FEM modelling and analysis of a certain aluminium bridge deck panel

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.

---

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.