شماره راهنما :
1677 دكتري
پديد آورنده :
نصيري ده سرخي، الهام
عنوان :
مطالعه ي آزمايشگاهي و عددي آب شستگي جريان تحت فشار در رژيم مستغرق در اطراف پايه ي پل ها در شرايط آب زلال
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
بيست و دو، 161ص: مصور، جدول ، نمودار
استاد راهنما :
محمد رضا چمني، عبدالرضا كبيري ساماني
توصيفگر ها :
پل , پايه ي استوانه اي , جريان تحت فشار , آشفتگي , تنش هاي رينولدز , آب شستگي
استاد داور :
اميررضا زراتي، محمود فغفور مغربي، محمدنويد مقيم
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/10/29
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/10/29
چكيده فارسي :
چكيده پيشبيني وسعت و عمق آبشستگي در طراحي پايهي پلها براي اطمينان از پايداري اين سازهها اهميت زيادي دارد با اين وجود پلها به دليل حوادث شديد هيدرولوژيكي كه باعث جاري شدن سيل شديد ميشود در معرض آسيب قرار دارند در جريان تحت فشار انقباض عمودي منجر به انحراف جريان باالدست بهسمت بستر افزايش سرعت جريان و تغيير توزيع سرعت جريان در قسمت پل ميشود توزيع فشار به دليل انحناي جريان در زير عرشهي پل مستغرق از توزيع هيدرواستاتيك منحرف شده نيمرخهاي سرعت را تحت تأثير قرار ميدهد و به اين ترتيب ميزان آبشستگي در پل در مقايسه با جريان سطح آزاد افزايش مييابد پيچيدگي جريان تحت فشار با وجود يك پايهي استوانهاي در زير عرشهي پل به دليل تشكيل گردابهها و جدايش جريان سه بعدي افزايش مييابد گرداب نعل اسبي در اطراف پايه به صورت عمودي فشرده ميشود و باعث ايجاد آشفتگي و تنش برشي بسيار بيشتري بر روي بستر ميشود در تحقيق حاضر انقباض عمودي در عرشههاي پل معروف به جريان تحت فشار و آبشستگي ناشي از آن در اطراف يك پايهي استوانهاي تحت شرايط آبشستگي آب زالل با استفاده از مدل آزمايشگاهي و شبيهسازيهاي عددي بررسي شد آزمايشها شامل سه گروه آبشستگي جريان تحت فشار بدون پايه آبشستگي پايه در شرايط جريان سطح آزاد و جريان تحت فشار است مدل عرشهي پل به شكل يك بلوك مستطيلي بود تأثير پارامترهاي مختلف هيدروليكي و ويژگيهاي هندسي پل از جمله عمق جريان باالدست و قطر پايه بر عمق بيشينهي آبشستگي مورد مطالعه قرار گرفت اندازهگيريهاي سهبعدي سرعت در موقعيتهاي مختلف در امتداد خط مركزي و در مقطع عرضي متناظر با مركز پايه روي بستر صلب صاف و پس از تعادل آبشستگي با استفاده از دستگاه سرعتسنج صوتي ADV انجام شد شبيهسازيهاي عددي الگوي آبشستگي و ميدان جريان با استفاده از كد عددي 1 SSIIM و نرمافزار OpenFOAM انجام شده است پروفيلهاي طولي آبشستگي در جريان تحت فشار بدون پايه توسط دو معادلهي تشابه توصيف شد نتايج نشان داد كه عمق بيشينهي آبشستگي پايه در جريان تحت فشار 7 1 4 2 برابر جريان سطح آزاد افزايش مييابد عمق آبشستگي با افزايش هر يك از پارامترهاي درجهي استغراق عرشه عمق جريان باالدست و قطر پايه افزايش يافت افزايش درجهي استغراق عرشه باعث افزايش جريان رو به پايين در باالدست پايه ميشود عالوه بر اين افزايش درجهي استغراق عرشه باعث گسترش چالهي آبشستگي در باالدست و پاييندست پايه ميشود دادههاي اندازهگيريشده براي استخراج رابطهاي براي پيشبيني عمق بيشينهي آبشستگي در جريان تحت فشار با يا بدون پايه استفاده شد بررسي توسعهي زماني عمق آبشستگي پايه در جريان تحت فشار نشان داد كه سرعت آبشستگي پايه در مراحل اوليهي آبشستگي بهويژه براي درجهي استغراقهاي باالي عرشه بسيار زياد است بيش از 80 درصد آبشستگي در 1 81 ساعت پس از شروع آبشستگي بسته به درجهي استغراق عرشه توسعه مييابد مؤلفه هاي سرعت در راستاي جريان و سرعت عمودي در مجاورت پايه در جريان تحت فشار نسبت به جريان سطح آزاد افزايش يافته است مقادير باالي شدتهاي آشفتگي انرژي جنبشي آشفتگي و تنشهاي برشي رينولدز درون اليهي برشي زير لبهي باالدست عرشه و به علت ايجاد گردابهاي برخاستگي در پاييندست پايه زير عرشه قرار گرفته است آناليز كوادرانت براي شناسايي مناطق حساس به آبشستگي و تهنشيني رسوب استفاده شد مشخص شد كه رويدادهاي جارويي و پسزني مؤثرترين مكانيزمهاي انتقال رسوب براي آبشستگي پايه در جريان تحت فشار است مقايسه ي ميدان جريان تحت فشار بر روي بستر صلب صاف و پس از تعادل آبشستگي نشان داد كه بيشينهي سرعت در راستاي جريان بر روي بستر آبشسته كمتر از بستر صلب صاف است اندازهي ناحيهي برخاستگي برروي بستر آبشسته كوچكتر از بستر صلب صاف است كلمات كليدي پل پايهي استوانهاي جريان تحت فشار آشفتگي تنشهاي رينولدز آبشستگي
چكيده انگليسي :
Experimental and numerical investigation of pressure flow clear water scour in submerged regime around bridge piers Elham Nasiri Dehsorkhi elham nasiri@cv iut ac ir October 02 2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree Phd Language FarsiSupervisors M R Chamani mchamani@cc iut ac ir and A R Kabiri Samani akabiri@cc iut ac ir AbstractThe present dissertation investigated vertical contraction in bridge decks known as pressure flow Thescouring subjected to the pressure flow around a cylindrical pier under clear water conditions were studiedbased on model experimentation and numerical simulations The experiments comprised of three cases of thepressure flow scour without the pier PF pier scour in free surface flow FSFP and pressure flow PFP conditions The model bridge deck was a rectangular block The effects of different hydraulic flow aspectsand the bridge s geometric features including the approach flow depth and the pier diameter on themaximum depth of scour were studied The three dimensional velocity measurements were performed atdifferent positions along the centerline and a transversal central cross section on a fixed flat bed after theequilibrium of scour using an Acoustic Doppler Velocimeter ADV The numerical simulations of the scourpattern and flow field have been done using SSIIM 1 numerical code and OpenFOAM software The longitudinal scour profiles in PF were described by two similarity equations The results indicated thatthe maximum scour depth of the pier in PFP increased by 1 7 2 4 times compared to FSFP With a highersubmergence ratio the approach flow depth and the pier diameter are critical parameters in increasing thescour depth Increasing the submergence ratio pushes the down flow toward the pier base Besides as thebridge submergence increases the scour hole becomes wider both up and downstream of the pier Anextensive set of measured data was included to derive a relationship predicting the maximum scour depth forPF and PFP conditions Furthermore the temporal development of the pressure scour depth with and orwithout the pier was studied Results showed that the pier scour rate during the initial phase is very largeespecially for the high submergence ratios Results show that the longitudinal and vertical velocitycomponents of the pressure flow increase in the vicinity of the pier compared to those of the free surfaceflow Large values of the turbulence intensities turbulent kinetic energy and Reynolds shear stress areobserved at the bridge s deck upstream edge within the shear layer and downstream of the pier under the deckdue to the generation of wake vortices Quadrant analysis was used to recognize the susceptible regions forsediment entrainment and deposition It is found that sweep ejection and inward interaction are the mosteffective sediment entrainment mechanisms around a single circular bridge pier under a pressure flow Acomparison between the flow fields for flat bed and scoured bed cases indicated the maximum longitudinalvelocity in the scoured bed case becomes smaller than that in the flat bed case The extension of the wakeregion in the scoured bed case is smaller than in the flat bed case KEY WORDSBridges Cylindrical pier Pressure flow Turbulence Reynolds stress Scour1 IntroductionLocal scour around a bridge pier has received considerable attention due to the possible severe damageduring a flood event Various situations affect the flow patterns around the bridge piers which should beconsidered in estimating the bridge pier scour Bridge deck submergence in a flood event is one of theseprocesses affecting the flow field around the bridge piers leading to pressure or vertically contracted flow Pressure flow increases the flow depth so that the downstream edge of the bridge deck is partially or fullysubmerged 11 26 28 Pressure flow increases the flow velocity under the bridge deck and hence the bed shear stresses thereby the bed scour intensifies The
استاد راهنما :
محمد رضا چمني، عبدالرضا كبيري ساماني
استاد داور :
اميررضا زراتي، محمود فغفور مغربي، محمدنويد مقيم
