Köprü ayak tiplerinin su yüzü profillerine olan etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effects of bridge pier types on the water surface profiles
Yazar: MUSTAFA ÇAĞRI NAS
Danışman: PROF. DR. KUTSİ SAVAŞ ERDURAN
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Görüntü işleme = Image processing ; Hidrolik = Hydraulics ; Hidrolik hesaplar = Hydraulic calculations ; Hidrolik yapılar = Hydraulic structures ; Köprü ayakları = Bridge pier ; Su yüzü profili = Water surface profile ; İnşaat mühendisliği = Civil engineering

Özet:
Köprülerin yapısal güvenliği açısından oldukça önemli olan köprü ayaklarının tasarımının, hidrolik açıdan da analizi gerekmektedir. Köprü ayakları, akım alanını daraltarak köprü membaında kabarmalara ve beraberinde taşkınlara neden olabilmektedir. Dolayısıyla farklı akım koşullarında köprü ayaklarının etkisi altında oluşan su yüzü profillerinin ve kabarma miktarlarının deneysel ve sayısal çalışmalar ışığı altında en doğru şekilde belirlenmesi köprü hidrolik tasarımının önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Bu çalışmada, farklı enkesitlerdeki köprü ayaklarının ve verevlik açısının köprü etrafında oluşan su yüzü profili ve köprü membaındaki kabarma miktarı üzerindeki etkileri deneysel ve sayısal olarak araştırılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda 5 farklı köprü ayağı tipi (kare, dairesel, kenarları yuvarlatılmış, memba yüzü keskin kenarlı ve dikdörtgen) ve 4 farklı verevlik açısı (00, 150, 300 ve 450) kullanılarak kanalda akım ölçümleri yapılmış ve ayrıca her bir deneye ait video kayıtları alınarak elde edilen görüntüler görüntü işleme tekniği yardımıyla sayısal verilere dönüştürülmüştür. Deneysel çalışmaların yanı sıra HEC-RAS yazılımı ve direk adım metodu kullanılarak sayısal modelleme çalışmaları da yapılmış, su yüzü profilleri ve kabarma miktarları karşılaştırma amaçlı elde edilmiştir. Elde olunan sayısal sonuçlar karşılaştırılmış, benzer problemlerde HEC-RAS yazılımın kullanılabilirliği ile görüntü işleme tekniğinin uygulanabilirliği ile ilgili çıkarımlara yer verilmiştir.

Abstract:
Design of bridge piers is so much important for the structural safety of bridges, however, at least at the same extent, hydraulic analysis of bridge piers is also required. Bridge piers are structures that obstruct the flow by narrowing the flow area and can cause flooding in the bridge upstream. Therefore, with the light of numerical and experimental studies, accurate estimations of the occurrence of water surface profiles and affluxes resulted from the construction of bridge piers under different flow conditions are the major part of bridge hydraulics.  In this study, the effects of bridge piers with four different cross-sections and four different skew angles on the water surface profiles and the affluxes were experimentally and numerically investigated. The experimental measurements were taken using 5 different shapes of bridge piers (square, circular, oblong and ogival upstream face and rectangular) and 4 different skew angles (00, 150, 300 and 450), and the images obtained from video recordings of each experiment were converted into numerical values using an image processing technique. In addition, commercial package program HEC-RAS software and a direct step method were also used for the numerical modelling and the numerical water surface profiles and affluxes were also obtained for the purpose of comparisons. In the conclusion part, the comments on the applicability of HEC-RAS software and the image processing technique were given for the similar flow problems.