شبيه سازي عددي اثرات ژئوتكنيكي بر آبشستگي موضعي در اطراف گروه پايه كج با استفاده از نرم افزار Flow-3D

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

مقدمه: با قرارگيري پايه پل در مقابل جريان، گردابه­ هايي در مقابل آن شكل گرفته كه در نتيجه فعاليت آن­ها مواد بستر پيرامون پايه فرسايش يافته و چاله آبشستگي شكل مي­ گيرد و در صورت كافي نبودن عمق پي و شمع ­هاي پايه پل، شكست پل را به دنبال خواهد داشت. با پيشرفت فتاوري طراحي و ساخت سازه­ ها، شاهد ساخت پل ­ها با اشكال مدرني بوده كه از جمله آن­ها مي­ توان به پل­ هاي با گروه پايه ­هاي كج اشاره كرد. روش­: با توجه به اهميت شناخت مكانيزم ­هاي موثر بر آبشستگي اين نوع از پايه ­هاي پل، در پژوهش حاضر به بررسي تاثير شكل هندسي شمع­ هاي قرار گرفته در زير پايه­ هاي كج و رقوم كارگذاري سرشمع در بستر رسوبي بر روي مشخصات آبشستگي اطراف گروه پايه كج به صورت عددي و با نرم ­افزار FLOW-3D پرداخته شد. يافته ­ها: در گام اول از طريق مقايسه و صحت سنجي نتايج عددي نمودار توسعه زماني حداكثر عمق آبشستگي در زمان­ هاي مختلف و در اطراف گروه پايه كج با نتايج آزمايشگاهي اسمعيلي­وركي و همكاران (1392) بيشترين درصد خطاي نسبي و مقدار RMSE به ترتيب به مقدار 9/25 درصد و 0/091 محاسبه گرديد و مشاهده گرديد كه تطابق نسبتا خوبي بين مقادير حل عددي و آزمايشگاهي برقرار بود. در گام بعدي با بررسي الگوي جريان اطراف گروه پايه­ ها مشخص گرديد با تغيير تراز كارگذاري سرشمع در بستر رسوبي گردابه هاي تشكيل شده در بين پايه اول و دوم گروه پايه متفاوت بوده و هر چه تراز كارگذاري نزديك به بستر و يا بالاتر از آن قرار گيريد گردابه­ها تشكيل شده با قدرت بيشتري بر روي بستر اطراف گروه پايه كج تاثير مي­گذارد. با بررسي تنش برشي كل ايجاد شده در بستر جريان در تراز­هاي مختلف سرشمع مشاهده گرديد كه بيشترين تنش برشي در حالت كارگذاري سرشمع در تراز بستر رخ مي­ دهد و با قرار گيري تراز كارگذاري سر­شمع به تراز پايين ­تر از بستر، بيشينه تنش برشي كاهش مي­ يابد. علت اين امر مي ­تواند ناشي از افزايش فاصله بين گروه­ پايه­ ها باشد بطوريكه وجود پايه دوم باعث كاهش الگوي جريان تشكيل شده در گروه پايه شده و عملكرد گروه پايه بصورت دو پايه مستقل در تشكيل الگوي جريان رفتار مي­ كنند. نتيجه­ گيري: بررسي پروفيل طولي آبشستگي اطراف گروه پايه كج مشاهده گرديد كه شمع دوكي ­شكل نسبت به ساير شكل شمع­ ها اثر بهتري در كاهش آبشستگي از خود نشان مي­ دهد. بطوريكه حداكثر عمق آبشستگي ايجاد شده در اطراف گروه پايه كج با حضور شكل دوكي شمع، مستطيلي و مستطيلي گرد گوشه حداكثر عمق آبشستگي 19/61، 14/11 و 6/45 درصد نسبت به شكل استوانه ­اي شمع كاهش پيدا مي­ كند. نكته قابل ذكر اين كه هر چه دماغه شمع آئروديناميكي و تيز باشد كنترل گرداب­ه اي نعل اسبي بهتر عمل مي­ كند و اين امر باعث كاهش عمق آبشستگي در اطراف گروه پايه كج مي­ گردد.

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 aerofoil-shaped 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.