Farklı geometrilerdeki köprü kenar ayakları etrafındaki hız dağılımının sayısal incelenmesi

Yıl 2012, Cilt: 28 Sayı: 3, 161 - 173, 01.06.2012

Mustafa Demirci Selahattin Kocaman Başak Varli

Öz

Akarsu köprüleri büyük taşkınlar esnasında genellikle hasar görmekte veya yıkılmaktadır. Hasar nedenleri genellikle taban seviyesi alçalması ve köprü açıklığındaki yerel oyulmalara bağlanmıştır. Bu konu son yıllarda araştırmacıların yoğun ilgisine sahip olmakla birlikte henüz istenilen aşamaya ulaşılamamış ve evrensel bir yöntem geliştirilememiştir. Kontrol edilebilir laboratuar koşullarında akarsu ve köprü ayakları konularında elde edilecek veriler, uygulamada karşılaşılan sorunların çözümü, hidrolik etkenlerin konu üzerindeki etkisinin anlaşılabilmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, hesaplamalı akışkanlar dinamiği esaslarına dayanan sayısal modeller bu gibi problemlerin çözümünde ve bu verilerin değerlendirilmesinde alternatif araçlar olmaktadırlar. Bu çalışmada, dikdörtgen, silindir ve trapez geometriye sahip köprü kenar ayağı civarındaki hız dağılımını incelemek için FLOW- 3D bilgisayar programı vasıtasıyla 3 boyutlu sayısal modelleme yapılmıştır. Modelleme sonucu bulunan sayısal sonuçlar daha önce yapılmış deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Köprü kenar ayağı, FLOW-3D, Hız dağılımı, nümerik model, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

Numerical investigation of velocity distribution around bridge abutment with different geometries

Öz

Bridge failures are described as the flow-induced erosion of soil material from around bridge abutments and piers set in rivers. It is caused by an acceleration of flow around the bridge foundation that accompanies a rise in water levels during floods. However this topic has a great interest of researchers in recent years but still failed to reach the desired stage, and a universal method has not been developed. Therefore laboratory experiments and field observations are widely used to understand scour mechanism around bridge abutments and piers. In recent years, mainly based on computational fluid dynamics, numerical modeling and evaluation of these data for the solution of similar problems, has become as an alternative tool. In this study, in order to investigate velocity distribution around rectangle, cylinder and trapezoidal shaped bridge abutment, three-dimensional numerical model was generated by using the FLOW 3D computer program. Modeling results were compared with experimental results in literature.

Anahtar Kelimeler

Bridge abutment, FLOW-3D, velocity distribution, numerical model, Computational Fluid Dynamics

Kaynakça

• Yanmaz, A.M., Köprü Hidroliği, Odtü Yayınları, Ankara, 2002.
• Süme, V., Köprü Ayakları Etrafındaki Değişimlerin Etüdü, Doktora Tezi, Karadeniz Tek. Üni. Fen.Bil.Enst., Trabzon, 1995
• Carstens, M.R., Similarity Laws for Localized Scour, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 92(HY3):13-36, 1966.
• Neill, C.R., Guide to Bridge Hydraulics, Roads and Transportation Association of Canada, University of Toronto Press, Toronto, Kanada, 1973.
• Breusers, H.N.C., Nicollet, G., ve Shen, H.W., Local Scour Araund Cylindrical Piers, Journal of the Hydraulics Research, IAHR, 15(3), 211-252, 1977.
• Raudkivi, A. J., ve Ettema ,R., Clear Water Scour at Cylindrical Piers, Journal of Hydroulic Engineering, ASCE, 109: 338-350, 1983.
• Yanmaz, A. M., Time- Dependent Analysis of Clear Water Scour Araund Bridge Piers, Doktora Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 1989.
• Richardson, E.V., ve Davis ,S.R., Evaluating Scour at Bridge, Hydraulic Engineering Circular, No: 18, Yayın No: FHWA NHI 01-001, FHWA, US. Dept. Of Transportation, 2001.
• Melville, B.W., Pier and Abutment Scour: İntegrated Approach, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 123(2), 125-136, 997.
• Lim, S.Y., Equilibrum Clear Water Scour Around an Abutment, Journal of Hydraulic Engineering. ASCE, 123(3): 237-243, 1997.
• Sturm, T. W., Abutment Scour Studies for Compound Transportation, Federal Highway Administration, ABD, 1999. U.S. Department of
• Richardson, E.V., ve Davis ,S.R., Evaluating Scour at Bridges, Rapor No: FHWA-IP90- 017, Hydraulic Engineering Circular No:18 (HEC-18), Office of Technology Aplications, HTA-22, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Washington D.C., ABD. 1995.
• Yanmaz, A. M., Dynamic Reliability in Bridge Pier Scouring, Turkish J. Eng. Env. Sci, 26, 367-375, 2002.
• Yücel, A., Namlı, R., Su ve Diğer Faktörlerin Köprü Ayakları Etrafındaki Bozulmalara Etkisinin Araştırılması, Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 2007.
• Rajaratnam, N., Nwachukwu, B. A., Flow Near Groyne-Like Structures, J. Hydraul. Eng. Am. Soc. Civil Eng, 109: 463–480, 1983.
• Barbhuiya, A. K., Dey, S.,Turbulent Flow Measurement by the ADV in theVicinity of a Rectangular Cross-section Cylinder Placed at a Channel Instrumentation, 15: 221-237, 2004. Flow Measurement and
• Barbhuiya, A. K., Dey, S., Velocity and Turbulence at a Wing-Wall Abutment, Sadhana, 29: 35–56. 2004.
• Barbhuiya, A. K., Dey, S., Measurement of Turbulent Flow Field at a Vertical Semicircular Cylinder Attached to the Sidewall of a Rectangular Channel, Flow Measurement and Instrumentation, 15: 87–96, 2004.
• Graf, W. H., Yulistiyanto, B., Experiments on Flow Around a Cylinder: The Velocity and Velocity Fields, J. Hydraul. Res, 36: 637–655, 1998.
• Varli, B., Demirci, M., Kocaman, S., Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Köprü Kenar Ayağı Etrafındaki Hız Dağılımlarının İncelenmesi, E- Journal of New World Sciences Academy, Volume: 6, Number: 2, Article Number: 1A0176, 542-555, 2011.
• Azhari, A., Saghravani S. F., Mohammadnezhad, B. A., “3D Numreical Modelling of Local Scour Around the Cylindirical Bridge Piers”, XVIII International Conference on Water Resources, J. Carrera (Ed) CIMNE, Barcelona 2010.
• Roulund, A., Sumer, M., Fredsoe, J., Michelsen, J., Numerical and Experimental Investigation of Flow and Scour Around a Circular Pile, J. Fluid Mech., 534: 351-401, 2005.
• Hirt, C. W., ve Nichols, B. D., Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries, J. Comput. Phys, 39: 201–225. 1981.
• Flow Science Inc, Flow-3D User’s Manuals, Santa Fe, N.M. 2007.