کاربرد روش عددی و مدل شبه دوبعدی SKM در برآورد تنش برشی اطراف پایه استوانه ای همراه با صفحات مستغرق
الموضوعات :
ساجده حاجی عزیزی
1
(دانشجوی دکتری سازه های آبی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران)
داوود فرسادی زاده
2
(استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران)
هادی ارونقی
3
(دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران)
اکرم عباسپور
4
(دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران)
الکلمات المفتاحية: تنش برشی, پایه پل, صفحات مستغرق, مدل شبه دوبعدی شینو و نایت (SKM), مدل عددی سهبعدی,
ملخص المقالة :
بررسی توزیع تنش برشی به جهت برآورد ابعاد حفره آبشستگی در اطراف پایه های پل از اهمیت زیادی برخوردار است. ولی مروری بر پژوهش های انجام شده نشان می دهد که بررسی تنش برشی، اطراف پایه های حفاظت شده توسط روش های مختلف کنترل آبشستگی، از توجه کافی پژوهشگران برخوردار نبوده است. در این پژوهش یک مدل عددی سه بعدی برای مطالعه روند تغییرات تنش برشی پیرامون پایه پل همراه با صفحات مستغرق مورد استفاده قرار گرفته است. از طرفی به دلیل دشوار بودن محاسبه مقادیر تنش برشی در طبیعت، پژوهشگران روش هایی برای محاسبه غیرمستقیم این عامل ارائه نموده اند که یکی از این روش ها، استفاده از مدل شبه دوبعدی شینو و نایت (SKM) می باشد. در این پژوهش الگوی توزیع تنش برشی اطراف پایه با وجود تعداد مختلفی از صفحات (6 و 4، 2)، با دو زاویه قرارگیری نسبت به جریان (20و 30 درجه) و در شدت جریان 95/0 (شدت جریان بحرانی)، با هر دو روش مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج هر دو مدل نشان می دهد که قرارگیری صفحات تاثیر به سزایی در کاهش سرعت جریان حین عبور از صفحات داشته و در نتیجه کاهش تنش برشی بستر در اطراف پایه را به دنبال دارد. همچنین بررسی تعداد و زاویه قرارگیری صفحات، نشان داد که تعداد 6 صفحه نسبت به 2 و 4 صفحه و همچنین زاویه 30 درجه نسبت به زاویه 20 درجه کارایی بهتری دارد به نحوی که تنش برشی را به میزان 12-15 درصد کاهش می دهد.
منابع
1) ارونقی، ه. 2010. بررسی کاهش آبشستگی اطراف پایه پل با طوق مستطیلی بهروش تجربی و با استفاده از شبیهسازی الگوی جریان در اطراف آن با مدلهای آشفتگی. پایان نامه دکتری تخصصی سازههای آبی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه تبریز.
2) بشارتیگیوی، م.، و حکیمزاده، ح. 2010. بررسی عددی سهبعدی الگوی جریان و تنش برشی بستر اطراف پایههای مخروطی. نشریه مهندسی دریا. 6 (11): 63-70.
3) بهداد، ع.، فغفور مغربی، م.، و گیوهچی، م. 2011. تعیین توزیع سرعت متوسط عمقی و تنش برشی در کانال روباز مثلثی. پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشگاه فردوسی مشهد.78-67.
4) حسن زاده، ی.، حکیم زاده، ح.، و عیاری، ش. 2012. بررسی اثر اشکال مختلف پایه پل بر الگوی جریان اطراف آن با استفاده از نرم افزار Fluent. تحقیقات منابع آب ایران. 7 (4):105-95.
5) شجاعی، پ.2010. تاثیر توام صفحات مستغرق و طوق در کاهش آبشستگی پایه استوانهای پلها. پایان نامه کارشناسی ارشد سازههای آبی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه تبریز.
6) Abril, J.B., and Knight, D.W. 2004. Stage-discharge prediction for rives in flood applying a depth-averaged model, J. Hydr. Res., 42 (6): 616-629.
7) Aghaee, Y., and Hakimzadeh, H. 2010. Three dimensional numerical modeling of flow around bridge piers using LES and RANS. Proceedings of the International Conference on Fluvial Hydraulics. River Flow. Braunschweig, Germany. 9p.
8) Babaeyan-Koopaei, K., Ervine, D.A., and Pender, G. 2002. Field measurements and flow modeling of overbank flows in River Severn. U.K. J. Environ. Inf., 1 (1): 28-36.
9) Guo, J., and Julien, P.Y. 2005. Shear stress in smooth rectangular open channel flow. J. Hydr. Eng. ASCE, 131 (1): 30-37.
10) Kean, J.W., Kuhnle, R.A., Smith, J.D., Alonso, C.V., and Langendoen, E.J. 2009. Test of a method to calculate near-bank velocity and boundary shear stress. J. Hydr. Eng. ASCE, 135 (7): 588-601.
11) Khodashenas, S.R., and Paquier, A. 1999. A geometrical method for computing the distribution of boundary shear stress across irregular straight open channel. J. Hydr. Res., 37 (3): 381-388.
12) Knight, D.W., Demetriou, J.D., and Hamed, M.E. 1984. Boundary shear in smooth rectangular channels. Agric. Water Manage, 11 (4): 405-422.
