ساختار جریان و آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌های پل تکی و دوتایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، بخش مهندسی آب، دانشگاه شیراز

2 استادیار سازه‌های آبی، بخش مهندسی آب، دانشگاه شیراز.

3 کارشناس ارشد سازه‌های آبی، بخش مهندسی آب، دانشگاه شیراز.

چکیده

در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی ساختار جریان در اطراف پایه­های پل استوانه­ای پرداخته شده است. به منظور بررسی اثر فاصله پایه­های پل بر آبشستگی و ساختار جریان پیرامون پایه، آزمایش­هایی در حالت­های تک پایه و دو پایه با دو فاصله متفاوت نسبت به هم در یک فلوم آزمایشگاهی به طول 15، عرض 7/0 و ارتفاع 6/0 متر انجام شده است. مؤلفه­های طولی، عرضی و عمقی سرعت متوسط جریان در حفره آبشستگی پیرامون پایه­ها در شبکه­ای از نقاط در چهار عمق 10، 15، 20 و 25 میلیمتری از بستر فرسایش­یافته با استفاده از یک دستگاه سرعت­سنج سه­بعدی صوتی داپلر اندازه­گیری گردید. بر اساس اطلاعات به­دست آمده، تغییرات مؤلفه­های سرعت در سه مقطع مختلف به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که اثر متقابل دو پایه با فاصله کم روی یکدیگر باعث تشدید فرآیند آبشستگی در فاصله بین دو پایه و محل پایه دوم گردیده است. همچنین افزایش تعداد پایه­ها منجر به توسعه عرضی حفره آبشستگی و در نتیجه افزایش حجم گودال آبشستگی شده است. از طرفی دیگر، تغییرات سرعت و تغییرات شکل حفره روند مشابهی را دنبال می­کنند. به طور کلی نتایج نشان­دهنده تأثیر قابل­توجه فاصله بین پایه­ها بر میدان جریان و آبشستگی موضعی بستر است که بایستی در مرحله طراحی به دقت مورد توجه قرار گیرد. همچنین، مقایسه­ای بین دقت برخی مدل­های متداول در برآورد حداکثر عمق آبشستگی در اطراف پایه­های تکی و دوتایی انجام شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Mean Flow Structure and Local Scour around Single and Two-Column Bridge Piers

نویسندگان [English]

  • Alireza Keshavarzi 1
  • Hossein Hamidifar 2
  • Leila Khajehnoori 3
1 rofessor, Water Engineering Department, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Assistant professor, Water Engineering Department, Shiraz University, Shiraz, Iran.
3 MSc of Hydraulic Structures, Water Engineering Department, Shiraz University, Shiraz, Iran.
چکیده [English]

Bridges constructed across rivers are among the most important structures, especially during and after flood events. Bridge piers are exposed to some hazardous factors such as local and contraction scour hydrodynamics. The lower prediction of maximum scour depth can cause  bridge failure, while over-prediction leads to a very costly project. The appropriate estimation of maximum scour depth around bridge piers is, thus, necessary. In some bridges, more than a single pier is considered during the design phase, and the interaction between the adjacent piers makes the situation very different. The flow structure and scour process around a group of bridge piers are, indeed, very different from a single bridge pier. Many researchers have studied the scour around single and/or multiple-column bridge piers. For instance, studying the scour depth for a group of piers, Mahjub et al. (2014) reported that the maximum scour depth around the second bridge pier was less than that of the upstream pier, while the scour depth around the third pier was lower than that of the first and second piers. Moreover, Daneshfaraz et al. (2014) investigated the effect of pier slots on the maximum scour depth around the two-column bridge piers. The results that the slot reduced the maximum scour depth compared to the piers without a slot. In this paper, the flow and bed topography around a group of piers was studied experimentally.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Erosion
  • Sediment
  • River
  • Flow velocity
  • Flood

1-    Alamatian A. and Jafarzadeh, M. 2008. Numerical study of flow around a bridge pier. 8th international Conference of River engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran. (In Persian)

 

2-    Barbhuiya, A. and Dey, S. 2004. Measurement of turbulent flow field at a vertical semicircular cylinder attached to the sidewall of a rectangular channel. Flow Measurement and Instrumentation, 15(2), pp. 87-96.

