دانلود مبانی نظری پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد مهندسی عمران
مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه آبشستگی در ایران و جهان
چکیده
رودخانه میناب مهمترین رودخانۀ آب شیرین استان هرمزگان می باشد. این رودخانه زهکش آبهای سطحی حوزۀ آبریز میناب است و بر روی آن دو پل، که اولی مسیر ارتباطی ورودی شهر میناب و دومی به فاصلۀ 1500 متر بعد از پل اول در مسیر کمربندی میناب- جاسک ساخته شده است. موضوع این تحقیق، بررسی پدیدۀ آبشستگی بر روی پایه های پل دوم میناب است. تأثیر پدیدۀ آبشستگی بر روی سازه های آبی از جمله پل ها، از مباحث مهم در مهندسی عمران و مهندسی رودخانه می باشد، پل‌ها از قدیمی‌ترین سازههای مهندسی هستند. یکی از مهمترین عوامل تخریب پل‌ها ، مسئله آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌های آن می‌باشد.
این نوع فرسایش با حفره‌ای كه در اطراف سازه شكل می‌گیرد ، قابل شناسایی است. این حفره در صورت گسترش در عمق می‌تواند باعث خرابی و در نهایت ریزش پل گردد . برای بررسی دقیق جریان و پیش بینی آبشستگی موضعی در اطراف پایه های پل، نیاز به فهم دقیق الگوی جریان در اطراف پایه ها است. با شناخت کامل جریان می توان با حل معادلات حاکم، میدان جریان را به طور کامل مدل کرده و به همراه حل معادلات انتقال رسوب و با تکیه بر پیشرفت های چشمگیر در علم دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ، روش دقیق برای تخمین آبشستگی موضعی در اطراف این سازه ها بدست آورد. در تحقیق پیش رو، شبیه‌سازی انجام گرفته، با استفاده از نرم افزار Flow-3d که نرم افزاری توانمند در شبیه سازی آشفتگی جریان به صورت سه بعدی است صورت گرفته، برای این منظور با استفاده از مدل Shallow water، مشخصه های جریان شامل سطح آب،سرعت، فشار و غیره را در اثر عبور دبی با دوره بازگشت صد ساله (m^3/s 2723( در محدوده ابتدای پل اول تا 100 متر پایین دست پل دوم رودخانه میناب محاسبه شد. سپس با استفاده از مدل Sediment scour به صورت 3 بعدی به بررسی میزان توسعه ی فرآیند آبشستگی در اطراف پایه های پل دوم رودخانه میناب پرداخته شد. نتایج نشان می دهد که بیشترین آبشستگی در پایه های سوم، چهارم و پنجم اتفاق می افتد.
کلمات کلیدی:
آبشستگی موضعی
دینامیک سیالات محاسباتی
پل رودخانه میناب
مدل Flow-3D
مقدمه
بدون شك یكی از قدیمی ترین و كامل ترین مطالعات آزمایشگاهی بر روی آبشستگی پایه پل بوسیله شابرت[1]و انگلدینجر[2]در سال 1956 انجام گردید . ابتدا یك كانال آزمایشگاهی با عرض 8/0 متر با چهار قطر مختلف پایه بین 05/0 تا 15/0 متر، چهار نوع رسوب مختلف با اندازه متوسط بین 26/0 تا 2/3 میلی متر، و سه عمق جریان 1/0، 2/0 و35/0 متر مورد استفاده قرار گرفت. كانال دوم آزمایشگاهی نیز با عرض 3 متر شامل رسوب یكنواخت با اندازه متوسط 3 میلیمتر، مورد آزمایش قرار گرفت. علاوه بر پایه پل استوانه ای با قطر 15/0 متر، شش شكل مختلف پایه پل نیز مورد آزمایش قرار گرفتند، تعدادی آزمایش هم جهت مطالعه بر روی روشهای حفاظتی انجام گردید. كل آزمایشات بالغ بر 300 نمونه آزمایش كه از چند ساعت تا چند روز به طول انجامید، می‌شدند. در نهایت مشخص شد كه حداكثر مقدار آبشستگی بین حالت بستر متحرك و آب زلال حادث می گردد. با وجود حجم زیاد اطلاعات، آنها رابطه‌ای ارائه نکرده‌اند.
شن[3] و همكاران (1966و1969) ، بیست و یک آزمایش با در نظر گرفتن یك قطر پایه استوانه‌ای و یك نوع رسوب ، اما با شرایط مختلف هیدرولیكی(عمق جریان و سرعت جریان متوسط گیری شده در عمق) جهت حصول هر دو رژیم آب زلال و بستر متحرك، انجام دادند. آنها آبشستگی را اطراف پایه 6 اینچی تا زمان‌های دلخواه ادامه دادند. سپس با صلب نمودن بستر و برقرار نمودن مجدد جریان، اندازه‌گیری‌های دبی و توزیع سرعت را انجام دادند. آنها از هر كدام از آزمایشاتشان یك رابطه تجربی بدست آوردند كه عمق آبشستگی را تابعی از زمان، قطر پایه، سرعت متوسط گیری شده در عمق و عمق بالا دست معرفی می‌كرد:
فهرست مطالب
چکیده
فصل اول (کلیات تحقیق)
1-1-ضرورت و اهداف تحقیق 3
1-2- فرضیه های تحقیق: 7
1-3- روش تحقیق 7
1-4- ساختار تحقیق 8
فصل دوم )مروری بر تحقیقات انجام شده(
2-1- آبشستگی 8
2-1-1- انواع آبشستگی از نظر بوجود آمدن 8
2-1-1-1- آبشستگی عمومی 8
2-1-1-2- آبشستگی انقباضی 9
2-1-1-3- آبشستگی موضعی 10
2-1-2- انواع آبشستگی از نظر حمل رسوب 11
2-1-2-1- آبشستگی آب زلال 11
2-1-2-2- آبشستگی در حالت بستر متحرك(زنده) 11
2-1-3- آبشستگی کلی 15
2-2- مکانیزم آبشستگی در اطراف سازههای آبی 15
2-3- روش های مطالعه و بررسی پدیده آبشستگی 20
2-3-1- روش تئوری 20
2-3-2- روش تجربی 21
2-3-3- روش عددی 22
2-4- پیشینه تحقیق 23
2-4-1- مروری بر مطالعات انجام گرفتۀ آزمایشگاهی در جهان و ایران 23
2-4-2- مروری بر مطالعات عددی آبشستگی پایه پل در جهان و ایران طی چند سال اخیر 34
2-4-3- مروری بر مطالعات انجام شده بر روی رودخانۀ میناب در سالیان گذشته 39
منابع:
فهرست جدول ها
جدول (1-1) آمار 35 ساله خرابی پلهای ایران (فرهاد زاده ، به نقل از آبادزاده 1392) 5
فهرست شکل ها
شکل(2-1)، الف) آبشستگی عمومی ناشی از تنگ‌شدگی مقطع رودخانه ب)، انواع آبشستگی : 9
شکل(2-2)، میزان آبشستگی در واحدزمان 10
شکل( 2-3)، تغییرات عمق آبشستگی در ازای سرعت برشی 10
شکل(2-4)، منحنی عمق آبشستگی نسبت به سرعت جریان 12
شکل(2-5)، منحنی تغییرات فاکتور حمل بر حسب عدد رینولدز (اكرز و وایت،1940) 12
شکل(2-6)، آبشستگی کلی در محل قرارگیری پل 13
شکل(2-7)، الف) مکانیزم آبشستگی حول پایه استوانه‌ای ب) گرداب نعل‌اسبی قبل از ایجاد حفره آبشستگی،
ج) بعد از ایجاد حفره آبشستگی د) نمایی تقریبی از چگونگی تشکیل گرداب نعل اسبی از زاویه دید جانبی 15
شکل(2-8)، محل و چگونگی تشکیل گرداب‌های برخاستگی 16
شکل(2-9)، الگوی جریان اطراف یک پایه قائم استوانه‌ای 17
شکل(2-10)- چگونگی تخمین پارامترT1(Sumer et al., 1993) 21
شکل (2-11)- نمودار ارائه شده جهت بررسی تآثیر عمق جریان بر آبشستگی موضعی (ملویل و کلمن، 2002) 24
شکل (2-12)-نمودارعمق نسبی جریان در برابر ضریب تصحیح آن(اتما، 1980) 25
قیمت: 52٬500 تومان
قیمت: 135٬000 تومان