بررسی عددی تأثیر ایجاد حفره در پایه پل بر خصوصیات جریان پیرامون پایه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه قم.

2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه قم.

چکیده

در این تحقیق برای درک بهتر ساز و کار عملکرد حفره و تأثیر آن بر هیدرودینامیک جریان پیرامون پایه، مدلسازی عددی جریان اطراف پایه پل با مقطع دایرهای دارای حفره و بدون حفره، در شرایط بستر صلب صورت گرفته است. با استفاده از اطلاعات آزمایشگاهی در دسترس و به کمک مدل سه بعدیFlow3D ، در ارتفاع‌های مشخص در امتداد مسیر جریان و عمود بر آن در پایه حفره با مقطع دایره ایجاد شده و خصوصیات جریان اطراف پایه پل با حفره و بدون حفره مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان دادند که ایجاد حفره در پایه باعث گستردهتر شدن گردابههای ایجاد شده بعد از پایه شده و انتظار میرود عمق آبشستگی در اطراف پایه کاهش یابد. طبق نتایج حاصل این تحقیق، میتوان با ایجاد حفره میزان انرژی آشفتگی را 20% و تنش برشی بستر را 56% کاهش داد و با توجه به نتایج تنش برشی بستر و مقایسه آن با تنش برشی بحرانی پیشبینی می‌شود که میزان آبشستگی اطراف پایه پل در زمانی که حفره در پایه ایجاد شدهاست نسبت به زمانی که پایه بدون حفره است کاهش یابد. همچنین با ایجاد حفره جدایی جریان و تشکیل گرداب برگشتی کمتر دیده می‌شود و جریان چرخشی تشکیل شده در پایین‌دست پایه، کشیده‌تر شده و از حالت گردابی خارج می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the influence of a hole at the pier of the bridge on the flow characteristics of the pier

نویسندگان [English]

  • Ehsan Jabbari 1
  • Hojjat Karami 2
  • mina molaiyfard 3
1 Assistant Professor, Faculty of Engineering, University of Qom.
2 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University.
3 MSc Student, Faculty of Engineering, University of Qom.
چکیده [English]

The scour around the pier leads to bridge demolition. Therefore, the perception of the factors’ behavior affecting the scour and the capability to predict this phenomenon can offer important information to bridge designers. The development of a hole inside the pier is one the proposed solutions for reducing pier scour. In order to a better perception of the mechanism of hollow performance and its effect on the flow hydrodynamic around the pier, the numerical modeling of flow around the pier having a circular section with and without hollow is accomplished in rigid bed. The characteristics of the flow around the pier with and without the hollow are compared by the available laboratory information and using the 3 dimensional Flow3D model. The results showed that the development of hollow in pier leads to wider vortices after the pier and it is expected that the scour depth decreases around the pier. According to the results of this study, the turbulence energy and the bed shear stress can be reduced to 20% and 56%. Based on results of shear stress and comparing it with the critical shear stress, it is predicted that the amount of scouring around the pier when a hollow is developed can be reduced. Also, holes cause the less flow separation and returns flow after pier.

کلیدواژه‌ها [English]

  • scour reduction
  • flow pattern
  • hollow
  • Numerical Modeling
  • Flow3D

[1] معاونت نظارت راهبردی- دفتر نطام فنی اجرایی. (1390)."راهنمای روش‌های محاسبه آبشستگی موضعی نشریه شماره 549".

[2] Melville, B., W. & Coleman, S., E. (2000). “Bridge scour”, Water Resources Publications, LLC. Colorado. U.S.A. 550p.

[3] Raudkivi, A. j. (1990). loose boundary hydraulic. 3rd Edition. Pergamon Press.

[4] Babar, R., Setia, S., & Setia, B. (2000). “Scour protection by a slot through a model bridge pier”, Proceeding of International Symposium on Recent Advances in Experimental Fluid Mechanics. Indian Institute of Technology. Kanpur, India.

[5] Bayram, A., & Larson, M. (2000). “Analysis of scour around a group of vertical piles in the field”, Journal of waterway, port, coastal, and ocean engineering126(4), 215-220.

[6] Heidarpour, M. (2002, September). “Control and reduction of local scour at bridge piers by using slot”, In International Conference on fluvial hydraulics. Louvain-la-Neuve, Belgium: Balkema.

[7] El-Razek, M., El-Motaleb, M. A., & Bayoumy, M. (2003). “Scour reduction around bridge piers using internal openings through the pier”, Alexandria Engineering Journal42(2), 241-248.

