Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Reza Chamani,Mohamadnavid Moghim
محمدرضا چمنی (استاد راهنما) محمدنوید مقیم (استاد راهنما)
 
STUDENT
FARNAZ MESHKINFAR
فرناز مشکین فر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Investigation of scour flow pattern around the cone bridge piers
Scour is a phenomenon which occurs as a result of bed erosion. Local scouring is special type of the scour which is considered as one of the main reasons of bridges failure. Identifying different features of flow patterns around the pier is a necessary condition to understand the scour mechanism. Although there are many studies which have been conducted to explore the depth of scouring around cylindrical and cone piers, the flow patterns around the cone piers have not been studied adequately. The present study explores the flow patterns around the cylindrical and cone piers. Experiments have been carried out for two cases of the flat bed (before scouring) and the equilibrium scour. Cone and cylindrical piers with diameters of 60 and 70 mm were used with discharges of 43 and 29 L/s. The side angle of the cone pier was set at 2.5 and 5 degrees. The experiments were done in a channel with the length of 9 m, width of 0.6 m and height of 0.7 m. Sand particles of diameter 0.74 mm were placed at channel bed. Measurement of instantaneous velocity was done in the central axis of the channel, upstream and downstream of the pier with 3D Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). The channel bed was fixed by cement and stone powder to facilitate the measurement of the velocity field. Results of the experiments indicate that the cone pier decreases vertical and longitudinal velocities at the upstream of the pier. As the side angle of the cone pier increases, the extent of scour hole is reduced and the values of longitudinal velocity decrease as well. The upstream longitudinal velocity profile of the cone pier is more uniform than the cylindrical pier. As a result, the downward pressure gradient reduces and consequently, the downflow strength in the vertical plane reduces. The maximum values of the vertical velocity near the pier upstream decrease as the side angle of the cone pier increases. The values of longitudinal and vertical velocity are not significantly different for both cone and cylindrical piers at downstream. The maximum values of vertical velocity slightly decrease as the side angle increases. Keywords: Scouring, flow patterns, bridge pier, cylindrical pier, cone pier
آب‌شستگی پدیده‌ای است که در نتیجه‌ی عمل فرسایش بستر توسط جریان آب، و حمل مواد جداشده از آن به‌وسیله‌ی جریان رخ می‌دهد. آب‌شستگی موضعی به عنوان مهم‌ترین عامل تخریب پل‌ها به‌شمار می‌رود و لذا، شناخت الگوی جریان اطراف پایه از اهمیت خاصی برخوردار است. شناخت جریان اطراف پایه به پیش‌بینی رفتار آن در حالات مختلف کمک کرده و سبب ارائه‌ی روش‌های مناسب به منظور کاهش و کنترل آب‌شستگی اطراف پایه می‌شود. تاکنون مطالعات نسبتاً زیادی جهت بررسی عمق آب­شستگی اطراف پایه‌های استوانه‌ای و مخروطی شکل (قطر در کف برابر با پایه‌ی استوانه‌ای) انجام شده است، ولی الگوی جریان اطراف پایه‌ به‌خصوص در پایه‌ی مخروطی شکل کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، علاوه بر الگوی جریان اطراف پایه‌ی استوانه‌ای، الگوی جریان اطراف پایه مخروطی شکل نیز بررسی شده است. بدین منظور آزمایش‌ها در دو حالت بستر صاف (قبل از وقوع آب­شستگی) و بستر تعادل یاقته (پس از وقوع آب­شستگی) انجام شده است. در هر کدام از این شرایط، از پایه‌های مخروطی و استوانه‌ای با قطرهای 60 و 70 میلیمتر با دو دبی متفاوت 43 و 29 لیتر بر ثانیه استفاده شده‌اند. پایه‌ی مخروطی با دو زاویه جانبی 5/2 درجه و 5 درجه آزمایش شد. آزمایش‌ها در کانالی به طول 9 متر، عرض 6/0 متر و ارتفاع 7/0 متر با ذرات ماسه به قطر 74/0 میلی­متر انجام شده است. اندازه‌گیری سرعت سه‌بعدی بر روی محور مرکزی کانال در بالادست و پایین‌دست پایه‌ها با استفاده از دستگاه سرعت‌سنج صوتی سه‌بعدی(ADV) انجام شده است. بستر کانال در هر دو حالت به‌وسیله سیمان و پودر سنگ تثبیت شد تا برداشت میدان سرعت انجام گیرد. نتایج آزمایش­ها نشان دادند که پایه‌ی مخروطی، سبب کاهش مقادیر مؤلفه‌های سرعت طولی و سرعت قائم در بالادست پایه می‌شود. با افزایش زاویه‌ی جانبی پایه، وسعت چاله‌ی آب‌شستگی کمتر شده و مقادیر سرعت طولی کاهش می‌یابد. پروفیل سرعت طولی پایه‌ی مخروطی نسبت به پایه‌ی استوانه‌ای یکنواخت‌تر است. با افزایش زاویه‌ی جانبی پایه، اختلاف بین مقادیر سرعت طولی در یک مقطع در فواصل نزدیک به پایه کاهش می‌یابد. کاهش اختلاف بین مقادیر سرعت طولی سبب کاهش گرادیان فشار ایجاد شده در جلوی پایه می‌شود. کاهش گرادیان فشار ایجاد شده در جلوی پایه نیز باعث کاهش جریان رو به پایین در جلوی پایه می‌شود. با افزایش زاویه‌ی جانبی پایه، بیشینه‌ی مقادیر سرعت قائم در نزدیکی پایه در بالادست کاهش می‌یابد. در پایین‌دست، مقادیر سرعت طولی و قائم برای دو پایه‌ی مخروطی و استوانه‌ای تقریباً اختلاف قابل توجهی ندارد و صرفاً بیشینه‌ی مقادیر سرعت قائم با افزایش زاویه جانبی، کمی کاهش می‌یابد. واژه‌های کلیدی: آب‌شستگی، الگوی جریان، پایه‌ی پل، پایه‌ی استونه‌ای، پایه‌ی مخروطی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی