Вплив температури на поведінку композито-бетону: чисельне моделювання
DOI:
https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2025.110.0.24Ключові слова:
FRP армування, GFRP, вогнестійкість, композитні матеріали, бетон, термомеханічний аналіз, чисельне моделювання, ANSYS, деградація матеріалуАнотація
У роботі представлено результати числового моделювання термомеханічної поведінки бетонних елементів, армованих склопластиковою арматурою (GFRP), з метою оцінювання їхньої вогнестійкості. Розрахунки виконано в програмному комплексі ANSYS у послідовній постановці: спочатку розв’язувалася задача теплопровідності за стандартною кривою ISO 834, після чого результати використовувалися для статичного аналізу. Матеріальні властивості бетону, GFRP та інтерфейсу «FRP–бетон» враховувалися як температурно-залежні, а відмова визначалась за температурними, деформаційними та адгезійними критеріями. Отримані температурно-часові залежності й профілі через товщу бетону підтвердили ефективність захисного шару на початкових етапах нагріву. Встановлено, що деградація властивостей GFRP починається при температурі склування (~120 °C) і стає критичною в інтервалі 200–250 °C, що визначає втрату несучої здатності. Показано, що бетон зберігає залишкову міцність довше, ніж композитна арматура.
Посилання
ACI Committee 440. Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars. ACI 440.1R-06.
EN 1992-1-2. Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1-2: General Rules – Structural Fire Design. 2004.
Bisby, L., Green, M., Kodur, V. Fire endurance of FRP-confined concrete columns. Cement and Concrete Composites, 2005.
Duan, D., Ouyang, L., Gao, W., Xu, Q., Liu, W., Yang, J. Fire Performance of FRP-RC Flexural Members: A Numerical Study. Polymers, 2022, 14, 346.
Dai, J.G., Gao, W.Y., Teng, J.G. Finite element modeling of insulated FRP-strengthened RC beams exposed to fire. Proc. CICE 2010, Beijing, China.
Griffis, C., Shen, C., Dutta, P. Thermal properties of FRP composites at elevated temperatures. Journal of Composite Materials, 1981.
Lee, J., Fenves, G. Plastic-damage model for cyclic loading of concrete structures. Journal of Engineering Mechanics, 1998.
Lubliner, J., Oliver, J., Oller, S., Onate, E. A plastic-damage model for concrete. International Journal of Solids and Structures, 1989.
Aslani, F. Bond behavior of GFRP rebars in concrete at elevated temperatures. Construction and Building Materials, 2010.
Kodur, V., Bisby, L. Evaluation of fire endurance of concrete beams strengthened with FRP sheets. Journal of Structural Engineering, 2005.
Fédération Internationale du Béton (fib). fib Model Code for Concrete Structures 2010. Ernst & Sohn, 2013.
CSA S807-10. Specification for fibre-reinforced polymers. Canadian Standards Association, Mississauga, ON, 2010.
Williams, B., Bisby, L., Kodur, V., Green, M., Chowdhury, E. Fire insulation schemes for FRP-strengthened concrete slabs. Journal of Composites for Construction, 2008, 12(5), 535–544.
Gao, W.Y., Dai, J.G., Teng, J.G. Finite element modeling of FRP-strengthened RC beams exposed to fire. Journal of Composites for Construction, 2010, 14(6), 692–705.
Chowdhury, E., Bisby, L., Green, M., Kodur, V. Mechanical and thermal properties of FRP composites at elevated temperatures. Journal of Composites for Construction, 2008, 12(5), 541–552.
Haville, J., Kodur, V., Bisby, L., Green, M. Nonlinear finite element analysis of FRP-strengthened T-beams exposed to fire. Engineering Structures, 2009, 31(12), 3000–3012.
EN 1991-1-2. Eurocode 1: Actions on Structures – Part 1-2: General Actions – Actions on Structures Exposed to Fire. CEN, Brussels, 2002.
