگرافی بستر و سازه کنترلی(سرریز) جریان ……. 136
شکل 6-3 . دستگاه اسکن هندسه توپوگرافی (برداشت پروفیل رسوب) لیزری با دقت حدود 2/0 میلی متر …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 136

شکل 7-3 . منحنی دانه بندی مصالح بستر ……………………………………………………………………………………………… 139
شکل 1-4 . تقسیم بندی مناطق پیرامون پایه نسبت به جریان ………………………………………………………………. 151
شکل 2-4 . حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای ………………………………. 153
شکل 3-4 . نمودار تغییرات هندسه و توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 153
شکل 4-4 . مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو ……………………………………… 155
شکل 5-4 . بالادست و جناحین حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو در پایان آزمایش (ساعت سی و پنجم) ……………………………………………………………………………………………… 156
شکل 6-4 . پایین دست حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو در پایان آزمایش (ساعت سی و پنجم) …………………………………………………………………………………………………………… 156
شکل 7-4 . نمودار تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 157
شکل 8-4 . مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو و شکاف میانی ……………… 159
شکل 9-4 . بالادست حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو و تک شکاف میانی در پایان آزمایش (ساعت سی و پنجم) ………………………………………………………………………………… 159
شکل 10-4 . پایین دست و جناحین حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو و تک شکاف میانی در پایان آزمایش (ساعت سی و پنجم) ………………………………………………………….. 160
شکل 11-4 . نمودار تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی دایره ای با سکو و تک شکاف میانی ……………………………………………………………………………………………………………………. 160
شکل 12-4 . مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………….. 162
شکل 13-4 . نمودار تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………………………………………………………………………………………………………………… 162
شکل 14-4 . مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو ….. 163
شکل 15-4 . نمودار تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو ………………………………………………………………………………………………………….. 163
شکل 16-4 . مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو و شکاف میانی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 165
شکل 17-4 . نمودار تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو و شکاف میانی …………………………………………………………………………………. 166
شکل 18-4 . نمودار مقایسه تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل های آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقاطع هندسی دایره ای ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 166
شکل 19-4 . نمودار مقایسه تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل های آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقاطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………………………………………………………………………………………………….. 168
شکل 20-4 . نمودار مقایسه تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل های آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقاطع هندسی دایره ای و مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………………………………………………………………………………… 168
شکل 21-4 . پایین دست و جناحین حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیمدایره با سکو و تک شکاف میانی در پایان آزمایش (ساعت سی و پنجم) …………………………….. 169
شکل 22-4 . نمودار تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره با سکو و شکاف میانی …………………………………………………………………………………. 169

شکل 23-4 . نمودار مقایسه تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل های آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقاطع هندسی دایره ای ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 171

شکل 24-4 . نمودار مقایسه تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل های آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقاطع هندسی مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………………………………………………………………………………………………….. 172

شکل 25-4 . نمودار مقایسه تغییرات توپوگرافی حفره آبکند مدل های آزمایشگاهی سازه پایه پل با مقاطع هندسی دایره ای و مستطیلی با دماغه نیم دایره ……………………………………………………………………………………… 173

شکل 26-4 . پل آجی چای قدیم تبریز ……………………………………………………………………………………………………. 176

شکل 27-4 . پل آجی چای جدید تبریز(فاز ساخت) ………………………………………………………………………………. 177

شکل 28-4 . پل آجی چای جدید تبریز(آغاز فاز بهره برداری) ………………………………………………………………. 177

فهرست جداول

جدول 1-1 . وضعیت برخی از پل های کشور …………………………………………………………………………………………….. 23

جدول 1-2 . ارتباط دوره بازگشت سیلاب و عمر مفید سازه با تغییرات ضریب احتمال …………………………… 55

جدول 2-2 . فواصل توصیه شده بین مقاطع عرضی برای نقشه برداری …………………………………………………….. 57

جدول 3-2 . رابطه عمق جریان با عمق آبشستگی ……………………………………………………………………………………… 65

جدول 4-2 . اشکال رایج مقطع پایه پل ………………………………………………………………………………………………………. 67

جدول 5-2 . مدت زمان تعادل آبشستگی طبق نظرات مختلف …………………………………………………………………. 82

جدول 6-2 . ضریب تصحیح برای شکل های مختلف نوک پایه در رابطه CSU ……………………………………… 84

جدول 7-2 . ضریب تصحیح برای زوایای مختلف برخورد جریان به پایه(K₂) در رابطه CSU ……………….. 84

جدول 8-2 . ضریب تصحیح برای شرایط مختلف بستر در رابطه CSU …………………………………………………… 84

جدول 9-2 . معرفی پارامتر های رابطه ملویل …………………………………………………………………………………………….. 88

جدول 10-2 . تعدادی از روابط آبشستگی حول پایه پل ……………………………………………………………………………. 90

جدول 11-2 . مقادیر نسبت عمق آبشستگی گروه  پایه به عمق آبشستگی تک پایه …………………………….. 104

جدول 12-2 . ضریب شکل پایه ……………………………………………………………………………………………………………….. 112

جدول 13-2 . روابط مختلف تعیین ماکزیمم عمق آبشستگی …………………………………………………………………. 116

جدول 1-4 . مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات و تعیین مدل بهینه برای پایه های با مقطع دایره ای ….. 171

جدول 2-4 . مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات و تعیین مدل بهینه برای پایه های با مقطع مستطیلی با دماغه نیم دایره ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 172

جدول 3-4 . مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات و تعیین مدل بهینه برای آزمایشات ششگانه ………………… 173