مدل سازی عددی میدان جریان اطراف پایۀ پل با هندسۀ مرکب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد گروه مهندسی عمران- آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه

2 استادیار، بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سنندج، کردستان

3 استادیار گروه مهندسی عمران -آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه، مرکز تحقیقات پیشرفته آب و فاضلاب، دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

ایجاد و گسترش آبشستگی در پایۀ پلها از عمدهترین عوامل آسیب و تخریب پلها میباشند. شناخت فرآیند آبشستگی
جهت پیشبینی نحوة ایجاد، گسترش و وضعیت نهایی گودال آبشستگی در اطراف پایۀ پلها الزامی است. در دهه های
اخیر استفاده از پایههای مرکب به جای پایه های ساده در ساخت پلها، توسعه یافته است. در این تحقیق با استفاده از
نحوة شکلگیری سرعت در اطراف پایۀ پلها با هندسۀ مرکب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج ،FLOW-3D نرمافزار
عددی حاصل از این مدل با داده های آزمایشگاهی موجود مقایسه گردید. نتایج نشان میدهند که این مدل قابلیت پیش-
بینی الگوی سهبعدی جریان را دارا میباشد و میتواند بهصورت مؤثر درک بهتری از مطالعات آزمایشگاهی ارائه
دهد. نتایج همچنین بیانگر پیچیده بودن جریان آشفته در نزدیکی سرشمع است، بهطوریکه این جریانها به تمام جهات
منحرف میشوند. بر خلاف تک پایه که سرعت بیشینه مثبت در طرفین پایه رخ میدهد، در پایه های با هندسه مرکب این
سرعت در پایینتر از محل سرشمع و در مرکز پایه مشاهده گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Flow Field around Bridge Pier with Compound Geometry

نویسندگان [English]

  • A Asadi 1
  • A Amini 2
  • A Eghbalzadeh 3
  • M Javan 3
چکیده [English]

Scour generation and its development around bridge piers are the main causes of bridges damage and failure.
Understanding the scour mechanism is essential to predict the scour and equilibrium scour hole status around bridge
piers. In the recent decades, the use of compound bridge piers instead of the simple piers in construction of bridges, has
been developed. In this study, using the FLOW-3D software, process of the formation and development of the scour
around bridge pier with compound geometry has been investigated. Numerical results obtained from this model were
compared with available experimental data. The results showed that this model had the capability to predict the threedimensional
flow field and could effectively provide a better understanding of the experimental studies. The results also
indicated the complexity of turbulent flow near pile cap so that these flows were deflected in all directions. On contrary
to the simple pier, in which the positive maximum velocity occurred in the sides of pier, in the case of piers with
compound geometry this velocity occurred in the center of the pier and downstream of the pile cap.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound pier
  • Flow-3D
  • Flow pattern
  • Numerical simulation
اسدی پرتو ا، اقبال زاده ا و جوان م، 1393. بررسی عددی اثر عرض شکاف بر الگوی جریان اطراف پایۀ پل. نشریه دانش آب و خاک، جلد 24، شماره‌ 1، صفحه‌های 103 تا 114.
Amini A, Melville BW, Thamer M and Ghazali H, 2013. Clear water local scour around pile groups in
         shallow water flow. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 138 (2): 177-185.
Amini A, Mohd T, Ghazali H, Huat B and Aziz A, 2010.  A local scour prediction method for pile cap in   complex piers. ICE-Water Management 164: 73–80.
Anonymous, 2011. FLOW 3D User’s Manual. Version 10.0. Flow Science Inc. in the USA and other countries.
Ataie-Ashtiani B and Beheshti AA, 2006. Experimental investigation of clear water local scour at pile   groups. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 132(10): 1100-1104.
Ataie-Ashtiani B, Baratian Ghorghi Z and Beheshti AA, 2010. Experimental investigation of clear water     local scour of compound piers. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 136 (6): 343-352.
Beheshti AA and Ataie-Ashtiani B, 2008. Analysis of threshold and incipient conditions for sediment   movement. Coastal Engineering 55(5): 423–430.
Coleman SE, 2005. Clearwater local scour at complex pier. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 131 (4): 330-333.
Dey S, Raikar RV and Roy A, 2008. Scour at submerged cylindrical obstacles under steady flow. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 134(1): 105-109.
Esmaeili T, Dehghani AA, Zahiri AR, and Suzuki K, 2009. 3D Numerical simulation of scouring around bridge piers (Case Study: bridge 524 crosses the Tanana River). World Academy of Science, Engineering and Technology 58 (34): 1028-1032.
Melville BW and Raudkivi AJ, 1996. Effects of foundation geometry on bridge pier scour. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 122(4): 203–209.
Pasiok R and Stilger-Szydlo E, 2010. Sediment particles and turbulent flow simulation around bridge piers. Archives of Civil and Mechanical Engineering 10(2): 66-79.
Richardson EV and Davis SR, 2001. Evaluating scour at bridge. Federal Highway Administration. Hydraulic Engineering Circular No.18, FHWANHI-01-001, FDOT, FL, US.
Roulund A, Sumer BM, Fredsøe J and Michelsen J, 2005. Numerical and experimental investigation of flow and scour around a circular pile. Journal of Fluid Mechanics 53(4): 351–401.
Sheppard DM and Glasser T, 2004. Sediment scour at piers with complex geometries. Proc. 2nd Int. Conf. on Scour and Erosion, World Scientific, Singapore.
Sheppard DM and Glasser T, 2004. Large scale clear-water local pier scour experiments. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 130(10): 957–963.
Sheppard DM and Renna R, 2005. Bridge scour manual. Florida Department of transportation, FDOT. FL, US.
Sicilian JM, Hirt CW and Harper RP, 1987. FLOW-3D: Computational modeling power for scientists and engineers. Report FSI-87-00-1, Flow Science. Los Alamos. NM, US.
Zhao M, Cheng L and Zang Z, 2010. Experimental and numerical investigation of local scour around a submerged vertical circular cylinder in steady currents. Coastal Engineering 57: 709–721.