ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ КОМПЛЕКСНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2025-14-33-45Ключові слова:
прогнозування довговічності, комплексні навантаження, метод кінцевих елементів, машинне навчання, нейронні мережі, ресурсоощадні технології.Анотація
Стаття присвячена актуальному питанню прогнозування довговічності будівельних матеріалів і конструкцій, що зазнають впливу комплексних багатофакторних навантажень, серед яких механічні, термічні, сейсмічні та корозійні. Сучасні тенденції розвитку будівництва, особливо у зонах підвищеного ризику воєнних руйнувань і природних катастроф, потребують створення науково обґрунтованих методик оцінки стану матеріалів у реальних умовах експлуатації. У роботі проведено ґрунтовний аналіз чисельних методів моделювання, серед яких центральне місце займає метод кінцевих елементів (МКЕ). Саме він забезпечує деталізоване відтворення напружено-деформованого стану та дозволяє враховувати нелінійні взаємодії між різними видами навантажень, що є визначальним для коректного прогнозування довговічності. Особливу увагу приділено алгоритмам інтеграції механічних, сейсмічних і термічних впливів у єдину модель та використанню комбінованих підходів, зокрема методу граничних елементів, методу Монте-Карло й скінченних різниць. Запропоновані авторами чисельні схеми були валідувані на експериментальних даних, що підтвердило високу точність розрахунків, відхилення яких не перевищує кількох відсотків. Додатковим інноваційним аспектом дослідження стало поєднання класичних чисельних методів із технологіями машинного навчання, включно з глибокими нейронними мережами, які дозволяють враховувати складні нелінійні закономірності деградації матеріалів у часі. Значне місце у роботі займає аналіз можливостей інтеграції чисельних моделей із системами моніторингу на основі сенсорів IoT. Такий підхід забезпечує динамічний контроль технічного стану будівельних конструкцій у реальному часі та створює умови для своєчасного виявлення критичних відхилень. Показано, що використання подібних алгоритмів дає змогу не лише підвищити точність прогнозування залишкового ресурсу, а й істотно скоротити витрати завдяки впровадженню ресурсоощадних технологій відновлення. У висновках визначено напрями подальших досліджень: розширення методик чисельного моделювання для нових високоефективних матеріалів, удосконалення методів машинного навчання, а також створення повністю автоматизованих систем моніторингу та прогнозування технічного стану будівельних конструкцій.
Посилання
[1] M. Biglari, B.H. Hashemi, and A. Formisano, "The Comparison of Code-Based and Empirical Seismic Fragility Curves of Steel and RC Buildings", Buildings, vol. 13, no. 6, p. 1361, 2023. doi: 10.3390/buildings13061361.
[2] L. Czarnecki, R. Geryło, and K. Kuczyński, "Concrete repair durability", Materials, vol. 13, no. 20, p. 4535, 2020. doi: 10.3390/ma13204535.
[3] O. Dovzhenko, V. Pohribnyi, V. Usenko, and D. Usenko, "The masonry calculation strength under the vertical and horizontal loads combined action by the variational method in the plasticity theory", Academic Journal. Industrial Machine Building, Civil Engineering, vol. 2, no. 57, pp. 26–31, 2021. doi: 10.26906/znp.2021.57.2581.
[4] I. Haouach, V. Merizgui, B. Lamri, and P. A. Piloto, "Fire after earthquake assessment of 3D reinforced concrete frames", Engineering Structures, vol. 319, p. 118889, 2024. doi: 10.1016/j.engstruct.2024.118889.
[5] S.-H. Hwang, D. Kim, J. Kim, and C. Kim, "In-plane shear strength models of masonry walls strengthened with steel-bar truss units", Structures, vol. 69, p. 104651, 2025. doi: 10.1016/j.istruc.2025.104651.
[6] J. Korentz and B. Nowogońska, "Assessment of the life cycle of masonry walls in residential buildings", MATEC Web of Conferences, vol. 174, p. 01025, 2018. doi: 10.1051/matecconf/201817401025.
[7] S.-J. Kwon, K.-M. Lim, K.-C. Kim, K.-T. Koh, and Y.-S. Yoon, "Probabilistic analysis of chloride ingress repair costs considering external forces and vulnerable sections of RC girders", International Journal of Concrete Structures and Materials, vol. 19, p. 20, 2025. doi: 10.1186/s40069-024-00758-w.
[8] MDPI, "Understanding building resistance to wildfires: A multi-factor approach", Fire, 2023. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/journal/fire. Accessed on: October 1, 2025.
[9] S. Pang, M.-k. Yu, H.-g. Zhu, and C. Yi, "The corrosion probability and flexural strength of an RC beam under chloride ingress considering the randomness of temperature and humidity", Materials, vol. 13, no. 10, p. 2260, 2020. doi: 10.3390/ma13102260.
[10] G. Papazafeiropoulos and V. Plevris, "Kahramanmaraş–Gaziantep, Türkiye Mw 7.8 earthquake on 6 February 2023: Strong ground motion and building response estimations", Buildings, vol. 13, no. 5, p. 1194, 2023. doi: 10.3390/buildings13051194.
[11] M. Sharifi Ghalehnoei, A. Javanmardi, M. Izadifar, N. Ukrainczyk, and E. Koenders, "Finite element analysis of shear reinforcing of reinforced concrete beams with carbon fiber reinforced polymer grid-strengthened engineering cementitious composite", Buildings, vol. 13, no. 4, p. 1034, 2023. doi: 10.3390/buildings13041034
[12] W. Z. Taffese and E. Sistonen, "Machine learning for durability and service-life assessment of reinforced concrete structures: Recent advances and future directions", Automation in Construction, vol. 77, pp. 1–14, 2017. doi: 10.1016/j.autcon.2017.01.016.
[13] G. Torelli, M. Gillie, P. Mandal, J. Draup, and V.-X. Tran, "A moisture-dependent thermomechanical constitutive model for concrete subjected to transient high temperatures", Engineering Structures, vol. 210, p. 110170, 2020. doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110170.
[14] D. Usenko, O. Dovzhenko, V. Pohribnyi, and O. Zyma, "Masonry strengthening under the combined action of vertical and horizontal forces", in Proceedings of the 2020 Session of the 13th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, pp. 193–199, 2020. [Online]. Available: https://phdsymp2020.sciencesconf.org/data/pages/Proceedings_phdsymp_2021.pdf. Accessed on: October 1, 2025.
[15] V. Usenko and D. Usenko, "Masonry reliability under diagonal splitting", in Science, Technology and Innovation in the Modern World: Scientific Monograph, Riga: Baltija Publishing, pp. 136–159, 2023. doi: 10.30525/978-9934-26-364-4.
[16] H. Vitorino, P. Vila Real, C. Couto, and H. Rodrigues, "Parametric analysis of post-earthquake fire resistance of reinforced concrete frames without seismic design", Engineering Structures, vol. 303, p. 117556, 2024. doi: 10.1016/j.engstruct.2024.117556.
[17] X. Wang, J. Li, and L. Zhang, "Numerical methods for static and dynamic performance analysis of structures under combined loads", Construction and Building Materials, vol. 256, p. 110987, 2020.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
