№84-16
Застосування багатошарових конструкцій для підвищення захисних властивостей підземних споруд
Л.В. Шайдецька1, https://orcid.org/0000-0002-6593-0255
Н.В. Зуєвська1, https://orcid.org/0000-0002-1716-1447
Д.Г. Дармостук1, https://orcid.org/0009-0002-3714-9821
Р.І. Семчук1 https://orcid.org/0009-0007-1336-6246
1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2026, 84:208–217
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/84.208
АНОТАЦІЯ
Мета. Обґрунтування та розробка комплексного підходу до оптимізації захисних властивостей конструкцій за рахунок впровадження багатошарових систем.
Методика. В основу дослідження покладено метод скінченно-елементного аналізу, реалізований за допомогою програмного комплексу ANSYS Explicit Dynamics, що дозволяє моделювати високошвидкісні нелінійні процеси деформування. Методика передбачає врахування ефектів компакції пор у ґрунті, нелінійного стискання та пластичного деформування матеріалів.
Результати. Проведені чисельні експерименти дозволили кількісно оцінити ефективність застосування додаткових захисних шарів. Встановлено, що впровадження проміжного залізобетонного шару сприяє перерозподілу енергії вибуху та суттєвому зниженню амплітуди розтягальних напружень у внутрішніх елементах конструкції та навколишньому ґрунті. Отримані дані підтверджують, що багатошарова структура діє як демпфуючий бар'єр, що знижує концентрацію напружень у найбільш вразливих зонах підземної споруди, запобігаючи її прогресуючому обваленню.
Наукова новизна. У роботі вперше отримано комплексні залежності, що описують вплив геометричної конфігурації та фізико-механічних характеристик шарів багатошарової системи на загальну стійкість споруди. Поглиблено розуміння механізмів енергопоглинання в системі «залізобетонна конструкція – пористий ґрунтовий масив» за умов надшвидкого навантаження.
Практична значимість. Результати дослідження мають пряме прикладне значення для інженерної галузі, зокрема для проєктування нових та модернізації існуючих об’єктів цивільного захисту, транспортних тунелів та споруд критичної інфраструктури. Запропоновані розрахункові моделі та встановлені закономірності дозволяють обґрунтовано підходити до вибору товщини та матеріалів захисних екранів, що забезпечує підвищення безпеки персоналу та збереження матеріальних цінностей.
Ключові слова: підземні споруди, вибухове навантаження, багатошарова конструкція, залізобетон, пористий ґрунт, напружено-деформований стан, ANSYS Explicit Dynamics, динамічна стійкість.
Перелік посилань
1. Сахно І.Г., Зуєвська Н.В., Дармостук Д.Г., Семчук Р.І., Зуєвський Ю.В., Сахно С.В. (2025). Забезпечення стійкості об’єктів підземної критичної інфраструктури невеликого заглиблення до ракетних атак. Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки, (5), 306–315 https://doi.org/10.32782/3041-2080/2025-5-35
2. Zuievska, N., Sakhno, I., Darmostuk, D., Berezdetskyi, V., & Zuievskyi, Y. (2024). Applied numerical modeling of ballistic missile–soil interaction using ANSYS explicit dynamics. Geo-Technical Mechanics, (171), 190–201. https://doi.org/10.15407/geotm2024.171.190
3. Ma, H. J., Quek, S. T., & Ang, K. K. (2004). Soil–structure interaction effect from blast-induced horizontal and vertical ground vibration. Engineering Structures, 26(12), 1661–1675. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2004.01.014
4. Kuang, J. S., & Tsoi, H. F. (2011). Failure of Blast-Loaded Reinforced Concrete Slabs. Procedia Engineering, 14, 2658–2665. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.334
5. Yarushina, V. M., Podladchikov, Y. Y., & Connolly, J. A. D. (2015). (De)compaction of porous viscoelastoplastic media: Solitary porosity waves. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 120(7), 4843–4862. Portico. https://doi.org/10.1002/2014jb011260
6. Mobaraki, B., & Vaghefi, M. (2024). The Effect of Protective Barriers on the Dynamic Response of Underground Structures. Buildings, 14(12), 3764. https://doi.org/10.3390/buildings14123764
7. Zhou, H., Ren, H., Yi, Z., Wu, X., Nie, X., & Zhang, H. (2025). Anti-blast performance of multilayer protective structure with different sacrificial claddings. Engineering Failure Analysis, 171, 109336. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2025.109336
8. Genç, O. K., Kong, Z., Keshtegar, B., & Thai, D.-K. (2024). Blast-Resistant Design of Reinforced Concrete Slabs with Auxetic-Shaped Reinforcement Layout. Buildings, 14(11), 3392. https://doi.org/10.3390/buildings14113392
9. Hao, H., Hao, Y., Li, J., & Chen, W. (2016). Review of the current practices in blast-resistant analysis and design of concrete structures. Advances in Structural Engineering, 19(8), 1193–1223. https://doi.org/10.1177/1369433216656430
10. Draganić, H., Jeleč, M., Gazić, G., & Lukić, S. (2025). Numerical investigations of reinforced concrete slabs subjected to contact explosions. Buildings, 15(7), 1063. https://doi.org/10.3390/buildings15071063
11. Iannitti, G., Bonora, N., Curiale, G., Muro, S. D., Marfia, S., Ruggiero, A., Sacco, E., Scafati, S., & Testa, G. (2018). Analysis of reinforced concrete slabs under blast loading. Procedia Structural Integrity, 9, 272–278. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.06.035
12. ДБН В.2.6-98:2009 «Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення».
13. ДСТУ Б В.2.7-224:2009 «Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками».
дата першого надходження статті до видання – 12.01.2026
дата прийняття до друку статті після рецензування – 14.02.2026
дата публікації (оприлюднення) – 30.03.2026