Skip to main content
SUPERVISOR
Esmaeel Landy,Manouchehr Heidarpour
اسماعیل لندی (استاد مشاور) منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Shariaty farany
احسان شریعتی فرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of Local Roughness Layout Effects in A Cylindrical Pier on Reduction of Local Scour
Bridges are one of the important hydraulic structures and have strategic importance in terms of political, social, economic and military. All years, broke and destroyed many bridges in the world and in our country. One of the major reasons for the destruction of bridges is underestimated the depth of foundation without considering the problem of erosion caused undermining by water. There are direct and indirect methods to protect bridges undermining by water. Increasing the resistant of subgrade materials in direct method and changing the flow structure around the bridge pier in indirect method caused controlling and decreasing the undermining by water. A new indirect method in the bridge pier undermining by water is to create surface roughness around the bridge pier when depositing concrete. In this research the number of concrete roughness effect with sharp edges in decrease undermining by water investigated in two models (with assumption constant roughness parameters). In first model, the roughness including all around the bridge pier (whole roughness) and in second model, the roughness including half around the bridge pier that was in front of the flow. The experiments were conducted in hydraulic laboratory of Isfahan University of Technology using a flume of 7 (m) length, 0.32 (m) width and 0.36(m) depth with clear water scouring and a constant discharge during 8 hours. Sands with median diameter of 0.7(mm), special gravity of 2.65(grams per cubic centimeters) and geometric standard deviation of 1.23 are used in the experiments. The number of experiments was 13 including simple pier (without roughness), piers with whole roughness and piers with half roughness. The results show that by increasing the number of roughness from bottom to top of the pier in both whole roughness and half roughness models and constant other roughness parameters (The distance between two consecutive roughnesses, Thickness and protrusion), in pier with whole roughness, undermining by water depth will decrease in front, side and back of the pier and in pier with half roughness, scouring depth will decrease in front and side of the pier. In fact roughness creating will decrease the power of down flow and horseshoe vortex in front of the pier and will decrease the power of wake vortex in back of pier. Results show that whole roughnesses and half roughnesses decrease undermining by water depth in front of the pier amount 21% and 10% respectively. In this study an ADV was used to obtain velocity database at a certain distances from the simple pier and optimal piers between piers with whole roughness and piers with half roughness. By using this data the structure parameters including velocity distribution, Reynolds stress and turbulence intensity were analyzed. The results shows in upstream of all the three piers and the bottom of hole existing the negative horizontal velocity and positive vertical velocity indicates the presence of horseshoe vortex in this area. In downstream of all the three piers, power of wake vortex caused high value of turbulence intensity in horizontal, transverse and vertical direction. The results of quadrant analysis show that Ejection and Sweep have high probable in bursting cycles. Keywords : Local scour, Bridge pier, Sharp edge roughness, Whole roughness, half roughness, Flow structure, Quadrant analysis
یکی از سازه های مهم هیدرولیکی پل ها هستند که از نظر سیاسی، اجتماعی، اقتصادی و نظامی دارای اهمیت استراتژیک می باشند. همه ساله شاهد شکست و تخریب پل های زیادی در دنیا و در کشورمان هستیم. یکی از دلایل اساسی تخریب پل ها برآورد نادرست عمق شالوده بدون توجه به مسأله ی فرسایش ناشی از آبشستگی است. برای محافظت پل ها در مقابل آبشستگی دو روش مستقیم و غیر مستقیم وجود دارد. افزایش مقاومت مواد بستر در روش مستقیم و تغییر الگوی جریان در اطراف پایه در روش غیر مستقیم موجب کنترل آبشستگی می شود. یکی از روش های جدید غیر مستقیم در کاهش آبشستگی، ایجاد زبری دور محیط پایه در هنگام بتن ریزی می باشد. در این تحقیق تأثیر تعداد زبری های بتنی با لبه ی تیز در کاهش آبشستگی (با فرض ثابت بودن سایر پارامترهای زبری) در دو حالت مورد بررسی قرار گرفت. درحالت اول، زبری شامل تمام دور پایه (زبری کامل) و در حالت دوم، زبری شامل نیمی از دور پایه (زبری نصف)که مقابل جریان قرار دارد می باشد. آزمایش ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه صنعتی اصفهان در کانالی به طول 7 متر، عرض 32/0 متر و ارتفاع 36/0 متر با برقراری شرایط آب زلال و دبی ثابت به مدت 8 ساعت انجام شد. همچنین از ماسه ی گردگوشه با قطر متوسط 7/0میلی متر، وزن مخصوص 65/2 گرم بر سانتی متر مکعب و انحراف معیار هندسی 23/1 استفاده شد. در مجموع 13 آزمایش شامل پایه شاهد (پایه بدون زبری)، پایه با زبری کامل و پایه با زبری نصف انجام شد. نتایج نشان داد با افزایش تعداد زبری از پایین به طرف بالای پایه در دو حالت زبری کامل وزبری نصف و ثابت ماندن بقیه ی پارامترهای زبری (فاصله ی بین زبری، ضخامت و بیرون زدگی)، عمق آبشستگی در پایه با زبری کامل در جلو، کنار و پشت پایه و در پایه با زبری نصف در جلو و کنار پایه کاهش می یابد. در حقیقت وجود زبری باعث کاهش قدرت جریان رو به پایین و به دنبال آن کاهش قدرت گرداب نعل اسبی در جلو پایه و کاهش قدرت گرداب برخاستگی در پشت پایه می شود. بررسی ها نشان داد زبری های کامل و زبری های نصف در بهترین حالت به ترتیب باعث کاهش حدود 21 و حدود 10 درصدی آبشستگی در جلو پایه می شوند. در این مطالعه با استفاده از دستگاه سرعت سنج ADV داده های سرعت در فواصل معینی از پایه شاهد و پایه های بهینه دارای زبری کامل و نصف برداشت شد و با استفاده از آن پارامترهای ساختار جریان شامل سرعت، شدت های توربولانس و تنش های رینولدز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد در بالادست هر سه پایه و در کف حفره وجود سرعت طولی منفی و سرعت قائم مثبت بیانگر حضور گرداب های نعل اسبی در این قسمت است. در پایین دست هر سه پایه به دلیل قدرت گرداب های برخاستگی، شدت های آشفتگی در هر سه راستا دارای مقادیر زیاد می باشد. نتایج حاصل از آنالیز کوآدرانت نشان داد در پدیده ی خود انفجار، حرکت پرتابی(Ejection) وحرکت جاروبی (Sweep) دارای بیشترین احتمال وقوع می باشند. کلمات کلیدی : آبشستگی موضعی، پایه پل، زبری لبه تیز، زبری کامل، زبری نصف، ساختار جریان، آنالیز کوآدرانت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی