بررسی اثر شکاف پایه پل بر کاهش عوامل آبشستگی موضعی به کمک نرم افزار fluent

هر ساله تعداد زیادی از پل ها به دلیل قرار گرفتن پایه آن ها در معرض آبشستگی های موضعی تخریب می شوند. از این رو استفاده ازروش هایی برای حافظت پایه پل ها در برابرآبشستگی های موضعی ضروری است. این روش ها را می توان به دو دسته کلی تقسیم نمود. دسته اول به بالا بردن مقاومت مواد بستر در برابر فرسایش می پردازد مانند استفاده از ریپ رپ در اطراف پایه پل ها، و دسته دوم با تغییر الگوی جریان اطراف پایه های پل از قدرت عوامل فرسایش می کاهد که طوقه ها، شمع های فدایی و شکاف پایه پل ها نمونه هایی از این روش ها می باشند. از این میان استفاده از شکاف پایه روشی جدید بوده و آزمایشات اندک انجام گرفته بر روی آن نشان دهده توانایی آن در کاهش موثر عمق آبشستگی می باشد. با توجه به محدودیت های خاص مطالعات آزمایشگاهی و نیز لزوم انجام مطالعات برای شناخت بیشتر تاثیرات شکاف پایه در کاهش آبشستگی موضعی، نیاز به استفاده از روش های عددی کار آمد و کم هزینه به روشنی احساس می شود. در این تحقیق شبیه سازی سه بعدی میدان جریان اطراف پایه پل دایروی بدون شکاف و پایه های دارای شکاف های مستطیلی با نسبت های بازشدگی متفاوت و پایه های دارای شکاف های پیشنهادی بازشونده و تنگ شونده و گروه پایه های دوتایی قرار گرفته در کنار هم و عمود بر مسیر جریان و با فواصل متفاوت از یکدیگر به کمک نرم افزار fluent به انجام رسید و تاثیر هرکدام از مدل های پایه پل بر میدان جریان اطراف پایه و نیز بیشینه وگستردگی ناحیه تنش های برشی آغاز کننده آبشستگی موضعی اطراف پایه های پل مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور بررسی عملکرد شکاف پایه تحت اثر زوایای برخورد جریان گوناگون، پایه های دارای شکاف تحت شرایط زوایای برخورد جریان برابر با ْ10، ْ20، ْ30 و ْ45 مدل گردید و تاثیر هرکدام از مدل های پایه پل تحت اثر افزایش زاویه برخورد جریان بر میدان جریان اطراف پایه و نیز بیشینه وگستردگی ناحیه تنش های برشی آغازکننده آبشستگی موضعی اطراف پایه های پل مورد بررسی قرار گرفت. در پایان به منظور بررسی الگوی جریان و تنش های برشی بستر کانال در طی گذشت زمان و گسترش حفره آبشستگی اطراف پایه پل دارای شکاف، با استفاده از نتایج آزمایشگاهی در دسترس، بستر تغییر شکل یافته رسوبی در دو مقطع زمانی مدل گردیده و مورد بررسی قرار گرفت. تعبیه شکاف در تک پایه های دایروی موجب کاهش میزان تنش های برشی کف کانال در اطراف پایه پل و نیز کوچک تر شدن ناحیه تنش های برشی بحرانی (1<c?/?) و کاهش قدرت گردابه های مخرب شکل گرفته در اطراف پایه پل گردید. با افزایش بازشدگی شکاف پایه بر میزان تاثیرات مثبت شکاف در محافظت پایه در برابر آبشستگی موضعی افزوده شد. مدل شکاف باز شونده پیشنهاد شده در این تحقیق، به رغم استفاده از سطح مقطعی برابر با سطح مقطع شکاف مستطیلی با 0.3=w/d کارایی مطلوب تری در انحراف جریان شکل گرفته در اطراف پایه پل و در نتیجه کاهش تنش های برشی کف در اطراف پایه از خود نشان داد. با افزایش زاویه برخورد جریان و افزایش بیشینه و مساحت ناحیه تنش های برشی بحرانی بستر، از میزان نقش حفاظتی شکاف های پایه در برابر آبشستگی موضعی کاسته گردید. در میان هندسه های مختلف شکاف مورد بررسی، مدل شکاف بازشونده کارایی خود را در شرایط افزایش زاویه برخورد جریان در انحراف جریان های شکل گرفته اطراف پایه پل و کاهش بیشینه و گستردگی تنش های برشی کف و در نتیجه کاهش آبشستگی موضعی اطراف پایه پل به نحو مطلوب تری حفظ نمود.