ANALISIS KOLOM LANGSING TUBULAR KOMPOSIT BAJA-BETON DENGAN BEBAN GAYA NORMAL TEKAN EKSENTRIS

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil I (KoNTekS I) Universitas Atma Jaya Yogyakarta Yogyakarta, 11 1 Mei 7 ANALISIS KOLOM LANGSING TUBULAR KOMPOSIT BAJA-BETON DENGAN BEBAN GAYA NORMAL TEKAN EKSENTRIS Bambang Budiono 1, Luhut M.Gultom 1 Guru Besar Program Studi Teknik Sipil-FTSL, Institut Teknologi Bandung Alumni Program Magister Program Studi Teknik Sipil-FTSL, Institut Teknologi Bandung ABSTRAK Analisis ini berisikan pengembangan model numerik dengan cara analisis serat penampang berdasarkan model konstitutif terbaru untuk kolom langsing tubular komposit baja-beton dimana tabung baja diisi dengan beton (untuk selanjutnya disebut Concrete Filled Steel Tubular atau CFT) dengan beban gaya normal tekan eksentris. Analisis perilaku kolom CFT langsing d irepresentasikan dalam hubungan beban-lendutan, momen-kurvatur dan diagram interaksi. Hasil analisis serat penampang CFT kemudian di verifikasi terhadap beberapa pengujian kolom CFT langsing yang pernah diteliti. Hasil verifikasi menunjukkan analisis yang dilakukan akurat. Studi parametrik kemudian dilakukan untuk mengetahui pengaruh kelangsing an kolom, eksentrisitas beban, mutu tabung baja dan mutu silinder beton terhadap perilaku kolom CFT langsing, serta studi perbandingan untuk mengetahui perilaku kolom CFT penam pang lingkaran dan penampang bujursangkar. Hasil analisis menunjukkan bahwa kapasitas dukung beban kolom CFT yang sangat langsing lebih ditentukan oleh tabung baja daripada beton didalam tabung. Terdapat perbedaan pembatasan kelangsingan yang signifikan antara hasil analisis dan peraturan yang ada. Apabila kolom CFT direncanakan untuk dapat menahan beban aksial dan memiliki daktilitas yang besar maka peningkatan mutu beton menjadi beton mutu tinggi akan lebih baik dan lebih ekonomis daripada peningkatan mutu tabung baja menjadi baja mutu tinggi,. Hasil analisis menunjukkan bahwa dengan luas penampang dan tebal tabung yang sama, kolom CFT penampang lingkaran lebih daktail dibandingkan dengan penampang bujursangkar. Kata kunci: Kolom CFT langsing, Beban batas stabilitas, Daktilitas perpindahan, Daktilitas kurvatur. 1. PENDAHULUAN Penggunaan kolom tabung baja yang diisi beton, untuk selanjutnya disebut kolom CFT (Concrete Filled Steel Tubular) telah berkembang akhir-akhir ini pada bangunan bertingkat banyak di negara rawan gempa maupun bebas gempa seperti Amerika Serikat, Jepang, Australia dan Cina karena kelebihan-kelebihan yang dimilikinya, diantaranya: kapasitas menahan beban yang besar, kekakuan dan daktilitas yang tinggi, kapasitas penyerapan energi yang besar dan dapat mengurangi penggunaan cetakan untuk beton. Kelebihannya dalam kapasitas menahan beban yang besar dan penggunaan material mutu tinggi berdampak terhadap pengurangan luas penampang kolom yang menyebabkan kolom menjadi lebih langsing dan luas lantai bertambah. Jenis kolom ini masih jarang digunakan di Indonesia karena pengetahuan yang masih kurang, disamping peraturan lokal yang mengatur tentang perencanaan kolom komposit CFT khususnya untuk kategori kolom langsing belum ada. Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan model numerik dengan cara analisis serat untuk memprediksi secara teoritis perilaku kolom CFT langsing dengan penampang lingkaran dan bujursangkar yang terbuat dari material beton dan tabung baja mutu normal dan mutu tinggi. Kolom dibebani dengan gaya aksial tekan dengan eksentisitas tertentu yang sama pada kedua ujungnya (Gambar 1). Hubungan ISBN

