بررسي عددي اثر فاصله‌ي پايه هاي پل در پارامترهاي هيدروليكي و رسوبي جريان هاي رودخانه ‌يي با استفاده از نرم‌افزار BRI-STARS

Numerical Evaluation of Piers Spacing Effect on Hydraulic and Sedimentary Parameters of River Flows using BRI-STARS (Case Study)

آب‌شُستگي پايه هاي پل يكي از مهم ترين عوامل تهديدكننده‌ي پايداري پل هاي احداث‌شده بر روي رودخانه هاست. مطالعات زيادي جهت تخمين عمق و شدت آب‌شُستگي اطراف پايه هاي پل انجام پذيرفته است. به دليل پيچيدگي پديده‌ي مذكور، بسياري از روابط موجود قادر نيستند عمق آب‌شُستگي را با دقت قابل قبولي پيش بيني كنند. با توجه به اهميت مسيله‌ي آب‌شُستگي در طراحي پل ها، در اين پژوهش با استفاده از نرم‌افزار BRI-STARS، ضمن مقايسه‌ي روابط تخمين عمق آب‌شُستگي، نتايج و داده هاي خروجي حاصل از تحليل مدل هاي مختلف با نسبت فاصله به عرض پايه هاي متفاوت بررسي شده است. مقايسه‌ي دو رابطه‌ي فروهليچ و CSU نشان داده است كه معادله‌ي فروهليچ، مقدار آب‌شُستگي را حدود 11% بيشتر از CSU تخمين زده و به لحاظ طراحي، محافظه‌كارانه تر است. به هنگام استفاده از فرمول CSU، ميزان افزايش عمق آب‌شُستگي در مدل هاي با نسبت و در فرمول فروهليچ براي نسبت هاي قابل صرف ‌نظركردن است. به‌منظور انتخاب موقعيت بهينه براي قرارگيري پل، به لحاظ شرايط آب‌شُستگي، پارامترهاي هيدروليكي تغييرات سطح آزاد آب، عدد فرود، سرعت متوسط جريان، و نيز تغييرات تراز بستر تحت اثر نحوه‌ي استقرار پايه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. درنهايت، با برازش اطلاعات خروجي، بهترين و مناسب ترين نمودار كاربردي به همراه معادله‌ي افزايش عمق آب‌شُستگي براي فواصل مختلف عرض پايه ها ارايه شده است. همچنين ثابت شده است كه عمق نسبي جريان در محدوده‌ي در آب‌شُستگي موثر است و با كاهش فاصله‌ي پايه ها، محدوده‌ي اثر عمق نسبي به مي رسد.

The scour of bridge piers is one of the most important factors affecting the stability of bridges constructed over rivers. Many studies have been conducted to evaluate the depth and intensity of scouring around bridge piers. Due to the complexity of this phenomenon, most existing formula cannot estimate the scour depth with reasonable precision. In this paper, regarding the importance of scouring in bridge design, a comparison was made between the formulas used for estimation of scour depth, and then the resulted data from analyzing different models with different ratios of pier spacing to pier width were investigated using BRI-STARS. Comparing Froehlich and CSU relations reveal that the Froehlich equation estimates the scour depth 11 percent more than the CSU formula. Also, the Froehlich is more conservative due to the design criteria. The increasing of scour depth in models with x/b < 7 is negligible when the CSU formula was applied, and in models with x/b < 8.5 when the Froehlich formula was used. In order to select the optimum location of a bridge with regard to the scour condition, hydraulic parameters, such as free surface elevation, Froude number, depth the averaged velocity and bed erosion under the effect of pier location, were examined. Finally, by processing the resulted data, the best diagram and equation for estimating increases in scour depth, according to different pier spacing to width ratios, were presented. Also, it was shown that when y/b < 3.2, the flow relative depth has an effect on scouring, but, when the y/b became less than 2.75, the scouring was not influenced by flow relative depth.