Home » Structural Engineering
Category Archives: Structural Engineering
Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 4-selesai)
Artikel kali ini merupakan sambungan dari artikel sebelumnya pada tautan berikut.
Hasil analisis memperlihatkan tahapan dan posisi terbentuknya sendi plastis pada saat elemen struktur pertama runtuh hingga kolom lantai bawah dan seluruh struktur runtuh.
Dibawah ini adalah gambar pembentukan sendi plastis pada tiap model pada saat sendi plastis pertama terbentuk, elemen struktur pertama runtuh, hingga seluruh kolom bawah runtuh.
SENDI PLASTIS PADA PORTAL TANPA MODIFIKASI:
SENDI PLASTIS PADA PORTAL + PERKUATAN SAMBUNGAN:
SENDI PLASTIS PADA PORTAL + PERLEMAHAN BALOK:
Dari serangkaian gambar di atas dapat dilihat beberapa hal yang berkaitan dengan perilaku inelastik struktur. Untuk semua model terlihat bahwa sendi plastis pertama selalu terbentuk di balok. Namun pada model Portal biasa (MRF) terlihat bahwa elemen struktur yang mencapai plastis runtuh pertama adalah seluruh kolom bawah, hal ini sebenarnya tidak diinginkan. Sedangkan pada model yang mengalami modifikasi sambungan (4 model) terlihat bahwa elemen struktur yang pertama mencapai keruntuhan plastis adalah balok di tingkat pertama. Perilaku inelastik struktur yang terjadi pada 4 model yang mengalami modifikasi sambungan ini lebih baik jika dibandingkan dengan perilaku yang terjadi pada MRF tanpa modifikasi sambungan.
Pada model yang mengalami modifikasi perkuatan sambungan terbentuk titik kelelehan yang jumlahnya lebih sedikit dibandingkan MRF ataupun Reduced Beam, tetapi jumlah sendi plastis yang sudah mencapai keruntuhan lebih banyak. Pada model yang mengalami perkuatan sambungan terdapat 8 titik keruntuhan plastis (4 pada kolom, 4 pada balok), sedangkan pada Reduced Beam hanya 6 titik (4 pada kolom, 2 pada balok) dan pada MRF hanya 4 titik yang kesemuanya merupakan titik keruntuhan pada kolom. Hal ini menunjukkan bahwa modifikasi sambungan yang dilakukan dapat lebih memberikan jaminan terjadinya mekanisme Strong Column Weak Beam pada portal.
Rekapitulasi terbentuknya sendi plastis dapat dilihat pada tabel di bawah ini,
Dari analisis diatas, dapat disimpulkan bahwa :
- Empat jenis modifikasi sambungan yang dimodelkan seluruhnya memastikan terjadinya mekanisme keruntuhan Strong Column Weak Beam. Hal ini dapat dilihat melalui tahapan – tahapan kelelehan atau terjadinya sendi plastis pada analisis pushover yang menunjukkan terjadinya keruntuhan pada bagian balok terlebih dahulu sebelum terjadinya keruntuhan pada kolom.
- Modifikasi perkuatan sambungan lebih memberikan jaminan mekanisme Strong Column Weak Beamdibandingkan dengan model perlemahan balok. Hal ini terlihat dari lebih banyaknya jumlah balok yang plastis pada model modifikasi perkuatan sambungan dibandingkan dengan jumlah balok yang leleh pada model perlemahan balok.
- Modifikasi sambungan memberikan lebih banyak daerah plastis yang terjadi terlebih dahulu pada balok. Ditinjau dari segi keamanan dan resiko keruntuhan, hal ini menjadi sangat menguntungkan karena berarti bahwa para pengguna gedung yang berada di dalam gedung memiliki lebih banyak waktu untuk menyelamatkan diri sebelum terjadi kegagalan total pada struktur yang ditandai dengan terjadinya keruntuhan pada daerah kolom bawah.
- Modifikasi perkuatan sambungan menyebabkan nilai kapasitas leleh dan kapasitas ultimit struktur menjadi lebih besar daripada portal biasa tanpa modifikasi. Sebaliknya modifikasi sambungan yang dilakukan dengan memperlemah bagian balok menyebabkan kapasitas leleh dan kapasitas struktur menjadi lebih rendah.
- Setelah terbentuk sendi plastis, strukur tetap mengalami peningkatan kekuatan (strain hardening) hingga batas ultimatenya. Modifikasi perkuatan sambungan menyebabkan struktur mengalami strain hardening yang lebih besar dibandingkan dengan portal biasa tanpa modifikasi, sedangkan pada model perlemahan balok terjadi hal yang sebaliknya.