2 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom konstitutif material yang digunakan adalah model Fujimoto, Mukai, Nishiyama, Sakino (4) [] untuk material beton dan tabung baja. Model Fujimoto et.al [] tersebut merupakan model konstitutif terbaru hasil kerjasama penelitian kegempaan Amerika Serikat-Jepang tahap V. Hasil analisis beberapa model konstitutif untuk kolom CFT yang pernah dilakukan Luhut () [6] menunjukkan model Fujimoto et.al lebih akurat dan aman dibanding model konstitutif yang lain seperti model Sakino [8] untuk material beton dan elastis-plastis sempurna untuk material tabung baja. Hasil analisis serat kemudian diverifikasi terhadap beberapa hasil studi eksperimental terdahulu yang pernah dilakukan penulis serta beberapa peneliti lainnya. Bila hasil perhitungan teoritis sudah cukup akurat, kemudian dilanjutkan dengan studi parametrik untuk menganalisa beberapa parameter-parameter penting yang mempengaruhi perilaku kolom CFT langsing, seperti rasio kelangsingan kolom Le/D, rasio eksentrisitas beban e/d, mutu tabung baja fy dan mutu silinder beton fc, serta melakukan studi perbandingan untuk mengetahui perbedaan perilaku kolom CFT penampang lingkaran dengan penampang bujursangkar. Perhitungan teoritis dilakukan dengan bantuan program P-Delta yang dibuat dengan menggunakan bahasa pemograman visual basic for application. P e P Le Gambar 1. Kondisi Pembebanan. RANGKUMAN STUDI EKSPERIMENTAL Studi eksperimental kolom CFT langsing telah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti. Percobaan-perco baan yang pernah dilakukan oleh Kilpatrick dan Rangan (1999) [4], Johansson dan Gylltoft (1) [3] serta Luhut () [7] dirangkum dan ditunjukkan pada Tabel 1. Detail spesimen pada Tabel 1 mencakup klasifikasi kolom langsing berpenampang lingkaran yang terbentuk dari tabung baja mutu normal (kuat leleh fy 4 MPa) dan tabung baja mutu tinggi (kuat leleh fy > 4 MPa) yang diisi dengan beton normal (kuat tekan fc 41 MPa) atau beton mutu tinggi (kuat tekan fc > 41 MPa). Rasio kelangsingan kolom Le/D bervariasi mulai dari 1, hingga 31,61, sedangkan rasio eksentrisitas beban e/d bervariasi mulai dari,6 hingga 1,6. Rasio kelangsingan pelat tabung baja D/t bervariasi mulai dari yang paling kecil (D/t=17,79) sampai ke rasio D/t yang paling besar (D/t=4,38). Kondisi pembebanan yang ditinjau seperti yang ditunjukkan pada Gambar.1, dimana momen lentur dihasilkan dengan memberikan beban aksial dengan eksentrisitas tertentu pada kedua ujungnya. 3. PENGEMBANGAN MODEL NUMERIK Model numerik dikembangkan untuk menganalisa perilaku beban-lendutan, kekuatan dan hubungan momen-kurvatur yang terjadi. Model ini didasarkan pada metode analisis penampang yang dikombinasikan dengan analisis komponen kolom CFT yang mengasumsikan bentuk terdefleksi kolom. ISBN

