علوم و مهندسی آب و فاضلاب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب

شبیه‌سازی عددی تأثیر زاویه برخورد جریان بر الگوی جریان حول پایه‌های پل مرکب

نوع مقاله : مقالات علمی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بوئین زهرا، بوئین زهرا، ایران.
2 دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
3 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.
چکیده
اکثر مطالعات مربوط به پایه­های پل مرکب بر آب‌شستگی حول پایه­ها متمرکز بوده است و توجه کم‌تری بر الگوی جریان آشفته با تغییر زاویه برخورد جریان به پایه­ها معطوف‌شده است. در مطالعه حاضر شبیه­سازی عددی الگوی جریان حول پایه­های پل مرکب با زوایای 10، 30، 50، 70 و 90 درجه نسبت به جهت جریان انجام ‌شده است. برای این منظور، شبیه‌سازی عددی در نرم­افزار Flow3D انجام شد و پس از صحت­سنجی مدل عددی، الگوی جریان و تنش برشی حول پایه­ها بررسی شد. برای کلیه زوایا، بررسی بردارهای سرعت نشان‎داد در اطراف ستون چهار ناحیه قابل‌تشخیص است. اول ناحیه سکون در محل برخورد جریان به ستون است، نواحی 2 و 3 در دو طرف ستون که جریان گردابی حول محور قائم در آن‌ها شکل گرفته‎است و ناحیه چهار که ناحیه زینی است و در مرز ناحیه شماره 2 و جریان پایین­دست به‌وجود آمده است. تغییر زاویه برخورد جریان با پایه­ها، گستردگی و موقعیت این نواحی را تحت‎تأثیر قرارداده است، به‌طوری‌که در زاویه 90 درجه نواحی 2 و 3 کاملاً مشابه و برای زاویه 10 درجه، ناحیه 4 تشکیل نشده است. بررسی تنش برشی نشان داد به‌طورکلی تنش برشی حول پایه­ها با افزایش زاویه، بیش‌تر شده است؛ به‌طوری‌که از زاویه 10 تا 90 درجه به‌ترتیب 65، 135، 170، 173 و 202 درصد تنش برشی بستر نسبت به زاویه صفر درجه افزایش یافته است. همواره تنش برشی حول پایه­های ردیف اول بیش‌تر از تنش برشی حول پایه­های ردیف دوم است؛ به­طوری‌که به‎ازای زاویه 90 درجه، تنش برشی متوسط حول پایه­های ردیف دوم نسبت به پایه­های ردیف اول 45 درصد است، اما به‎ازای زوایای دیگر این نسبت بیش‌تر و تا حدود 58 درصد است.
کلیدواژه‌ها

اسدی پرتو، ا.، امینی، ع.، اقبال‌زاده، ا.، و جوان، م.، (1395)، "مدل‌سازی عددی میدان جریان اطراف پایه پل با هندسه مرکب"، دانش آب و خاک،  26 (2)، 12-1.
بهروزی، ز.، حمیدی‌فر، ح.، و زمردیان، م.ع.، (1400)، "شبیه‌سازی عددی سرعت جریان در اطراف پایه‌های پل تکی و دو قلو با چیدمان‌های مختلف با استفاده از مدل فلوئنت"، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر, 53(9)، 3883-3896،‎ https://doi.org/10.22060/ceej.2020.18136.6777
خالدی، و.، امینی، ع.، و بهرامی، ج.، (1399)، "اثر شکل سرشمع در ابعاد حفره آب‌شستگی در پایه پل‌ها با هندسه مرکب"، پژوهش آب ایران، 14(2)، 101-109.
محمدپور، ر.، تقی شاهبازی، ع.، سبزواری، ت.، و کرمی مقدم، م.، (1399)، "بررسی تغییرات زمانی آب‌شستگی در اطراف پایه‎های مرکب مستطیلی"،  تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 21(81)، 25-46،
https://doi.org/10.22092/idser.2021.341672.1424.
Abadi, M.R., and Mohsenabadi, S.K., (2022), “Numerical study of the weir angle on the flow pattern and scour around the submerged weirs”, International Journal of Modern Physics C, 33(08), 2250110. https://doi.org/10.1142/S0129183122501108.
Amini, A., Melville, B.W., Ali, T M., and Ghazli, A.H., )2012(, “Clear-water local scour around pile groups in shallow-water flow”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 138(2), 177-185, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000488.
Ata Amini, S., Mohammad, T.A., Aziz, A.A., Ghazali, A.H., and Huat, B.B., (2011), “A local scour prediction method for pile caps in complex piers”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 164(2), 73-80, Thomas Telford Ltd, https://doi.org/10.1680/wama.900064.
Beheshti, A.A., and Ataie-Ashtiani, B., )2010(, “Experimental study of three-dimensional flow field around a complex bridge pier”, Journal of Engineering Mechanics, 136(2), 143-154, https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000073.
Ettema, R., Constantinescu, G., and Melville, B.W., (2017), “Flow-field complexity and design estimation of pier-scour depth: Sixty years since Laursen and Toch”, Journal of Hydraulic Engineering, 143(9), 03117006, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001330.
Ferraro, D., Tafarojnoruz, A., Gaudio, R., and 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. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000704.
Flow Science Inc., )2016(, FLOW-3D V 11.2 user's manual, Santa Fe, New Mexico.
Ghodsi, H., Najafzadeh, M., Khanjani, M.J., and 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), 04021021, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WW.1943-5460.0000645.
Nazariha, M., (1996), “Design relationships for maximum local scour depth for bridge pier groups”, Ph.D. Dissertation, University of Ottawa, Canada.
Omara, H., and Tawfik, A., (2018), “Numerical study of local scour around bridge piers”, In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, (151(1), 012013), IOP Publishing, https://doi.org/10.1088/1755-1315/151/1/0.
Pourghasemzadeh, B., and 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, https://doi.org/10.22055/jise.2017.19147.1379.
Sheppard D.M., and Renna R., (2005), “Bridge scour manual”, Florida Department of Transportation, Tallahassee, Florida.
Sheppard, D.M., Yang, Y., and Melville, B., (2023), “Method for estimating clear-water local scour rate at complex piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 149(10), 04023039, https://doi.org/10.1061/JHEND8.HYENG-13656.
Sicilian, J.M., Hirt C.W., and 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., Melville, B.W., Sheppard, D.M., and Shamseldin, A.Y., (2018), “Clear-water local scour at skewed complex bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 144(6), 04018019, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001458.
Yang, Y., Melville, B.W., Macky, G.H., and Shamseldin, A.Y., (2020), “Temporal evolution of clear-water local scour at aligned and skewed complex bridge piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 146(4), 04020026.https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001732.
Yang, Y., Li, J., Zou, W., and Chen, B., (2023), “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.
دوره 10، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 29-42

  • تاریخ دریافت 26 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 13 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 22 اسفند 1403