ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد طرح جدید مدل‌های محافظ بستر(F-jacks) دراطراف پایه پل بر اصلاح الگوی جریان

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران- دانشکده مهندسی شهید نیکبخت- دانشگاه سیستان و بلوچستان- زاهدان- ایران

2 دانشگاه سیستان و بلوچستان

3 هیات علمی

4 استادیار

5 گروه مهندسی عمران- دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

در این پژوهش، کاربرد سازه نوآورانه F-jacks در کاهش و کنترل آبشستگی اطراف پایه پل به‌ صورت آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، خصوصیات هیدرودینامیکی جریان در سه حالت، پایه انفرادی به عنوان شاهد (الگوی SP) و پایه با حضور واحدهای F-jacks پیرامون آن مطابق دو الگوی P1 و P2، با استفاده از سرعت‌های لحظه‌ای سه‌بعدی اندازه‌گیری شده توسط ADV، بر بستر صلب مطالعه شد. توزیع مکانی الگوهای سرعت میانگین زمانی و شدت آشفتگی در مقاطع عمودی برای هر سه الگو نشان داد؛ با قرارگیری قطعات F-jacks در اطراف پایه، الگوی جریان در این ناحیه به طور کامل تغییر می‌کند. به طوری که با آرایش متراکم المان‌ها طبق الگوی P2 اطراف پایه، مؤلفه طولی سرعت میانگین زمانی از سطح آب به سمت کف به طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد و جریانی قوی رو به بالا در اطراف پایه در مقایسه با پایه تک (الگویSP ) مشهود است که در آرایش متراکم المان‌ها قوی‌تر می‌شود. این عامل به تأثیر مثبت وجود واحدهای محافظ در کاهش جریان رو به پایین ، کاهش آشوب‌های بستر و انتقال آشفتگی ناحیه wake به دور از بستر در پیرامون پایه اشاره دارد. در آرایش P2، در مقایسه با پایه تک، بزرگی شدت آشفتگی به طور میانگین، حدود 93 درصد کاهش یافته و نوسانات جریان به دور از بستر منحرف شد. تنش برشی رینولدز در مقابل پایه پل برای حالتیکه واحدهای محافظ اطراف پایه قرار گرفته‌اند، در مقایسه با الگوی SP حدود 95 درصد کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Bordbar, A., Sharifi, S. & Hemida, H. (2021). Investigation of the flow behaviour and local scour around single square-shaped cylinders at different positions in live-bed. Ocean Engineering, 238, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109772.
Çelikoğlu, Y. & Engin, D. (2017). Placement effect on the stability of tetrapod armor unit on breakwaters in irregular waves. China Ocean Engineering, 31(6), 747–753.
Chatterjee, D., Mazumder, B.S., Ghosh, S. & Debnath, K. (2021). Turbulent flow characteristics over forward-facing obstacle. Journal of Turbulence, 22(3), 141–179.
Chiew, Y.M. (1995). Mechanics of Riprap Failure at Bridge Piers. Journal of Hydraulic Engineering, 121(9), 635–643.
Chiew, Y.M. & Lim, F.-H. (2000). Failure Behavior of Riprap Layer at Bridge Piers under Live-Bed Conditions. Journal of Hydraulic Engineering, 126(1), 43–55.
Chiew, Y.M. & Lim, S.Y. (2003). Protection of bridge piers using a sacrificial sill. Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Water and Maritime Engineering, 156(1), 53–62.
Das, S. & Mazumdar, A. (2015). Turbulence flow field around two eccentric circular piers in scour hole. International Journal of River Basin Management, 13(3), 343–361.
Fouli, H. & Elsebaie, I. H. (2016). Reducing local scour at bridge piers using an upstream subsidiary triangular pillar. Arabian Journal of Geosciences, 9(598), https://doi.org/10.1007/s12517-016-2615-3.
Khodabakhshi, A. & Farhadi, A. (2016). Experimental Study on Effect of Slot Level on Local Scour Around Bridge Pier. The Journal of Applied Research, 02(05), 238–243.
Kitsikoudis, V., Kirca, V.S.O., Yagci, O. & Celik, M.F. (2017). Clear-water scour and flow field alteration around an inclined pile. Coastal Engineering, 129, 59–73, https://doi.org/10.1016 /j.coastaleng.2017.09.001.
Kumar, V., Raju, K.G.R. & Vittal, N. (1999). Reduction of Local Scour around Bridge Piers Using Slots and Collars. Journal of Hydraulic Engineering, 125(12), 1302–1305.
Melville, B.W. & Hadfield, A.C. (1999). Use of Sacrificial Piles as Pier Scour Countermeasures. Journal of Hydraulic Engineering, 125(11), 1221–1224.
