Investigating the speed distribution, flow pattern, and scouring of the Simineh Rood River Bridge (Around the piers of 1-3)

محورهای موضوعی : Marine structures

غلامحسین اکبری ¹ , علی جعفری ²

1 -
2 -

تاریخ دریافت : 1402/04/25 تاریخ پذیرش : 1402/06/20 تاریخ انتشار : 1402/07/08

کلید واژه: Local scour, آبشستگی موضعی, مدل Flow-3D, Flow-3D model, Simineh Rood River Bridge, پل رودخانه سیمینه رود,

چکیده مقاله :

The effect of scour on water structures, including bridges, is one of the important topics in civil engineering and river engineering. Bridges are one of the oldest engineering structures. One of the most important factors in the destruction of bridges is the problem of local scour around its piers. This type of scour can be recognized by the hole that forms around the structure. If this hole expands in depth, it can cause damage and eventually collapse of the bridge. To accurately check the flow and predict the local scour around the bridge piers, it is necessary to have a precise understanding of the flow pattern around the piers. By fully understanding the flow, the flow field can be completely modeled by solving the governing equations, along with solving the sediment transport equations and relying on significant advances in Computational Fluid Dynamics (CFD), an accurate method to estimate local scour. Around these structures. In this research, the simulation has been done using Flow-3D software, which is capable of simulating flow turbulence in three dimensions. For this purpose, using the Shallow water model, the characteristics of the flow, including water level, velocity, pressure, etc., due to the flow of discharge with a return period of 100 years (2723 m3/s) in the area of the beginning of the first bridge to 100 meters downstream of the Simineh Rood River Bridge was calculated. Then, using the Sediment scour model in three dimensions, the rate of development of the scouring process was investigated around piers 1 to 3 of the Simineh Rood River Bridge.

چکیده انگلیسی:

تأثیر پدیدۀ آبشستگی بر روی سازه ­های آبی از جمله پل­ ها، از مباحث مهم در مهندسی عمران و مهندسی رودخانه می ­باشد، پل‌ها از قدیمی‌ترین سازه‌های مهندسی هستند. یکی از مهمترین عوامل تخریب پل‌ها ، مسئله آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌های آن می‌باشد. این نوع فرسایش با حفره‌ای که در اطراف سازه شکل می‌گیرد، قابل شناسایی است. این حفره در صورت گسترش در عمق می‌تواند باعث خرابی و در نهایت ریزش پل گردد. برای بررسی دقیق جریان و پیش ­بینی آبشستگی موضعی در اطراف پایه ­های پل، نیاز به فهم دقیق الگوی جریان در اطراف پایه­ ها است. با شناخت کامل جریان می ­توان با حل معادلات حاکم، میدان جریان را به طور کامل مدل کرده و به همراه حل معادلات انتقال رسوب و با تکیه بر پیشرفت­ های چشمگیر در علم دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)[1]، روش دقیق برای تخمین آبشستگی موضعی در اطراف این سازه ­ها بدست آورد. در تحقیق پیش رو، شبیه‌سازی انجام گرفته، با استفاده از نرم افزار  Flow-3Dکه نرم ­افزاری توانمند در شبیه ­سازی آشفتگی جریان به صورت سه­ بعدی است صورت گرفته، برای این منظور با استفاده از مدل Shallow water، مشخصه­ های جریان شامل سطح آب، سرعت، فشار و غیره را در اثر عبور دبی با دوره بازگشت صد ساله (  2723) در محدوده ابتدای پل اول تا 100 متر پایین­ دست پل رودخانه سیمینه ­رود محاسبه شد. سپس با استفاده از مدل Sediment scour به صورت سه بعدی به بررسی میزان توسعه­ ی فرآیند آبشستگی در اطراف پایه ­های 1 تا 3 پل رودخانه سیمینه ­رود پرداخته شد.  [1]-Computational Fluid Dynamics

منابع و مأخذ:

ارونقی، ه.، فرسادی زاده، د.، حسین­زاده دلیر، ع. و فاخری فرد، ا. (1395). تعیین ابعاد طوق مستطیلی در کاهش آبشستگی پایه پل. مجله دانش آب و خاک، دوره  19، شماره1، ص 64 – 51.

