شبیه سازی عددی اثرات ژئوتکنیکی بر آبشستگی موضعی در اطراف گروه پایه کج با استفاده از نرم افزار flow-3d

مقدمه: با قرارگیری پایه پل در مقابل جریان، گردابه هایی در مقابل آن شکل گرفته که در نتیجه فعالیت آن ها مواد بستر پیرامون پایه فرسایش یافته و چاله آبشستگی شکل می گیرد و در صورت کافی نبودن عمق پی و شمع های پایه پل، شکست پل را به دنبال خواهد داشت. با پیشرفت فتاوری طراحی و ساخت سازه ها، شاهد ساخت پل ها با اشکال مدرنی بوده که از جمله آن ها می توان به پل های با گروه پایه های کج اشاره کرد.روش : با توجه به اهمیت شناخت مکانیزم های موثر بر آبشستگی این نوع از پایه های پل، در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر شکل هندسی شمع های قرار گرفته در زیر پایه های کج و رقوم کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی بر روی مشخصات آبشستگی اطراف گروه پایه کج به صورت عددی و با نرم افزار flow3d پرداخته شد.یافته ها: در گام اول از طریق مقایسه و صحت سنجی نتایج عددی نمودار توسعه زمانی حداکثر عمق آبشستگی در زمان های مختلف و در اطراف گروه پایه کج با نتایج آزمایشگاهی اسمعیلی ورکی و همکاران (1392) بیشترین درصد خطای نسبی و مقدار rmse به ترتیب به مقدار 25/9 درصد و 091/0 محاسبه گردید و مشاهده گردید که تطابق نسبتا خوبی بین مقادیر حل عددی و آزمایشگاهی برقرار بود. در گام بعدی با بررسی الگوی جریان اطراف گروه پایه ها مشخص گردید با تغییر تراز کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی گردابه های تشکیل شده در بین پایه اول و دوم گروه پایه متفاوت بوده و هر چه تراز کارگذاری نزدیک به بستر و یا بالاتر از آن قرار گیرید گردابه ها تشکیل شده با قدرت بیشتری بر روی بستر اطراف گروه پایه کج تاثیر می گذارد. با بررسی تنش برشی کل ایجاد شده در بستر جریان در تراز های مختلف سرشمع مشاهده گردید که بیشترین تنش برشی در حالت کارگذاری سرشمع در تراز بستر رخ می دهد و با قرار گیری تراز کارگذاری سر شمع به تراز پایین تر از بستر، بیشینه تنش برشی کاهش می یابد. علت این امر می تواند ناشی از افزایش فاصله بین گروه پایه ها باشد بطوریکه وجود پایه دوم باعث کاهش الگوی جریان تشکیل شده در گروه پایه شده و عملکرد گروه پایه بصورت دو پایه مستقل در تشکیل الگوی جریان رفتار می کنند. نتیجه گیری: بررسی پروفیل طولی آبشستگی اطراف گروه پایه کج مشاهده گردید که شمع دوکی شکل نسبت به سایر شکل شمع ها اثر بهتری در کاهش آبشستگی از خود نشان می دهد. بطوریکه حداکثر عمق آبشستگی ایجاد شده در اطراف گروه پایه کج با حضور شکل دوکی شمع، مستطیلی و مستطیلی گرد گوشه حداکثر عمق آبشستگی 61/19، 11/14 و 45/6 درصد نسبت به شکل استوانه ای شمع کاهش پیدا می کند. نکته قابل ذکر این که هر چه دماغه شمع آئرودینامیکی و تیز باشد کنترل گرداب های نعل اسبی بهتر عمل می کند و این امر باعث کاهش عمق آبشستگی در اطراف گروه پایه کج می گردد.

Numerical Simulation of the Geothechnical Effects on Local Scour in Inclined Pier Group with FLow-3D Softaware

When the bridge piers are located in front of the water flow, vortices are formed against it and due to their activity, the materials of the river bed are eroded around the bridge piers and the scouring hole is created. If the foundation depth and bridge pier piles are insufficient, the bridge will fail.The study of total shear stress in the flow bed at different leveling of the pile caps shows that the highest shear stress is created when the pile cap position is at the same level as the river bed; by installing the pile cap at a lower level than the river bed, the maximum shear stress decreases. This may be due to the fact that in this case, the distance between the pier group increases and the presence of the second pier decreases the flow rate in the pier group and different pier in the one pier group acts as the two independent piers in the formation of the flow pattern. By comparing the final longitudinal sections of the scouring at different leveling of the pile cap, it is concluded that the largest reduction in scouring depth occurs in aerofoilshaped pile caps and pile caps with the sharper nose and better aerodynamic shapes are good options to control the horseshoe vortices and will reduce the scouring depth around the inclined pier group.