Mohamadpour, S. & Shafai Bejestan, M., (2017). Investigation of The Area of Around Bridge Abutment by A-Jacks to Protect Against Scour. Journal of Irrigation Sciences and Engineering (JISE), 40(1), 25–35. (In Persian)
Najjaran, E., Kamanbedast, A.A., Shafai Bejestan, M., Masjedi, A.R. & Hasonizadeh, H. (2019). Laboratory evaluation of the effect of permeable vanes distance using six-pillar concrete elements on the bend migration. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 10(1), 31–44. (In Persian)
Nezu, I. & Nakagawa, H. (1993). Turbulence in open-channel flows. 294p.
Nezu, I. & Rodi, W. (1986). Open‐channel Flow Measurements with a Laser Doppler Anemometer. Journal of Hydraulic Engineering, 112(5), 335–355.
Park, Y.H., Oh, Y.M., Ahn, S.M., Han, T.H., Kim, Y.T., Suh, K.D. & Won, D. (2019). Development of a new concrete armor unit for high waves. Journal of Coastal Research, 35(3), 719–728.
Radice, A. & Davari, V. (2014). Roughening Elements as Abutment Scour Countermeasures. Journal of Hydraulic Engineering, 140(8), 1–7.
Rashki Ghaleh Nou, M., Azhdary Moghaddam, M., Shafai Bajestan, M. & Mohammad Azamathulla, H. (2020). Control of bed scour downstream of ski-jump spillway by combination of six-legged concrete elements and riprap. Ain Shams Engineering Journal, 11(4), 1047–1059.
Safari, I., Mouazé, D., Ropert, F., Haquin, S. & Ezersky, A. (2018). Hydraulic stability and wave overtopping of Starbloc® armored mound breakwaters. Ocean Engineering, 151, 268–275, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.12.061.  
Sahu, C., Eldho, T.I. & Mazumder, B.S. (2023). Experimental Study of Flow Hydrodynamics Around Circular Cylinder Arrangements Using Particle Image Velocimetry. Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 145(1),  https://doi.org/10.1115/1.4055597.
Shariati, H., Khodashenas, S.R. & Esmaili, K. (2010). Effect of Collar Shape on the Local Scouring Around the Bridge Piers. Journal of Hydraulics, 4(4), 1–11. (In Persian)
Tachie, M.F., Bergstrom, D.J. & Balachandar, R. (2003). Roughness effects in low-Reθ open-channel turbulent boundary layers. Experiments in Fluids, 35(4), 338–346.
Tang, H.W., Ding, B., Chiew, Y.M. & Fang, S.L. (2009). Protection of bridge piers against scouring with tetrahedral frames. International Journal of Sediment Research, 24(4), 385–399.
Valela, C., Rennie, C.D. & Nistor, I. (2022). Improved bridge pier collar for reducing scour. International Journal of Sediment Research, 37(1), 37–46.
Yang, Y., Qi, M., Li, J. & Ma, X. (2018). Evolution of hydrodynamic characteristics with scour hole developing around a pile group. Water, 10(11), 1632, https://doi.org/10.3390/w10111632.
Zarrati, A.R., Chamani, M.R., Shafaie, A. & Latifi, M. (2010). Scour countermeasures for cylindrical piers using riprap and combination of collar and riprap. International Journal of Sediment Research, 25(3), 313–322.
Zhang, Q., Tang, G., Lu, L. & Yang, F. (2021). Scour protections of collar around a monopile foundation in steady current. Applied Ocean Research, 112, 102718, https://doi.org/10.1016 /j.apor.2021.102718.
Zilai, Z. & Shafai Bejestan, M. (2017). Effects of Six-Leg Elements Row Quantity on Reduction of Cubic Bridge Pier Scour Depth. Water and Soil Science, 26(4.2), 187–200. (In Persian)
Zolghadr, M., Shafai Bejestan, M. & Fathi, A. (2016). Effect of Density and Depth of Six-Legged Elements Placement on Rectangular Abutment Scour Depth. Water and Soil Science, 26(4.1), 119–135. (In Persian)
Zolghadr, M., Shafai Bejestan, M. & Rezaeianzadeh, M. (2016). Investigating the Effect of Six-Legged Element Placement Density on Local Scour at Wing-Wall Bridge Abutments. World Environmental And Water Resources Congress 2016.
Zolghadr, M. & shafaei Bejestan, M. (2018). Effect of Six-Legged Elements installation arrangement on bed topography around Wing-Wall Abutments. Water Engineering, 11(36), 47–58. (In Persian)