شبیه‌سازی عددی تأثیر هندسه شمع و فونداسیون بر روی آبشستگی موضعی در اطراف گروه‌پایه کج

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان.

2 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان.

چکیده

در پژوهش حاضر به بررسی و شبیه سازی عددی تأثیر هندسه شمع و فنداسیون بر روی آبشستگی موضعی در اطراف گروه پایه کج با استفاده از نرم افزار Flow-3D پرداخته شد. از طریق بررسی الگوی جریان اطراف گروه پایه‌ها مشخص گردید با تغییر تراز کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی گردابه های تشکیل شده در بین پایه اول و دوم گروه پایه متفاوت بوده و هر چه تراز کارگذاری نزدیک به بستر و یا بالاتر از آن قرار گیرید گردابه‌ های تشکیل شده با قدرت بیشتری بر روی بستر اطراف گروه پایه کج تأثیر می‌گذارد. با بررسی پروفیل طولی آبشستگی اطراف گروه پایه کج مشاهده گردید که شمع دوکی‌شکل نسبت به سایر شکل شمع‌ها اثر بهتری در کاهش آبشستگی از خود نشان می-دهد. بطوریکه حداکثر عمق آبشستگی ایجاد شده در اطراف گروه پایه کج با حضور شکل دوکی شمع، مستطیلی و مستطیلی گرد گوشه حداکثر عمق آبشستگی 61/19، 11/14 و 45/6 درصد نسبت به شکل استوانه‌ای شمع کاهش پیدا می‌کند. نکته قابل ذکر این که هر چه دماغه شمع آئرودینامیکی و تیز باشد کنترل گرداب‌های نعل اسبی بهتر عمل می‌کند و این امر باعث کاهش عمق آبشستگی در اطراف گروه پایه کج می‌گردد. در بین شرایط کارگذاری سرشمع بیشترین مقدار آبشستگی در حالتی که سرشمع هم تراز با بستر می‌باشد، اتفاق افتاد. برای حالتی که سرشمع بالاتر از بستر بوده ضخامت سرشمع همانند طوقه عمل کرده و مانع از برخورد مستقیم گردابه‌ها به بستر رسوبی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of the Effect of Pile Geometry and Foundation on Local Scour in Inclined Bridge Group Pier

نویسندگان [English]

  • Ramtin Sobhkhiz 1
  • Alireza Mardookhpour 2
1 Civil Engineering Department,Engineering Faculty,Islamic Azad University of Lahijan
2 Civil Engineering Department,Engineering Faculty,Islamic Azad University of Lahijan
چکیده [English]

. In this research, due to the importance of identifying the mechanisms affecting the scouring on this types of bridge piers, the effect of the geometric shape of the piles installed under the inclined piers and also the effect of the pile cap leveling in the sedimentary bed have been investigated and the properties of the scouring around the inclined pier group was studied numerically using the FLOW-3D software. The study of total shear stress in the flow bed at different leveling of the pile caps shows that the highest shear stress is created when the pile cap position is at the same level as the river bed; by installing the pile cap at a lower level than the river bed, the maximum shear stress decreases. This may be due to the fact that in this case, the distance between the pier group increases and the presence of the second pier decreases the flow rate in the pier group and different pier in the one pier group acts as the two independent piers in the formation of the flow pattern. By comparing the final longitudinal sections of the scouring at different leveling of the pile cap, it is concluded that the largest reduction in scouring depth occurs in aerofoil-shaped pile caps and pile caps with the sharper nose and better aerodynamic shapes are good options to control the horseshoe vortices and will reduce the scouring depth around the inclined pier group.

کلیدواژه‌ها [English]

  • scouring hole
  • FLOW-3D software
  • bridge
  • Pile
  • numerical simulation

[1] Breusers, H. N. C., & Raudkivi, A. J. (1991). IAHR hydraulic structures design manual: Scouring, Vol. 2. Balkema, Rotterdam, The Netherlands.

[2] Melville, B. W., & Sutherland, A. J. (1988). “Design method for local scour at bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering114(10), 1210-1226.

[3] Parola, A. C., Mahavadi, S. K., Brown, B. M., & El Khoury, A. (1996). “Effects of rectangular foundation geometry on local pier scour”, Journal of Hydraulic Engineering122(1), 35-40.

[4] Jones, J. S., Bertoldi, D., & Stein, S. (1995). Alternative scour countermeasures. In Stream Stability and Scour at Highway Bridges: Compendium of Stream Stability and Scour Papers Presented at Conferences Sponsored by the Water Resources Engineering (Hydraulics) Division of the American Society of Civil Engineers (pp. 854-854). ASCE.

[5] EsmailiVaraki, M., Sadat Jafari, M., Ayoubzadeh, A., & Rostami, M. (2016) “Simulation of the flow pattern around the inclined pier group using the Flow-3D numerical model”, 30(6), 1860-1873

[6] Melville, B. W., & Raudkivi, A. J. (1996). “Effects of foundation geometry on bridge pier scour”, Journal of Hydraulic Engineering122(4), 203-209.

[7] Sheppard, D. M., Melville, B., & Demir, H. (2013). “Evaluation of existing equations for local scour at bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering140(1), 14-23.

[8] Ataie-Ashtiani, B., Baratian-Ghorghi, Z., & Beheshti, A. A. (2010). “Experimental investigation of clear-water local scour of compound piers”, Journal of Hydraulic Engineering136(6), 343-351.

[9] Abdeldayem, A. W., Elsaeed, G. H., & Ghareeb, A. A. (2011). “The effect of pile group arrangements on local scour using numerical models”, Advances in Natural and Applied Sciences5(2), 141-146.

[10] Amini, A., Melville, B. W., Ali, T. M., & Ghazali, A. H. (2011). “Clear-water local scour around pile groups in shallow-water flow”, Journal of Hydraulic Engineering138(2), 177-185.

[11] Sheppard, D. M., Melville, B., & Demir, H. (2013). “Evaluation of existing equations for local scour at bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering140(1), 14-23.

[12] Ghasemzadeh, F., & Shinyzadeh, p. (2015). Simulation of hydraulic issues in Flow-3D. Innovative publishing. Tehran. Iran

[13] Maroosi, M., Roshan, R., & Sarkordeh, H. (2014). Analysis and design with Flow-3D software, Fadak isatist publication, First printing, Tehran, Iran (in farsi)

[14] Khaple, S., Hanmaiahgari, P. R., Gaudio, R., & Dey, S. (2017). “Interference of an upstream pier on local scour at downstream piers”, Acta Geophysica65(1), 29-46. 

[15] Hoang, N. D., Liao, K. W., & Tran, X. L. (2018). “Estimation of scour depth at bridges with complex pier foundations using support vector regression integrated with feature selection”, Journal of Civil Structural Health Monitoring8(3), 431-442.

CAPTCHA Image