- Modifikasi perkuatan pada sambungan menyebabkan struktur menjadi lebih kaku dibandingkan dengan Portal tanpa modifikasi sambungan. Sebaliknya modifikasi sambungan yang dilakukan dengan memperlemah bagian balok menyebabkan struktur menjadi lebih fleksibel.
- Pada modifikasi perkuatan sambungan, simpangan yang terjadi antara satu kejadian sendi plastis dengan kejadian lainnya memberikan simpangan yang relatif lebih pendek dibandingkan dengan portal biasa tanpa modifikasi sehingga nilai faktor daktilitasnya pun lebih kecil. Hal yang berlawanan terjadi pada modifikasi sambungan Reduced beam Section.
- Berdasarkan analisis tinjauan beberapa parameter kuantitatif dan kualitatif, ketiga model perkuatan sambungan memberikan hasil yang relatif sama.
- Berdasarkan titik kinerjanya, grup model portal A cenderung termasuk pada struktur yang elastis sempurna (μ=1). Hal ini menunjukan bahwa untuk struktur gedung biasa grup model portal A tidak efisien secara ekonomi. Sedangkan grup model portal B berada pada kelompok struktur daktail parsial (5.2 > μ > 1). Hal ini menunjukkan bahwa grup model portal B lebih efisien secara ekonomi, tetapi memang memiliki resiko keruntuhan yang lebih besar.
Seri pembahasan Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” ini sudah selesai. Semoga bermanfaat dan nantikan artikel kami selanjutnya.
Salam,
RAS & Fajar Eka Rahman Telaumbanua
Artikel terkait: Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 1) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 2) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 3)
Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 3)
Artikel kali ini merupakan sambungan dari artikel sebelumnya pada tautan berikut.
Perlakuan detail pada sambungan memberikan pengaruh terhadap struktur secara langsung baik kualitatif maupun kuantitatif. Hal ini diperkuat melalui analisa dengan menggunakan bantuan program SAP 2000 terhadap struktur portal baja sederhana yang dimodelkan pada program tersebut. Model yang digunakan adalah struktur portal baja dengan yang terdiri atas tiga bentang balok yang ditopang oleh empat buah kolom. Jarak untuk masing–masing bentang adalah sebesar lima meter (5m) dan tinggi untuk setiap kolom adalah .empat meter (4m). Bentang balok diasumsikan menopang luasan tributary area seluas 4m x 5m. Keseluruhan elemen struktur (balok dan kolom) menggunnakan baja profil I dengan fy = 240 MPa dan E = 200000 MPa. Kolom yang digunakan adalah IWF350.350.12.19 dan balok yang digunakan adalah Balok 400.200.8.13.
Permodelan Struktur
Hasil analisa kualitatif dan kuantitatif terhadap model struktur didapat dengan melakukan analisis pushover terhadap model yang telah dibuat. Analisis pushover atau biasa disebut sebagai analisis beban dorong statik pada dasarnya merupakan tahapan analisa plastis. Pada analisa ini diberikan beban lateral monotonik tertentu terhadap struktur secara terus menerus sampai tercapai satu target perpindahan lateral dari satu titik acuan (simpangan maksimum).
Analisa pushover ini menghasilkan suatu kurva yang menggambarkan sifat–sifat model srtruktur baik sebelum maupun setelah dilakukan modifikasi pada sambungannya. Parameter–parameter kuantitatif yang didapat dari kurva tersebut adalah kekuatan struktur, kekakuan struktur, serta daktilitas struktur. Berikut kurva yang didapat setelah dilakukan analisis pushover:
Kurva Pushover
Analisis terhadap parameter kekuatan struktur dilakukan berdasarkan tahanan leleh dan tahanan ultimate yang dimiliki oleh struktur tersebut. Tahanan leleh dan tahanan ultimate struktur didapat dari analisis pushover berdasarkan beban lateral statik monotonik yang dibebankan pada struktur. Tahanan leleh didapat dari pendekatan pertemuan kurva linier (elastik) dan nonlinier (inelastik), sedangkan tahanan ultimate didapat dari nilai beban sesaat sebelum terjadi kelelehan pertama pada elemen struktur. Besarnya tahanan leleh dan tahanan ultimate untuk setiap model dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa pada model yang mengalami perkuatan sambungan terjadi kenaikan kekuatan leleh dan kekuatan ultimit. Sedangkan pada model Reduced Beam terjadi penurunan kekuatan.
