نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

تحلیل عددی مکانیزم جریان آشفته اطراف پایه های پل مرکب

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه خوارزمی
2 استادیار مهندسی آب، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بوئین زهرا، بوئین زهرا
3 گروه مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
پایه‌های پل مرکب، ترکیبی از چند شمع، سرشمع و یک یا چند ستون در بالای سرشمع، به علت اندرکنش جریان و قسمتهای مختلف پایه، سازوکار پیچیده‌تری نسبت به تک پایه‌ها دارا می‌باشند. با وجود این پیچیدگی، اکثر مطالعات صورت گرفته روی پایه‌های پل مرکب بر آبشستگی حول پایه‌ها متمرکز بوده است. در مطالعه حاضر به مدل‌سازی عددی الگوی جریان حول پایه‌های پل مرکب، به منظور توصیف بهتر سازوکار جریان پرداخته شده است. به این منظور مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار فلوتری دی انجام شد و پس از صحت سنجی مدل عددی، الگوی جریان، آشفتگی و تنش برشی حول پایه‌های بررسی گردید. مدل‌سازی‌ها نشان از وجود پدیده‌هایی چون ناحیه کم سرعت جریان در محدوده پایه‌های متوالی، وجود جریان گردابی حول محور قائم پس از پایه دارد. افزایش عمق جریان بالادست پایه‌ها و کاهش عمق جریان در محل برخورد جریان با ستون نیز در نتایج عددی مشاهده شد. جریان گردابی حول محور طولی کانال در پایین دست و جریان گردابی در محل اتصال سرشمع به ستون نیز از دیگر وبژگی‌های جریان حول پایه_های مرکب بود که مدل عددی آن را شبیه‌سازی نمود. نتایج مدلسازی عددی نشان داد بیشینه تنش برشی اطراف اولین پایه مقابل جریان رخ داده و بیشینه شدت آشفتگی در محل برخورد به اجزای پایه مرکب بوده است. همچنین پدیده حفاظتی ردیف‌های بالادست پایه‌ها روی ردیف‌های پایین‌دست منجر به کاهش تنش برشی ردیف‌های دوم، سوم و چهارم پایه-ها نسبت به ردیف ماقبل خود به ترتیب برابر 42، 36 و 31 درصد و کاهش سرعت برآیند 17، 10 و 5/7 درصد شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Alemi, M., Pêgo, J.P. & Maria, R. (2019). Numerical simulation of the turbulent flow around a complex bridge pier on the scoured bed. European Journal of Mechanics / B Fluids, 76, 316-331.
Amini, A., Mohd, T., Ghazali, H., Huat, B. & Aziz A. (2010). A local scour prediction method for pile cap in complex piers. ICE-Water Management, 164, 73-80.
Amini, A., Melville, B.W., Ali, T.M. & Ghazli, A. H. (2012). Clear-water local scour around pile groups in shallow-water flow. Journal of Hydraulic Engineering, 138(2), 177-185.
Amini-Baghbadorani, D., Ataie-Ashtiani, B., Beheshti, A., Hadjzaman, M. & Jamali, M. (2018). Prediction of current-induced local scour around complex piers: Review, revisit, and integration. Coastal Engineering, 133, 43-58.
Asadi, A., Amini, A., Eghbalzadeh, A. & Javan, M. (2016). Numerical Modeling of Flow Field around Bridge Pier with Compound Geometry. Water and Soil Science, 26(2-2), 1-12. (In Persian)
Ataie-Ashtiani, B. & Beheshti, A.A. (2006). Experimental investigation of clear-water local scour at pile groups. Journal of Hydraulic Engineering, 132(10), 1100-1104.
Beheshti, A.A. & Ataie-Ashtiani, B. (2010). Experimental Study of Three-Dimensional Flow Field around a Complex Bridge Pier. Journal of engineering mechanics, 136(2), 143-154.
Breusers, H.N.C., Nicollet, G. & Shen, H.W. (1977). Local Scour Around Cylindrical Piers. Journal of Hydraulic Research, 15, 211-252.
Ferraro, D., Tafarojnoruz, A., Gaudio, R. & Cardoso, A.H. (2013). Effects of pile cap thickness on maximum scour depth at a complex pier. Journal of Hydraulic Engineering, 139(5), 482-491.
Flow Science Inc. (2016). FLOW-3D V11.2, User's Manual. Santa Fe, New Mexico.
Ghodsi, H., Najafzadeh, M., Mohammad Javad Khanjani, M.J. & Beheshti, A. (2021). Effects of Different Geometric Parameters of Complex Bridge Piers on Maximum Scour Depth: Experimental Study. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 147(5), https://doi.org/ 10.1061/(ASCE)WW.1943-5460.0000645.
Heydarpour, M., Afzali Mehr, H. & Khoda Rahmi, Z. (2007). Local scour protection of circular bridge pier groups using slot. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 14(3), 174-185. (In Persian)
Khaledi, V., Amini, A. & Bahrami, J. (2020). Effect of pile cap's shape at scour hole dimensions at bridges with composite geometry. Iranian Water Researches Journal, 14(2), 101-109. (In Persian)
Mohammadpour, R., Taghi Shahbazi, A., Sabzvari, T. & Karami Moghadam, M. (2021).Temporal variation of local scour at complex rectangular pier. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 21(81), 25-46. (In Persian)
Moreno, M., Maia, R., Couto, L. & António H. Cardoso. (2016). Subtraction Approach to Experimentally Assess the Contribution of the Complex Pier Components to the Local Scour Depth, Journal of Hydraulic Engineering, 143(4), https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.000 1270.
Mousavi Jahromi, H. & Taghizadeh, K. (2006). The influence of the shape and number of bridge piers on erosion. Seventh International Seminar on River Engineering, Ahvaz, Shahid Chamran University. (In Persian)
Nazariha, M. (1996). Design relationships for maximum local scour depth for bridge pier groups. PhD Dissertation, University of Ottawa.
Omara, H. & Tawfik, A. (2018). Numerical study of local scour around bridge piers. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 151, 012013. doi:10.1088/1755-1315/151/1/0.
Pourghasemzadeh, B. & Ghomeshi, M. (2022). Experimental investigation of the angle effect of the cylindrical bridge group piers relative to the flow direction on the maximum scour depth of the piers. Irrigation Sciences and Engineering, 45(3), 131-145. (In Persian)
 
