Local scour is associate with particular local types of vortex around bridge piers. This paper is method of protection local scour for the existing Busan City subway 3 Line bridge piers and Gupo large bridge piers. In order to take design of protection of local scour this bridge piers, We calculate the local scour hole of depth , scour width, riprap construction , filter construction by formulas. We had experimental hydraulic model test for this bridge piers in order to take proof for the calculation of local scour. We knew that the vortex intensifies the local flow velocities and acts to erode sediment from the scour hole and transport it downstream. As the result of hydraulic model test, we could suggest three types method of protection local scour this bridges. We knew that FHWA HEC-18(Richardson et al. 2001: Modified CSU) Formula is useful to checking calculation as application of field. One is pier protection using the sheet piles and riprap, the others are pier protection using the riprap with filter and to make renew Wall-caisson. The best method of protection for the existing Busan City subway 3 Line bridge piers and Gupo large bridge piers is pier protection using the sheet piles and riprap.
Scour is the physical or chemical attack of flowing water which excavates and carries away material from stream beds and banks. Especially, hydraulic structures such as bridge piers and abutments placed in the channel causes the changes of the flow pattern like acceleration, the formation of vortices, and scour around the structures. Channel scour, especially bridge pier scour is the leading cause of bridge failures. It is very important to apply appropriate methods for both of scour analysis and protection. In this paper, several methods world-widely used for bridge scour analysis and protection are introduced and compared.
This study based on the laboratory works, analyzes factors affecting local scour in order to understand various characteristics of the local scour surrounding bridge piers. Attached with scour protection device as a method for decreasing local scour, it carries out the laboratory experiments and calculates the scour depth. From the experiments attached with the scour protection devices, it seems possible to reduce the scour depth as the protecting plate, column and sacrificial piles are built in the same height with flume bed at pier or footing upstream interrupted falling-flow. And then it could reduce scour depth. The paper presents the following research results: First, the decreasing degree of scour depth is in order of protecting column, protecting plate, sacrificial piles and non-protecting facilities. However, it shows no meaningful difference between protecting column and protecting plate. Second, when $L_p/b$=0.5~1, the decreasing effect of scour depth reached the maximum of 40 percents.
In this study, qualitative and quantitative evaluations are performed using the hydraulic analysis of fiber stone for bridge pier scour protection. We can consider that the effective scour protection should be suggested from the side of hydraulic stability, structure stability, and permissible tractive force. The perfect verification, however, on the fiber stone for bridge pier scour protection is not sufficient because of short literatures and experiments on the field study. The continuous research, therefore, will be needed to establish reliable verification using literatures investigation and the various experiments on the fiber stone for bridge pier scour protection.
본 연구는 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)이용하여 모노파일 기초 주변의 환형 세굴방지공에 의한 세굴방지 효과를 파악하였다. Torsethaugen(1975)의 수리모형 실험결과를 바탕으로 FLOW-3D의 해석결과를 검증하였다. 검증결과를 바탕으로 유속변화에 따른 세굴을 연구한 결과, 유속이 증가할수록 최대 세굴심과 세굴폭 또한 증가하는 경향을 확인하였다. 모노파일 기초 주변에 세굴방지 효과 연구를 위해 바닥면에 환형 세굴방지공을 부착하여 수치실험을 수행하였으며, 약 68.5%의 세굴 감소 효과를 확인했다. 또한 하강 유속과 구조물 주변 저층 유속이 감소한 것을 확인하였고, 이는 세굴방지공이 세굴에 영향을 미치는 하강류의 저감 효과를 보이는 것으로 판단된다.
하천과 관련된 역사와 문화를 지닌 신라의 옛 교량 월정교는 우리나라의 고대 교량의 축조방법과 토목기술을 보여주고 있으며 국내에서 가장 오래된 석교로써 복원사업이 현재 수행되고 있고 교량뿐만 아니라 주변 지형까지 복원하는 방식으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통해 월정교 영역의 수위와 유속 등의 수리특성 및 교각세굴과 옛 방식의 격자판과 사석을 조합한 세굴보호공의 안정성을 분석하였다. 실험 결과 빈도별 홍수 발생시 교각 복원으로 인한 수위 상승은 30cm 내외였으며 최대 상류 200m까지 영향을 미쳤다. 최대세굴심은 4번 교각에서 5.4m로 나타났으며 세굴보호공 실험은 경험공식을 이용하여 계산된 사석크기와 기존에 설치되었던 보호공 영역을 그대로 적용한 조건에 대해서 실험을 실시하였고 기존에 설치된 조건에서의 실험 결과 세굴보호공의 전면부에서 사석이 이탈하였으나 세굴보호공 영역을 국부세굴이 발생하는 세굴영역까지 확장한 조건에서 추가 실험을 실시한 결과 안정적인 것으로 나타났다.