3 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris 3.1. Hubungan Konstitutif Beton Hubungan konstitutif material beton yang digunakan pada model numerik ini adalah model Fujimoto, Mukai, Nishiyama dan Sakino (4) []. Model ini merupakan persamaan matematika yang diturunkan dari hasil pengujian keempat peneliti diatas untuk hubungan tegangan-regangan beton terkekang yang memperhitungkan peningkatan kekuatan dan daktilitas beton (Gambar ). Bentuk kurva tegangan- dari kuat tekan beton tak terkekang regangan beton yang diusulkan merupakan fungsi σ cp, kuat leleh baja fy dan rasio D/t untuk penampang lingkaran atau rasio B/t untuk penampang bujursangkar. Model ini juga dapat digunakan pada kolom tabung baja yang diisi beton mutu normal atau beton mutu tinggi dan telah diterapkan pada kolom CFT pendek (L/D=3) oleh para peneliti dari Jepang tersebut pada program penelitian kerjasama kegempaan tahap V antara negara Amerika Serikat dan Jepang. Hubungan tegangan-regangan beton pada model ini telah memperhitungkan pengaruh kekangan tabung baja penampang lingkaran terhadap peningkatan kekuatan dan peningkatan perilaku setelah kekuatan maksimum tercapai (daktilitas). Sedangkan pada kolom CFT penampang bujursangkar, hanya diperhitungkan daktilitasnya saja. Faktor lain yang juga telah diperhitungkan pada model ini adalah pengaruh skala pada kekuatan beton, sehingga beton yang dimensi penampangnya lebih besar dari dimensi silinder beton, kuat tekannya akan lebih kecil dibanding kuat tekan silinder betonnya (persamaan 7, 8.a dan 8.b). σ CCB σ CP Beton terkekang penampang lingkaran Beton terkekang penampang bujursangkar egangan T Beton tak terkekang ε CO ε CCO Regangan, ε Gambar. Model tegangan-regangan beton Fujimoto, Mukai, Nishiyama dan Sakino[]. Hubungan tegangan-regangan beton pada kolom CFT diekspresikan oleh persamaan matematika : Dimana untuk : Penampang Lingkaran VX + ( W 1) X Y = 1 + ( V ) X+ WX...(1) Penampang Bujursangkar X=ε c /ε cco Y=σ c /σ ccb X=ε c /ε co Y=σ c /σ cp V=E c.ε cco /σ ccb V=E c.ε co /σ cp σ re =(k/k e ).σ r σ re =½.ρ h.σ sy.(t /b) (σ ccb / σ cp )=K=1+k.(σ r /σ cp ) (σ ccb / σ cp )=K=1 W 1, 17,1 σ 1 3 cp,39 σre = +...() Ec ( 6,9 3,3 σ 3 cp) 1 = +...(3) ISBN

4 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom ( σ ) 1/4 3 cp εco=, (4) εcco / ε co =+ 1 4,7( K 1), jika K 1... (.a) εcco / ε co= 3,3+ ( K 1,), jika K > 1....(.b) σ = σ + k. σ...(6) γ,11 U = B γ U = 1,67 π ccb cp r σcp = σcb γu...(7) 1,67D,untuk penampang lingkaran...(8.a),11,untuk penampang bujursangkar...(8.b) t.,19. σsy r D t ρ 4 / h = ( B t) b σ =...(9)...(1) k=4,1 ; k e = 3 Tabel 1. Rangkuman beberapa hasil studi eksperimental kolom CFT langsing Spesimen Le L D t Le/D D/t fc' Ec fy Es f u ε u P e δ M (mm) (mm) (mm) (mm) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (kn) (mm) (mm) (kn-m) Kilpatrick & Rangan (1999) SC , 1, 34, , ,7 SC , 13,8 SC , 16,61 SC , 19,7 34, , ,9 SC ,,9 SC ,,6 34, 8 - SC , 8,8 34, , ,4 SC , 31,61 34, 8 - SC ,7,4 19,14 4, , , ,4 34, , ,8 34, , , , , , , , ,4 SC ,7,4 19,14 4, , , SC ,7,4 19,14 4, , ,3 SC ,7,4 19,14 4, ,17 4 SC ,7,4 19,14 4, , SC ,7,4 19,14 4, , ,4 SC ,7,4 19,14 4, , , Johansson & Gylltoft (1) J ,8 16,96 33,13 64, , ,4 Luhut & Jefraldi () L ,,6 3, 31,3-3. 4, 1,6 1 1,41,6 L , 3,4,6 17,79 31,3-3. 4, 33, 1,6 4, 3.. Hubungan Konstitutif Tabung Baja Hubungan tegangan-regangan tabung baja pada model Fujimoto, Mukai, Nishiyama dan Sakino (4) [] ditunjukkan pada Gambar 3 untuk penampang lingkaran dan Gambar 4 untuk penampang bujursangkar. 11,3 11,9,91σ sy Tegangan, σ s (MPa) Regangan tarik Es Regangan tekan 1, 8σ sy Gambar 3. Model tegangan-regangan tabung baja Fujimoto et.al untuk penampang lingkaran[]. 4 ISBN

