Hydrauliczne badania modelowe filarów mostowych na przykładzie wybranych mostów Opola

• Autorzy: Tymiński T.

Warianty tytułu

EN

Hydraulic model research on bridge piers based on the example of selected bridges in Opole

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W procesie projektowania obiektów hydrotechnicznych w jednakowej mierze należy położyć nacisk na obliczenia konstrukcyjne, związane ze statecznością i wytrzymałością budowli, jak również na analizę (np. położenia zwierciadła wody) i poprawne wymiarowanie hydrauliczne budowli wodnych lub ich elementów. Podczas przepływu wody przez zabudowany przekrój mostowy następuje spiętrzenie wody przed budowlą hydrotechniczną. Wysokość tego spiętrzenia zależy głównie od geometrii koryta, natężenia przepływu, rodzaju ruchu, a przede wszystkim od kształtu przyczółków i filarów mostowych [3]. Do najczęściej stosowanych w praktyce metod obliczania spiętrzenia wody przed mostem należy zaliczyć: metodę wynikająca z zasady zachowania energii mechanicznej strumienia [5, 7], empiryczną metodę Rehbocka [1, 3, 4] i empiryczną metodę Yarnella [1, 3]. Metody te uwzględniają w swoich formułach obliczeniowych parametry charakteryzujące geometrię filarów. Niewłaściwie dobrane przez konstruktorów kształty przyczółków i filarów mostowych zwiększają ryzyko powstawania zatorów i lokalnych podpiętrzeń zwierciadła wody. Wezbrane rzeki niosą z sobą różnego rodzaju materiały np. namuły, kłody drzew, gałęzie, śmieci, które często zatrzymują się na filarach mostów piętrząc wodę i hamując przepływ (rys. 1). Problem ten nabiera szczególnego znaczenia zwłaszcza zimą, w aspekcie niekorzystnych zjawisk lodowych (rys. 11) i powodzi zatorowych. Najlepszą drogą określenia optymalnego hydraulicznie kształtu filarów mostowych są badania eksperymentalne.

EN

Designers' inappropriate choice of shapes for bridge abutments and piers increase the risk of ice jams and local build-ups of water. Swollen rivers carry various materials, which often end up on bridge piers causing water to rise up andslowing down its flow. In view of adverse ice phenomena and floods caused by ice jams, this problem becomes particularly important in winters. In the Water Laboratory of the Wrocław University of Environmental and Life Sciences hydraulic research has been carried out on 1:20 models of flow around pier for various shapes typical for selected bridges in Opole. The principal idea behind this research was to consider a pier an obstacle that causes local water swelling and attempt to identify the most streamlined bridge pier shape. Streamliness of individual piers was investigated by means of measurements, observations of local velocity distribution for water fluxes and observa tions of water swelling in front of the pier. Results of hydraulic parameter measurements were used to calculate, for each pier, the local loss coefficients ?, the flow-around drag coefficients cw and the shape factors in the computational formulae of Rehbock (?) and Yarnell (K). Comparison of these coefficients was used as a criterion for streamliness of investigated piers. In each case being studied local water build-up was observed in front of the pier. Measurement data analysis revealed that the biggest turbulences were caused by the pier no I, and the smallest by the pier no VI. Measurements have confirmed that rectangular piers cause the greatest changes to the velocity field. These changes are smaller for piers which are rounded and pointed and are the smallest for those which are streamlined and cigar-shaped. For this reason the best choice would be, in theory, to design cigar-shaped piers. This shape is not used in practice, however, due to its disadvantageous load distribution over the foundations. For rectangular piers no I and II turbulences around the pier were bigger than those observed for other shapes. One might expect that this shape increases the risk of soil erosion in the vicinity of piers. Measured drag and shape coefficient values quantitatively confirm the qualitative analysis of the phenomenon. The biggest drag coefficient values were obtained for the two least streamlined piers (e.g. for pier no I ? = 2.36), whereas the most streamlined piers produced the smallest values (e.g. pier no VI with ? = 0.31). Laboratory measurements enabled us to verify the formulas of Rehbock and Yarnell used in hydraulic bridge calculations. For the Rehbock's formula a certain distinct regularity could be observed: the shape factor ? was almost twice too low as compared to the results of experiments. In what concerns the formula of Yarnell, results of author's experiments are in good agreement with the theory.

Słowa kluczowe

PL

filar mostowy; mosty Opola; badania hydrauliczne

EN

pillar of the bridge; bridges Opole; hydraulic testing

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2010
• Tom: Tom 12
• Strony: 879--893
• Opis fizyczny: bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Tymiński T.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław

Bibliografia

• 1. Handbuch: WaspTools, Version 5.1. L+N Ingenieurgemeinschaft, Burgwedel 2000.
• 2. Jarocki W.: Budownictwo wodne, tom II. PWRiL, Warszawa 1963.
• 3. Kubrak J. (red.), Nachlik E. (red.): Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowości koryt rzecznych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2003.
• 4. Naudascher E.: Hydraulik der Gerinne und Gerinnebauwerke. SpringerVerlag, Wien & New York 1987.
• 5. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Załącznik nr 1: Obliczanie świateł mostów i przepustów. Dziennik Ustaw Nr 63, poz.735, Warszawa 3 sierpnia 2000.
• 6. Sobota J.: Hydraulika i mechanika płynów. Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Wrocław 2003.
• 7. Sobota J.: Hydraulika i hydrologia. Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Wrocław 2004.
• 8. Strobl T., Zunic F.: Wasserbau. Springer-Verlag, Berlin & Heidelberg 2006.
• 9. Szewczyk H. (red.): Mechanika płynów, ćwiczenia laboratoryjne. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1979.