RostamAbadi, M. & Kazemi, S., (2022), Numerical study of the weir angle on the flow pattern and scour around the submerged weirs. International Journal of Modern Physics C, 33(8), 2250110,  https://doi.org/10.1142/S0129183122501108.
Sheppard, D.M., Yang, Y. & Melville, B. (2023). Method for Estimating Clear-Water Local Scour Rate at Complex Piers. Journal of Hydraulic Engineering, 149(10), https://doi.org/10.1061/ JHEND8.HYENG-13656.
Sicilian, J.M., Hirt, C.W. & Harper, R.P. (1987). FLOW-3D: Computational modeling power for scientists and engineers. Report FSI-87-00-1, Flow Science. Los Alamos. NM, US.
Yang, Y., Li, J., Zou, W. & Chen, B. (2024). Numerical Investigation of Flow and Scour around Complex Bridge Piers in Wind–Wave–Current Conditions. Journal of Marine Science and Engineering, 12(1), 23, https://doi.org/10.3390/ jmse12010023.
Zhao, G. & Sheppard, D.M. (1998). The effect of flow skew angle on sediment scour near pile groups. Stream Stability and Scour at Highway Bridges, Compendium of papers ASCE Water Resource Engineering Conferences 1991-1998, Reston, Virginia: ASCE, 377-391.

  • تاریخ دریافت 19 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری 27 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 06 مهر 1403