Akarsuyu verev kesen köprülerde basınçlı akım oyulmasının incelenmesi
Investigation of scouring under skewed bridge deck in pressurized flow
Yazar: CİHAN YALÇIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖNDER KOÇYİĞİT ; DOÇ. DR. MÜSTEYDE BADUNA KOÇYİĞİT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Yerel oyulma = Local scour ; İnşaat mühendisliği = Civil engineering

Özet:
Etkisini iyice hissettiren iklim değişikliğiyle birlikte taşkınların şiddetinde ve frekansında değişimler gözlemlenmektedir. Yaşanan ani ve şiddetli taşkınlar sonucunda akarsu köprülerinde özellikle son on yıllık dönemde tüm dünyada olduğu gibi Türkiye'de de meydana gelen yıkılma ve hasar olayları artmakta, ciddi can ve mal kayıpları yaşanmaktadır. Dolayısıyla gerek mevcut köprülerin gerekse yeni projelendirilecek köprülerin ekonomik ömürleri içerisinde güvenli bir şekilde işletilmelerini sağlamak amacıyla taşkın sırasında meydana gelen basınçlı akım durumunda köprü ayaklarında oluşan oyulma mekanizmasının anlaşılması ve uygun bir uygulama kılavuzu geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Literatürde serbest akım şartlarında köprü ayakları etrafında meydana gelen oyulma derinliğinin hesaplanması için çok sayıda ampirik bağıntı bulunmaktadır. Ancak basınçlı akım şartlarında ayaklar etrafındaki oyulma mekanizmasını inceleyen çalışma sayısı oldukça sınırlıdır. Bu araştırma kapsamında 15°'lik verevlik açısına sahip köprü tabliyesi ve silindirik bir orta ayaktan oluşan köprü modeli kullanılarak basınçlı akım durumunda ayak etrafında meydana gelen oyulma çukuru laboratuvar ortamında yapılan bir dizi deneyle incelenmiştir. Deneylerde farklı yaklaşım akım derinliği ve debi değerleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre basınçlı akım durumunda köprü ayağı etrafında meydana gelen oyulma derinliği serbest akım durumunda oluşan oyulma derinliğinden daha büyüktür ve yaklaşım akım derinliğine ait Froude sayısı büyüdükçe oyulma derinliği de artmaktadır. Ayrıca akıma dik ve 15°'lik verevlik açısıyla yerleştirilmiş köprü tabliyeleri altında basınçlı akım durumunda meydana gelen maksimum oyulma derinliklerinin karşılaştırılmasıyla verevlikten dolayı oyulma derinliklerinin %24'e kadar artış gösterebildiği gözlemlenmiştir. Tam basınçlı akım durumunda tabliye üstündeki su yüksekliğinin artmasıyla maksimum oyulma derinliğinin de arttığı belirlenmiştir. Bu tespitin, yüzeydeki çevrintiler ve türbülans nedeniyle orta ayağa sahip, üzerinden su aşma riski bulunan köprüler için son derece önemli olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
Especially in the last decade, changes are observed in the intensity and frequency of floods along with climate change, which has made its impact felt increasingly in Türkiye as well as throughout the world. As a result of sudden and severe floods, failure and damage incidents of river bridges are increasing, causing serious loss of life and economic loss. Therefore, it is crucial to understand the scour mechanism around bridge piers under pressure flow condition that occurs during floods and to develop design guidelines to ensure safe operation of both bridges in operation and those to be designed within their economic life span. There are many empirical equations in the literature that are used to evaluate the maximum scour depth around bridge piers under free-flow condition. However, the number of studies investigating the scour mechanism around piers under pressurized flow condition is rather limited. Within the scope of this research, the scour hole around a circular pier under a bridge deck with a skew angle of 15° was investigated under pressure flow condition with a series of laboratory experiments. Various approach flow depths and discharge values were used in the experiments. According to the results, the maximum scour depth around the pier under pressure flow condition is greater than that of the free flow condition. Furthermore, as the Froude number of the approach flow depth increased, the maximum scour depth also increased. In addition, the maximum scour depths under the bridge deck located perpendicular to the flow and with a skew angle of 15° were compared and it was observed that the scour depth increased up to 24% due to the skewness of the bridge deck. It was observed that the maximum scour depth increased as the water load above the deck is increased for fully pressurized flow. This finding is very important for bridges with piers that are at risk of flooding due to surface vortices and turbulence.