'Middle East Technical University, Faculty of Architecture'
Abstract
Flowing water usually causes transportation of loose non-cohesive materials, called sediment in literature, in natural open channels such as rivers and canals with a transportable material bed. This sediment transportation is observed in two different situations; deposition and erosion. Excessive erosion leads in scouring. Scouring can be classified in three groups; general, contraction and local scour. Scouring namely removal of bed material from bridge sites causes bridge failures. Hence, estimation of scour depth around bridge piers and abutments is essential for safety and economic design in alluvial rivers. Although local scour around bridge piers and abutments has been studied separately by a large number of investigators, there is almost no research in the literature related to interaction between these two structures. Hence, in this study the aim is to investigate the interaction between bridge abutment and pier scours in detail. For this reason bridge abutments and piers of different sizes were placed at various distances from each other in a long sediment channel and tested under clear-water flow conditions with a constant flow intensity. After conducting sufficient number of tests, the related experimental data were obtained. All the important dimensionless parameters involved in the phenomenon were derived from dimensional analysis and the relationships between them were investigated. The analysis of the available data showed that the presence of pier(s) in the flow medium in addition to an abutment has a certain amount of influence on the formation of scour holes around the structures. The relations between the dimensionless scour parameters and related dimensionless independent parameters were determined graphically. A series of empirical equations were derived to estimate the scour parameters around the pier-abutment arrangements consist of one pier-one abutment and two piers-one abutment cases.Taşınabilir yatak malzemesine sahip sulama kanalları ve nehirler gibi doğal açık kanallarda, suyun hareketi genellikle literatürde rüsubat (sediment) olarak adlandırılan gevşek kohezyonsuz malzemelerin taşınmasına sebep olur. Bu rüsubat taşınım hareketi iki şekilde görülmektedir: depolanma ve erozyon. Aşırı erozyon oyulmaya sebep olmaktadır. Oyulma; genel, daralma ve yerel oyulma olmak üzere üç gruba ayrılabilir. Oyulma, yani yatak malzemesinin köprü ayakları etrafından kaldırılması köprülerin hasar görmesine neden olur. Bu sebeple köprü kenar ve orta ayakları etrafındaki oyulma derinliğinin hesaplanması doğal nehirlerde güvenli ve ekonomik tasarımlar yapabilmek için önemlidir. Köprü kenar ve orta ayakları etrafındaki yerel oyulmaların çok sayıda araştırmacı tarafından incelenmesine rağmen, bu yapılar arasındaki etkileşimle ilgili literatürde yeterli çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı köprü kenar ve orta ayakları arasındaki etkileşimi detaylı olarak araştırmaktır. Bu amaç doğrultusunda farklı boyutlardaki köprü kenar ve orta ayakları birbirlerinden farklı uzaklıklarda yerleştirilerek uzun bir rüsubat kanalında temiz su akış koşullarında sabit akışyoğunluğunda deneyler yapılmıştır. Yeterli sayıda deney gerçekleştirildikten sonra ilgili deneysel veriler toplanmıştır. Konu ile ilgili bütün boyutsuz parametreler boyut analizi uygulanarak türetilmiş ve aralarındaki etkileşim araştırılmıştır. Mevcut verinin analizi, köprü orta ayağı/ayakları ve köprü yan ayağının bulunduğu akım ortamlarında bu yapıların özelliklerinin, yapılar etrafında oluşacak oyulma parametreleri üzerinde belirli bir derecede etkilerinin olduğunu göstermiştir. Boyutsuz oyulma parametreleri ve ilgili boyutsuz bağımsız parametreler arasındaki ilişkiler grafiksel olarak ifade edilmiştir. Tek orta ayak ve bir yan ayak ile iki orta ayak ve bir yan ayak durumlarını içeren köprü orta ayağı – köprü yan ayağı düzenlemeleri etrafında oluşabilecek oyulma parametrelerini tahmin edebilmek için bir dizi ampirik denklem türetilmiştir.Ph.D. - Doctoral Progra
