نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فیزیک دریا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال

2 دانشیار گروه فیزیک دریا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال

3 دانشجوی دکتری مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی تهران

4 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه امام خمینی (ره)

چکیده

وقوع پدیده‌ی آبشستگی در اطراف سازه‌های هیدرولیکی، یکی از اصلی‌ترین عوامل تخریب این سازه‌ها بوده و هر ساله باعث اعمال خسارات فراوان مالی در جهان می شود. وجود سازه اسکله در مقابل دهانه ورودی بندرگاه به علت ورود بخشی از امواج دریا به داخل بندرگاه و موج ایجاد شده ناشی ازعبور کشتی‌ها، باعث بوجود آمدن جریانات سه بعدی پیچیده در اطراف پایه‌های اسکله شده و تحت تاثیر این جریانات نرخ فرسایش و رسوب گذاری بستر تغییر یافته و باعث آبشستگی موضعی می‌گردد. در مدلسازی‌های عددی که تا به حال انجام شده است میزان آبشستگی به صورت تابعی از پارامترهای جریان شامل سرعت جریان، عمق و پارامترهای هندسی مانند قطر پایه و دانه بندی بدست می‌آید. در این مقاله علاوه بر بررسی پارامترهای قبلی تاثیر میزان چرخش در فرایند آبشستگی بستر در اطراف پایه‌های اسکله برآورد گردیده و به طریق مناسب اعمال شده است. با توجه به وجود جریان‌های سه بعدی اطراف سازه‌های هیدرولیکی نظیر جریان‌های پایین رونده جلوی پایه و به منظور در نظر گرفتن نقش آنها در آبشستگی موضعی، در این مقاله از یک مدل سه بعدی کامل موجود جهت شبیه سازی هیدرولیکی جریان اطراف سازه‌ها بهره گرفته شده است. برای در نظر گرفتن مرزهای واقعی در پایه های اسکله، مش‌بندی مورد استفاده به صورت ساختدار و منحنی الخط بر مرزها در امتداد افق و قائم می‌باشد. در عمق نیز با توجه به تغییرات زمانی تراز آب و بستر، از سیستم مختصات سیگما برای مش بندی استفاده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation in water scouring of square and rectangular cross sections piles of piers perpendicular to the harbor entrance

نویسندگان [English]

  • B Aghaei 1
  • M Torabi 2
  • M Akbari 3
  • Sh Masoumi 4

چکیده [English]

Occurrence of water scouring phenomenon around hydraulic structures is one of the most essential factors that destroys and consequently losses of the financial each year. Existence of pier structure in front of the entrance of harbor, causes to generate three dimensional (3-D) flows around the piles of piers (due to entrance of wave into the harbor and the result of ships movements) and causes erosion, sedimentation of basin and localized water scouring. In numerical modelings that have been done so far, rate of water scouring is a function of flow parameters such as flow velocity, depth and geometrical parameters like diameter of the piles and granulation. In this paper, in addition to the study of previous parameters, we can estimate amount of affect of rotation in water scouring process around the piles of piers. In this article, according to the existence of 3-D flows around hydraulic structures such as downwards flows in front of piles and in order to consider the role of flows in water scouring a complete 3-D model is used for hydraulic flow simulation around the structures. To consider the actual boundaries of the piles of piers, the structural mesh and curvelinear border method (along the horizontal and vertical) is used. Due to changes in depth and sea bottom, the Sigma coordinate system is used to mesh.

کلیدواژه‌ها [English]

  • localized water scouring
  • hydraulic structure
  • rotation effect
  • Numerical Modeling

[1] Dietz, J. W., “Construction of Long Piers at Oblique Currents: Illustrated by the BAB-Main Bridge Eddersheim”, Report No. 31, Mitteilungsblatt der Bundersanstalt fur Wasserbau.

[2] Melvill, B. W. and Chiew, Y. M., “Time Scale for Local Scour at Bridge Piers”, J. of Hydraulic Eng., ASCE, Vol.511, No.5, pp.11-17, 1972.

