شبیه سازی عددی اثرات ژئوتکنیکی بر آبشستگی موضعی در اطراف گروه پایه کج با استفاده از نرم افزار Flow-3D
الموضوعات :رامتین صبح خیز 1 , علیرضا مردوخ پور 2
1 - دانشجوی دکتری گروه عمران، دانشگاه فم ، فم ، ایران
2 - استادیار گروه عمران ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان، لاهیجان، ایران
الکلمات المفتاحية: آبشستگی, Flow-3D, رقوم کارگذاری سرشمع, شکل هندسی شمع, گروه پایه کج,
ملخص المقالة :
مقدمه: با قرارگیری پایه پل در مقابل جریان، گردابههایی در مقابل آن شکل گرفته که در نتیجه فعالیت آنها مواد بستر پیرامون پایه فرسایش یافته و چاله آبشستگی شکل میگیرد و در صورت کافی نبودن عمق پی و شمعهای پایه پل، شکست پل را به دنبال خواهد داشت. با پیشرفت فتاوری طراحی و ساخت سازهها، شاهد ساخت پلها با اشکال مدرنی بوده که از جمله آنها میتوان به پلهای با گروه پایههای کج اشاره کرد. روش: با توجه به اهمیت شناخت مکانیزمهای موثر بر آبشستگی این نوع از پایههای پل، در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر شکل هندسی شمعهای قرار گرفته در زیر پایههای کج و رقوم کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی بر روی مشخصات آبشستگی اطراف گروه پایه کج به صورت عددی و با نرمافزار FLOW-3D پرداخته شد. یافتهها: در گام اول از طریق مقایسه و صحت سنجی نتایج عددی نمودار توسعه زمانی حداکثر عمق آبشستگی در زمانهای مختلف و در اطراف گروه پایه کج با نتایج آزمایشگاهی اسمعیلیورکی و همکاران (1392) بیشترین درصد خطای نسبی و مقدار RMSE به ترتیب به مقدار 25/9 درصد و 091/0 محاسبه گردید و مشاهده گردید که تطابق نسبتا خوبی بین مقادیر حل عددی و آزمایشگاهی برقرار بود. در گام بعدی با بررسی الگوی جریان اطراف گروه پایهها مشخص گردید با تغییر تراز کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی گردابه های تشکیل شده در بین پایه اول و دوم گروه پایه متفاوت بوده و هر چه تراز کارگذاری نزدیک به بستر و یا بالاتر از آن قرار گیرید گردابهها تشکیل شده با قدرت بیشتری بر روی بستر اطراف گروه پایه کج تاثیر میگذارد. با بررسی تنش برشی کل ایجاد شده در بستر جریان در ترازهای مختلف سرشمع مشاهده گردید که بیشترین تنش برشی در حالت کارگذاری سرشمع در تراز بستر رخ میدهد و با قرار گیری تراز کارگذاری سرشمع به تراز پایینتر از بستر، بیشینه تنش برشی کاهش مییابد. علت این امر میتواند ناشی از افزایش فاصله بین گروه پایهها باشد بطوریکه وجود پایه دوم باعث کاهش الگوی جریان تشکیل شده در گروه پایه شده و عملکرد گروه پایه بصورت دو پایه مستقل در تشکیل الگوی جریان رفتار میکنند. نتیجهگیری: بررسی پروفیل طولی آبشستگی اطراف گروه پایه کج مشاهده گردید که شمع دوکیشکل نسبت به سایر شکل شمعها اثر بهتری در کاهش آبشستگی از خود نشان میدهد. بطوریکه حداکثر عمق آبشستگی ایجاد شده در اطراف گروه پایه کج با حضور شکل دوکی شمع، مستطیلی و مستطیلی گرد گوشه حداکثر عمق آبشستگی 61/19، 11/14 و 45/6 درصد نسبت به شکل استوانهای شمع کاهش پیدا میکند. نکته قابل ذکر این که هر چه دماغه شمع آئرودینامیکی و تیز باشد کنترل گردابهای نعل اسبی بهتر عمل میکند و این امر باعث کاهش عمق آبشستگی در اطراف گروه پایه کج میگردد.
