جاده

جاده

مدلسازی عددی سه بعدی جریان در مقطع مرکب نامتقارن در محل پل رودخانه‌ای (مطالعه موردی: پل خورش رستم در خلخال)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
استادیار، پژوهشکده حمل و نقل، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران
چکیده
پل‌های رودخانه‌ای از آسیب پذیرترین ابنیه فنی راه و راه آهن در مقابله خطر سیلاب هستند. در این میان مشخصات رودخانه در سیلابی که به وقوع می‌پیوندد و آسیبی که می‌تواند بر سازه پل ایجاد کند، موثر است. یکی از مقاطع عرضی معمول، که خصوصا در رودخانه‌ها و مسیل-های طبیعی مشاهده می‌شود، مقاطع مرکب می‌باشند. مقطع مرکب نامتقارن یکی از انواع مقاطع مرکب هستند که سبب می‌شود شرایط جریان در محل پل‌ها با پیچیدگی‌هایی همراه باشد. در این پژوهش با شبیه‌سازی عددی سه بعدی جریان در محل پل، ابعاد مختلف مساله از لحاظ هیدرولیکی بررسی گردیده است. در این راستا از نرم‌افزار FLOW-3D استفاده شده است. پس از معرفی اجمالی نرم‌افزار و بیان نحوه محاسبه پارامترهای مهم هیدرولیکی از جمله انرژی جنبشی، اتلاف انرژی و تنش برشی در نرم‌افزار، جهت اطمینان از عملکرد مناسب نرم‌افزار مذکور، صحت سنجی نتایج با یک مدل آزمایشگاهی صورت پذیرفته است. از مدل جهت شبیه‌سازی جریان در محل پل خورش رستم خلخال استفاده گردید. پل مذکور در یک تنگ‌شدگی دهانه رودخانه با مقطع عرضی مرکب نامتقارن با دیوار هدایت بیضوی واقع شده است. نتایج مدلسازی نشان داد که اگرچه استفاده از دیوار هدایت آب بیضوی در ساحل سمت راست سبب محافظت کوله پل در برابر ایجاد تغییرات شدید سرعت و تنش برشی شده است اما شکل هندسی مقطع رودخانه در محل پل سبب توزیع غیریکنواخت جریان در محل پایه-های پل می‌گردد. بطوریکه تنش برشی در اطراف پایه‌ها که عامل اصلی آبشستگی بوده و می‌تواند سبب تخریب پل گردد، تا حدود 50 درصد متغییر خواهد بود.
کلیدواژه‌ها

 -حمیدی فر، حسین. و امید، محمد حسین (1391). شبیه­سازی سه­بعدی جریان در آبراهه­های با مقطع مرکب با مدل Flow-3D. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه ارومیه.
-دانکو، علی، یونسی، حجت الله و صانعی، مجتبی (1402). بررسی میدان جریان نزدیک شونده به عرشه پل در مقاطع مرکب با پوشش گیاهی. تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی، دوره 24، شماره 92، 87-69.
-رحیمی، ابراهیم و رحیم­پور، مجید (1395). تاثیر پارامترهای هندسی بر توزیع سرعت در کانال­های روباز با مقطع مرکب. مجله پژوهش آب ایران، جلد 10، شماره، 1، 19-11.
-صفائی، سعید و کیلانه­ئی، فواد و محجوب، امیر (1399). مدلسازی عددی تاثیر طول کوله پل در سیلاب­دشت بر تنش برشی بستر و مومنتوم جریان. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 27، شماره 6، 184-169.
-کیلانه­ئی، فواد، محجوب، امیر و منتظری نمین، مسعود (1392). توسعه مدل عددی دوبعدی در پلان به منظور بررسی شکل دیوار هدایت آب پل­ها. مجله علمی پژوهشنامه حمل و نقل، سال دهم، شماره اول، 71-55.
-Asadi, M., Kilanehei, F. and Mahjoob, A., (2022). Numerical Study of Road Embankment Type Action on Shear Stress around Skewed Bridge Abutment. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, Vol. 17, No. 4, 95-119.
-Biron, P. M., C. Robson, M. F. Lapointe, and S. J. Gaskin (2004). Comparing different methods of bed shear stress estimates in simple and complex flow fields, Earth Surface. Earth Surface Processes and Landforms, 29 (11), 1403-1415.
-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(3), 475-489.
-Schlichting, H. (1968), Boundary- Layer Theory, 6th Ed., McGrawHill Book Co., Inc., New York, N.Y.
-Singh, P., Tang, X. & Ijaz, H., (2023). On asymmetric compound open channel flows with two distinct width floodplains: revisiting interfacial mixing layer and flow structures. Environmental Fluid Mechanics, Vol. 23, 799–827.
doi.org/10.1007/s10652-023-09931-3
-Tominaga, A. and Nezu, I., (1991). Turbulent structure in compound open-channel flows. Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 117, No. 1, 21-41.
-Zhang, C.X., (1994). Numerical predictions of turbulent recirculating flows with a k–e model. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, Vol. 51, 177–201.