رفتن به محتوای اصلی
x
بررسی عددی آبشستگی موضعی در اطراف پایه های پل تكی و سه تایی
تاریخ دفاع
مقطع تحصیلی
كارشناسی ارشد
گروه آموزشی
مهندسی آب
استاد

منوچهر حیدرپور

آبشستگی پدیده‌ای است که بر اثر فرسایش رسوبات ازسطح بستر توسط جریان ایجاد می‌شود. این پدیده در سه دسته آبشستگی عمومی، آبشستگی ناشی از تنگ شدگی مقطع و آبشستگی موضعی تقسیم‌بندی می‌شود. آبشستگی موضعی در ‏اطراف سازه‌هایی که در مسیر جریان بوده رخ می‌دهد تا میدان جریان در ‏اطراف موقعیت مانع را اصلاح کند. آبشستگی ایجاد شده در پایه پل نمونه‌ای از آبشستگی موضعی است که از دیرباز چالشی مهم برای مهندسان این شاخه بوده و پژوهش‌های متعددی همچنان در حال انجام است و یکی از دلایل اصلی تخریب پل‌های بسیاری در سراسر جهان گزارش شده است. بنابراین، برآورد دقیق از عمق آبشستگی سبب طراحی ایمن پل‌ها خواهد شد. پیچیدگی و تنوع پارامترهای اثرگذار در آبشستگی موضعی پایه‌پل در آزمایشگاه (ویژگی‌های هندسه فلوم و پایه، جریان و رسوبات بستر) سبب پیچیدگی پدیده آبشستگی می‌شود. با توسعه فناوری‌های کامپیوتری، مدل‌های عددی کارایی بسیار مناسبی در حوزه مسائل محاسبات میدان جریان نشان داده‌اند و شرایط مناسبی را برای بررسی پارامترهای مختلف اثرگذار بر آبشستگی و انتقال رسوبات فراهم نموده‌اند. در پژوهش حاضر، آ‌بشستگی موضعی با استفاده از روش‌های عددی در اطراف پایه پل تکی وگروه‌ پایه‌های پل سه تایی و در بستر رسوبی یکنواخت مطالعه شده است. برای شبیه‌سازی آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل نیاز به مطالعه آزمایشگاهی برای واسنجی نتایج عددی خواهد بود. بدین منظور از مطالعات منتخب آزمایشگاهی اخروی (1399) برای تطابق نتایج عددی تکامل زمانی عمق آبشستگی با نتایج آزمایشگاهی ایشان استفاده شده است. مدل عددی مورد استفاده در این مطالعه، کد SSIIM بوده و پارامتر مورد بررسی در این پژوهش نیز فاصله بین پایه‌ها Sm/dpمی‌باشد (Sm فاصله بین پایه‌ها وdp قطر پایه است ). ابتدا آزمایش عددی در حالت تک پایه شبیه‌سازی شد ونتایج عددی توالی زمانی حداکثر عمق آبشستگی و توپوگرافی سطح بستر حاصل از این آزمایش با نتایج آزمایش منتخب در این پژوهش مقایسه و تغییرات لازم به منظور واسنجی مدل عددی انجام شد. آزمایش تک‌پایه، آزمایش مرجع در این مطالعه برای آزمایش‌های گروه‌پایه می‌باشد. پس از واسنجی بستر رسوبات و آبشستگی در اطراف تک پایه، توسعه زمانی حد اکثرعمق آبشستگی و توپوگرافی سطح بستر برای هر آزمایش گروه پایه انجام گرفت و نیمرخ طولی عمق آبشستگی و تغییرات توپوگرافی سطح بستر برای هرآزمایش نیز ترسیم و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. لازم به ذکر است که مدت زمان شبیه‌‌سازی‌های صورت گرفته یک ساعت می‌باشد. بررسی نتایج حاکی از عملکرد مناسب مدل عددی برای برآورد حداکثر عمق آبشستگی و تغییرات گودال آبشستگی می‌باشد. نتایج آزمایش عددی تک پایه نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی در جلوی پایه و با زاویه33 درجه نسبت به مرکز پایه قرار گرفته است. همچنین بررسی توپوگرافی سطح بستر رسوبات در اطراف تک‌پایه نشانگر توافق بالای شکل وابعاد گودال آبشستگی و نیز عمق آبشستگی در بالادست پایه با مدل آزمایشگاهی می‌باشد. اگرچه دقت مدل عددی در پایین دست پایه کمتر بوده و نشانگر عدم عملکرد مناسب مدل در تخمین عمق آبشستگی و تپه رسوبات می‌باشد. دلیل این امر، ناتوانی مدل عددی در شبیه‌سازی پیچیدگی‌های گرداب‌های برخاستگی در پشت پایه می‌باشد. بررسی نتایج آزمایش‌های عددی در حالت گروه‌ پایه با فاصله متفاوت بین پایه‌ها نیز مشخص نمود که با افزایش فاصله پایه‌ها از یکدیگر میزان حداکثر عمق آبشستگی در گروه‌پایه کاهش یافته است. دلیل این امر کاهش اثرات متقابل گرداب‌های نعل اسبی و برخاستگی اطراف پایه‌ها می‌باشد. علاوه براین، با افزایش فاصله بین پایه‌ها توسعه طولی گودال آبشستگی افزایش و توسعه عرضی آن کاهش یافته است. به طور کلی نتایج آزمایش‌ های مذکور نشان می‌دهد که در ابتدا با افزایش فاصله پایه‌ها تا Sm/dp = 6، حداکثر عمق آبشستگی افزایش یافته و در ادامه تا Sm/dp = 9، روند کاهشی داشته است و سپس ثابت شده است. روند کلی نمایانگر کاهش حداکثر عمق آبشستگی با افزایش فاصله بین پایه‌ها در طول زمان یک ساعت می‌باشد. لازم به ذکر است که این نتایج حاصل از خروجی مدل برای 60 دقیقه شبیه‌سازی است و بسط مطالعات تا زمان تعادل آبشستگی اجتناب ناپذیر است.کلمات کلیدی: آبشستگی موضعی، پایه پل، حداکثر عمق آبشستگی،گروه پایه، مدلسازی عددی، SSIIM


تحت نظارت وف ایرانی