[8] Grimaldi, C., Gaudio, R., Calomino, F., & Cardoso, A. H. (2009). “Countermeasures against local scouring at bridge piers: slot and combined system of slot and bed sill”, Journal of Hydraulic Engineering135(5), 425-431.

[9] پیرمحمدی، ر.، حیدرپور، م. (1385). "بررسی شکل و ابعاد محدوده سنگ‌چین اطراف پایه‌های استوانه‌ای پل‌ها برای کنترل آبشستگی موضعی"، هفتمین کنگره بین‌المللی مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

[10] حیدرپور، م.، افضلی‌مهر، ح.، خدارحمی، ز. (1386). "حفاظت گروه پایه‌های استوانه‌ای پل در برابر آبشستگی موضعی با استفاده از شکاف"، مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دوره 14، شماره 3، ش.ص. 174- 180.

[11] Chiew, Y. M. (1992). “Scour protection at bridge piers”. Journal of Hydraulic Engineering118(9), 1260-1269.

[12] Kumar, V., Ranga Raju, K. G., & Vittal, N. (1999). “Reduction of local scour around bridge piers using slots and collars”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(12), 1302-1305.

[13] Odgaard, A. J., & Kennedy, J. F. (1983). “River-bend bank protection by submerged vanes”, Journal of hydraulic engineering109(8), 1161-1173.

[14] Barkdoll, B. D., Ettema, R., & Odgaard, A. J. (1999). “Sediment control at lateral diversions: Limits and enhancements to vane use”, Journal of hydraulic engineering125(8), 862-870.

[15] Lauchlan, C.S. (1999). “Pier scour countermeasures”, Ph.D. Thesis. University of Auckland. New Zealand, 299-316.

[16] Johnson, P. A., Hey, R. D., Tessier, M., & Rosgen, D. L. (2001). “Use of vanes for control of scour at vertical wall abutments”, Journal of Hydraulic Engineering127(9), 772-778.

[17] Samimiye Behbahan, T. Barani, GH. Rahim Khanli, M. and Khanjani, M. (2006). “Experimental investigation of submerged vanes effect on scouring of bridge piers”, National Congress of Irrigation and Drainage Networks management, Faculty of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran.

[18] Ghorbani, B., & Kells, J. A. (2008). “Effect of submerged vanes on the scour occurring at a cylindrical pier”, Journal of Hydraulic Research46(5), 610-619.

[19] Dey, S., Raikar, R. V., & Roy, A. (2008). “Scour at submerged cylindrical obstacles under steady flow”, Journal of Hydraulic Engineering134(1), 105-109.

[20] Khwairakpam, P., & Mazumdar, A. (2009). “Local scour around hydraulic structures”, short paper, international journal of recent trends in engineering1(6), 59-61.

[21] عقلی، م.، زمردیان، م. ع. (1391). "تأثیر توأم طوق و کابل بر روی عمق آبشستگی اطراف پایه پل در قوس رودخانه‌ها"، مجله علوم و مهندسی آبیاری، دوره 36، شماره 3، ش.ص. 31- 40.

[22] EL-Ghorab, E. A. (2013). “Reduction of scour around bridge piers using a modified method for vortex reduction”, Alexandria Engineering Journal52(3), 467-478.

[23] قاسم‌زاده، ف. (1394). "شبیه‌سازی مسائل هیدرولیکی در Flow3D"، چاپ سوم، انتشارات نوآور.

[24] اسدی پرتو، ا.، اقبال‌زاده، ا.، جوان، م. (1393). "بررسی عددی اثر عرض شکاف بر الگوی جریان اطراف پایه پل"، نشریه دانش آب و خاک، دوره 24، شماره 1، ش.ص. 103-113.

[25] Roulund, A., Sumer, B. M., Fredsøe, J., & Michelsen, J. (2005). “Numerical and experimental investigation of flow and scour around a circular pile”, Journal of Fluid Mechanics534, 351-401.

[26] بهمنش، ج.، خان محمدی، ن.، امیرعطایی. ب. (1395)."ارزیابی مقایسه‌ای روش‌های تخمین پارامترهای مدل‌های نش و هیبرید به‌منظور مدل‌سازی فرآیند بارش- رواناب (مطالعه موردی: حوضه الندچای)"، مجله تحقیقات آب و خاک ایران، دوره 47، شماره 1، ش.ص. 25- 33.

CAPTCHA Image