Skip to main content
SUPERVISOR
AmirMehdi Halabian,Mohammad-Reza Chamani
امیرمهدی حلبیان (استاد راهنما) محمدرضا چمنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamed Poursalehi
حامد پورصالحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
In irrigation channels and storm water systems, structures are used to offset the elevation difference between the channel slope and the ground slope. These structures usually lead to a sudden vertical change of channel slope and produce a free falling jet, which impacts the drop floor downstream. The impact force may damage the structures. In addition, extra dynamic force is developed in the downstream floor due to the free falling jet fluctuations. Evaluation of the impact force in the downstream is an essential step in the design of drop structures downstream bed. There are limited studies conducted to investigate the vibration problems of the hydraulic structures and this concept is still a baffling case. If the vibration is not properly dissipated, in addition to the structural instability, it may produce environmental pollutions to the neighboring human communities. The aim of the present study is to evaluate the dynamic force of the falling jet in a vertical drop. This study consists of two parts; i.e., experimental and analytical studies. With subcritical flow in the upstream channel, two physical models with drop heights of 0.226 m and 0.376 m are built in the Hydraulic Lab, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology. For verification, the hydraulic properties of the flow on vertical drop are measured and the results are compared to previous studies. Introducing a SDOF system for the downstream floor, passive dampers were used to control the dynamic forces acting on the drop floor downstream. The drop floor is allowed to have vertical degree of freedom and the absorbing system is designed to reduce the forces on the drop floor. Three types of dampers with various stiffness and damping constants have been used based on the range of jet frequencies. An instrumentation system including several load cells was used to record the fluctuating force time histories. The hydraulic properties of flow on drops including brink depth, pool depth, length of pool surface, flow depth at the downstream channel, jet width at the pool level, inclination and position of falling jet impact at the downstream channel and downstream floor pressure have been measured. The results agreed well with those of the previous experimental data and analytical predictions. The results of drops with dampers indicated that the vibrations could be lower than those in drop without dampers. The results showed that damper type 3 has the best efficiency in terms of force and amplitude reductions. Using damper type 3, the force amplitude and the mean value of dynamic force are reduced as much as 81% and 25%, respectively. In the analytical part, a method is presented to estimate the dynamic force of falling jet on the downstream floor. The results of the proposed method showed that, if the sinusoidal variable pressure amplitude and steady pressure variance between two sides of the falling jet are known, the proper value of dynamic force using the proposed method can be evaluated. Keywords: Drop Structure, Vibration, Damper, Dynamic Force, Frequency.
یکی از عوامل موثر در طراحی سازه ای شیب شکن های قائم، نیروی وارده از طرف جریان پرتابی بر روی کف سازه است. اختلاف فشار هوا بین دو طرف جریان پرتابی، باعث ایجاد نوسان در تیغه ی جت ریزشی می شود و نیروی دینامیکی را بر کف سازه وارد می کند. این نوسان‌ها می تواند منجر به تخریب سازه نیز گردد. اگر بتوان میزان و دامنه ی نوسان نیرو را کاهش داد، می توان سازه ای به مراتب سبک تر، کم هزینه تر و با عمر مفید بالاتری را طراحی و اجرا کرد. در این تحقیق، با استفاده از میراگرهای غیر فعال، تأثیر آن ها بر کاهش میزان و دامنه ی نیروی دینامیکی وارده از طرف جریان ریزشی بر کف شیب شکن قایم تجزیه و تحلیل شده است. تحقیق حاضر از دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی تشکیل شده است. در بخش صحت‌سنجی، خصوصیات هیدرولیکی جریان در شیب ‌شکن های قائم اندازه‌گیری شده و با نتایج پیشین مقایسه شده است. همچنین، با ساخت دستگاه مخصوص اندازه گیری نیرو، دامنه و مقدار نیروی دینامیکی وارد بر کف شیب شکن از طرف جریان ریزشی به دست آمد. با به کار بردن سه نوع میراگر با سختی های متفاوت، تأثیر وجود میراگرها بر کاهش دامنه و میزان نیروی دینامیکی وارد بر پایین دست شیب‌شکن از طرف جریان ریزشی بررسی شده است. در بخش تحلیلی، با ارایه ی یک روش به بررسی چگونگی تغییرات نیروی دینامیکی این قبیل سازه ها پرداخته شد و برای صحت سنجی این روش، نتایج آن با داده‌های آزمایشگاهی تحقیق حاضر مقایسه گردید. نتایج آزمایشگاهی خصوصیات هیدرولیکی جریان از قبیل عمق لبه، عمق گرداب، طول سطح گرداب، طول شیب‌شکن، عمق فوق‌بحرانی در پایین دست، عرض جت در محل برخورد با سطح گرداب، محل و زاویه ی برخورد جت ریزشی در پایین‌دست شیب شکن و فشار های وارده از طرف جریان بر کف شیب شکن قائم با نتایج آزمایشگاهی و روابط تحلیلی ارایه شده توسط دیگر محققین تطابق خوبی دارد. همچنین، نیروهای جریان ریزشی به دست آمده از دستگاه نیروسنج نیز با روابط تحلیلی ارایه شده در این تحقیق و روابط ارایه شده توسط دیگر محققین مقایسه شده و صحت سنجی های لازم صورت گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که متغیرهای فرکانس، دامنه و میزان نیروی دینامیکی جریان، رابطه‌ی مستقیم با ارتفاع شیب شکن و دبی جریان دارد. باتوجه به نتایج آزمایش ها، استفاده از میراگرها در کف شیب شکن ها تأثیر قابل ملاحظه ای بر کاهش دامنه و میزان نیروی دینامیکی جریان ریزشی داشته است. استفاده از میراگر نوع 3، باعث استهلاک دامنه ی نیروی دینامیکی جریان ریزشی به میزان 81% گردیده است. همچنین، مقدار نیروی اعمالی از طرف جریان ریزشی به تکیه گاه را نیز به میزان 25% کاهش داده است. این مقادیر برای میراگر نوع 1 به‌ترتیب برابر با 75% و 25% و برای میراگر نوع 2 به‌ ترتیب برابر با 64% و 19% است. در بخش تحلیلی، روشی برای برآورد نیروی دینامیکی جت ریزشی وارد بر کف پایین دست شیب شکن hy;های قائم ارایه شده است. نتایج روابط تحلیلی ارایه شده نشان می‌دهدکه اگر مقادیر دو پارامتر دامنه ی فشار متغیر سینوسی دو طرف جت و اختلاف فشار ثابت بین پشت و سطح جت ریزشی در دسترس باشد، برآورد صحیحی از نیروی دینامیکی جت ریزشی امکان‌پذیر است. کلمات کلیدی: سازه های هیدرولیکی، شیب شکن قائم، نیروی دینامیکی، ارتعاشات، میراگر.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی