نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1
دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
2
استاد گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسالمی، اهواز، ایران drmasjedi.2007@yahoo.com
3
استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
4
استاد، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
5
دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
10.22034/nawee.2026.586762.1239
چکیده
در این مطالعه، با استفاده از روشهای تجربی و عددی، تأثیر ایجاد شکاف در پایه های استوانه ای پل به عنوان یک راهکار کاهش آبشستگی بررسی شده است. آزمایشهای آزمایشگاهی در شرایط آب زلال در یک فلوم مستطیلی به طول ۱۵ متر انجام شد. چهار هندسه شکاف شامل شکاف موازی، Y‑شکل، T‑شکل و سیگما‑شکل برای ارزیابی تأثیر آنها بر حداکثر عمق آبشستگی و شکل بستر مورد مطالعه قرار گرفت. شبیهسازی های عددی سه بعدی با استفاده از نرم افزار FLOW-3D انجام شد. تحلیل حساسیت شبکه بندی و مقایسه مدلهای آشفتگی برای اطمینان از دقت عددی صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دقت شبکه بندی به طور چشمگیری پیش بینی ها را بهبود بخشیده است، و مدل آشفتگی k-ε استاندارد با 7/1 میلیون سلول بهترین تطابق را با داده های تجربی (با خطای نسبی حدود ۸٪) داشته است. تحلیل مقایسه ای نشان داد که هندسه شکاف تأثیر زیادی بر ساختار جریان و انتقال رسوب دارد. در میان پیکربندیهای آزمایش شده، شکاف موازی بیشترین کاهش را در عمق آبشستگی ایجاد کرد. شکاف به عنوان یک سازوکار کاهش جریان عمل میکند و اجازه میدهد بخشی از جریان ورودی از درون پایه عبور کند؛ این امر فشار راکد را کاهش داده، سامانۀ گردابه نعل اسبی را تضعیف کرده و تنش برشی نزدیک بستر را کم میکند. در مجموع، نتایج نشان میدهد که شکافهایی با طراحی مناسب، به ویژه پیکربندی موازی، میتوانند به طور مؤثر آبشستگی موضعی را کاهش داده و عملکرد هیدرولیکی و پایداری شالوده های پل را بهبود بخشند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله English
Hydrodynamic Effects of Slotted Cylindrical Bridge Piers on Local Scour: Experimental and FLOW 3D Investigation
نویسندگان English
Khodayar Khadem
1
ali reza masjedi
2
Amin Bordbar
3
Mohammad Heidarnejad
4
Aslan Egdernezhad
5
1
Phd Student, Department of Water Sciences and Engineering, Ahv,C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2
Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz
3
Assistant Professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahv.C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
4
Professor. Department of Water Sciences and Engineering, Ahv.C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
5
Associate Professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahv,C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده English
This study experimentally and numerically investigates the effectiveness of introducing slots into cylindrical bridge piers as a scour‑reduction countermeasure. Laboratory experiments were conducted under clear‑water conditions in a 15 m long rectangular flume. Four slot geometries—parallel, Y‑shaped, T‑shaped, and Sigma‑shaped—were examined to evaluate their influence on maximum scour depth and bed morphology. Three‑dimensional numerical simulations were performed using FLOW-3D. A mesh sensitivity analysis and turbulence model comparison were conducted to ensure numerical accuracy. Results showed that increasing mesh resolution significantly improved predictions, and the standard k-ε turbulence model with 1.7 million cells provided the best agreement with experimental data, with a relative error of about 8%. Comparative analysis revealed that slot geometry strongly influences flow structure and sediment transport. Among the tested configurations, the parallel slot achieved the greatest reduction in scour depth. The slot acts as a flow relief mechanism, allowing part of the incoming flow to pass through the pier body, thereby reducing stagnation pressure, weakening the horseshoe vortex system, and decreasing near‑bed shear stress. Overall, the results demonstrate that appropriately designed slots, particularly the parallel configuration, can effectively mitigate local scour and enhance the hydraulic performance and stability of bridge foundations
کلیدواژه‌ها English
Bridge pier scour
Slotted bridge pier
numerical simulation
Horseshoe vortex