5 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris Nilai tegangan tekan maupun tegangan tarik pada penampang lingkaran adalah sebagai berikut : > Pada saat ε s,91 ε sy ( σ, 91σ st sy ) ( ) ( ε, 91ε ) σ = ε, 91ε +, 91σ s s sy sy su sy...(11) -1,8 ε sy εs,91 ε sy σ = E. ε... (1) ε s < -1,8 ε sy ( σ 1, 8σ st ) ( ) ( ε 1, 8ε s s s sy σ ε 1, 8ε ) 1, 8σ s s sy sy su sy = +...(13) Pada kasus penampang bujursangkar, tabung baja mempunyai pengaruh kekangan yan g lebih kecil dibanding penampang lingkaran dan kemungkinan terjadinya tekuk lokal akan lebih besar terjadi pada tabung baja penampang bujursangkar. Di Jepang, rasio diameter (lebar)-ketebalan tabung baja (B/t) di klasifikasikan menjadi empat kelas yang bergantung pada kapasitas deformasi sendi plastis yang diharapkan terjadi pada tabung baja kosong. Kelas FA adalah tabung baja yang mempunyai faktor daktilitas sebesar 4, kelas FC mempunyai faktor daktilitas sebesar 1 dan kelas FD adalah tabung baja yang akan tertekuk secara elastis. Model ini ditunjukkan pada Ga mbar.4. Kua t tekan tabung baja dengan rasio B/t yang kecil (kelas FA) naik hingga ke nilai yang lebih b esar dari σ sy akibat pengaruh strain hardening, kemudian tekuk lokal akan terjadi seiring dengan penurunan kekuatan tabung. Tekuk lokal pada tabung baja dengan rasio B/t menengah (kelas FC) diasum sikan terjadi bersamaan ketika tegangan leleh σ sy tercapai, sedangkan tekuk pada tabung baja dengan rasio B/t yang besar (kelas FD) terjadi sebelum σ cr mencapai σ sy. Nilai tegangan tekan maupun tegangan tarik model Fujimoto et.al [] untuk tabung baja penampang bujursangkar berdasarkan beberapa kelas dirangkum dalam Tabel. S. σ sy kelas FA kelas FC Tegangan, σs Regangan Tarik E s S.ε sy ε sb ε st Regangan Tekan kelas FD 1,1 σ sy Gambar 4. Model tegangan-regangan tabung baja Fujimoto et.al untuk penampang bujursangkar[]. Parameter umum yang digunakan pada hubungan tegangan-regangan ketiga jenis kelas tabung baja ini adalah : B αs= εsy t 6,9,81 εsb = εsy + 1,1 α α s s...(14)...(1) ISBN

6 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom ( 1,19,7 ) σst σsy αs =...(16) Tabel. Nilai tegangan tekan dan tarik model Fujimoto et.al []untuk tabung baja penampang bujursangkar berdasarkan beberapa kelas. Daerah regangan Kelas FA ( α s 1.4) Kelas FC ( 1.4.3) α s Kelas FD ( α.3) s ε s <-1,1ε sy σ s = -1,1 σ sy σ s = -1,1 σ sy σ s = -1,1 σ sy -1,1ε sy<ε s< S.ε sy σ s = E s ε s σ s = E s ε s σ s = E s ε s S.ε sy <ε s<ε sy ε sy <ε s< ε sb ε sb <ε s<ε st ( 1 S ) σ σ ( ) ( εs εsy ) = + 1 s sy εsy ε sb ( σ st S. σ sy ) ( ) σ = ε S. s ( ) s εsb + σ εst εsb sy ( σ st σ sy ) ( ) ( εst εsy σ s = εs εsy + σ sy ) ( σ st S. σ sy ) ( ) ( s sb ) εst S. εsy σ = ε ε + S. σ s sy ε st <ε s σ s = σ st σ s = σ st σ s = σ st Parameter tiap-tiap kelas S=1/(,698+,18.α s) ε st = 3,9 ε sy + ε sb ε st = 4,9 ε sy S=1/(,698+,18.(4/6,97)α s) ε st = 4,9.S.ε sy 3.3. Analisis Komponen Kolom Analisis komponen kolom terdiri dari pengasumsian bentuk lendutan kolom yang terjadi seperti yang diilustrasikan pada Gambar. Kurvatur pada setiap penampang dapat ditentukan dari pengembangan persamaan diferensial. Kurvatur sepanjang tinggi kolom terintegrasi pada setiap tahap pembebanan untuk menentukan respon bebanlendutan. Lendutan yang dihitung dibandingkan dengan lendutan hasil pengujian dan ketika masih masuk dalam toleransi, hasil hitungan program dianggap telah akurat. Analisis penampang dan analisis komponen kolom di ulang kembali untuk setiap kenaikan lendutan dan kurva beban-lendutan serta momen-kurvatur dapat di plot. Gambar. Model numerik untuk analisis kolom langsing. Bentuk lendutan kolom diasumsikan mengikuti bentuk garis cosinus dan oleh karenanya lendutan ditengah tinggi efektif kolom Le berhubungan langsung dengan kurvatur penampang pada tengah-tengah tinggi efektif kolom. Lendutan dan kurvatur pada setiap titik (y,z) diberikan oleh persamaan : π. z y y o cos L =...(17) 6 ISBN

