Skip to main content
SUPERVISOR
Esmaeel Landy,Sayed Hossein Saghaian nejad esfahani,Manouchehr Heidarpour,Hossein AfzaliMehr
اسماعیل لندی (استاد مشاور) سیدحسین سقائیان نژاداصفهانی (استاد مشاور) منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما) حسین افضلی مهر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Ranjkesh
مریم رنجکش

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Investigation of Flow Structure Effect on Local Scour at Cylindrical Group Piers
The occurrence and development of scour hole around bridge pier are main causes of bridge destruction. The first step to solve this problem, is investigation of flow pattern and recognition of scour process around bridge pier. The prediction of occurrence, development and final situation of scour hole around pier is the most important in the hydraulic design of bridges. Although the flow pattern around a single pier has been widely investigated, there are few studies around pier groups. Moreover the scour hole around group pier is affected by factors which are not valid for single pier.The present study contains results of the experiments on the flow pattern around two and three-circular piers situated in a line arrangement, measured by an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) under a clear-water scour condition. These group piers were tested with s/b=4, 6 and 8, and compared with single pier. Laboratory flume experimental detection were made by using ADV to determine velocity, Reynolds stress distribution and turbulent intensities. Experiments were carried out in a horizontal re-circulating flume in the Hydraulic Laboratory at the Isfahan University of Technology in Iran. The flume had 8 m long, 0.4 m wide and 0.6 m deep. Uniformity graded sand of a median diameter, d, of 0.71 mm and the geometric standard deviation 1.2 was applied. Scour hole waz frozen by cement to facilitate performance of the experiments. Results of this experiments, indicated that in group of two piers during the experiment, scour depth of first pier is greater than that of the single pier due to the reinforcing effect, and because of sheltering effect scour depth of the second pier is less than that of the the single pier. In group of three piers the scour depth of the second pier is equal to the single pier due to the interaction of reinforcing and sheltering effect, and the equilibrium scour depth for the first and the third piers is equal to front and rear pier in group of two piers respectively. By increasing of space between piers, reinforcing and sheltering effects reducing. In upstream, the velocity profiles and turbulent intensities showed that the existence of primary vortex associated with down flow inside the scour hole and in downstream, wake vortex caused irregularities in flow pattern. In the upstream and scour hole continuity to 7.6 cm distance from the up stream, the values of velocity component in x directio were negative which indicated the flow separation. Whereas, in the down stream negative value of u were observed just in rear pier and in surface water. The RMS u and u-velocity profiles showed that osilliatons of u velocity in rear pier causes the u velocity reduces in this region, and wake wortex is the main factor for osilliation of u velocity (root mean square u). The values of root mean square u in front of second and third piers are distance between different space of piers and clearly indicated that root mean square u in 4b and 6b spaces are greater than that 6b and 8b spaces, respectively. Key words : scouring, bridge pier, group piers, flow pattern.
ایجاد و گسترش آبشستگی در پایه پل ها از مهمترین عوامل آسیب و خرابی پل ها می باشد. اما مهمترین مشکل در حل این مسئله، بررسی الگوی جریان و شناخت پروسه آبشستگی در اطراف پایه پل است. پیش بینی نحوه ایجاد، گسترش و وضعیت نهایی گودال آبشستگی از مهمترین موارد طراحی هیدرولیکی پل ها می باشد. تا کنون مطالعات زیادی جهت بررسی الگوی جریان در اطراف تک پایه انجام شده است، ولی مطالعات بسیار کمی روی جریان اطراف گروه پایه ها وجود دارد، ضمن اینکه در گروه پایه ها آبشستگی متأثر از عوامل و پدیده هایی است که در تک پایه ها مطرح نیستند. در این تحقیق ضمن بررسی توسعه ی زمانی عمق آبشستگی، الگوی جریان اطراف تک پایه و گروه پایه های دوتایی و سه تایی بررسی شده است. برای این کار از پایه های مدور به قطر 30 میلی متر با فاصله ی بین پایه ها(مرکز تا مرکز) 4، 6 و 8 برابر قطر پایه ها استفاده شده است. اندازه گیری سرعت های سه بعدی لحظه ای در مقاطع مختلف طولی و عرضی در بین پایه ها با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی(ADV) انجام شده است. مؤلفه های سرعت متوسط، مقادیر آشفتگی و تنش های رینولدز با استفاده از سرعت های لحظه ای اندازه گیری شده محاسبه شده است. آزمایش ها در یک کانال به طول 8 ، عرض 4/0 و عمق 6/0 متر(سطح مقطع مستطیلی) با ذرات ماسه به قطر 71/0 میلی متر انجام شد و انحراف معیار ذرات 2/1 بود. در این آزمایش ها پروفیل های سرعت، تنش های رینولدز و شدت های آشفتگی مورد بررسی قرار گرفت. گودال آبشستگی بوسیله ی سیمان تثبیت شد تا پروفیل برداری ها به آسانی انجام گیرد. نتایج آزمایش نشان داد، عامل حفاظ بودن پایه های جلویی باعث کاهش عمق آبشستگی در پایه های عقبی شده است. این عامل با افزایش فاصله ی بین پایه ها کاهش یافت. مقایسه ی توسعه ی زمانی عمق آبشستگی برای پایه‌های اول، دوم و سوم در سه فاصله ی b4 و b6 و b8 نشان می دهد، با افزایش فاصله، تأثیر پدیده تقویت کننده که پایه های دوم و سوم بر روی پایه اول دارند کاهش می یابد. بررسی های انجام شده بر روی پروفیل های سرعت وتنش حول پایه ها نشان دهنده ی حضور توأمان گرداب های نعل اسبی و جریان های رو به پایین در بالادست جریان می باشد. در پایین دست جریان حضور گرداب های برخاستگی سبب به وجود آمدن نامنظمی های فراوان در ساختار جریان گردیده است. مقادیر منفی سرعت u که نشان دهنده ی جدایی جریان هستند در بالادست و در درون گودال آبشستگی تا فاصله ی 6/7 سانتی متر بالادست پایه نیز مشاهده شد، اما در پایین دست، فقط در پروفیل مربوط به پشت پایه و در سطح آب مشاهده گردید. بررسی پروفیل های شدت آشفتگی طولی و نیز سرعت طولی در مقاطع عرضی پشت پایه نشان می دهد که نوسانات شدید سرعت طولی در پشت پایه در اثر پدیده ی برخاستگی از عوامل مهم کاهش سرعت طولی آب در این منطقه می باشد. مقادیر نوسانات سرعت طولی در جلوی پایه ی دوم و سوم در فواصل مختلف پایه، از یکدیگر فاصله گرفته و به طور واضح نشان می دهد که نوسانات سرعت طولی در فاصله ی b4 بیشتر از فاصله ی b6 و نوسانات سرعت طولی در فاصله ی b6 بیشتر از فاصله ی b8 است. واژه های کلیدی: آبشستگی، پایه پل، گروه پایه، ساختار جریان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی