DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-014

Є. Д. Пілюгін^1,*, аспірант, ORCID 0000-0002-3639-0085

¹Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»
^*Автор для листування: piliuhyn.y.d@nmu.one

КОМПЛЕКСНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ СКЛОВОЛОКОННОЇ ПОЛІМЕРНОЇ АРМАТУРИ В БЕТОННИХ ЕЛЕМЕНТАХ ПРИ ТЕПЛОВОМУ ТА ЦИКЛІЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ

Анотація. У роботі розглянуто проблему підвищення довговічності та термостійкості скловолоконної полімерної арматури у бетонних конструкціях, що працюють в умовах термомеханічного та циклічного навантаження. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю заміни традиційної сталевої арматури корозійностійкими матеріалами з підвищеними експлуатаційними характеристиками за умов підвищених температур і втомного навантаження. Метою роботи є розробка математико-матеріалознавчої методики, що поєднує підходи математичного моделювання, мікроструктурного конструювання та аналізу процесів структуроутворення для прогнозування властивостей композитної арматури. Методика дослідження базується на дворівневому чисельному підході, який включає нестаціонарний тепловий аналіз із використанням стандартної кривої пожежі та подальше механічне моделювання напружено-деформованого стану системи «бетон–арматура». Поведінку матеріалів описано з використанням моделі пошкоджуваної пластичності бетону, пружно-пластичної моделі сталі та ортотропної моделі скловолоконної полімерної арматури з урахуванням температурної деградації. Для оцінки впливу складу волокон, властивостей полімерної матриці та міжфазної взаємодії на міцність і втомну поведінку застосовано мікромеханічні залежності, засновані на правилі сумішей і коефіцієнтах ефективності. Результати показали, що процеси структуроутворення та мікроструктурного конструювання відіграють визначальну роль у формуванні ефективних характеристик композитної арматури. Встановлено, що використання волокон із підвищеними міцнісними характеристиками та волокон з підвищеною лужною стійкістю, матриць із підвищеною температурою склування та наномодифікаторів суттєво підвищує термостійкість і втомну довговічність матеріалу. Запропоновано інтегровану математичну модель, яка одночасно враховує термічні, механічні та мікроструктурні фактори, що впливають на поведінку матеріалу. Практична значущість дослідження полягає у можливості застосування отриманих результатів при інженерному проєктуванні бетонних конструкцій, що експлуатуються в агресивних середовищах, за підвищених температур та циклічних навантажень, забезпечуючи підвищення довговічності та надійності конструкцій.

Ключові слова: скловолоконна полімерна арматура, математичне моделювання, мікроструктурне конструювання, структуроутворення, втомна поведінка, термомеханічне навантаження, композитні матеріали.

Посилання для цитування: Пілюгін Є. Д. Комплексне моделювання властивостей скловолоконної полімерної арматури в бетонних елементах при тепловому та циклічному навантаженні. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 226-236. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-014

Перелік посилань

Piliuhin, Ye. D., & Rott, N. O. (2024). Prospects for the application of composite reinforcement in the construction industry. Bulletin of Kharkiv National Automobile and Highway University, 107, 62–68. https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2024.107.0.62
Hremliak, I. P., Tymoshenko, O. V., & Kulak, V. V. (2020). Comparison of properties of steel and glass fiber reinforcement for road construction. Collection of scientific works of the V.M. Shymanovskyi Ukrainian Institute of Steel Structures, 25–26.
Lei, Z., Luo, J., Zhang, S., Wang, E., & Huang, H. (2024). Mechanical properties of GFRP bars exposed to natural erosion environment: A case study. Case Studies in Construction Materials, 21, e03734. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03734
Porter, M. L., & Barnes, B. A. (1998). Accelerated aging degradation of glass fiber composites. In Proceedings of the Second International Conference on Composites in Infrastructure (ICCI’98) (Vol. 2, pp. 446–459).
Colombo, C., Libonati, F., & Vergani, L. (2012). Fatigue damage in GFRP: Experiments and modeling. International Journal of Structural Integrity, 3(2), 127–143. https://doi.org/10.1108/17579861211242795
Yang, F., & Pitchumani, R. (2003). Nonisothermal healing and interlaminar bond strength evolution during thermoplastic matrix composites processing. Polymer Composites, 24(2), 263–278. https://doi.org/10.1002/pc.10023
Cao, Z., Dong, M., Liu, K., & Fu, H. (2020). Temperature field in the heat transfer process of PEEK thermoplastic composite fiber placement. Materials, 13(19), 4417. https://doi.org/10.3390/ma13194417

Рукопис надійшов до редакції / Received 07.03.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026