Akarsu köprülerinde basınçlı akım koşulunda toplam oyulmanın incelenmesi
Investigation of the total scour at river bridges under pressurized flow condition
Yazar: ZAYD ONUR BARAKAT
Danışman: DOÇ. DR. MÜSTEYDE BADUNA KOÇYİĞİT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Basınçlı akışkan = Pressure fluid ; Köprüler = Bridges ; Oyulma = Scour ; Çökeller = Sediments

Özet:
Akarsu köprüleri ulaşım sisteminde yer alan çok önemli mühendislik yapılarıdır. Taşkın anında akarsu debisindeki artışın sonucunda meydana gelen basınçlı akım durumunda köprü ayakları etrafında aşırı oyulmalar ve bu oyulmalardaki artışlara bağlı olarak da köprülerin yıkılması veya ağır hasar görmesi söz konusu olabilmektedir. Bu araştırma kapsamında, kısmi ve tam basınçlı akım durumlarında köprü orta ayağı etrafında meydana gelen oyulma çeşitleri ve oyulma çukuru şekli farklı yaklaşım akım derinliği ile debi değerlerinde incelenmiştir. Çalışmada basınçlı akım durumunda sadece düşey daralma oyulması, serbest akım durumunda sadece yerel oyulma ve basınçlı akım durumunda köprü orta ayağı etrafında meydana gelen hem daralma hem de yerel oyulmanın oluştuğu basınçlı akım oyulma deneyleri yapılmıştır. Böylece aynı şartlarda gerçekleştirilmiş deneylerle basınçlı akım oyulmasının daralma ve yerel oyulma derinliklerinin ayrı ayrı hesaplanıp toplanmasıyla belirlendiği yaklaşımın doğruluğu irdelenmiştir. Basınçlı akım oyulması ile daralma ve yerel oyulma derinliklerinin toplamı ile elde edilen oyulma çukuru profilleri incelendiğinde enine doğrultuda kısmi basınçlı akım için önemli bir farklılık olmadığı, savak tipi akım durumunda ise iki profil arasında farklılığın arttığı gözlemlenmiştir. Aynı şekilde boyuna profil durumunda da özellikle savak tipi akımda orta ayak mansabında oyulma çukuru profilinde farklılıklar olduğu gözlemlenmiştir. Çalışmada ayrıca oyulma tipleri için literatürde bulunan ampirik bağıntıların doğrulukları istatistiksel parametreler yardımla irdelenmiş ve basınçlı akım oyulması için ampirik bir bağıntı önerilmiştir. Çalışma sonucunda basınçlı akım durumunda akım-ayak etkileşiminin artan türbülans etkisiyle daha karmaşık bir hale geldiği, oyulma çukuru derinliğinin literatürdeki bağıntılara kıyasla daha büyük olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
River bridges are very important engineering structures in the transportation system. In case of pressurized flow condition that may occur as a result of increase in the river flow during flooding, excessive scouring around bridge piers may occur leading to the collapse or severe damage of the bridges with the increase in scour depth. Within the scope of this research, types of scour around bridge piers and shape of the scour hole under partially and fully pressurized flow conditions were investigated with varying approach flow depths and discharges. In the study, three experimental series in which only vertical contraction scour under pressurized flow, only local scour in free flow, and pressurized bridge scour which involves both contraction and local scour were conducted. Thus, using the experiments carried out under same conditions, the accuracy of the approach in which the pressurized flow scour depth is determined by evaluating the contraction and local scour depths separately and then adding these up to determine the total scour depth was examined. When the scour hole profiles obtained from the contraction and local scour depths were compared with the measured pressurized flow scour hole profiles, it was observed that there is no significant difference for the pressurized flow in the transverse direction, while the difference between the two profiles increased for weir type of flow. Similarly, it was observed that there were differences in the longitudinal scour hole profiles for weir flow in the downstream of the pier. In the study, the accuracy of the empirical equations in the literature for various scour types were assessed with the help of statistical parameters and an empirical relation was proposed for pressurized flow scour. The study showed that the flow-pier interaction became more complex with the effect of increasing turbulence in case of pressurized flow condition, and the depth of the scour hole was observed to be larger when compared with the predictions of the relations in the literature.