آریانفر، ع. و شفاعی بجستان، م. (1387). بررسی توزیع تنش برشی در محدوده پایه­های پل شکاف­دار توسط مدلFLUENT. هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه صنعت آب و برق شهید عباسپور. 21 آبان 1387، تهران، ایران.

بشارتی گیوی، م.  و حکیم­زاده، ح. (1387). بررسی عددی سه بعدی الگوی جریان و تنش برشی بستر اطراف پایه­های مخروطی. نشریه مهندسی دریا، دوره6، شماره 11، ص 24 – 16.

بهشتی، ع. و عطایی آشتیانی، ب. (1383). آبشستگی در شرایط آب صاف در اطراف گروه پایه. اولین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشگاه صنعتی شریف. 22 تا 24 اردیبهشت 1383، تهران، ایران.

رستمی، ف. (1393). مطالعه عددی جریان زیر و فوق­بحرانی از دریاچه سد به سرریز تنداب منتهی به حوضچه آرامش پرش هیدرولیکی. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،  چاپ نشده، دانشکده عمران.

رضاپوریان، س.، صمدی بروجنی، ح. و قربانی، ب. (1388). بررسی آزمایشگاهی تعیین موقعیت مناسب سری پره­های مستغرق در کنترل آبشستگی پای پل­ها. هشتمین کنفرانس هیدرولیک ایران. انجمن هیدرولیک ایران، دانشکده فنی دانشگاه تهران. 24 آذر  1388، تهران، ایران.

سازمان مدیریت منابع آب ایران، (1385). راهنمای روش‌های محاسبۀ آبشستگی موضعی. 150ص.

سرورام، ح.، حسن زاده، ی. و حکیم­زاده، ح. (1398). بررسی توزیع سرعت جریان در اطراف پایه پل با استفاده از مدل عددی. هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران. دانشگاه شیراز. 21 اردیبهشت 1388، شیراز، ایران.

سیفی، ا.، نجفی، س. و ریاحی، ح. (1392). طراحی و مدل­سازی دینامیک سیالات و تحلیل نتایج در Flow-3D. چاپ اول، انتشارات اندیشه سرا، تهران، 304ص.

شفاعی بجستان، م. (1384). هیدرولیک انتقال رسوب. چاپ سوم، انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز، 496ص.

صالحی نیشابوری، ع. و نصیری صالح، ف. (1387). مدل‌های آشفتگی و کاربرد آنها در هیدرولیک. چاپ اول، پژوهشکده‌ی مهندسی آب دانشگاه تربیت مدرس: تهران، 186ص.

صدری، ع. (1385). گزارش نهایی برداشت اصولی شن و ماسه از رودخانۀ سیمینه رود. مجری: دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکدۀ مهندسی معدن، متالوژی و نفت.

قاسم­زاده، ف. (1392). شبیه­سازی مسایل هیدرولیکی در Flow-3D. چاپ اول، انتشارات نوآور، تهران، 256ص.

محمودیان شوشتری، م. (1392). اصول جریان در مجاری باز. جلد اول. چاپ دوم، انتشارات دانشگاه شهید چمران، اهواز، 513ص.

نوری‌فر ، م.، مغربی، م.، حسن‌زاده، ی و نورانی، و. (1389). بررسی عددی عملکرد شکاف پایه در پایه‌های استوانه‌ای پل تحت شرایط جریان با زاویه برخورد گوناگون. مجموعه مقالات نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه تربیت مدرس. 18 تا 20 آبان 1389، تهران، ایران.

Abdo, M.I. (1993). Effect of sediment gradation and coarse material fraction on clear water scour around bridge piers. PhD Dissertatio, Department of Civil Engineering, Colorado State University, 205 pp.

Ali, K.H.M. and Karim, O. (2013). Simulation of flow around pier. journal Of  Hydraulic Research, IAHR, 40(2), pp: 161-174.

Babaeyan-Koopaei, k. (2015).  A Study of straight stable channels and their interactions with bridge structures. PhD Thesis, University of Newcastle upon Tyne, UK.

Breusers, H.N.C., Nicollet, G. and shen, H.W. (1998). Local scour aroudcylindricalpiers. Journal of Hydraulic Research, IAHR, 15(3), pp:211-252.

Breusers, N.H.C and Raudkivi, A.J. (2008). Scouring 2nd Hydraulic Structures Design Manual. IRHR, AA Balkema Roterdam The Netherlands.