بررسي عددي آبشستگي موضعي در اطراف پايه هاي پل تكي و سه‌تايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

كشاورزي

كارشناسي ارشد

آبشستگي پديده‌اي است كه بر اثر فرسايش رسوبات ازسطح بستر توسط جريان ايجاد مي‌شود. اين پديده در سه دسته آبشستگي عمومي، آبشستگي ناشي از تنگ شدگي مقطع و آبشستگي موضعي تقسيم‌بندي مي‌شود. آبشستگي موضعي در اطراف سازه‌هايي كه در مسير جريان بوده رخ مي‌دهد تا ميدان جريان در اطراف موقعيت مانع را اصلاح كند. آبشستگي ايجاد شده در پايه پل نمونه‌اي از آبشستگي موضعي است كه از ديرباز چالشي مهم براي مهندسان اين شاخه بوده و پژوهش‌هاي متعددي همچنان در حال انجام است و يكي از دلايل اصلي تخريب پل‌هاي بسياري در سراسر جهان گزارش شده است. بنابراين، برآورد دقيق از عمق آبشستگي سبب طراحي ايمن پل‌ها خواهد شد. پيچيدگي و تنوع پارامترهاي اثرگذار در آبشستگي موضعي پايه‌پل در آزمايشگاه (ويژگي‌هاي هندسه فلوم و پايه، جريان و رسوبات بستر) سبب پيچيدگي پديده آبشستگي مي‌شود. با توسعه فناوري‌هاي كامپيوتري، مدل‌هاي عددي كارايي بسيار مناسبي در حوزه مسائل محاسبات ميدان جريان نشان داده‌اند و شرايط مناسبي را براي بررسي پارامترهاي مختلف اثرگذار بر آبشستگي و انتقال رسوبات فراهم نموده‌اند. در پژوهش حاضر، آ‌بشستگي موضعي با استفاده از روش‌هاي عددي در اطراف پايه پل تكي وگروه‌ پايه‌هاي پل سه تايي و در بستر رسوبي يكنواخت مطالعه شده است. براي شبيه‌سازي آبشستگي موضعي در اطراف پايه پل نياز به مطالعه آزمايشگاهي براي واسنجي نتايج عددي خواهد بود. بدين منظور از مطالعات منتخب آزمايشگاهي اخروي (1399) براي تطابق نتايج عددي تكامل زماني عمق آبشستگي با نتايج آزمايشگاهي ايشان استفاده شده است. مدل عددي مورد استفاده در اين مطالعه، كد SSIIM بوده و پارامتر مورد بررسي در اين پژوهش نيز فاصله بين پايه‌ها Sm/dpمي‌باشد (Sm فاصله بين پايه‌ها وdp قطر پايه است ). ابتدا آزمايش عددي در حالت تك پايه شبيه‌سازي شد ونتايج عددي توالي زماني حداكثر عمق آبشستگي و توپوگرافي سطح بستر حاصل از اين آزمايش با نتايج آزمايش منتخب در اين پژوهش مقايسه و تغييرات لازم به منظور واسنجي مدل عددي انجام شد. آزمايش تك‌پايه، آزمايش مرجع در اين مطالعه براي آزمايش‌هاي گروه‌پايه مي‌باشد. پس از واسنجي بستر رسوبات و آبشستگي در اطراف تك پايه، توسعه زماني حد اكثرعمق آبشستگي و توپوگرافي سطح بستر براي هر آزمايش گروه پايه انجام گرفت و نيمرخ طولي عمق آبشستگي و تغييرات توپوگرافي سطح بستر براي هرآزمايش نيز ترسيم و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. لازم به ذكر است كه مدت زمان شبيه‌‌سازي‌هاي صورت گرفته يك ساعت مي‌باشد. بررسي نتايج حاكي از عملكرد مناسب مدل عددي براي برآورد حداكثر عمق آبشستگي و تغييرات گودال آبشستگي مي‌باشد. نتايج آزمايش عددي تك پايه نشان داد كه حداكثر عمق آبشستگي در جلوي پايه و با زاويه33 درجه نسبت به مركز پايه قرار گرفته است. همچنين بررسي توپوگرافي سطح بستر رسوبات در اطراف تك‌پايه نشانگر توافق بالاي شكل وابعاد گودال آبشستگي و نيز عمق آبشستگي در بالادست پايه با مدل آزمايشگاهي مي‌باشد. اگرچه دقت مدل عددي در پايين دست پايه كمتر بوده و نشانگر عدم عملكرد مناسب مدل در تخمين عمق آبشستگي و تپه رسوبات مي‌باشد. دليل اين امر، ناتواني مدل عددي در شبيه‌سازي پيچيدگي‌هاي گرداب‌هاي برخاستگي در پشت پايه مي‌باشد. بررسي نتايج آزمايش‌هاي عددي در حالت گروه‌ پايه با فاصله متفاوت بين پايه‌ها نيز مشخص نمود كه با افزايش فاصله پايه‌ها از يكديگر ميزان حداكثر عمق آبشستگي در گروه‌پايه كاهش يافته است. دليل اين امر كاهش اثرات متقابل گرداب‌هاي نعل اسبي و برخاستگي اطراف پايه‌ها مي‌باشد. علاوه براين، با افزايش فاصله بين پايه‌ها توسعه طولي گودال آبشستگي افزايش و توسعه عرضي آن كاهش يافته است. به طور كلي نتايج آزمايش‌ هاي مذكور نشان مي‌دهد كه در ابتدا با افزايش فاصله پايه‌ها تا Sm/dp = 6، حداكثر عمق آبشستگي افزايش يافته و در ادامه تا Sm/dp = 9، روند كاهشي داشته است و سپس ثابت شده است. روند كلي نمايانگر كاهش حداكثر عمق آبشستگي با افزايش فاصله بين پايه‌ها در طول زمان يك ساعت مي‌باشد. لازم به ذكر است كه اين نتايج حاصل از خروجي مدل براي 60 دقيقه شبيه‌سازي است و بسط مطالعات تا زمان تعادل آبشستگي اجتناب ناپذير است.

222123

علوم و مهندسي آب

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان