اثر شمع فداشونده با حضور شکاف و طوق در کاهش عمق آبشستگی موضعی پایه پل : پایان نامه ارشد کشاورزی

کشور عزیزمان ایران با توجه به تنوع اقلیم ، آب و هوای مطبوع و اراضی وسیعی که در اختیار دارد در صورت مدیریت در عرصه کشاورزی میتواند یکی از قطب های بلامنازع کشاورزی دنیا باشد و با پرورش دانش آموختگان خبره در گرایش های مختلف رشته کشاورزی میتوان به این مهم نایل آمد.دیجی لود در ادامه به معرفی پایان نامه های کارشناسی ارشد رشته کشاورزی میپردازد. پایان نامه حاضر با عنوان” اثر شمع فداشونده با حضور شکاف و طوق در کاهش عمق آبشستگی موضعی پایه پل ” با گرایش آبیاری و زهکشی و با فرمت Word (قابل ویرایش) تقدیم شما دانشجویان عزیز میگردد.

چکیده اثر شمع فداشونده با حضور شکاف و طوق در کاهش عمق آبشستگی موضعی پایه پل:

یکی از مسائل مهم در مهندسی هیدرولیک، بررسی آبشستگی موضعی اطراف پایه پل است. آبشستگی موضعی پتانسیل به خطر انداختن تمامیت ساختاری پایه پل را دارد، بنابراین زمانیکه فونداسیون پایه ضعیف شد، موجب شکست آن میشود. برای طراحی ایمن و مقرون بهصرفه لازم است که آبشستگی اطراف پایه کنترل شود. آبشستگی موضعی اطراف پایه پل به دلیل جدایی جریان و توسعه گردابههای ایجاد شده اطراف پایه رخ میدهد. روشهای مختلفی برای برای پیشگیری و کاهش آبشستگی اطراف پایه از جمله شمع فداشونده، طوق و شکاف ارائه شدهاست. این روشها با انحراف جریان از اطراف پایه باعث کاهش جریان و آبشستگی موضعی میشوند. در این پژوهش برای بررسی اثر شمعفداشونده ، پنج شمع در بالادست تک پایه دایرهای قرار گرفت. همچنین برای بررسی اثر طوق، دو طوق دایرهای و مربعی شکل با اندازه نسبی 5/2 ، در سه موقعیت شامل روی بستر و زیر بستر (D 1/0و D4/0 زیر بستر) برای کاهش آبشستگی اطراف پایه مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله بعد شکافی در پایه به طول 8 برابر قطر پایه و عرض 3/0 قطر پایه ایجاد شد و عملکرد آن در کاهش آبشستگی بررسی شد. در آخر استفاده ترکیبی این روشها برای کاهش آبشستگی مورد بررسی و استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که، ترکیب شمعفداشونده و طوق مربعی تاثیر بیشتری در کاهش عمق آبشستگی در اطراف تک پایه و گروه پایه دارد. ترکیب شمعفداشونده و شکاف نقش کمتری در کاهش عمق آبشستگی اطراف تک پایه داشت . ترکیب سه روش بهطور همزمان بازده خوبی ایجاد نکرد. همچنین نتایج نشان داد که در گروه پایه، طوق مربعی آبشستگی اطراف پایههای قرار گرفته در جلو و شمع فداشونده آبشستگی اطراف پایههای قرار گرفته در پشت را بیشتر کاهش میدهند.

کلیات

پلها از جمله حیاتیترین سازههای ارتباطی هستند. پلها اکثرا بر روی رودخانهها احداث میشوند بنابراین از مهمترین و پرکاربردترین سازههای رودخانهای محسوب میشوندکه از دیرباز مورد استفاده بودهاند. همه ساله در اثر بروز سیلاب در رودخانهها، تعداد زیادی از پلها، درست در زمانی که بیشترین نیاز به آنها وجود دارد،تخریب میشوند ( ثانیخانی و همکاران، 1387 ).

وقوع آبشستگی در اطراف پایههای پل یکی از عمدهترین دلایل تخریب پلها میباشند. هزار پل در سی سال گذشته در ایالات متحده آمریکا تخریب شده ، که 60% تخریبها بعلت آبشستگی بوده است. این تخریبها علاوه بر خسارت جانی، میلیونها دلار خسارت مالی برای ساخت و بازسازی پلها در آمریکا بههمراه داشته، که این هزینه در سال 1973، 75 میلیون دلار و در سال 1993، 2/1 بیلیون دلار برآورد شده است. همچنین بررسیها در انگلستان نشان داد که 49% خرابیها به علت آبشستگی بودهاست(گارسیا2008 )[1].بنابراین برای طراحی ایمن و مقرون بهصرفه، لازم است که آبشستگی اطراف پایه پل کنترل شود (بگ و بگ ،2013)[2].

فرسایش بستر و حمل مواد جدا شده از آن بهوسیلهی جریان آبشستگی،[3]نامیده میشود. (وزارت نیرو نشریه 549 ، 1390). میزان کاهش در سطح بستر، نسبت به بستر رودخانه، قبل از شروع آبشستگی را عمق آبشستگی عنوان کردهاند( بگ و بگ ، 2013 ).از آنجا که در اثر آبشستگی بستر رودخانه فرسایش مییابد و این فرسایش باعث گود شدن بستر میگردد، ممکن است مخاطرات جدی را برای سازههای مجاور به همراه داشته باشد. از اینرو لازم است تا مهندسان هیدرولیک با چگونگی عمل آبشستگی آشنایی کامل داشته باشند ( شفاعی بجستان، 1390 ).

بحث آبشستگی هرچند قدمتی طولانی در علم هیدرولیک دارد،لیکن به دلیل شرایط و پیچیدگیهای خاص آن و همچنین به دلیل نبودن رابطه مناسب که بتواند پاسخگوی تمام شرایط باشد،همچنان مورد توجه خاص محققین علم هیدرولیک و مهندسی رودخانه است(وزارت نیرو نشریه 549، 1390).

پلها در محل احداث خود به چندین دلیل باعث آبشستگی در رودخانهها میشوند. اول اینکه برای کوتاه کردن طول پل، مقطع پل تنگتر از مقطع رودخانه در نظر گرفته می شود که باعث افزایش سرعت جریان و تنش برشی در بستر شده و موجب آبشستگی میشود ( آبشستگی در اثر تنگشدگی[4] ) ( وزارت نیرو نشریه260، 1381 ). دوم به دلیل وجود تکیهگاه، یک سامانه سه بعدی جریان گردابی در اطراف آنها تولید شده که باعث جدا شدن دانهها از بستر و آبشستگی موضعی[5] میشود.این نوع آبشستگی به دلیل پیچیده بودن جریانهای ایجاد شده دارای اهمیت زیادی میباشد. اگر آبشستگی عمومی[6] در مسیر رودخانه وجود داشته باشد آن هم به آبشستگی حاصل از احداث پل اضافه میشود ( وزارت نیرو نشریه 383، 1386 ).

شکل 1-1 انواع آبشستگی که در اثر احداث پل در بستر رودخانه ایجاد میشود را نشان میدهد.درصورتیکه مجموع آبشستگیها (آبشستگی کل[7]) بستر، به پی پایه و نیم پایه برسد تمامیت ساختاری پل به خطر میافتد.

ضرورت انجام پژوهش

تاکنون مطالعات زیادی بر روی آبشستگی انجام شدهاست و به علت پیچیدگی این پدیده هنوز هم محققان درصدد بدست آوردن روشهایی نوین در کاهش آبشستگی هستند. بنابراین برای طراحی پلها با ضریب اطمینان بالا و بهصورت اقتصادی، ابتدا لازم است ماکزیمم عمق آبشستگی در اطراف پایه پل بهطور دقیق برآورد شود و به کمک روشهای مختلف کنترل شود.بهطور کلی دو روش اساسی جهت کنترل آبشستگی وجود دارد، روشهای غیر هیدرولیکی که با حفاظت از بسترآبشستگی را کنترل میکند و روشهای هیدرولیکی که با منحرف کردن جریان اطراف پایه، از آن محافظت میکند (ملویل و ساترلند[8]، 1989).

روش هیدرولیکی به منظور تغییر الگوی جریان و کاهش شدت گردابهای ایجاد شده در اطراف پایه بهکار میرود. از آنجایی که جریان روبه پایین، گرداب نعل اسبی و گرداب برخاستگی مهمترین عوامل آبشستگی است، هر عاملی که بتواند قدرت این سه جریان را کاهش دهد میتواند باعث کنترل آبشستگی گردد. تاکنون بیش از ده روش گوناگون از این دسته در روشهای کنترل آبشستگی پیشنهاد شده است از جمله، ایجاد شکاف در پایه^[9]، نصب طوق^[10] در اطراف پایه، نصب شمعهای فداشونده^[11]، پرههای مستغرق^[12]، نخ کشی^[13] پایه، و …( تفرج نوروز و همکاران،2012)^[14].

تاکنون مطالعات زیادی برروی اثر هریک از این روشها در کاهش آبشستگی تک پایه پل انجام شده است. درصورتیکه استفاده از روشهای ترکیبی میتواند تا حد زیادی آبشستگی را کاهش دهد.

همچنین استفاده هریک از روشهای ذکر شده و استفاده ترکیبی آنها در گروه پایه کمتر مورد توجه قرار گرفته است درصورتیکه به دلیل پیچیدگی الگوی جریان در اطراف گروه پایه نسبت به تک پایه لازم است مطالعات بیشتری در این زمینه صورت گیرد.

اهداف پژوهش

هدف کلی از این تحقیق بررسی اثر شمعفداشونده، طوق (دایرهای و مربعی) و شکاف بهطور جداگانه، همچنین اثر ترکیبی آنها در تک پایه، و بررسی اثر شمع فداشونده و طوق مربعی در گروه پایه دوتایی و سهتایی در جهت جریان و عمود برجهت جریان واثر ترکیبی آنها در گروه پایه میباشد.