Analisis kekakuan struktur dilakukan terhadap parameter kekakuan inisial struktur (K) dan kekakuan struktur pasca kelelehan yang timbul akibat pertambahan kekuatan (strain hardening). Nilai kekakuan inisial strukur didapat dari perbandingan beban terhadap regangan pada saat elastik (gradien kurva elastik). Sedangkan nilai kekakuan struktur pasca kelelehan didapat dari perbandingan beban terhadap simpangan pada saat plastis (gradien garis lurus inelastik). Kurva yang dihasilkan pada wilayah plastis (strain hardening) bukan merupakan kurva linier, maka untuk mendapatkan gradien dilakukan pendekatan interpolasi.
Besarnya nilai kekakuan inisial struktur dan kekakuan struktur pasca kelelehan untuk setiap model dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Dari tabel di atas terlihat bahwa model yang mengalami modifikasi perkuatan sambungan memiliki nilai kekakuan inisial struktur yang lebih besar daripada nilai kekakuan inisial struktur portal biasa (MRF). Perkuatan pada wilayah sambungan juga memberikan pengaruh yang cukup signifikan pada kekakuan setelah kelelehan. Pada ketiga model perkuatan sambungan terjadi kenaikan kekakuan strain hardening sekitar 80% atau lebih. Kondisi ini sangat menguntungkan bagi perilaku keruntuhan struktur karena struktur tetap memiliki tahanan yang semakin tinggi sejalan pertambahan beban yang bekerja.
Sedangkan pada model Reduced Beam terjadi penurunan nilai kekakuan inisial struktur dan kekakuan pasca kelelehan jika dibandingkan dengan kekuatan MRF tanpa modifikasi
Faktor daktilitas strukur nilainya cenderung berbanding terbalik dengan nilai kekakuan strukturnya. Daktilitas strukur gedung adalah perbandingan antara simpangan maksimum (δm) pada saat kondisi diambang keruntuhan (ultimate) dengan simpangan struktur pada saat terjadi kelelehan (δy).
Besarnya nilai faktor daktilitas struktur untuk setiap model dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Dari tabel di atas terlihat bahwa model yang mengalami modifikasi perkuatan sambungan memiliki nilai faktor daktilitas struktur yang lebih kecil daripada nilai faktor daktilitas struktur portal biasa (MRF: Moment Resistance Frame). Model Haunch memiliki nilai faktor daktilitas terkecil karena modifikasi model Haunch dengan penambahan profil yang cukup besar memberikan pengaruh kenaikan inersia yang cukup besar pada balok dan kolom di wilayah sambungan sehingga daktilitasnya semakin menurun.
Sedangkan pada model Reduced Beam terjadi kenaikan nilai faktor daktilitas struktur jika dibandingkan dengan kekuatan MRF tanpa modifikasi. Kenaikan yang terjadi tidaklah terlalu besar, hanya sekitar 3 % saja.
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 nilai faktor daktilitas maksimum yang disyaratkan untuk bangunan gedung Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus baja adalah sebesar 5,2.
Secara kualitatif, dapat dilihat bahwa gaya yang bekerja akibat beban ditransfer menjadi simpangan yang lebih besar. Pada suatu struktur ditandai oleh terbentuknya sendi-sendi plastis pada elemen-elemen struktur tersebut yang dirangkai membentuk pola keruntuhan struktur.
bersambung…
Penulis: RAS & Fajar Eka Rahman Telaumbanua
Artikel terkait: Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 1) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 2) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 4 – selesai)
Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 2)
Artikel kali ini merupakan sambungan dari artikel sebelumnya pada link berikut.
Salah satu cara yang digunakan untuk membuat mekanisme SCWB adalah dengan membuat bagian sambungan memiliki tahanan momen yang lebih besar dari pada bagian bentang sehingga sendi plastis terjadi pada bagian bentang balok ( jauh dari sambungan ).
Ada beberapa detail sambungan yang mulai umum digunakan dewasa ini. Setiap detail memiliki karakteristik yang berbeda–beda dengan keunggulan yang berbeda pula. Modifikasi sambungan tersebut adalah : modifikasi sambungan Cover Plate, modifikasi sambungan Flange Rib, modifikasi sambungan Top & Bottom Haunch, dan modifikasi sambungan Reduced Beam.
