بررسی عددی سه بعدی عملکرد جفت شکاف پایه در تغییر الگوی جریان و تنش برشی بستر پیرامون آن

نوع مقاله: کوتاه

نویسنده

استادیار دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

چکیده

فرسایش بستر اطراف پایه‌ها یکی از عوامل اصلی تخریب پل‌ها، اسکله‌ها و دیگر سازه‌های مشابه می‌باشد. استفاده از ابزارهای مختلف نظیر مقطع هندسی پایه، ایجاد شکاف در بدنه پایه و یا ترکیبی از این روش‌ها، تمهیداتی هستند که برای جلوگیری و کاهش عمق آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌های پل پیشنهاد می‌شود. هدف این تحقیق بررسی تأثیر جفت شکاف در کاهش آبشستگی موضعی، درمقایسه با پایه‌های بدون شکاف و تک شکاف است. در این راستا، شبیه‌سازی سه بعدی میدان جریان اطراف پایه‌های استوانه‌ای به کمک نرم افزار فلوئنت انجام گرفته و تأثیر هر کدام از مدل‌های پایه بر رفتار میدان جریان و نیز گستردگی ناحیه تنش‌های برشی بحرانی مورد بررسی قرار گرفت. مدل‌سازی‌های انجام یافته تأثیر مثبت ترکیب شکاف‌سطح آب و شکاف بستر را بر کاهش تنش‌های برشی بستر و نیز کوچک‌تر شدن نواحی تنش‌های برشی بحرانی نشان داد. میزان درصد کاهش تنش برشی بستر پیرامون مدل پایه دارای جفت شکاف نسبت به مدل بدون شکاف برابر 65% است. همچنین ایجاد شکاف در پایه‌ها، از قدرت مخرب گردابه‌های پشت پایه می‌کاهد. با مقایسه منحنی سرعت جریان قبل از پایه، تغییرات سطح آب و نیز ناحیه تنش‌های برشی بحرانی، دقت بالای مدل آشفتگی RSM در شبیه‌سازی اثر آشفتگی جریان نتیجه گرفته شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

3D Numerical study the effect of double Slots Placing in Piers on Reducing of the scour depth around Cylindrical Bridge Piers

چکیده [English]

Erosion around the piers is one of the main causes of the destruction of bridges, docks and other similar structures. Using of methods such as cross-section of pier, applying the slot on pier or combination of them, is the preparations which recommended to control and reduce the scour depth around the bridge piers. The purpose of this study is to investigate the effect of applying double slot in decreasing the local scour in comparison to the no slot pier and on slot piers. In this regard, the three dimensional simulation of flow field around cylindrical bridge piers has been conducted by Fluent and the effect of each of models based on behavior of flow field and the bed shear stress is studied. Done modeling showed the positive impact of combination of the bed slot and water surface slot on decreasing the bed shear stress and also the extension of critical shear stress. The reducing of bed shear stress around pier with double slot is 65% compared to the no slot and one slot pier. Also applying the slot in piers can be decrease the power of wake vortices. By comparison the velocity profile before the pier, variation of water surface and the extension of critical bed shear stress, the high precision of RSM turbulence model was concluded.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key Words: Numerical Model
  • Bridge Pier
  • Scouring
  • Shear stress
  • Slot
[1].   Chiew, Y.M. Scour protection at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, ACSE, 118(9): 1260-1269, 1992.

[2].   Kumar, V, Rang Raju, K.G, Vttal, N. Reduction of local scour around bridge piers using slot & collars. Journal of Hydraulic Engineering, ACSE, 125(12): 1302-1305, 1999.

[3].   El-Razek, M.A, El-Motaleb, M.A, Bayoumy M. Scour reduction around bridge piers using internal opening through the pier. Journal of Alexandria Engineering, 42(2): 241-248, 2003.