7 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris d y π π. z y cos o dz L L ρ = =...(18) Dimana L adalah setengah panjang gelombang cosinus yang didapat dari kondisi batas ketika y=e pada z=le/. Substitusi y=e dan z=le/ pada persamaan 17 akan menghasilkan : 4 1 e ρo= ( e+ δo). Cos Le e+ δo Metode yang diusulkan mengasumsikan :...(19) Terjadi interaksi penuh antara tabung baja dan beton didalam tabung. Penampang datar tetap datar setelah melentur. Kekuatan tarik beton tidak signifikan, oleh karenanya dapat diabaikan. Kolom dibebani secara uniaksial dan melentur dengan membuat satu lengkungan. Tidak terjadi torsi pada penampang dan deformasi geser diabaikan. Pemodelan numerik didasarkan pada pendekatan analisis penampang dimana penampang dibagi-bagi menjadi beberapa lapisan yang kecil. Gaya aksial internal P i dan Momen internal M i dapat diketahui dari persamaan : Pi= fsiasi+ fci. Aci...() Mi = fci. Asi. di + fci. A. d ci i...(1) dimana d i adalah jarak lapis ke-i dari garis netral penampang. Dengan terus memperbesar tinggi garis netral kd, m aka akan diperoleh diagram interaksi penampang. Pendekatan berikut ini hampir sama dengan usulan Vrcelj dan Uy () [9] kemudian digunakan untuk menghasilkan kurva beban lendutan, dimana : Analisis pertama-tama dimulai dengan mengasumsi lendutan awal pada tengah bentang kolom δ o dan kemudian menghitung kurvatur penampang pada tengah bentang kolom ρ o berdasarkan persamaan 19. Penampang dibagi menjadi beberapa lapis dengan ketebalan tiap lapis sebesar %D atau %B. Tinggi garis netral kd awal diasumsikan, lalu beban aksial P i dan momen internal M i dihitung berdasarkan persamaan dan 1. Jika kondisi M i = P.(e + δ o ) terpenuhi, maka nilai lendutan δ o dinaikkan dan prosedur sebelumnya diulangi lagi. Jika kondisi M i = P.(e + δ o ) tidak terpenuhi, maka tinggi garis netral kd diiterasi hingga kondisi tersebut terpenuhi. Prosedur ini dapat menghasilkan kurva beban-lendutan, momen-kurvatur dan bebanmomen untuk kolom yang akan di uji, sehingga dapat memberikan perbandingan yang berguna antara hasil teori dengan hasil pengujian Verifikasi Program Verifikasi program dilakukan untuk mengetahui kebenaran dan keakuratan program terhadap perhitungan manual dan hasil eksperimental kolom CFT langsing. Verifikasi program terhadap perhitungan manual dilakukan terhadap diagram interaksi penampang karena pada proses perhitungan diagram interaksi tersebut terdapat bermacam-macam fungsi yang vital dalam menentukan kebenaran dan keakuratan secara keseluruhan hasil kurva beban-lendutan yang ingin dicapai. Perhitungan manual dilakukan dengan bantuan software Microsoft Excel. Data penampang kolom CF T yang digunakan dalam verifikasi program terhadap perhitungan manual ini ISBN