[3] Raudkivi, A. J. and Ettema, R., “Scour at Cylindrical Bridge Piers in Armored Beds”, J. Hydraul. Eng., Vol.555, No.4, pp.915-951, 1985.

[4] Muzzammil, M. and Gangadhariah, T., “The Mean Characteristics of Horseshoe Vortex at a cylindrical pier" Journal of Hydraulic Research, Vol.41, No.3, pp.285-297, 2003.

[5] Shen, H. W., Schneider, V. R., and Karaki, S. S., “Local Scour Around Bridge Piers”, Journal of the Hydraulics Division, Vol.95, No.6, pp.1919-1940, 1969.

6] Neill, C. R., “River Bed Scour”, A Review for Bridge Engineers, Alberta, Canada, 1964.

[7] Laursen, E. M., and Toch, A., “Scour Around Bridge Piers and Abutments”, Bulletin No. 4, Iowa Highway Research Board, Ames, Iowa, Highway Research Board, Ames, Iowa, 1959.

[8] Johnson, P. A., “Comparison of Pier Scour Equations Using Field Data”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 121, No.7, pp.626-629, 1995.

[9] Mohamed, T. A., Noor, M. J. M. M, Ghazali, A. H and Huat, B. B. K., “Validation of Some Bridge Pier Scour Formulae using Field and Laboratory Data”, American Journal of Environmental Science, Vol.1, No.2, pp.199-125, 2005.

[10] Liu, H. K., Chang, F. M. and Skinner, M. M., “Effect of Bridge Constriction on Scour and Backwater”, Fort Collins, Colorado, Colorado State University, Department of Civil Engineering, Report CER60HKL22, 118, 1961.

[11] Cunha, L. V., “Time Evaluation of Local Scour”, Proceeding of the 16th Congress, IAHR, 1975.

[12] Fanzetti, S., Larcan, E. and Mignosa, P., “Influence of Tests Duration on the Evaluation of Ultimate Scour Around Circular Piers”, International Conferences on the Hydraulic Modelling of Civil Engineering Structure, BHRA Fluid Engineering, University  of  Warwick, Coventry, Englad, 1982.

[13] Li, L., Berlmont, J. and Leuven, K. U., “Time History and Time Scale of Local Scour”, Proc. of IAHR, Symp. of Scale Effects in Modeling Sediment Transpor Phenomenon, Toronto, Canada, pp.240-151, 1986.

[14] Nazrul Islam, M. D., Garde, R. J., and Ranga Raju, K. G., “Temporal Variation of Local Scour”, Proc. of IAHR, Symp. of Scale Effects in Modeling Sediment Transport Phenomenon, Toronto, Canada, pp.252-261, 1986.

[15] Yanmaz, A. M. and Altinbilk, H. D., “Study around Vertical Pile in Waves”, J. Waterway, Port, Coastal, and Ocean Eng., Vol.118, No.1, pp.15-31, 1991.

[16] Kothyari, U. C., Garde, R. J., and Raju, K. G., “Temporal Variation of Scour Around Circular Bridge Pie”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 118, No. 8, pp.1091-1106, 1992.

[17] Melvill, B. W. and Chiew, Y. M., “Time Scale for Local Scour at Bridge Piers”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.125, No.1, pp.59-65, 1999.

[18] Tu, J., Yeoh, G. H. and Liu, C., “Computational Fluid Dynamics”, Elsevier, USA, 2008.

[19] Rodi, W., “Turbulence Models and Their Application in Hydraulics”, IAHR, Delft, the Netherlands, 1984

[20] Van Rijn, L. C., “Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas”, Aqua, University of Utrecht, 1993.

[21] Wang, S. S. Y. and Wu, W., “River Sedimentation and Morphology Modeling”, Proceedings of the Ninth International Symposium on River Sedimentation, Yichang, China, 2004.

[22] Van Rijn, L. C., “Sediment Transport, Part I: Suspended Load Transport”, J. Hydraul. Eng., Vol.110, No.11, pp. 1613–1641. 1984.

[23] Olsen, N. R. B. and Melaaen M. C., “Three-Dimensional Calculation of Scour Around Cylinders”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.119, No.9, pp.1048–1054, 1993.