[4].   Christensen, Z.M. Reduction of local scour around bridge piers: Combined System of Aerofoil and Slot. BS Thesis, Department of Engineering and Surveying, University of Southern Queensland, 2003.

[5].    Grimaldi, C, Gaudio, R, Calomino, F, Cardoso, A.Countermeasures against local scouring at bridge piers: slot and combined system of slot and bed sill. Journal of Hydraulic Engineering, 135(5): 425–431, 2009.

[6].    Haji Mashhadi, S, MusaviJahromi, H, Sanei, M, ShafaiBajestan, M. Evaluation of rectangular slot to control of time development of local scour around cylindrical bridge pier. Journal of Ecology, Environment and Conservation, 18(13): 489-496, 2012.

[7].نادریبنی، م. (1380)، کنترل و کاهش آبشستگی موضعی در پایه های پل با استفاده از شکاف. پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.

[8].حیدرپور، م، افضلی مهر، ح، خدارحمی، ز.حفاظت گروه پایه های استوانه ای پل در برابر آبشستگی موضعی با استفاده از شکاف. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، جلد 4، شماره 3، 10-22، 1386.

[9].آقاخانیافشار،ح.بررسی اثر هندسه شکاف پایه پل و پایه های مجاور بر کاهش آبشستگی موضعی. پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، 1389.

[10].           خدابخشی،ع،صانعی،م،کلاهچی،ع.ع.بررسی آزمایشگاهی تاثیر ارتفاع شکاف از سطح بستر رودخانه بر آبشستگی موضعی پایه پل. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، ارومیه، 18-15 آبان، 1391.

[11].Ettema,  R. Scour at bridge piers. PhD Thesis, Auckland University, Auckland, New Zealand, 1980.

[12].           بشارتی،ح.بررسی سه بعدی جریان اطراف پایه مخروطی با استفاده از مدل آشفتگی . پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مهندسی سازه های دریایی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، 1387.

[13].           پوراحمدی،م. بررسی تجربی و عددی پدیده آبشستگی موضعی در اطراف پایه های مخروطی و هرمی شکل. پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی سازه­های دریایی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، 1389.

[14].           نوریفر،م.بررسی اثر شکاف پایه پل بر کاهش عوامل آبشستگی موضعی به کمک نرم افزار Fluent. پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، 1389.

[15].           مهرزاد، ر.بررسی تجربی و عددی پدیده آبشستگی موضعی در اطراف پایه های مخروطی شکاف­دار تحت جریان دائمی، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمرانسازه­های دریایی، دانشگاه صنعتی سهند، 1390.

[16].Esmaeili,T, Dehghani,A.A, Pirestani, M.R, Sumi T. Numerical simulation of skewed slot effect on local scour reduction. Journal of Water Science Research, 3: 201-213, 2011.

[17].           چناری، س.ع، ملکی، ح.بررسی عددی اثر پایه پل شکاف دار و بدون شکاف بر میزان تنش برشی کف و توزیع سرعت جریان. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، ارومیه، 18-15 آبان، 1391.

[18].             اسدیپرتو،ا،اقبال­زاده، ا، جوان، م.بررسی عددی اثر عرض شکاف بر الگوی جریان اطراف پایه پل. نشریه دانش آب و خاک، جلد 24، شماره 1، 103-114، 1393.

[19].         Launder, B.E, Spalding, D.B. The Numerical computation of turbulent flows, Comput Meth Applmech Eng, 3: 269-289, 1974.

[20].         Rodi, W. Comparisons of LES and RANS calculations of the flow around bluff bodies.  Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 69-71: 55-75, 1997.

[21].         Melville, B. W. Local scour at bridge site. Rep. No. 117, Dept. of Civil Engineering, School of Engineering, University of Auckland, Auckland, New Zealand, 1975.

[22].         کاردان، ن، حکیم زاده، ح، حسن زاده، ی.مجله علوم مهندسی و آبیاری، سال 9، شماره 1، 1393.