مطالعه عددی اثر اندرکنش پایه پل و تکیه‌گاه مستطیلی بر خصوصیات جریان

نویسندگان

1 مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران،

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران،

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

یکی از مسائل مهم در طراحی پل‌ها، بررسی اثر مجاورت تکیه‌گاه و پایه پل بر خصوصیات جریان پیرامون آنها است. در تحقیق حاضر از نرم‌افزار Flow-3D برای مدل‌سازی عددی در یک کانال مستطیلی شامل یک تکیه‌گاه مستطیلی در دو وضعیت حضور تک‌پایه و جفت‌پایه استوانه‌ای استفاده شده است. جهت صحت‌سنجی اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ، ﻣؤﻟﻔﻪﻫﺎی ﺳﻪ ﺑﻌﺪی ﺳﺮﻋﺖ ﺟﺮﯾﺎن ﭘﯿﺮاﻣﻮن ﺗﮑﯿﻪﮔﺎه و پایه پل از نتایج دو آزمایش معتبر استخراج شد. پس از مقایسه بین مقادیر اندازه‌گیری شده و عددی، مدل RNG برای تکیه‌گاه و پایه پل به ترتیب با داشتن ضریب تعیین (9634/0 = R2) و (8707/0 = R2) نسبت به دو مدل آشفتگی K-e و Les از عملکرد بهتری برخوردار بود. برخی خصوصیات جریان، شامل انرژی آشفتگی و تنش برشی بستر بررسی شدند. افزایش انرژی آشفتگی جریان نسبت به مدل شاهد در هر دو مدل شامل تکیه‌گاه مستطیلی در مجاورت تک‌پایه و جفت‌پایه، یکسان و 3 برابر به دست آمد. همچنین افزایش پارامتر تنش برشی بستر نسبت به مدل شاهد در مدل شامل تکیه‌گاه مستطیلی در مجاورت تک‌پایه بیشینه و 4 برابر برآورد شد. بررسی پارامتر فاصله بین دو سازه تکیه‌گاه مستطیلی و پایه پل با لحاظ مدل شاهد و نتیجه کارهای قبلی محققین نشان داد که فاصله نزدیک از ایمنی خوبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study of the effect of interaction of bridge pier and rectangular abutment on flow characteristics

نویسندگان [English]

  • Somayeh Anjomrooz 1
  • Hojat Karami 2
  • khosrow hoseini 3
  • Saeed farzin 3
1 M.Sc. student, Civil Engineering Faculty, Semnan University
2 Assistant professor, Civil Engineering Faculty, Semnan University
چکیده [English]

Abstract
One of the important issues in bridge design is investigating the influence of vicinity of bridge abutment and pier on flow characteristics around it. In the present research, Flow-3D software was used for numerical modeling of a rectangular abutment in a rectangular channel in two situations (presence of one cylindrical pier and two cylindrical piers). For validation of the modeling results, three-dimensional components of flow velocity around the bridge abutment and piers were obtained from two sets of valid experimental data. After comparison of the experimental data and numerical results, it was found that RNG model for abutment and bridge piers (with coefficient of determination (R2) of 0.963 and 0.871, respectively) had better performance with respect to K-ε and LES turbulence models. Some of the flow characteristics such as turbulence energy and bed shear stress were investigated, too. The flow turbulence-energy of both models (rectangular abutment in the vicinity of single-pier and double-pier) was equal to and three times of the control model, respectively. Also, bed shear-stress of rectangular abutment in the vicinity of single cylindrical-pier was maximum and four times that of the control model. Investigation of the distance between rectangular abutment and bridge pier, considering the control model and other research results, indicated that closer distances are safer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Bridge Pier
  • Rectangular Abutment
  • Interaction
  • Flow Characteristics
  • Numerical modeling

 

حسن­زاده، ی.، ح. حکیم­زاده و ش. عیاری. 1390.‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎ ﺑﺮرﺳﻲ اﺛﺮ اﺷﻜﺎل ﻣﺨﺘﻠﻒ ﭘﺎﻳﻪ ﭘﻞ ﺑﺮ اﻟﮕﻮی ﺟﺮﻳﺎن اﻃﺮاف آن ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺮم­اﻓﺰار Fluent. ﺗﺤﻘﻴﻘﺎت ﻣﻨﺎﺑﻊ آب اﻳﺮان، دوره 7، ﺷﻤﺎره 4، صص 105-95.

رمضانی، ی.، ر. باباگلی سفیدکوهی. 1395. مقایسه مدل‌های آشفتگی در تخمین تنش برشی بستر پیرامون تکیه‌گاه پل در مقطع مرکب. نشریه دانش آب و خاک، شماره 26، صص 109-95.

Ataie-Ashtiani, B. and A. Aslani-Kordkandi. 2012. Flow Field around Side-by-Side Piers with and without a Scour Hole. Euro. J. Mech. B/Fluids, 36:152-166.

Dey, S. and V. Raikar. 2007. Characteristics of Loose Rough Boundary Streams at Near-Threshold. J. Hydraul. Eng., 133(3):288-304.

Fenton, J. D. 1985. A Fifth-Order Stokes Theory for Steady Waves. J. Waterway, Port, Coastal and Ocean Eng., 111(2):216-234.

Hirt; C.W. and B. D. Nichols. 1981. Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries.  J. Comp. Phys., 39(1):201-225.

Hosseini, Kh., H. Karami, H. Hosseinjanzade  and A. Ardeshir. 2016. Predicthion of Time-Varing Maximum Scour Depth around Short Abutments Using Soft Computing Methodologies- a Comparative Study. KSCE J. Civ. Eng., 20(5):2070-2081.

Karami, H., H. Basser, A. Ardeshir and Sh. Hosseini. 2014. Verification of Numerical Study of Scour around Spur Dikes Using Experimental Data. Water Environ. J., 28(1):124-134.

Kim, H. S., M. Nabi, I. Kimura and Y.Shimizu. 2014. Numerical Investigation of Local Scour at Two Adjacent Cylinders. Adv. Water Resour. (70):131-147.

Kandasamy J. K. and B. W. Melville. 2010. Maximum Local Scour Depth at Bridge Piers and Abutments.  J. Hyd. Res., 36(2):183-198.

Oben- Nyarko, K. and R. Ettema. 2011. Pier and Abutment Scour Interaction. J. Hydraul. Eng., 137(12):1598-1605.

Oben- Nyarko, k. 2007. Pier and Abutment Scour Interaction in Compound Channels. PhD Thesis, University of Iowa.

Raudkivi; A. and R. Ettema. 1983. Clear-Water Scour at Cylindrical Piers. J. Hydraul. Eng., 109(3):338-350