Scour hole is formed due to the high shear stress of the jet flow at the outlet of a hydraulic structure and vortex erosion occurs in the scour hole. It is important to determine the amount of vortex erosion occurs in the scour hole. It is important to determine the amount of vortex erosion for the design of bed protection. If the vortex erosion continues and reaches to the hydraulic structure, it causes the deformation of the structure itself. To obtain the amount of the vortex erosion, it is necessary to determine the shear velocity of the line vortex in the scour hole was derived by the theory of energy conservation and found to be related to the upstream overflow velocity. The amount of vortex erosion from the scour hole was obtained using entrainment equation for given value of shear velocity. For a design purpose, if the flow velocity at the end of an apron and the properties of bed material are given, the amount of vortex erosion was obtained.
At downstream part of the hydraulic structures such as spiliway or drainage gate, jet flow can occur by gate opening. If stream bed is not hard or bed protection is not sufficient, scour hole will be formed due to high shear stress of the jet flow. We call this primary scour. Once the scour hole is formed, a vortex occurs in it and this vortex causes additional scour. We call this secondary scour. The primary scour proceeds to downstream together with flow direction but the secondary one proceeds to upstream direction opposite to it. If the secondary one continues and reaches to the hydraulic structure, it can undermine the bottom of hydraulic structure and this will lead to failure of structure itself. Thus, it is necessary to know the physical features of the vortex structure in a scour hole, which is the main mechanism of the secondary scour. This study deals with the characteristics of the vortex structure and its shear stress which causes the secondary scour.
최근 들어 선박의 항로에 위치하고 있는 대형 해상교량의 건설이 활발해짐에 따라 선박충돌의 위험성을 고려하여 교각 주변에 충돌방지공을 설치하는 경우가 많다. 이러한 충돌방지공 설치로 인해 교각의 세굴특성은 충돌방지공 설치 전의 교각 주변의 세굴양상과 매우 다르게 나타난다. 따라서 본 연구에서는 충돌방지공의 설치 유무에 따른 세굴의 형태를 분석하기 위해 인천대교를 대상으로 수리모형실험을 실시하였다. 충돌방지공 설치 전의 고정상, 이동상실험을 통해 유황과 세굴심 및 세굴공 범위를 파악하였으며 또한 충돌방지공 설치 후 실험을 통하여 최종적으로 충돌방지공으로 인한 교각 세굴 특성 변화를 분석하였다. 실험결과, 충돌방지공이 설치됨으로 인해 최대세굴심이 W1교각의 경우 약 0.24 m, W2+3+4교각의 경우 2.4 m 증가하는 것으로 나타났다. 또한 최대세굴심의 발생위치는 W1교각의 경우 충돌방지공 설치 전 후가 동일한 위치에서 발생하였으나 W2+3+4교각의 경우 설치 후 최대세굴심이 교각주변이 아닌 충돌방지공 주변에서 발생하였다.
Jet flow can occur by gate opening at downstream of a hydraulic structure such as weir of drainage gate. If the stream bed is not hard or the bed protection is not sufficient, vortex erosion occurs and a resulting scour hole will be formed due to the high shear stress of the jet flow. Once the scour hole is formed, a vortex occurs in ti and this vortex causes additional erosion. If this erosion continues and reaches to the hydraulic structure, it can undermine the bottom of the hydraulic structure and this will lead to failure of the structure itself. Thus, it is necessary to define the physical features of the vortex structure in the scour hole for the design of the bed protection. This study presents the turbulent vortex structure in the scour hole by the gate opening of the hydraulic structure. Characteristics of vortex motion, circulation, vortex scale and vortex were analyzed through experiments. Experimental results of the vortex velocity were compared with theoretical ones. From these, circulation and vortex scale were obtained with known values of inflow depth, inflow velocity and scale of scour hole
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[게시일 2004년 10월 1일]
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