Farklı akım koşullarında köprü tabliyesi altında oluşan oyulmaların sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of vertical contraction scour under different flow conditions
Yazar: MELEK ÖZPOLAT
Danışman: DOÇ. DR. MÜSTEYDE BADUNA KOÇYİĞİT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Akarsularda değişen akım koşulları ve buna bağlı olarak gelişen yatak profilleri akarsu köprüleri ve köprüye ait ilgili yapıları hem statik hem de hidrodinamik açıdan etkilemektedir. Köprü yapılarının etrafında meydana gelen oyulmalar köprü güvenliğini tehdit eden başlıca sebeplerden biridir. Bu çalışmanın amacı köprü tabliyesi altında kesit daralması nedeniyle meydana gelebilecek oyulma çukurunu sayısal model yardımıyla incelemektir. Çalışmada temiz su ve basınçlı akım koşullarında farklı akım derinliklerinde köprü tabliyesi altında oluşan maksimum oyulma çukuru derinliği ve şekli sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışma için ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı kullanılmıştır. Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes denklemleri ve farklı türbülans modelleri kullanılarak simülasyonu yapılan testler daha önceden laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiş deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda deney verileri ile sayısal model sonuçları karşılaştırılmış, hem maksimum oyulma çukuru derinliği hem de şekli bakımında sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür. Çalışmada türbülansın oyulma çukuru üzerinde ciddi etkisi olduğu, sayısal modelde kullanılan k-ε ile RSM türbülans modellerinin yüksek türbülanslı akım durumunda yeterli olmadığı görülmüştür. Sayısal modelde kullanılan sınır şartları ve parametrelerin başlangıç değerleri ile model sonuçlarının deney verilerine yaklaştığı görülmüştür. Deney sürecinin uzun ve maliyetli olması göz önüne alındığında sayısal simülasyon çalışmalarıyla projelendirme sürecinde tasarımcıların farklı akım koşulları ve proje kriterlerine göre tasarımlarını güvenli ve ekonomik olarak gerçekleştirmeleri mümkün olabilecektir.

Abstract:
Changing flow conditions in rivers and bed profiles formed due to those changes affect river bridges and related structures both statically and hydrodynamically. Local and contraction scour formed around bridge structures is a major cause of threat to bridge safety. The aim of this study is to investigate the vertical contraction score hole underneath the bridge deck  by using numerical model. In this study, the maximum scour hole depth and shape formed under the deck was simulated under clear water and pressure flow conditions. Engraving under the bridge deck is investigated numerically under pressure flow conditions and at different current depths. A commercial computational fluid dynamics software was used for numerical simulations. Results of numerical simulations obtained by solving Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations and various turbulence models were than compared with available laboratory data. In the study, model results with the Laboratory data were compared and it was observed that the model predictions were in good agreement with the experimental data with respect to both maximum scour hole depth and shape. In the study, it was observed that turbulence has a profound effect on scour hole and the k-ε and RSM turbulence models adopted in the numerical model was insufficient at high turbulent flow conditions. It was noted that the agreement between the model results and the experimental data was improved with the boundary conditions and initial values of parameters adopted in the simulations. Considering the durations and cost of experimental studies, numerical model simulations might enable bridge engineers to design river bridges safely and economically under various flow conditions and project criteria.