تاثیر پیشروی نامتقارن خاکریزهای دسترسی پل های بیه‌دار بر جریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، پژوهشکده حمل و نقل، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

3 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

در هنگام ساخت پل بر روی مقطع رودخانه، برای کاهش طول سازه‌ی عرشه پل بدلایل اقتصادی و اجرایی، معمولا قسمتی از سیلاب‌دشت رودخانه در دو طرف با خاکریز‌های دسترسی مسدود می‌گردد. این امر موجب تنگ‌شدگی در مسیر رودخانه و تغییر در شرایط هیدورلیکی جریان می‌گردد. با زیاد شدن گرادیان سرعت در مقطع تنگ‌شده، تنش برشی وارد بر بستر رودخانه نیز افزایش می‌یابد. افزایش تنش برشی می‌تواند باعث فرسایش در بستر رودخانه و در محل پایه‌ها و کوله‌ها شود و پل را در معرض آسیب‌های هیدرولیکی قرار دهد. از طرف دیگر، گاهی اوقات راستای محور پل، عمود بر راستای جریان نیست و اصطلاحا پل،‌ زاویه بیه دارد. در این پل‌ها، خاکریزهای دسترسی را با توجه به محل قرارگیری آنها در مسیر جریان آب و نحوه عملکردشان، می‌توان خاکریز هدایت‌کننده و شکافنده جریان نامید. در این مقاله به بررسی تاثیر پیشروی متقارن و نامتقارن خاکریزهای دسترسی پل بیه‌دار در سیلاب‌دشت بر هیدرولیک جریان پرداخته شده است. برای بهتر شدن شرایط هیدرولیکی عبور جریان از محل خاکریز شکافنده، پیشروی نامتقارن خاکریزهای دسترسی پیشنهاد و بررسی شده است. بدین منظور مدل‌سازی سه‌بعدی جریان در دستور کار قرار گرفت. در ابتدا، مدل عددی بر اساس مطالعات تجربی قبلی صحت سنجی شد. سپس، اثرات پیشروی متقارن خاکریز‌های دسترسی در زوایای مختلف بیه پل، ارزیابی شد و در ادامه پیشروی نامتقارن خاکریز‌های دسترسی جهت کاهش تنش برشی در مقطع رودخانه پیشنهاد و بررسی شدند. نتایج نشان می‌دهد که پیشروی 70 درصدی خاکریز هدایت‌کننده جریان در زاویه بیه بحرانی، با توجه به ثابت بودن مقطع عبوری جریان، باعث کاهش حداکثر سرعت و تنش برشی به ترتیب به مقدار 14 و 35 درصد در مقطع رودخانه‌ی مورد مطالعه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Asymmetric Approach Embankments of Skewed Bridges on Flow

نویسندگان [English]

  • Mahdi Asadi 1
  • Amir Mahjoob 2
  • Foad Kilanehei 3
1 M.Sc., Grad., Department of Civil Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
2 Assistant Professor, Transportation Research Institute, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
چکیده [English]

When building a bridge over a river section, to reduce the length of the bridge deck structure for economic and operational reasons, usually part of the river floodplain is blocked on both sides by access embankments. This causes narrowing of the river and changes in the hydraulic conditions. As the velocity gradient increases in the narrowed section, the shear stress on the riverbed also increases. Increased shear stress can cause erosion in the riverbed and at the base of foundations and backpacks, exposing the bridge to hydraulic damage. On the other hand, sometimes the direction of the axis of the bridge is not perpendicular to the direction of the flow, and the so-called bridge has an angle of inclination. In these bridges, access embankments can be called flow-guiding and embankment embankments according to their location in the water flow path and how they operate. In this paper, the effect of symmetric and asymmetric progress of Bihadar bridge access embankments in floodplain on hydraulic flow is investigated. To improve the hydraulic conditions of the flow through the rift embankment, the asymmetric advance of the access embankments has been proposed and investigated. For this purpose, three-dimensional flow modeling was put on the agenda. Initially, the numerical model was validated based on previous experimental studies. Then, the effects of symmetrical advancement of access embankments at different angles of the bridge were evaluated and then the asymmetric progression of access embankments to reduce shear stress in the river section was proposed and investigated. The results show that the 70% advance of the flow-conducting embankment at the critical peak angle, due to the constant flow cross section, reduces the maximum velocity and shear stress by 14 and 35% in the studied river section, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Approach embankment
  • Flow pattern
  • Numerical Simulation
  • Scour
  • Skewed Bridge
-صمدی رحیم، ع. یونسی، ح.ا. شاهی نژاد، ب. ترابی پوده، ح.، (1400)، "مطالعه آزمایشگاهی اثر پوشش گیاهی سیلاب‌دشت بر روی هیدرولیک جریان در کانال‌های مرکب واگرا"، نشریه هیدرولیک، 16(1)، ص. 111-130.
-کریمی، س. و زراتی، ا.ر.، (1392)، "ﻣﺪل‌ﺳﺎزی ﻋﺪدی آبﺷﺴﺘﮕﯽ در ﻣﺤﻞ ﺗﻨﮓﺷﺪﮔﯽ ﮐﻮﻟﻪ ﭘﻞ"، نشریه هیدرولیک، 8 (2)، ص. 75-88.
-هاشمی­کیا، س. و عباسپور، ا. حسین زاده دلیر، ع. و فرسادی زاده، د.، (­1396)، "مطالعه آزمایشگاهی تنش برشی و سرعت جریان در کانال مرکب"، دومین کنفرانس
بین­المللی مهندسی عمران، معماری و مدیریت بحران، تهران.
 
-Erduran, K. S., Seckin, G., Kocaman, S. and Atabay, S., (2012), “3D Numerical Modelling of Flow Around Skewed Bridge Crossing”, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, Vol. 6,
No. 3, pp. 475-489.
 
-Fernandes, J. N., Leal, J. B. & Cardoso, A. H., (2015), “Assessment of stage-discharge predictors for compound open-channels”, Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 45, pp. 62-67.
-Fernandes, J. N., Leal, J. B. and Cardoso, A. H., (2012), “Flow Structure in A Compound Channel with Smooth and Rough Floodplains”, European Water, Vol. 38,
No. 1, pp. 3-12.
 
-Flow Science, Inc., (2008), “FLOW-3D User’s Manual (Version 9.3)”, Flow Science, Inc., Santa Fe, N.M.
-Kouchakzadeh, S. and Townsend, R. D., (1997), “Maximum Scour Depth at Bridge Abutments Terminating in the Floodplain Zone”, Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 24, No. 6,
pp. 996–1006.
-Mahjoob, A. and Kilanehei, F., (2020), “Effects of the Skew Angle and Road Embankment Length on the Hydraulic Performance of Bridges on Compound Channels”, Journal of the South African Institution of Civil Engineering, Vol. 62,
No. 4, pp. 44-54.
-Morales, R. and Ettema, R., (2013), “Insights from Depth-Averaged Numerical Simulation of Flow at Bridge Abutments in Compound Channels”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 139, No. 5, pp. 470-481.
-Seckin, G., (2007), “The Effect of Skewness on Bridge Backwater Prediction”, Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 34,
No. 10, pp. 1371–1374.
-Shahhosseini, M. and Yu, G., (2019), “Experimental Study on the Effects of Pier Shape and Skew Angle on Pier Scour”, Journal of Physics: Conf. Ser., Vol. 1300,
pp. 012031.
 
-Smith, H. D. and Foster, D. L., (2005), “Modeling of Flow around A Cylinder over A Scoured Bed”, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, Vol. 131, No. 1, pp. 14-24.
-Tang, X., (2017), “An Improved Method for Predicting Discharge of Homogeneous Compound Channels Based on Energy Concept”, Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 57, pp. 57-63.
 
-Thomason, C., (2019), “Hydraulic Design Manual”, Texas Department of Transportation.
 
-Vui Chua, K., Fraga, B., Stoesser, T., Ho Hong, S. and Sturm, T., (2019), “Effect of Bridge Abutment Length on Turbulence Structure and Flow Through the Opening”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 145, No. 6, pp. 04019024.
-Wardhana, K., and Hadipriono, F. C., (2003), “Analysis of Recent Bridge Failures in the United States”, Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol. 17, No. 3,
pp. 151-158.
-Yang, Y., Melville, B. W., Macky, G. H. and Shamseldin, A. Y., (2019), “Local Scour at Complex Bridge Piers in Close Proximity under Clear-Water and Live-Bed Flow Regime” Water, Vol. 11, No. 8, pp. 1530.