Studi kinerja kompresi aksial beton bertulang baja yang dibatasi sengkang untuk dukungan terowongan awal

Abstrak
Tindakan komposit yang tidak memadai antara rangka lengkung baja dan shotcrete dalam sistem pendukung terowongan umumnya menyebabkan debonding antarmuka dan ketidakstabilan struktural, khususnya dalam kondisi geologi yang kompleks. Studi ini memperkenalkan sistem pendukung yang ditingkatkan yang mengintegrasikan behel keliling dengan komponen baja dan shotcrete untuk meningkatkan perilaku kompositnya. Program eksperimen yang komprehensif dilakukan untuk menyelidiki kinerja kompresi aksial melalui spesimen skala penuh, dengan fokus khusus pada jarak behel (50–200 mm) dan rentang ekstensi (0–60 mm). Hasil eksperimen mengungkapkan mekanisme kegagalan yang berbeda dalam konfigurasi yang berbeda: spesimen dengan ikatan konvensional menunjukkan pemisahan antarmuka dan pengelupasan beton, sementara penambahan behel keliling mengubah mode kegagalan menjadi penghancuran terkendali, yang menunjukkan peningkatan tindakan komposit. Analisis kuantitatif menunjukkan bahwa konfigurasi yang dioptimalkan (jarak behel 50 mm, ekstensi 60 mm) mencapai peningkatan 35,57% dalam kapasitas beban ultimit dan peningkatan 147,15% dalam duktilitas dibandingkan dengan ikatan konvensional. Khususnya, spesimen ini mempertahankan 93,88% dari kapasitas beban pamungkasnya bahkan pada tahap pemuatan lanjutan, yang menunjukkan stabilitas struktural yang luar biasa. Peningkatan kinerja terutama disebabkan oleh pengekangan beton yang efektif oleh sistem sanggurdi, yang mencegah terlepasnya ikatan antarmuka prematur dan memungkinkan pemanfaatan kekuatan material yang lebih penuh. Selain itu, kesalahan antara hasil elemen hingga dan hasil eksperimen adalah 3%, yang memverifikasi rasionalitas pemilihan parameter konstitutif dan definisi kontak. Melalui analisis parametrik, disimpulkan bahwa rentang ekspansi sanggurdi 45 mm lebih masuk akal untuk meningkatkan kapasitas dukung pamungkas anggota. Berdasarkan pengamatan eksperimental, model teoritis dikembangkan untuk memprediksi kapasitas kompresi aksial, mencapai kesepakatan dengan hasil uji dalam kesalahan 3%. Temuan ini memberikan panduan kuantitatif untuk mengoptimalkan sistem pendukung terowongan dan memperluas pemahaman terkini tentang perilaku komposit baja-beton dalam rekayasa terowongan.