مدل ‌سازی عددی تاثیر شکل پایه‌های پل بر روی تنش برشی بستر

پایه پل‌های بنا شده در عرض رودخانه‌ها، همواره مستعد پدیده‌های فرسایش و آبشستگی هستند. تنش برشی بستر یکی از عوامل اساسی در آبشستگی در اطراف پایه پل‌هاست که رابطه‌ای مستقیم میان آن‌ها وجود دارد. در تحقیق حاضر، ابتدا برای صحت ‌سنجی مدل از نتایج آزمایشگاهی پایه پل استوانه‌ای شکل استفاده شد و در ادامه به مطالعه تاثیر شکل پایه‌های پل بر روی تنش برشی در کف بستر و سایر پارامترهای موثر با مدل سازی عددی و نرم‌افزار flow - 3d پرداخته شده است. شکل مقاطع پایه‌ها تغییر قابل توجهی در تنش برشی بیشینه را نشان داد. بیشترین تنش برشی در اطراف پایه استوانه‌ای رخ می‌دهد و مقطع عدسی شکل بهترین عملکرد در کاهش تنش برشی بستر را با کاهشی %26 داشته است. این عملکرد بر روی خطوط جریان در اطراف مقاطع و مشخصاً نحوه تشکیل، طول و قدرت گردابه‌های برخاستگی و نعل اسبی تاثیرگذار بوده است. به گونه‌ای که جریان‌ با سرعت 0/1 متر بر ثانیه در مقطع استوانه‌ای، طول 0/2 متری را در پشت پایه تحت تاثیر قرار داده است ولی در مقطع عدسی شکل کاهش 40% سرعت‌های منفی نسبت به استوانه‌ای را در پشت پایه مشاهده نشان می‌دهد. در مجموع، مقاطعی که دارای پیشانی در مقابل عبور جریان بودند، جریان پایین روندۀ قوی‌تری در پیشانی پایه را سبب شدند. در این مقاطع در بستر جریان به دلیل حضور گردابه‌های نعل اسبی، جریان به سمت بالادست حرکت می‌کند که موجب وقوع سرعت‌های منفی قوی‌تری در این ناحیه می‌شود.

Numerical Modelling of the Effect of Bridge Piers Shape on Bed Shear Stress

Bridge piers, which are constructed across the rivers, are always prone to the erosion and scouring phenomena. Bed shear stress is one of the main factors of scouring around bridge piers in which there is a direct relationship between bed shear stress and scouring. In the present research work, firstly the laboratory results of cylindrical bridge piers were used for validation of the model, and then the effect of bridge pier’s shape on bed shear stress and other effective parameters were studied by numerical modeling and applying Flow3D software. The cylinder pier experienced the highest amount of bed shear stress. In contrast, the case lenticular shape showed 26% reduction with cylinder shape occurs. The results show that different pier shapes have a perceptible effect on reducing the maximum amount of bed shear stress. This function affects streamlines around the bridge piers, and the formation, length, and power of wake and horseshoe vortexes. So that, streams having 0.1m/s behind the cylinder affected the length of 0.2m but in lenticular shape, 40% decrease appears. Additionally, the piers with a forehead causes a stronger downflow. In those sections, because of the presence of horseshoe vortex, streamlines shift to the upstream, so that the negative velocity figures occur in this region.