FEM modelling and analysis of a certain aluminium bridge deck panel

• Autorzy: Siwowski T.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie MES i analiza numeryczna aluminiowego panelu pomostu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The contemporary progress of material engineering, which has led to development of new generation aluminium alloys with excellent strength and durability, has let to wider utilisation of this material in civil and transportation engineering. The Department of Roads and Bridges at Rzeszow University of Technology has undertaken the research program to develop and implement an aluminium bridge deck system. The specific objective of this paper is to demonstrate a computational procedure to characterize the static behaviour of the aluminium bridge deck panel and for predicting the performance of panel under service load. The survey of previous FEM analysis of aluminium bridge decks enabled to establish the attention areas of modelling such kind of structures, i.e. geometrical model, material model and load simulation. Taking into consideration the survey results the own numerical model of the deck panel was developed. Four node quadrilateral thick shell elements were used for model mesh that discretized the actual deck panel. The accuracy of the model was verified by comparing calculated displacements and strains to the corresponding experimental values. The numerical evaluation demonstrated that the aluminium bridge deck panel behavior under service load could be accurately predicted with a commercial, general purpose, finite element code. The developed FEM model includes the capability for representing the nonlinear behaviour of material/structure and it can also be used to model the panel behaviour during the ultimate load tests up to failure.

PL

Współczesny postęp inżynierii materiałowej, doprowadził do powstania nowej generacji stopów aluminium o doskonałej wytrzymałości i trwałości, co pozwala na coraz szersze zastosowanie tego materiału w inżynierii lądowej. Zakład Dróg i Mostów Politechniki Rzeszowskiej prowadzi program badawczy, mający na celu opracowanie i wdrożenie pomostu aluminiowego, mogącego mieć zastosowanie do modernizacji istniejących mostów. Przedmiotem niniejszej pracy jest prezentacja procedury obliczeniowej, zastosowanej do oceny charakterystyki wytrzymałościowej panelu oraz do prognozowania jego zachowania pod wpływem obciążeń użytkowych. Przegląd wcześniejszych modeli MES pomostów aluminiowych pozwolił na wyznaczenie najważniejszych aspektów modelowania tego typu konstrukcji, tj. geometrii panelu, prawa materiałowego oraz symulacji obciążenia. Bazując na wynikach przeglądu opracowano własny model numeryczny panelu pomostu aluminiowego, w którym zastosowano czterowęzłowe, czworoboczne elementy powłokowe uwzględniające ścinanie. Poprawność modelu MES zweryfikowano przez porównanie eksperymentalnych i numerycznych wartości przemieszczeń i odkształceń panelu pod obciążeniem użytkowym. Wyniki analizy pokazały, że zachowanie aluminiowego panelu pomostu pod obciążeniem użytkowym może być prognozowane z dużą dokładnością za pomocą komercyjnego systemu MES. Ponadto opracowany model numeryczny umożliwia analizę nieliniową panelu i może być zastosowany także do oceny nośności granicznej tego typu konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

finite element modelling; strain analysis; aluminium bridge deck; service load behaviour

PL

modelowanie; MES (metoda elementów skończonych); analiza numeryczna; pomost aluminiowy; obciążenie użytkowe

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 55, nr 3
• Strony: 347--365
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Siwowski T.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska,

Bibliografia

• 1. T. SIWOWSKI, Pomosty drogowe. Magazyn Autostrady, 10, 30-38, 2006 (part I), 11. 67-72, 2006 (parl II).
• 2. T. SIWOWSKI, Pomosty aluminiowe obiektów mostowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2008.
• 3. P. ARRIEN, J. BASTIEN. D. BEAULIEU. Rehabilitation of bridges using aluminum decks, Canadian Journal of Civil Engineering, 28, 992-1002, 2001.
• 4. T. SIWOWSKI, Propozycja zastosowania zasad zrównoważonego rozwoju w modernizacji mostu, Drogi i Mosty, 7, 3, 55-91. 2008.
• 5. L. SVENSSON, L. PETERSON, Aluminium extrusion bridge rehabilitation system. Proc. Int. Conf. on Bridge Management, 777-783. London 1990.
• 6. J. M. DOBMEIER, F. W. BARTON, J. P. GOMEZ. P. J. MASSARELLI, W. T. McKEEL JR, Analytical and experimental evaluation of an aluminiun bridge deck panel, Part I: Scrvice load performance, Virginia Transportation Research Council. Report No. VTRC 99-R22. 1999.
• 7. F. M. MAZZOLANI, Aluminium alloy structures, 2nd edition, E&FN Spon, London, 1995.
• 8. I. OKURA, N. HAGISAWA, M. NARUO, H. TODA, Fatigue behavior of aluminum deck fabricated by friction stir welding, Structural Engineering/Earthquake Engineering, JSCE, 20, 1. 55-67. 2003.
• 9. L. G. VIGH. Virtual experiments of FSW-fabricated aluminium structural elements, Proc. 6. Conf. on Computational Structures Technology, 243-244, Edinburgh 2002.
• 10. J. MALJAARS, F. SOETENS, I. J. VAN STRAALEN, Fatigue of aluminium bridge decks, Structural Engineering International, 16, 4, 305-31 l, 2006.
• 11. R. D. COOK, Concepts and applications of finite element analysis, J. Wiley & Sons, New York, 2001.
• 12. ASE. General static analysis of finite element structures. Version 10.47, SOFiSTiK AG, Oherschleissheim. 2000.
• 13. T. J. R. HUGHES, T. E. TEZDUYAR, Finite elements based upon Mindlin plate theory with particular reference to the four-node bilinear isoparametric element, Journal of Applied Mechanics, 48. 3, 587-596, 1981.
• 14. T. SIWOWSKI, P. ŻÓŁTOWSKI, The static behaviour of hollow aluminium bridge deck panel: Comparison of test results with theoretical and FEM analysis. Proc. XI, Int. Conf. on Metal Structures. 481-487, Rzeszów 2006.
• 15. PN-EN 1999-1-1:2007 (U). Eurokod 9. Projektowanie konstrukcji aluminiowych. Część 1-1: Reguły ogólne.
• 16. W. ŁAKOTA, T. SIWOWSKI, Numerical and experimental dynamic analysis of aluminium bridge deck panel, Archives of Civil Engineering, 51, 4, 557-607, 2005.
• 17. T. SIWOWSKI, Structural behaviour of aluminium bridge deck panels, Engineering Structures, 31, 7, 1349-1353. 2009.