بررسی اثر شکل و فاصله گروه پایه‌های رودخانه‌ای بر میزان نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر آن‌ها

نویسندگان

1 دانش اموخته مقطع کارشناسی ارشد

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز

3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

10.22125/iwe.2020.109913

چکیده

تجربه طولانی مدت احداث پل بر روی رودخانه­ها، مهندسان را به این نتیجه رسانده است که در طراحی پل­ها فقط در نظر داشتن مسائل سازه­ای، زمین­شناسی، موقعیت راه و پتانسیل ترافیک کافی نمی­باشد بلکه باید اثر نیروهای هیدرودینامیکی را نیز مورد توجه قرار داد. در این تحقیق نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر پایه پل با بررسی تاثیر مقطع هندسی پایه (دایره‌ای، مستطیلی گردگوشه و بیضی با نسبت L/B طول به عرض مختلف)، و تاثیر نسبت G/D (G فاصله لب به لب دو پایه) در گروه پایه‌ها با در نظر گرفتن اندرکنش سازه-سیال در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شده است. نتایج حاصله نشان داد در مقطع بیضی به دلیل انطباق بیشتر با الگوی جریان نیروی درگ کمتری ایجاد می­شود. همچنین در این مقطع افزایش نسبت L/B نیز موجب بهبود نتایج می­گردد. در گروه پایه­های در راستای هم، در مقطع دایره­ای در فاصله کمتر از D5/2، پایه­ها نظیر یک جسم صلب عمل می­کنند. در این مقطع فاصله D2/3، به عنوان نسبت بحرانی شناخته شده و پس از این فاصله، ضریب درگ در هر سه پایه کاهش و به مقدار ثابتی رسیده است. فاصله بحرانی برای مقطع مستطیلی گردگوشه و بیضی به ترتیب برابر با D6/2، و D3/2 بوده و پس از آن ضریب درگ برای هر سه پایه برابر با ضریب درگ برای پایه منفرد می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Cross-Section and Spacing Effects in River Group Piers on Hydrodynamics Forces Exerted on them

نویسندگان [English]

  • Parisa Azar 1
  • Nazila kardan 2
  • Mohammadreza Emami Azadi 3
1 Graduated MSc Student in civil engineering
چکیده [English]

The long term experience of bridge constructing on rivers has led to conclude that in designing of bridges, only consideration of structural issues such as, geology, road conditions and traffic potential are not enough, and also, the effect of the hydrodynamic forces must be considered in designing of river bridges. In this research, the hydrodynamic forces that entered on bridge piers has been simulated with ABAQUS software to investigate the effect of different shapes of cross-section such as circular, semi-circular rectangular and elliptical with different L/B ratios, Reynolds number in both single piers and group piers with different G/D ratios (G shows the side by side distance of two piers) with respect to the fluid-structure interaction. It was concluded that the drag and lift forces considerably decrease because the cross-section shape has high adaption with the flow patter. So, the minimum drag force is shown in elliptical cross-section. In this cross-section, with increasing the L/B ratio, the drag coefficient also was decreased. In the group piers with tandem arrangement and circular cross-section, the two cylinders behave like a single body when L/D ratio is less than 2.5. In this cross-section, the L/D ratio of 3.2 is known as the critical spacing (L/D)c, and then after this spacing, the drag coefficient is decreased in three piers. The critical spacing is 2.6 and 2.3 for semi-circular rectangular and elliptical cross-sections respectively. After this spacing, the drag coefficient of each three piers in tandem arrangement is equal to the single pier one.   

کلیدواژه‌ها [English]

