Advanced design calculations of composite box footbridge

• Autorzy: Klasztorny M. , Nycz D. B. , Zając K.

Warianty tytułu

PL

Zaawansowane obliczenia projektowe kompozytowej skrzynkowej kładki pieszej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work develops the original methodology of design calculations for GFRP composite box footbridges. This methodology was applied to the original structural solution of a composite pedestrian-and-cyclist bridge with a 12.00 m span length and a 2.50 m platform width. The footbridge structure includes a number of original solutions regarding the superstructure, crosssection, bearings, reinforcement of support zones, transverse braces, balustrades, and railing post-platform connections. The design criteria for a GFRP composite footbridge were formulated based on the latest national standards for the design of footbridges made of conventional materials (steel, concrete) and the standard for the design of GFRP laminate tanks. The ultimate criterion for the composite superstructure was formulated using the Hashin-Fabric failure criterion and a global map of the effort index. Moreover, the serviceability criterion for the vertical deflections of the superstructure, pedestrian comfort criterion and global buckling criterion were developed. The advanced numerical modelling and simulations of the footbridge were carried out using MSC.Marc FE code. The modelling and simulation methodology, as well as the results of identification and validation tests published in the previous works by the authors were used. The results of simulation of the ultimate, serviceability and buckling limit states, corresponding to the adopted ply sequences of the laminates in the individual GFRP shells, are presented. Due to the fulfilment of all the criteria with significant margins, further numerical analyses of a footbridge with fewer laminations and design according to the Eurocodes are purposeful.

PL

Opracowano oryginalną metodykę obliczeń projektowych kompozytowych (GFRP) skrzynkowych kładek pieszych. Metodykę tę zastosowano do oryginalnego rozwiązania konstrukcyjnego kompozytowej skrzynkowej kładki pieszorowerowej o rozpiętości 12.00 m i szerokości pomostu 2.50 m. Konstrukcja kładki zawiera szereg oryginalnych rozwiązań dotyczących konstrukcji nośnej, przekroju poprzecznego, łożysk, wzmocnienia stref podporowych, stężeń poprzecznych, balustrady, połączeń słupków balustrady z pomostem. Sformułowano kryteria projektowe kładki kompozytowej bazujące na ostatnich krajowych normach projektowania kładek z materiałów konwencjonalnych (stal, beton), normie projektowania zbiorników z laminatów poliestrowo-szklanych. Sformułowano kryterium nośności kompozytowej konstrukcji nośnej, w którym wykorzystano kryterium Hashin-Fabric oraz globalną mapę indeksu wytężenia, a ponadto kryterium użytkowalności dla ugięć pionowych konstrukcji nośnej, kryterium komfortu pieszych oraz kryterium stateczności globalnej. Przeprowadzono zaawansowane modelowanie numeryczne i symulacje za pomocą systemu MSC.Marc. W modelowaniu wykorzystano metodologię modelowania, wyniki badań identyfikacyjnych i testy walidacyjne opublikowane w poprzednich pracach autorów. Przedstawiono wyniki symulacji stanów granicznych nośności, użytkowalności i stateczności odpowiadające przyjętym sekwencjom warstw laminatów w poszczególnych powłokach. Ze względu na spełnienie wszystkich kryteriów ze znacznym zapasem celowe są dalsze analizy numeryczne kładki o mniejszej liczbie lamin oraz projektowanie według Eurokodów.

Słowa kluczowe

EN

GFRP composite footbridge; design; modelling; simulation

PL

kładka z kompozytu polimerowego wzmocnionego włóknem szklanym; projektowanie; modelowanie; symulacja

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 1
• Strony: 37--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

• Military University of Technology, ul. gen. W. Urbanowicza 2, 00-908 Warsaw, Poland

autor

Nycz D. B.

• Jan Grodek State Vocational High School, ul. A. Mickiewicza 21, 38-500 Sanok, Poland

autor

Zając K.

• Military University of Technology, ul. gen. W. Urbanowicza 2, 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Khalifa M.A., Hodhod O.A., Zaki M.A., Analysis and design methodology for an FRP cable-stayed pedestrain bridge, Composites: part B, 1996, 27B, 307-317.
• [2] Aref A.J., Kitane Y., Lee G.C., Analysis of hybrid FRP-concrete multi-cell bridge superstructure, Composite Structures 2005, 69, 346-359.
• [3] Tromp L., Composite footbridges and vacuum infusion. A 44m footbridge for Delft, Proc. 3rd Int. Conf. FOOTBRIDGE 2008, pp. 1-7.
• [4] Chroscielewski J., Klasztorny M., Miskiewicz M., Romanowski R., Wilde K., Innovative design of GFRP sandwich footbridge, [In:] Footbridge 2014 5th International Conference on Footbridges: Past, Present & Future, London, England, 16-18 July 2014, USB Conf. Proceed., Paper #1250, 1-8.
• [5] PN-85/S-10030. Bridge objects. Loads (in Polish).
• [6] PN-82/S-10052. Bridge objects. Steel structures. Design (in Polish).
• [7] Chróścielewski J., Klasztorny M., Nycz D., Sobczyk B., Loading capacity and serviceability conditions for footbridges made of fibre-reinforced polymer laminates, Roads and Bridges - Drogi i Mosty 2014, 13, 3, 189-202.
• [8] PN-EN 13121-3+A1:2010E. Ground containers made of plastics reinforced with glass fibre. Part 3. Design and production control, 2010 (in Polish).
• [9] Technical guide. Footbridges. Assessment of vibrational behaviour of footbridges under pedestrian loading Setra/AFGC, Paris, France, 2006.
• [10] Marc 2008 r1, Vol. B, Element Library, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA.
• [11] Marc 2008 r1, Vol. A, Theory and User Information, MSC.Software Co., Santa Ana, CA, USA.
• [12] Klasztorny M., Nycz D.B., Romanowski R.K., Gotowicki P., Kiczko A., Rudnik D., Effects of operating temperature and accelerated environmental ageing on glass-vinylester composite mechanical properties, Mechanics of Composite Materials 2017, 53, 3, 335-350.
• [13] Niezgoda T., Barnat W., Dziewulski P., Kiczko A., Numerical modelling and simulation of road crash tests with the use of advanced CAD/CAE systems, Journal of KONBiN 2012, 23, 3, 95-108.
• [14] Klasztorny M., Nycz D., Cedrowski M., Modelling, simulation and validation of bending test of box segment formed as two composite shells glued together, Composites Theory and Practice 2015, 15(2), 88-94.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).