Modifikasi sambungan Cover Plate adalah modifikasi sambungan yang dibuat dengan menambahkan lempengan kecil pada bagian atas dan bawah bagian flange/sayap balok dengan pengelasan yang memadai untuk mentransfer gaya–gaya yang bekerja pada sambungan ke badan balok. Lempengan pada sayap bagian bawah di las pabrik ke sayap bagian kolom sementara bagian sayap balok dilas lapangan ke kolom. Sayap bagian atas dan bagian cover atas keduanya dilas lapangan ke sayap kolom dengan pengelasan yang umum. Sambungan bagian web bisa dilas ataupun diberi perlakuan high strength bolted. Berikut ilustrasi modifikasi sambuungan Cover Plate:
cover plate
Modifikasi sambungan Flange Rib adalah modifikasi yang dibuat dengan tujuan untuk mengurangi kebutuhan pengelasan pada sayao kolom dan untuk menggeser sendi plastis dari daerah muka kolom ke badan balok. Kemampuan dari kombinasi ini tergantung pada pengelasan sayap di ujung bentang balok. Sambungan bisa mengalami kegagalan pada bagian sayap kolom, walaupun seharusnya tahanan terhadap kegagalan semacam itu lebih baik daripada yang dimiliki oleh cover plate dengan berkurangnya bagian yang dilas.
Pada saat pengetesan, ukuran dari benda uji membutuhkan dua ribs yang dipasang vertikal pada masing–masing bagian sayap. Hal ini tentu saja menambah kebutuhan biaya. Namun, sejumlah tes desain terhadap benda uji yang hanya menggunakan satu buah rib mengindikasikan terjadinya kegagalan yang lebih cepat pada bagian las rib di ujung. Berikut ilustrasi dari modifikasi sambungan Flange Rib:
flange rib
Modifikasi sambungan Top & Bottom Haunch dibuat dengan meletakkan potongan baja profil IWF (haunch) pada bagian atas dan bawah flens. Dari hasil tes yang telah dilakukan sebelumnya, diketahui bahwa sambungan ini telah sukses memenuhi tujuan yang diinginkan.
Namun, sambungan ini termasuk salah satu sambungan yang paling banyak memakan biaya. Biaya dapat dikurangi dengan menghilangkan bagian las antara sayap balok dengan kolom. Namun, kemampuan dari jenis sambungan tersebut masih belum pernah diujikan. Salah satu kelemahan dari sistem ini adalah bahwa keberadaan haunch di atas-bawah balok dapat menimbulkan masalah estetika dan arsitektur.
top-bottom haunch
Pada modifikasi sambungan Reduced Beam Section, bagian balok sengaja diberikan pengurangan luasan pada bagian tertentu untuk menciptakan zona plastis yang berlokasi pada bagian bentang balok, jauh dari muka kolom. Beberapa cara pengurangan bagian balok telah dilakukan. Salah satu metoda yang dilakukan adalah dengan mengurangi bagian sayap balok secara simetris dari garis tengah balok ke dalam bentuk yang biasa disebut sebagai profil “tulang anjing” (dog bone). Perlu diperhatikan bahwa dalam pelaksanaannya, pengurangan luasan harus dilakukan sehalus mungkin untuk mengurangi adanya coakan yang memungkinkan terjadinya keretakan. Cara lain yang biasa dilakukan juga adalah dengan memberikan serangkaian lubang pada bagian sayap balok.
Modifikasi jenis ini banyak dipilih untuk struktur yang menggunakan sistem plat lantai pra-cetak. Dibandingkan dengan modifikasi perkuatan sambungan, modifikasi jenis ini memudahkan perletakan pelat lantai di lapangan karena penyediaan ruang yang tidak terganggu oleh adanya tambahan bentuk yang menonjol diatas sayap balok. Namun, keutungan ini harus dikompensasikan dengan berkurangnya tahanan tekan dari balok. Berikut adalah ilustrasi dari modifikasi sambungan Reduced Beam Section :
reduced beam section
Pada artikel selanjutnya akan dijelaskan hasil analisis setiap sambungan pada sebuah sistem portal baja yang dimodelkan pasa software SAP.
Penulis: -RAS- & Fajar Eka Rahman Telaumbanua
Artikel terkait: Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 1) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 3) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 4 – selesai)
Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 1)
Indonesia merupakan sebuah negara yang secara geografis terletak tepat diatas pertemuan dua lempeng besar bumi yaitu lempeng pasifik dan lempeng asia. Keadaan geografis ini menyebabkan Indonesia menjadi salah satu negara dengan resiko gempa yang besar. Beberapa gempa besar telah tercatat pernah terjadi di Indonesia. Salah satu gempa besar yang baru terjadi adalah gempa tektonik di Aceh pada tanggal 26 Desember 2004 yang berkekuatan kurang lebih 8,9 magnitude yang menyebabkan kehancuan besar di wilayah tersebut.