  • ABAQUS
  • bridge pier
  • Single pier
  • Group piers
  • Hydrodynamic Forces
آذرتکله، پ. 1397. ارزیابی اثر نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر پایه­های پل رودخانه­ای منفرد و گروهی، پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز.
سروش­نیا، س.، بهشتیان، ن. 1392. کامل‌ترین مرجع کاربردی ABAQUS، انتشارات نگارنده دانش.
کاردان، ن.، حکیم­زاده، ح. و حسن­زاده، ی. 1394. بررسی آزمایشگاهی مدل‌های ترکیبی سکو، شیب جانبی و شکاف در کاهش فرسایش بستر پیرامون پایه‌های پل رودخانه‌ای، مجله علمی-پژوهشی عمران مدرس، جلد 15، شماره 2،             ص 103-116.
نائینی، ت. و فضلی، م. 2011. مدل‌سازی عددی و مشاهده فیزیکی اثر شکل مقاطع پایه پل‌ها بر نیروهای دینامیکی وارد بر آن، نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری، جلد 44، شماره 5، ص 741-51.
Agarwal, N., Ram, S.S. and Suribabu, C. 2014. Determination of shape co-efficient and drag co-efficient of triangular piers under sub-critical flow conditions. Asian Journal of Applied Sciences, 7 :441-447.
Almasri, A. and Moqbel, S. 2017. Numerical evaluation of AASHTO drag force coefficients of water flow around bridge piers. Journal of Engineering Materials and Technology, 139(2): 1-21.
Beheshti, A.A., Ataie-Ashtiani, B. and Dashtpeyma, H. 2017. Numerical simulations of turbulent flow around side-by-side circular piles with different spacing ratios. International Journal of River Basin Management, 15(2): 227-238.
Debus, K., Berkoe, J., Rosendall, B. and Shakib, F. 2003. Computational fluid dynamics model for Tacoma narrows bridge upgrade project.In ASME/JSME 2003 4th Joint Fluids Summer Engineering Conference: 179-184. American Society of Mechanical Engineers.
Kisi, O., Haktanir, T., Ardiclioglu, M., Ozturk, O., Yalcin, E. and Uludag, S. 2009. Adaptive neuro-fuzzy computing technique for suspended sediment estimation. Advances in Engineering Software, 40: 438-444.
Lijungkrona, L., Norberg, C. and Sunden, B. 1991. Free-stream turbulence and tube spacing effects on surface pressure fluctuations for two tubes in an in-line arrangement. Journal of Fluids and Structure, 5(6): 701-727.
Mikheev, N., Molochnikov, V., Mikheev, A. and Dushina, O. 2017. Hydrodynamics and heat transfer of pulsating flow around a cylinder. International Journal of Heat and Mass Transfer, 109: 254-265.
Roshko, A. 1961. Experiments on the flow past a circular cylinder at very high Reynolds number, Journal of Fluid Mechanics, 10(3): 345-356.
Sarioglu, M. 2017. Control of flow around a square cylinder at incidence by using a splitter plate. Flow Measurement and Instrumentation, 53: 221-229.
Sato, M. and Kobayashi, T. 2012. A fundamental study of the flow past a circular cylinder using Abaqus/CFD. In 2012 SIMULIA Community Conference.
Sidebottom, A., Ooi, A. and Jones, D. 2012. Large eddy simulation of flow past a circular cylinder at Reynolds number 3900. In Proceedings of the 18th Australasian Fluid Mechanics Conference, December: 3-7.
Sumner, D., Wong, S.S.T., Price, S.J. and Paidoussis, M.P. 1999. Fluid behavior of side-by-side circular cylinders in steady crossflow. Journal of Fluids and Structures, 13(3): 309-338
Sumer, B.M. and Fredsøe, J. 2006. Hydrodynamics around cylindrical strucures. World Scientific, 26:  PP. 548.
Suribabu, C.R., Sabarish, R.M., Narasimhan, R. and Chandhru, A.R. 2011. Backwater rise and drag charecteristics of bridge piers under sub-critical flow conditions. European Water. 36: 27-35.
Tang, G.Q., Chen, C.Q., Zhao, M. and Lu, L. 2015. Numerical simulation of flow past twin near-wall circular cylinders in tandem arrangement at low Reynolds number. Water Science and Engineering, 8(4): 315-325.
Van Der Vegt, J.J.W. and De Boom, W.C. 1985. Numerical simulation of flow around circular cylinders at high Reynolds numbers, In Proc. Behavior of Offshore Structures, Delft 1985, pp. 227–238. Elsevier.
Wang Y.H., Zou, Y.S., Xu, L.Q. and Luo, Z. 2015. Analysis of water flow pressure on bridge piers considering the impact effect, Mathematical Problems in Engineering, 2: 91-99.
Wei-Bin, G., Neng-Chao, W., Bao-Chang, S. and Zhao-Li, G. 2003. Lattice-BGK simulation of a two-dimensional channel flow around a square cylinder. Chinese Physics, 12(1): 67-79.
Zdravkovich, M.M. 1987. The effects of interference between circular cylinders in cross flow. Journal of Fluids and strutures, 1(2): 239-261.
Zhou, Y. and Yiu, M.W. 2006. Flow structure, momentum and heat transport in a two-tandem-cylinder wake. Journal of Fluid Mechanics, 548: 17-48.