1. Rahimi E, Qaderi K., Rahimpour M, Ahmadi M. 2018. Effect of Debris on Piers Group Scour: Experimental Study. KSCE Journal of Civil Eng, 22(4):1496-1505.
2. Yazdani A, Hoseini K, Karami H .2019. Investigation of Scouring of Rectangular Abutment in a Compound Channel Under Unsteady Flow, Amirkabir Journal of Civil Engineering
3. Fathi A, Zomorodian A .2018. Effect of Submerged Vanes on Scour around a Bridge Abutment. KSCE Journal of Civil Eng, 22(7): 2281-2289
4. Hosseini S., Esmaili Varki M, Fazl Oli R. 2014. Laboratory study of scouring around inclined base group located on pile group, 13th Iran Hydraulic Conference, University of Tabriz[In Persian].
5. Valizadeh R , Arman A.2019. 3D Numerical Simulation of Shear Stress in Rectangular Compound Channel using Ansys Fluent Model, Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 20: 77–94.
6. Hashemi M , Zomorodian M, Alishahi M. 2019. Simulation of Turbulent Flow Around Tandem Piers, Iranian Journal of Science and Technology - Transactions of Civil Engineering, 43 :761–768.
7. Rajabizadeh, Ayubzadeh AS, Ghaderi K. 2020. Laboratory study of the effect of circular collar on scour of the base of a cylindrical bridge in unstable flow, Amirkabir Civil Journal, 10.22060 / CEEJ.2019.17078.6460[In Persian].
8. Eghbalnik L, Vaqefi M, Golbahar M. 2019. Influence of flow conditions on the dimensions of the scour cavity around the base group of 6 sloping and perpendicular bridges on the flow direction in the 180 degree arc channel. Journal of Civil Engineering Tarbiat Modares. 19 (4) [In Persian].
9. Karimi M, Ghaderi K, Rahimpour M, Ahmadi M. 2020. Laboratory study of the effect of the arrangement of submerged flat plates on scour around the foundations and supports of the bridge, Amirkabir Civil Journal, 10.22060 / CEEJ.2020.17729.6654[In Persian].
10. Keshavarzi A, Shrestha C. Zahedani M, Ball J, Khabbaz H . 2018. Experimental study of flow structure around two in-line bridge piers, Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Water Management, Vol17(1): 311–327
11. Osrush M , Hosseini A Kamanbedast A .2019. Evaluation and comparison of the slots and collars performance in reducing scouring around bridge abutments, Amirkabir Journal of Civil Engineering
12. Taheri Z , Ghomeshi M .2019. Experimental study of the effect of netted collar position on scour depth around of oblong-shappe bridge pier, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 51: 81–82.
13. Qasemzadeh F, Kuchakzadeh P. 2015. Simulation of hydraulic problems in FLOW-3D. Innovative Publishing Publications. Tehran. Iran [In Persian].
14. Hedayatifar M., Purlak M. 2014. Simulation of fluid dynamics with FLOW-3D. Atiinger Publications. Tehran. Iran [In Persian].
15. Marousi M., Roshan, R., and Sarkardeh, H. 2014. Analysis and design with Flow-3D software, Fadak Isatis Publications, first edition, Tehran, Iran[In Persian].
16. Esmaili Varaki M, Saadati Pache Kanari S. 2015. Laboratory study of the effect of foundation angle on the foundation on the amount of scour around the bridge pier ", Journal of Water and Soil Knowledge, 25 (4): 27-39[In Persian]
17. Hosseini S., Esmaili Varaki M, Fazl Oli R. 2016. Laboratory study of scouring around a sloping base located on a pile group ", Journal of Soil and Water Knowledge, 25 (4): 135-147[In Persian].
18. Sadat Jafari M. and Ayubzadeh A., Esmaili Varaki M., Rostami M. 2016. Simulation of flow pattern around inclined base group using Flow-3D numerical model ", Journal of Water and Soil, 30 (6): 1860-1873[In Persian].
_||_