Kontruksi merupakan hal yang sangat dipengaruhi oleh kondisi kegempaan suatu wilayah. Gedung – gedung tinggi yang merupakan aset wilayah tersebut seringkali menjadi ”korban” ketika gempa terjadi yang kemudian diikuti oleh kerugian lainnya seperti kerugian ekonomi dan terutama kerugian yang timbul akibat jatuhnya korban jiwa ketika terjadi keruntuhan.
Baja sebagai material bangunan menjadi salah satu jalan keluar yang banyak digunakan dalam dunia konstruksi untuk mengatasi permasalahan yang telah disebutkan sebelumnya. Baja menjadi material yang dipilih karena baja memiliki karakteristik keruntuhan yang bersifat ductile sehingga dapat mengurangi resiko kematian bagi para pengguna gedung. Ductile adalah suatu mekanisme yang terjadi pada material baja ketika struktur baja telah berada pada kondisi plastisnya. Ketika mekanisme ini terjadi, baja akan mengalami leleh sebelum pada akhirnya runtuh. Rentang waktu yang ada ketika baja mengalami peristiwa kelelehan memberikan waktu bagi para pengguna gedung untuk menyelamatkan diri, tidak seperti beton yang bersifat getas sehingga mengakibatkan keruntuhan seketika ketika gaya yang bekerja telah melampaui kemampuan maksimum beton.
Namun, meskipun baja memiliki sifat ductile, sistem portal baja yang umum dipakai pada konstruksi terkadang bekerja tidak sesuai dengan yang diharapkan. Pada struktur portal, baja bisa berfungsi sebagai kolom dan balok. Kasus kegagalan yang umum terjadi di lapangan pada portal baja adalah mekanisme keruntuhan Weak Column Strong Beam. Mekanisme ini adalah mekanisme yang terjadi ketika baja yang berfungsi sebagai kolom menunjukkan sifat ductile terlebih dahulu daripada baja yang berfungsi sebagai balok. Mekanisme ini menjadi berbahaya karena menyebabkan keruntuhan seketika pada sebuah struktur bangunan sehingga kemungkinan para pengguna gedung untuk menyelamatkan diri menjadi kecil. Salah satu contoh mekanisme keruntuhan tipe ini adalah keruntuhan sandwich.
Gambar 1: Keruntuhan Sandwich
Tahukah anda bahwa bangunan di dalam foto itu adalah bangunan tingkat atas? Lalu mana lantai dasarnya? Ya itulah keruntuhan sandwich, lantai dasar bangunan ini rata tertimpa struktur diatasnya dan hanya menjadi lapisan tipis seperti sandwich.
Gambar 2: Weak Column Strong beam
Mekanisme keruntuhan yang diharapkan terjadi pada sebuah sebuah struktur adalah mekanisme keruntuhan Strong Column Weak Beam (SCWB) atau “Kolom Kuat Balok Lemah”. Pada mekanisme ini, diharapkan baja yang berfungsi sebagai balok akan menunjukkan sifat ductile-nya terlebih dahulu sehingga yang keruntuhan yang terjadi terlebih dahulu terjadi saat gedung mencapai tahap failure adalah keruntuhan balok.
Gambar 3: Strong Column Weak Beam
Di lapangan, konsep SCWB biasannya didapat dengan memfokuskan pada bagian sambungan antara kolom dan balok karena plastis pada struktur gedung biasanya terjadi di area tersebut. Perlakuan detail pada sambungan biasanya dilakukan untuk mencapai kondisi yang dapat memenuhi mekanisme SCWB. Salah satu cara yang digunakan adalah dengan membuat bagian sambungan untuk memiliki tahanan momen yang lebih besar dari pada bagian bentang sehingga sendi plastis terjadi pada bagian bentang balok (jauh dari sambungan).
Penjelasan tentang modifikasi sambungan akan dibahas di artikel edisi berikutnya.
Penulis: -RAS- & Fajar Eka Rahman Telaumbanua
Artikel terkait: Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 2) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 3) Analisis Modifikasi Sambungan Portal Baja yang Menjamin Mekanisme “SCWB” (Bagian 4 – selesai)
RESULTAN ENGINEERING 