نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار گروه مهندسی عمران - دانشگاه شهید مدنی آذربایجان
2 دانشجوی دکتری سازه های آبی - دانشکده کشاورزی - دانشگاه تبریز
3 استاد گروه مهندسی آب - دانشکده کشاورزی - دانشگاه تبریز
چکیده
در تحقیق حاضر به مطالعۀ تجربی و عددی تأثیر مقاطع هندسی مختلف پایۀ پل بر کاهش فرسایش بستر و تنش برشی بستر پرداخته شده است. در مطالعۀ تجربی فرسایش بستر پیرامون مدلهای پایۀ پل بررسی و میزان درصد کاهش در هر مدل برآورد شده است. در مطالعۀ عددی، میدان جریان اطراف مدل پایهها بهصورت سهبعدی با نرمافزار فلوئنت شبیه‌سازی و اثر هر یک از مقاطع بر کاهش تنش بر شیب ستر بررسی شده است. برای تعیین درصد کارایی هر یک از مقاطع، پایه استوانهای بهعنوان مدل مبنا انتخاب و میزان کاهش تنش برشی بستر در مدل عددی برای هر یک از مقاطع با کاهش عمق آبشستگی در مدلهای فیزیکی مقایسه شده است. با توجه به حساسیت مدلهای عددی به مدلهای آشفتگی، مدلهای آشفتگی با مقایسۀ نیمرخهای سرعت و سطح آزاد آب صحتسنجی شدند. نتایج بررسیها نشان داد مدل RNG از زیرمجموعۀ این مدل آشفتگی به حصول نتایج عددی با دقت قابل قبولی منجر شده است.از میان مقاطع هندسی مختلف که برای پایۀ پل در نظر گرفته شده است، مقطع دوکی شکل با ابتدای تیز، با کاهش 72 درصد عمق آبشستگی، نسبت به مدل مبنا، بهترین مدل تعیین شده است. مدل ترکیبی مقطع مستطیلی با مثلث انتهایی با کاهش 8 درصد در فرسایش بستر، کمترین تأثیر را بر بهبود نتایج داشته است. مقطع مستطیلی نیز موجب افزایش عمق آبشستگی بهمیزان 7 درصد شده است. نظر به محدودیتهای که در انجام مطالعات آزمایشگاهی وجود دارد، مقایسۀ نتایج عددی با نتایج تجربی یکی دیگر از اهداف پژوهش حاضر بوده است. نتایج بهدست آمده همسو بودن کاهش تنش برشی را در مدلهای عددی و کاهش عمق آبشستگی را در مدلهای تجربی نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Experimental and Numerical Investigation of the Bed Erosion around Bridge Piers with Different Cross-Sections
چکیده [English]
In present study, the effect of different cross-sections of bridge piers on reducing the bed erosion and the bed shear stress was experimentally and numerically evaluated. In experimental study, the bed erosion and the percentage of its resuction was calculated;also numerically, the flow around pier models was simulated three dimensionally, and the effect of each cross-section on reduction of bed shear stress was investigated. To determine the efficiency of suggested models, the circular model was selected as the reference model and the decreasing of maximum shear stresses in each model was compared with the decreased scour depth. Comparison of the velocity and water free surface profiles was conducted for verification of turbulence models and results showed that with model, more accuracy can be obtained. Among the presented models, the A2 model with decreasing scouring depth of 72 percent as copared to the refference model, was found to be best and most effective model. Also the B2 model lead to 8 percent reduction in scouring depth and can be suggested as a model that has the least effect on scouring. The D model causes the scouring depth increase by 7 percent relative to the reference model. Comparison of the numerical and experimental results was another objective of this study due to the complexities of experimental researches. The results showed that there are direct relationship between the bed shear stress and the equilibrium scour depths.
کلیدواژه‌ها [English]
- Bridge Pier
- Numerical Modelling
- Scouring
- Shear Stress
- Turbulence Model
103(10): 1209-1213.
)