 

3-    Baykal, C., Sumer, B.M., Fuhrman, D.R., Jacobsen, N.G. and Fredsøe, J., 2015. Numerical investigation of flow and scour around a vertical circular cylinder. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 373(2033), p.20140104.

 

4-    Daneshfaraz, R., Ashrafi, S. and Nezafat, H. 2014. Numerical analysis on the effect of slot on the maximum scour depth around a group of bridge piers. 10th International Congress on Civil Engineering, Tabriz University, Tabriz, Iran. (In Persian).

 

5-    Esmaeili Varaki, M., Saadati S. and Fazl R. 2015. Experimental investigation of the bed sill effect on the temporal evolution of local scour hole around an inclined pier group on a foundation, Journal of Hydraulics, 10(2), pp. 13-25. (In Persian).

 

6-    Fenocchi, A. and Natale, L., 2015. Using numerical and physical modeling to evaluate total scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 142(3), p.06015021.

 

7-    Froehlich, D.C., 1988. Analysis of onsite measurements of scour at piers. In Hydraulic Engineering: Proceedings of the 1988 National Conference on Hydraulic Engineering (pp. 534-539).

 

8-    Houshmand, D., Esmaili, K., Keshavarzi, A. and Faridhosseini, A. 2014. Numerical Modeling of Flow around Bridge Piers in Meandering Channel. Journal of Water and Soil, 27(5), pp. 973-984. (In Persian).

 

9-    Keshavarzi, A., Melville, B. and Ball, J., 2014. Three-dimensional analysis of coherent turbulent flow structure around a single circular bridge pier. Environmental Fluid Mechanics, 14(4), pp.821-847.

 

10- Laursen, E.M., 1963. An analysis of relief bridge scour. Journal of the Hydraulics Division, 89(3), pp.93-118.

 

11- Laursen, , E.M., 1980. Predicting scour at bridge piers and abutments. General Report, 3, Arizona Department of Transportation, Phoenix, AZ.

 

12- Mahjoob, B., Mohammadnezhad, B. and Behmanesh, J. 2014. Numerical modeling of local scouring around group bridge piers and compared with experimental results. Journal of Water and Soil, 28(2), pp. 267-275. (In Persian).

 

13- Melville, B.W. and Chiew, Y.M., 1999. Time scale for local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 125(1), pp.59-65.

 

14- Melville, B.W., 1997. Pier and abutment scour: integrated approach. Journal of Hydraulic Engineering, 123(2), pp.125-136.

 

15- Melville, B. W., and Raudkivi, A. J. 1977. Flow characteristics in local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Research, 15(4), pp.373-380.

 

16- Raeisi, N. and Ghomeshi, M. 2014. Local Scour around the cylindrical bridge pier with two sizes of bed material. Journal of Irrigation Science and Engineering, 38(2), pp. 77-89. (In Persian)

 

17- Ranjkesh, M. 2010. The effect of flow structure on the scouring around cylindrical bridge piers, M.Sc. thesis, Department of Irrigation and Drainage Engineering, Isfahan University of Technology. (In Persian).

 

18- Raudkivi A, and Ettema R, 1983. Clear-water scour at cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, 109(3), pp.338-350.

 

19- Richardson, E.V., Harrison, L.J., Richardson, J.R. and Davis, S.R., 1993. Evaluating scour at bridges (No. HEC 18 (2nd edition)).

 

20- Richardson, J.E. and Panchang, V.G., 1998. Three-dimensional simulation of scour-inducing flow at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 124(5), pp.530-540.

 

21- Zarrati, A.R., Nazariha, M. and Mashahir, M.B., 2006. Reduction of local scour in the vicinity of bridge pier groups using collars and riprap. Journal of Hydraulic Engineering, 132(2), pp.154-162.