Tekil Kazık ve Grup Kazıkların Oyulmaya Karşı Taban Koruma Sistemlerinin Nümerik Modelleme Yöntemiyle İncelenmesi

Year 2020, Volume: 2 Issue: 3, 139 - 149, 31.12.2020

Kemal Bal , Mehmet Dikici , Murat Aksel

https://doi.org/10.46740/alku.767191

Abstract

Su içine yapılan taşıyıcı kazıklar ve ayaklar üzerine yapılacak yapılara göre değişiklik göstermektedir. Bu yapıların tasarımı sürecinde, akım ortamı ile etkileşimini doğru tarif edebilmek tasarımın doğruluğu açısında önem taşımaktadır. Yanlış tasarım sonrasında doğru uygulama olsa dahi yapının çevresel koşulların etkisi altındaki durumu doğru ön görülmediğinden yapılarda hasarlar meydana gelmektedir. Yanlış tasarım yapılarak projelendirilmiş kazık taşıyıcı sisteme sahip yapıların hasarı, bilhassa etrafında meydana gelecek oyulma paterni ve oyulma derinliği sebebiyle olasıdır. Yapısal hasarlar önemli ekonomik zararlara neden oldukları gibi ek olarak dolaylı zararlara da neden olurlar. Örneğin ayak yapısının çevresi gerektiği şekilde korunmamış köprülerin yıkılması can kaybı, kamu ve özel mülk hasarları ve trafiğin aksaması gibi dolaylı etkilere de yol açabilir. Yapılan çalışmalarda ağır hasar gören veya yıkılan köprülerinde hasar nedenlerinin çoğu kazık çevresindeki oyulmalardan kaynaklandığı görülmektedir. Su içindeki yapı etrafındaki oyulma mekanizması su yapıları mühendisliğinde önemli bir çalışma alanıdır. Oyulmanın önlenebilmesi için kazık çevresinde ve kazık yakınındaki tabanda akım karakteri iyi bir şekilde anlaşılmalıdır. Bu çalışmada üç farklı kazık sistemi,(tekil, ikili ve üçlü grup) akıntı etkisi altında hesaplamalı akışkanlar dinamiği metodu kullanılarak OpenFOAM çözücüsü yardımıyla incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda yapıların çevresindeki taban kayma gerilmesi değerleri hesaplanmış ve koruma yapısı olarak kullanılabilecek taş boyutları hesaplanmıştır.

Keywords

Oyulma, koruma yapısı, OpenFOAM, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği

References

• B. M. Sumer and J. Fredsoe, Hydrodynamics around cylindrical structures, World Scientific, 1997.
• B. M. Sumer and J. Fredsoe, The Mechanics of scour in the marine environment, World Scientific, 2002.
• C. Baykal, B. M. Sumer, D. R. Fuhrman, N. G. Jacobsen and J. Fredsoe, "Numerical investigation of flow and scour around a vertical circular cylinder," Phil. Trans. R. Soc. A., vol. 373, 2015.
• H. N. Breusers, G. Nicollet and H. W. Shen, "Local scour around cylindrical piers," Journal of Hydraulic Research, vol. 15, no. 3, pp. 211-252, 1977.
• M. Ghasemi and S. Soltani-Gerdefaramarzi, "The Scour Bridge Simulation around a Cylindrical Pier Using Flow-3D," Journal of Hydrosciences and Environment, vol. 1, no. 2, pp. 46-54, 2017.
• N. G. Jacobsen, G. v. Velzen and J. Fredsoe, "Analysis of pile scour and associated hydrodynamic forces using proper orthogonal decomposition," Perth, Australia, 2014.
• G. Kirkil, G. Constantinescu and R. Ettema, "Coherent structures in the flow field around a circular cylinder with scour hole," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 134, pp. 572-587, 2008.
• V. Kitsikoudis, O. V. S. Kirca, O. Yagci and M. F. Celik, "Clear-water scour and flow field alteration around an inclined pile," Coastal Engineering, 2017.
• V. Kitsikoudis, O. Yagci, O. V. S. Kirca and D. Kellecioglu, "Experimental investigation of channel flow through idealized isolated tree-like vegetation," Environmental Fluid Mech, vol. 16, pp. 1283-1308, 2016.
• H. D. Smith and D. L. Foster, "Modeling of Flow Around a Cylinder Over a Scoured Bed," Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, vol. 131, no. 1, pp. 14-24, 2005.
• Ö. Köse and A. M. Yanmaz, "Köprü Kenar Ayaklarındaki Oyulma Güvenilirliği," İMO Teknik Dergi, pp. 4919-4934, 2010.
• B. W. Melville, Report on local scour at bridge sites (No: 117), Auckland, New Zealand: Univ. of Auckland, School of Engineering, 1975.
• Ö. Dursun, E. Gül and T. Sarıcı, "Hidrolik Yapıların Mansabındaki Yerel Oyulma Derinliğine Hücresel Dolgu Sisteminin Etkisinin İncelenmesi," Su Kaynakları, vol. 3, no. 2, pp. 61-67, 2018.
• J. Meyer, K. Graf and S. Thomas, "Development of an OpenFOAM solver for the simulation of scour around arbitrary offshore foundations," Preprint submitted to Coastal Engineering, 2019.
• M. Korkmaz and M. Emiroğlu, "Doksan Derece Kıvrım Açısında Köprü Kenar Ayağı Etrafında Oluşan Oyulmanın İncelenmesi," Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 27, pp. 21-34, 2015.
• C. E. Arboleda, M. Wu, P. Troch and V. Stratigaki, "Development and validation of a numerical scour protection around monopiles under currents," in Scour and Erosion IX, Keh-China, 2019.
• L. Zhou, NUMERICAL MODELLING OF SCOUR IN STEADY FLOWS, Lyon: Universite de Lyon, 2017.
• S. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Taylor & Francis, 1980.
• H. Khawaja, "CFD-DEM Simulation of Minimum Fluidisation Velocity in Two Phase Medium," The International Journal of Multiphysics., vol. 5, no. 2, pp. 89-100, 2011.
• J. Anderson, Computational Fluid Dynamics, McGraw-Hill Education, 1995.
• V. Kitsikoudis, O. Yagci, V. S. O. Kirca and D. Kellecioglu, "Experimental investigation of channel flow through idealized isolated tree-like vegetation," Environ Fluid Mech , vol. 16, pp. 1283 - 1308, 2016.
• S. F. Majd, O. Yagci, O. V. S. Kirca, V. Kitsikoudis and E. Lentsiou, "Flow and turbu- lence around an inclined pile," Rhodes, Greece, 2016.
• A. J. Raudkivi and R. Ettema, "Clear water scour at cylindrical piers," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 109, no. 3, pp. 338-350, 1983.
• J. E. Richardson and V. G. Panchang, "Three-Dimensional Simulation of Scour-Inducing Flow at Bridge Piers," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 124, no. 5, pp. 530-540, 1998.
• A. Roulund, B. M. Sumer, J. Fredsoe and J. Michelsen, "Numerical and experimental investigation of flow and scour around a circular pile," Journal of Fluid Mechanics, vol. 534, pp. 351-401, 2005.
• O. Yagci, I. Yildirim, M. F. Celik, V. Kitsikoudis, Z. Duran and O. V. S. Kirca, "Clear water scour around a finite array of cylinders," Applied Ocean Research, vol. 68, p. 114–29, 2017.