بررسی تاثیر ساختار جریان در آبشستگی گروه پایه های استوانه ای

چکیده ایجاد و گسترش آبشستگی در پایه پل ها از مهمترین عوامل آسیب و خرابی پل ها می باشد. اما مهمترین مشکل در حل این مسئله، بررسی الگوی جریان و شناخت پروسه آبشستگی در اطراف پایه پل است. پیش بینی نحوه ایجاد، گسترش و وضعیت نهایی گودال آبشستگی از مهمترین موارد طراحی هیدرولیکی پل ها می باشد. تا کنون مطالعات زیادی جهت بررسی الگوی جریان در اطراف تک پایه انجام شده است، ولی مطالعات بسیار کمی روی جریان اطراف گروه پایه ها وجود دارد، ضمن اینکه در گروه پایه ها آبشستگی متأثر از عوامل و پدیده هایی است که در تک پایه ها مطرح نیستند. در این تحقیق ضمن بررسی توسعه ی زمانی عمق آبشستگی، الگوی جریان اطراف تک پایه و گروه پایه های دوتایی و سه تایی بررسی شده است. برای این کار از پایه های مدور به قطر 30 میلی متر با فاصله ی بین پایه ها(مرکز تا مرکز) 4، 6 و 8 برابر قطر پایه ها استفاده شده است. اندازه گیری سرعت های سه بعدی لحظه ای در مقاطع مختلف طولی و عرضی در بین پایه ها با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی(adv) انجام شده است. مولفه های سرعت متوسط، مقادیر آشفتگی و تنش های رینولدز با استفاده از سرعت های لحظه ای اندازه گیری شده محاسبه شده است. آزمایش ها در یک کانال به طول 8 ، عرض 4/0 و عمق 6/0 متر(سطح مقطع مستطیلی) با ذرات ماسه به قطر 71/0 میلی متر انجام شد و انحراف معیار ذرات 2/1 بود. در این آزمایش ها پروفیل های سرعت، تنش های رینولدز و شدت های آشفتگی مورد بررسی قرار گرفت. گودال آبشستگی بوسیله ی سیمان تثبیت شد تا پروفیل برداری ها به آسانی انجام گیرد. نتایج آزمایش نشان داد، عامل حفاظ بودن پایه های جلویی باعث کاهش عمق آبشستگی در پایه های عقبی شده است. این عامل با افزایش فاصله ی بین پایه ها کاهش یافت. مقایسه ی توسعه ی زمانی عمق آبشستگی برای پایه های اول، دوم و سوم در سه فاصله ی b4 و b6 و b8 نشان می دهد، با افزایش فاصله، تأثیر پدیده تقویت کننده که پایه های دوم و سوم بر روی پایه اول دارند کاهش می یابد. بررسی های انجام شده بر روی پروفیل های سرعت وتنش حول پایه ها نشان دهنده ی حضور توأمان گرداب های نعل اسبی و جریان های رو به پایین در بالادست جریان می باشد. در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب به وجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. مقادیر منفی سرعت u که نشان دهنده ی جدایی جریان هستند در بالادست و در درون گودال آبشستگی تا فاصله ی 6/7 سانتی متر بالادست پایه نیز مشاهده شد، اما در پایین دست، فقط در پروفیل مربوط به پشت پایه و در سطح آب مشاهده گردید. 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 ی برخاستگی از عوامل مهم کاهش سرعت طولی آب در این منطقه می باشد. مقادیر نوسانات سرعت طولی در جلوی پایه ی دوم و سوم در فواصل مختلف پایه، از یکدیگر فاصله گرفته و به طور واضح نشان می دهد که نوسانات سرعت طولی در فاصله ی b4 بیشتر از فاصله ی b6 و نوسانات سرعت طولی در فاصله ی b6 بیشتر از فاصله ی b8 است. واژه های کلیدی: آبشستگی، پایه پل، گروه پایه، ساختار جریان