مطالعه تاثیر قطرنسبی وعمق طوقه مشبک بر آبشستگی اطراف پایه های پل آرودینامیکی

یکی از دلایل مهم شکست پل‌ها در ایالات متحده و جهان، مربوط به آبشستگی می‌باشد. خصوصیات جریان، شکل پایه و زاویه استقرار آن نسبت به جریان و خصوصیات رسوبات، همگی از عواملی می‌باشند که در پیچیدگی مسئله آبشستگی پایه های پل دخالت می‌نماید. باید توجه داشت که عمق نهایی آبشستگی ایجاد شده در مجاورت پایه پل برابر با مجموع عمق های فرسایش ناشی از آبشستگی موضعی، عمومی و تنگ شدگی عرض جریان می‌باشد. تعیین عمق فرسایش در محدوده پایه ها مستلزم آگاهی از نحوه جابه جایی مواد رسوبی بستر رودخانه ها است. پایه ها جریان عادی رودخانه را مختل می کند و تلاطم و اغتشاش حاصل از آن موجب فرسایش مواد رسوبی موجود در اطراف پایه می شود. از آنجایی که گسترش چاله آبشستگی پایداری سازه پل را به مخاطره می اندازد، پیش بینی میزان گودافتادگی و اتخاذ تدابیر لازم برای مهار آن از جمله اقدامات مهندسی متداول در عرصه مهندسی رودخانه تلقی می شود. بنا به این مهم در این تحقیق به بررسی تاثیر استفاده از طوقه‌های مشبک آیرودینامیک بر روی پایه‌های پل آیرودینامیک پرداخته شد. نتایج نشان داد با افزایش طول طوقه‌ها میزان آبشستگی کاهش بیشتری داشته است. با نصب طوقه در عمق نسبی (z/d) 0.1 طوقه‌های مشبک به طول (l/d) 6، 8 و 10 به ترتیب 16.6 ، 22.3 و 24.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با نصب طوقه در عمق نسبی (z/d) 0.5 طوقه‌های مشبک به طول (l/d) 6، 8 و 10 به ترتیب 35.2 ، 37.4 و 38.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با نصب طوقه در عمق نسبی (z/d) 1 طوقه‌های مشبک به طول (l/d) 6، 8 و 10 به ترتیب 27.7 ، 31.6 و 31.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با افزایش سرعت نسبی (v/vc) از 0.54 به 0.95 به‌طور متوسط باعث افزایش آبشستگی به میزان 113.8 درصد شده است. با نصب طوقه در عمق نسبی (z/d) 0.1، 0.5 و 1 به ترتیب 16.6 ، 35.2 و 27.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه‌های آیرودینامیک مشبک (z /d) از 0.1 به 0.5 شاهد کاهش آبشستگی به میزان 22.3 درصد و همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه‌های آیرودینامیک مشبک (z /d) از 0.5 به 1 شاهد افزایش آبشستگی به میزان 11.6 درصد هستیم. به این ترتیب می‌توان فهمید بهترین عمق کارگذاری طوقه به اندازه نصف قطر پایه پل می‌باشد. همچنین شبیه سازی با مدل ریاضی flow3d نزدیک به مدل فیزیکی می‌باشد و به طور متوسط تنها 5.4 درصد خطا دارد که قابل قبول می‌باشد.

The study of Effect of Relative Diameter and depth of installation of Lattice Collar on Scouring around Airfoil Bridge Piers

Scouring is one of the main reasons for the failure of bridges in the United States and the world. The flow characteristics, the base shape and the angle of its deposition relative to the flow and characteristics of the sediments are all factors that interfere with the complexity of the scouring problem of bridge bridges. It should be noted that the final scour depth created near the bridge base is equal to the total erosion depth due to local, general, and narrowing of the flow width. Determining the depth of erosion within the range of bases requires knowledge of the displacement of sedimentary materials in the river bed. The bases disrupt the normal flow of the river, and the turbulence and disturbances resulting from it erode sedimentary materials around the base. Since the propagation of the scour hole threatens the stability of bridge structure, a common engineering practice in the field of river engineering involves the prediction of scour depth to take necessary controlling measures. Accordingly, this study aimed at investigating the effect of air foil lattice collars on airfoil bridge piers. According to the results, scouring decreased further with increasing collar length. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 0.1, scouring reduced by 16.6, 22.3 and 24.7%, respectively, compared with a collarless bridge pier. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 0.5, scouring reduced by 35.2, 37.4 and 38.4%, respectively, compared with a collarless bridge pier. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 1, scouring reduced by 27.7, 31.6 and 31.4%, respectively, compared with a collarless bridge pier. Scouring increased by 113.8% on average by increasing the relative velocity (V/Vc) from 0.54 to 0.95. By installing the collar at a relative depth (Z / D) of 0.1, 0.5 and 1, we see 16.6, 35.2 and 27.7 percent lower scouring than the collar less base. Also, by increasing the depth of the lattice aerodynamic collars (Z / D) from 0.1 to 0.5, the scour reduction decreased by 22.3% and also with increasing the depth of the lattice aerodynamic collars (Z / D) from 0.5 to 1, increasing the scour 11.6 percent. In this way, it can be seen that the best depth of the collar is about half the diameter of the base of the bridge. Also, simulation with the Flow3D math model is close to the physical model, with an average of only 5.4% error, which is acceptable.