8 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom adalah diameter terluar D = 16 mm untuk kasus penampang lingkaran dan panjang sisi terluar B = 16 mm untuk kasus penampang bujursangkar, tebal t= mm, kuat tekan silinder beton fc = 1 MPa, modulus elastisitas beton Ec = 4. MPa, kuat leleh pipa baja fy = 7 MPa, kuat tarik pipa baja fu = 4 MPa, regangan saat fu (ε u ) =,1 dan modulus elastisitas baja Es = 1. MPa. 3 Hasil Manual Hasil Program Beban Aksial (k N) Momen (kn-m) Gambar 6. Verifikasi hasil program vs hasil manual Seperti yang terlihat pada Gambar 6. diagram interaksi yang dikerjakan oleh program memberi hasil yang sama dengan perhitungan manual dengan bantuan program Excel. Gambar 7 dan Gambar 8 menunjukkan hasil verifikasi program terhadap program referensi. Data material diambil dari data material spesimen yang diuji oleh Fujimoto et.al. []. Hasilnya menunjukkan kurva momen-kurvatur yang hampir sama dengan selisih perbedaan yang sangat kecil. M(kN.m) Program Referensi Program Buatan,,4,6,8,1 φ.d EC4-A-4-3 (P/Po=,3) EC4-A-4-6 (P/Po=,6),96 1 Gambar 7. Verifikasi momen kurvatur penampang lingkaran 6 ER4-A-4-19 (P/Po=,19) M(k N.m) ER4-A-4-7 (P/Po=,7) 4,38 Program Referensi Program Buatan 149,,4,6,8,1 φ.b Gambar 8. Verifikasi momen-kurvatur penampang bujursangkar 8 ISBN

9 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris Gambar 9 dan Gam bar 1 menunjukkan beberapa hasil verifikasi program terhadap beberapa hasil uji eksperimental kolom CFT langsing yang pernah dilakukan oleh Kilpatrick-Rangan (1999) [4] dan Luhut () [7]. Pada Gambar 9 dilakukan offset sebesar kn pada sumbu Beban untuk setiap spesimen SC-3 hingga SC-. Beban, kn, Hasil Eksperiment Hasil Program Lendutan, mm 76 SC- SC-1 SC- SC-3 SC-4 Gambar 9. Verifikasi terhadap hasil uji oleh Kilpatrik Rangan Beban, kn 3, Hasil Eksperiment Hasil Program 6, L1 L 6, Lendutan, mm Gambar 1. Verifikasi terhadap hasil uji oleh Luhut[7] Tabel 3. Perbandingan beban maks.pengujian dan model Spesimen P maksimum P maksimum Rasio pengujian model (uji/model) (kn) (kn) J-1 1.4, 1.48,6,99 SC- 46, 6,,96 SC-1 8, 1,33,94 SC- 184, 193,3,9 SC-3 16, 168,83,96 SC-4 141, 147,49,96 SC- 11, 19,68,93 SC-6 17, 113,94,94 SC-7 96, 1,8,9 SC-9 361, 348,4 1,4 SC-1 39, 31,6 1,3 SC-11 7, 69,8 1, SC-1 4, 44,97,98 SC-13, 4,16,98 SC , 19,96,98 SC-1 18, 164,6,96 L-1 1,6 1,41 1,1 L- 33, 31,64 1, Rata-rata =,98 Standar deviasi =,3 ISBN

10 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom Beban Model, kn Model Unity Beban Pengujian, kn Gambar 11. Verifikasi hasil pengujian dengan model Tabel 3 dan Gambar 11 menunjukkan perbandingan beban maksimum dan penyimpangan yang terjadi antara hasil program dengan hasil pengujian. Nilai ratarata rasio beban maksimum hasil pengujian terhadap hasil program sebesar,98 dengan standar deviasi sebesar,3. Dari hasil verifikasi yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa model numerik kolom CFT yang dikembangkan sudah cukup akurat dalam me mprediksi perilaku kolom CFT langsing dan program dianggap sudah cukup representatif apabila digunakan dalam studi parametrik yang akan dilakukan, untuk menganalisa parameter-parameter yang mempengaruhi perilaku dan kekuatan kolom CFT langsing. 