13) Knight, D.W., Shiono, K., and Pirt, J. 1989. Prediction of depth mean velocity and discharge in natural rivers with overbank flow. International Conference on Hydraulics and Environmental Modeling of Coastal, Estuarine and River Waters, England. pp. 419-428.
14) Mohamad, H. 2013. Numerical simulation of flow and local scour at two submerged-emergent tandem cylindrical piers. Journal of Engineering Sciences, Assiut University, 41 (1): 273-289.
15) Shiono, K., and Knight, D.W. 1988. Two dimensional analytical solution for a compound channel. 3rd International Symposium on Refined Flow Modeling and Turbulence Measurements. Japan. pp. 503-510.
16) Shiono, K., and Knight, D.W. 1991. Turbulent open channel flows with variable depth across the channel. J. Fluid Mech. 222: 617-646.
17) Yang, S.Q., and Lim, S.Y. 2002. A geometrical method for computing the distribution of boundary shear stress across irregular straight open channels. J. Hydr. Res. 40 (3): 535-542.
18) Yen, C.L., Lai, J.S., and Chang, W.Y. 2001. Modeling 3D flow and scouring around circular piers. Proc. Nati. Sci. Counc. ROC (A), 25 (1): 17-26
_||_منابع
1) ارونقی، ه. 2010. بررسی کاهش آبشستگی اطراف پایه پل با طوق مستطیلی بهروش تجربی و با استفاده از شبیهسازی الگوی جریان در اطراف آن با مدلهای آشفتگی. پایان نامه دکتری تخصصی سازههای آبی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه تبریز.
2) بشارتیگیوی، م.، و حکیمزاده، ح. 2010. بررسی عددی سهبعدی الگوی جریان و تنش برشی بستر اطراف پایههای مخروطی. نشریه مهندسی دریا. 6 (11): 63-70.
3) بهداد، ع.، فغفور مغربی، م.، و گیوهچی، م. 2011. تعیین توزیع سرعت متوسط عمقی و تنش برشی در کانال روباز مثلثی. پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشگاه فردوسی مشهد.78-67.
4) حسن زاده، ی.، حکیم زاده، ح.، و عیاری، ش. 2012. بررسی اثر اشکال مختلف پایه پل بر الگوی جریان اطراف آن با استفاده از نرم افزار Fluent. تحقیقات منابع آب ایران. 7 (4):105-95.
5) شجاعی، پ.2010. تاثیر توام صفحات مستغرق و طوق در کاهش آبشستگی پایه استوانهای پلها. پایان نامه کارشناسی ارشد سازههای آبی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه تبریز.
6) Abril, J.B., and Knight, D.W. 2004. Stage-discharge prediction for rives in flood applying a depth-averaged model, J. Hydr. Res., 42 (6): 616-629.
7) Aghaee, Y., and Hakimzadeh, H. 2010. Three dimensional numerical modeling of flow around bridge piers using LES and RANS. Proceedings of the International Conference on Fluvial Hydraulics. River Flow. Braunschweig, Germany. 9p.
8) Babaeyan-Koopaei, K., Ervine, D.A., and Pender, G. 2002. Field measurements and flow modeling of overbank flows in River Severn. U.K. J. Environ. Inf., 1 (1): 28-36.
9) Guo, J., and Julien, P.Y. 2005. Shear stress in smooth rectangular open channel flow. J. Hydr. Eng. ASCE, 131 (1): 30-37.
10) Kean, J.W., Kuhnle, R.A., Smith, J.D., Alonso, C.V., and Langendoen, E.J. 2009. Test of a method to calculate near-bank velocity and boundary shear stress. J. Hydr. Eng. ASCE, 135 (7): 588-601.
11) Khodashenas, S.R., and Paquier, A. 1999. A geometrical method for computing the distribution of boundary shear stress across irregular straight open channel. J. Hydr. Res., 37 (3): 381-388.
12) Knight, D.W., Demetriou, J.D., and Hamed, M.E. 1984. Boundary shear in smooth rectangular channels. Agric. Water Manage, 11 (4): 405-422.
13) Knight, D.W., Shiono, K., and Pirt, J. 1989. Prediction of depth mean velocity and discharge in natural rivers with overbank flow. International Conference on Hydraulics and Environmental Modeling of Coastal, Estuarine and River Waters, England. pp. 419-428.
14) Mohamad, H. 2013. Numerical simulation of flow and local scour at two submerged-emergent tandem cylindrical piers. Journal of Engineering Sciences, Assiut University, 41 (1): 273-289.
15) Shiono, K., and Knight, D.W. 1988. Two dimensional analytical solution for a compound channel. 3rd International Symposium on Refined Flow Modeling and Turbulence Measurements. Japan. pp. 503-510.
16) Shiono, K., and Knight, D.W. 1991. Turbulent open channel flows with variable depth across the channel. J. Fluid Mech. 222: 617-646.
17) Yang, S.Q., and Lim, S.Y. 2002. A geometrical method for computing the distribution of boundary shear stress across irregular straight open channels. J. Hydr. Res. 40 (3): 535-542.
18) Yen, C.L., Lai, J.S., and Chang, W.Y. 2001. Modeling 3D flow and scouring around circular piers. Proc. Nati. Sci. Counc. ROC (A), 25 (1): 17-26.
