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

با پیشرفت فناوری طراحی و ساخت سازه‌ها، شاهد ساخت پل‌ها با اشکال مدرنی می‌باشیم که از جمله آنها می‌توان به پل‌های با گروه‌پایه‌های کج اشاره کرد. با توجه به اهمیت شناخت مکانیزم‌های مؤثر بر آبشستگی این نوع از پایه‌های پل، در پژوهش حاضر به بررسی و شبیه‌سازی عددی تأثیر هندسه شمع و فونداسیون بر روی آبشستگی موضعی در اطراف گروه‌پایه کج با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D پرداخته شده است. از طریق بررسی الگوی جریان اطراف گروه‌پایه‌ها مشخص گردید با تغییر تراز کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی گردابه‌های تشکیل شده در بین پایه اول و دوم گروه‌پایه متفاوت بوده و هرچه تراز کارگذاری نزدیک به بستر و یا بالاتر از آن قرار گیرد، گردابه‌های تشکیل شده با قدرت بیشتری بر روی بستر اطراف گروه‌پایه کج تأثیر می‌گذارد. با بررسی پروفیل طولی آبشستگی اطراف گروه‌پایه کج مشاهده گردید که شمع دوکی‌شکل نسبت به سایر شکل شمع‌ها اثر بهتری در کاهش آبشستگی از خود نشان می‌دهد. به‌طوری‌که، حداکثر عمق آبشستگی ایجاد شده در اطراف گروه‌پایه کج با حضور شکل دوکی شمع، مستطیلی و مستطیلی گردگوشه 61/19، 11/14 و 45/6 درصد نسبت به شکل استوانه‌ای شمع کاهش پیدا می‌کند. نکته قابل‌توجه اینکه، هرچه دماغه شمع آئرودینامیکی و تیز باشد، کنترل گرداب‌های نعل‌اسبی بهتر عمل می‌کند و این امر باعث کاهش عمق آبشستگی در اطراف گروه‌پایه کج می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

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

مراجع

[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 Engineering, 114(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 Engineering, 122(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 Engineering, 122(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 Engineering, 140(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 Engineering, 136(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 Sciences, 5(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 Engineering, 138(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 Engineering, 140(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 Geophysica, 65(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 Monitoring, 8(3), 431-442.
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار