Finite element simulations of structural members are a good alternative to physical testing for studying strength and structural response of the members when finite element models have been properly calibrated and validated. Published information on finite element modeling of cold-formed steel deck in bending is scarce. This paper presents the development of finite element models of corrugated steel deck in bending using a general-purpose software, ANSYS. Effects of the following parameters on elastic buckling and ultimate moments of models, as well as on their load-deflection curves, were studied: shell element types, mesh density, corner radius, number of deck corrugations, presence of transverse ties, initial geometric imperfection distribution and magnitude, deck boundary conditions, loading type, and stress-strain diagrams. Optimal parameters of the models were determined. Moment capacities, flexural stiffness, and load-deflection curves predicted by the models with the optimal parameters correlated well with test results available in literature, especially when the deck material behavior was described by nonlinear stress-strain diagrams. The developed FE models can be used for studying flexural strength and behavior of solid steel deck with various geometry under various loading types, which can be useful in development of new efficient profiles and in improving the current deck design methods. The models can also be used as a basis for the development of FE models of steel deck with openings and acoustical perforations, as well as built-up deck profiles, design methods for which are currently underdeveloped.

Конечно-элементное моделирование конструктивных элементов является хорошей альтернативой физическим испытаниям для изучения прочности и структурного отклика элементов, когда модели конечных элементов были должным образом откалиброваны и проверены. Опубликованная информация по конечно-элементному моделированию холодноформованной стальной деки при изгибе является скудной. В данной работе представлена разработка конечно-элементных моделей гофрированной стальной деки при изгибе с использованием программного обеспечения общего назначения ANSYS. Исследовано влияние следующих параметров на упругие изгибы и предельные моменты моделей, а также на их кривые нагружения-прогиба: типы элементов оболочки, плотность сетки, радиус угла, количество гофров деки, наличие поперечных связей, начальное геометрическое распределение и величина несовершенства, граничные условия деки, тип нагружения и диаграммы напряженно-деформированного состояния. Определены оптимальные параметры моделей. Моментная мощность, изгибная жесткость и кривые прогиба нагрузки, предсказанные моделями с оптимальными параметрами, хорошо коррелировали с результатами испытаний, имеющимися в литературе, особенно когда поведение материала палубы описывалось нелинейными диаграммами напряжений-деформаций. Разработанные модели FE могут быть использованы для изучения изгибной прочности и поведения твердой стальной палубы с различной геометрией при различных типах нагружения, что может быть полезно при разработке новых эффективных профилей и совершенствовании существующих методов проектирования палубы. Эти модели также могут быть использованы в качестве основы для разработки FE-моделей стальных палуб с отверстиями и акустическими перфорациями, а также сборных палубных профилей, методы проектирования которых в настоящее время недостаточно развиты.

• Finite element modeling of cold-formed steel deck in bending
  • 1. Introduction
  • 2. Methods
  • 3. Results and Discussion
    • 3.1. Effects of element type, mesh density, and initial geometric imperfection magnitude
    • 3.2. Effects of corner radius
    • 3.3. Effects of number of deck corrugations (hats)
    • 3.4. Effects of initial geometric imperfection distribution
    • 3.5. Effects of deck support conditions, loading application, and transverse ties
    • 3.6. Effects of loading type
    • 3.7. Effects of steel stress-strain diagrams and model validation
  • 4. Conclusions

Magazine of Civil Engineering / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2020-. — Периодичность: 8 раз в год. — Выходит с 2020 г. — Загл. с титул. экрана. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Электрон. журнал. — Текст: электронный

Magazine of Civil Engineering / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2020-. № 2 (94), 2020. — 1 файл (17,6 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Электрон. журнал. — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j21-131.pdf>.