4. STUDI PARAMETRIK Pada bagian ini akan dilakukan studi parametrik untuk menganalisa parameterparameter yang mempengaruhi perilaku kolom CFT langsing penampang lingkaran yang dibebani secara eksentris. Parameter-parameter yang dipertimbangkan disini adalah kelangsingan kolom (Le/D), rasio eksentrisitas (e/d), kuat leleh tabung baja (fy) dan kuat tekan silinder beton (fc ). Data dimensi penampang dan material properties yang digunakan untuk mengetahui pengaruh kelangsingan dan rasio eksentisitas beban adalah sebagai berikut : Bentuk penampang kolom CFT adalah lingkaran Kuat tekan silinder beton fc = 7 MPa Kuat leleh tabung baja fy = 41 MPa Modulus elastisitas tabung baja Es =. MPa Kuat ultimit tabung baja fu = 47 MPa Regangan ultimit tabung baja ε u =,17 Diameter terluar tabung baja D = mm Tebal tabung baja t = mm 4.1. Pengaruh Kelangsingan Rasio tinggi terhadap diameter suatu kolom merupakan sebuah parameter yang bervariasi sepanjang tinggi bangunan gedung bertingkat banyak, dimana dimensi penampang suatu kolom biasanya akan mengecil hingga ke tingkat yang paling atas seiring dengan semakin mengecilnya beban aksial yang dipikul oleh kolom tersebut, 1 ISBN

11 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris sedangkan pada kolom bagian bawah biasanya lebih panjang untuk menciptakan ruang publik yang lebih terbuka dan lebar. Pemakaian material bermutu tinggi juga berpengaruh terhadap dimensi penampang yang menjadi semakin kecil dan akibatnya kolom menjadi lebih langsing. Pengaruh rasio kelangsingan kolom yang dipertimbangkan disini mempunyai nilai yang bervariasi antara 1 dan 3 untuk setiap satu nilai rasio eksentrisitas e/d, sedangkan rasio eksentrisitas beban bervariasi mulai dari,1;,;,1;,1;, dan,. Perilaku beban-lendutan kolom CFT untuk masing-masing rasio kelangsingan dan rasio eksentrisitas diperlihatkan pada Gambar Le/D=1 Le/D=1 Le/D= Le/D= Le/D=3 e/d=, , mm 3.. Le/D=1. e/d=, Le/D=1 1. Le/D= 1. Le/D= Le/D= , mm 3... Le/D=1 e/d=,1 1. Le/D=1 Le/D= 1. Le/D= Le/D= , mm e/d=,1 Le/D=1 Le/D=1 Le/D= Le/D= Le/D= , mm 3.. e/d=,. 1. Le/D=1 1. Le/D=1 Le/D= Le/D= Le/D= , mm 3... e/d=, 1. Le/D=1 Le/D=1 1. Le/D=Le/D= Le/D= , mm Gambar 1. Kurva beban-lendutan pada tiap rasio kelangsingan Gambar 13 merupakan rangkuman rasio Pmaks/Po dan beban maksimum yang terjadi pada setiap rasio kelangsingan dan rasio eksentrisitas, dimana Pmaks adalah beban maksimum yang mampu dipikul, sedangkan Po adalah beban maksimum nominal (Po=As.fy+Ac.fc ). Pada gambar tersebut juga disertakan rasio kelangsingan Le/r berdasarkan perhitungan metode ACI 318- [1] serta AISC-LRFD [] (nilai yang berada dalam tanda kurung) dan diketahui nilai rasio kelangsingan yang dihitung berdasarkan peraturan ACI [1] memberi hasil yang lebih besar dibanding peraturan AISC []. Dari gambar tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar rasio kelangsingan dan rasio eksentrisitas, maka semakin kecil beban maksimum yang dapat dipikul, sedangkan pada kolom dengan rasio kelangsingan yang tinggi yaitu Le/D= dan 3 dan diberi beban hampir konsentris (e/d=,1), maka kapasitas beban maksimum yang dapat dipikul berkurang akibat tekuk elastis yang terjadi. Penentuan batas tekuk elastis dihitung berdasarkan peraturan ACI [1], dimana : ISBN

12 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom π EI Pc ( kl) =...() EI.EcIg EsIt = +...(3) Point ini penting untuk perencanaan kolom CFT langsing, agar dapat membatasi kelangsingan Le/D maksimum sebesar atau saja dan menghindari bekerjanya beban konsentris saat kelangsingan kolom maksimum. Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) 1,,8 Tekuk elastis e/d=,1 e/d=, e/d=, Pmaks/Po,6,4 e/d=,1 e/d=, e/d=, P maks, kn, 648, Rasio Kelangsingan (Le/D) Gambar 13. Pengaruh rasio kelangsingan terhadap Pmaks/Po dan Pmaks Perubahan kekakuan yang terjadi pada kolom CFT sebagian besar disebabkan karena kelelehan pada tabung bajanya. Sebagai contoh pada kolom dengan Le/D=1 dan yang diberi beban dengan eksentrisitas e/d=,1 seperti yang terlihat pada Gambar 14 terjadi perubahan kekakuan yang sangat drastis pada dua titik. Titik yang pertama terjadi saat tabung baja pada serat tekan teratas meleleh. Kekakuan kolom yang sebelumnya konstan menjadi berkurang secara tiba-tiba setelah terjadi kelelehan awal tersebut. Titik yang kedua yang menyebabkan perubahan kekakuan adalah ketika tabung baja pada serat tarik terluar meleleh, yang mengakibatkan kemampuan kolom dalam menahan beban aksial tekan menjadi turun secara drastis. Pada kolom yang sangat langsing (Le/D=3), perubahan kekakuan tersebut sudah nampak sejak awal pembebanan dan kapasitas beban maksimum terjadi bersamaan dengan melelehnya tabung baja bagian tekan pada lendutan yang sangat besar. Dari setiap riwayat pembebanan yang terjadi pada ma sing-masing kelangsingan tersebut, dapat diketahui bahwa kapasitas beban maksimum kolom yang sangat langsing sangat dipengaruhi oleh tabung bajanya. 1 ISBN

13 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris Le/D=1 e/d=,1 Leleh tabung baja tekan Beban Maksimum Leleh tabung baja tarik Le/D= Le/D= , mm Gambar 14. Riwayat pembebanan pada tiap rasio kelangsingan 4.. Pengaruh Rasio Eksentrisitas Dalam kenyataan di lapangan, kolom-kolom pada bangunan gedung bertingkat banyak jarang yang dibebani secara terpusat (konsentris). Dalam prakteknya, semua kolom haruslah didesain untuk dapat menahan beban eksentris yang terjadi karena berbagai faktor seperti ketidaktepatan model kolom dan pembebanan yang tidak simetris. Nilai eksentrisitas beban dipilih sedemikian rupa sehingga dapat mewakili eksentrisitas yang biasa terjadi di lapangan yaitu dengan nilai rasio eksentrisitas (e/d) sebesar,1 sampai,. 1,,8 Pmaks/Po,6,4, Tekuk elastis Le/D=1 Le/D=1 Le/D= Le/D= Le/D=3,,,1,1,,,3 Rasio Eksentrisitas (e/d) Gambar 1 Pengaruh rasio eksentrisitas terhadap beban maks. Dari Gambar 1 dapat diketahui beban maksimum yang mampu dipikul oleh kolom yang sangat langsing (Le/D=3) hampir sama untuk setiap eksentrisitas yang terjadi. Pada kolom sangat langsing yang dibebani dengan rasio eksentrisitas yang kecil (e/d=,1 dan,) kolom akan tertekuk elastis sebelum tabung baja meleleh, tetapi jika beban bekerja dengan rasio eksentrisitas yang besar tidak terjadi fenomena tekuk elastis dan tabung baja akan meleleh sebelum beban puncak tercapai. Poin penting yang dapat disimpulkan disini adalah agar menghindari perencanaan kolom langsing terhadap beban konsentris atau beban dengan eksentrisitas kecil seperti pada kasus kolom yang terdapat di struktur portal yang memikul pembebanan simetris. ISBN

14 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom Gambar 16. menunjukkan riwayat pembebanan kelelehan dan beban maksimum yang terjadi pada setiap eksentrisitas beban untuk kolom CFT langsing dengan rasio kelangsingan. Kolom yang dibebani dengan eksentrisitas yang besar (e/d=,) akan dominan mengalami momen lentur, sehingga tabung baja akan memikul gaya momen yang besar dan lebih dulu meleleh pada bagian tekan dan tarik sebelum kapasitas maksimum.kolom tercapai. Sedangkan pada kasus eksentrisitas beban sangat kecil (e/d=,1) kolom mengalami tekuk elastis sebelum tabung baja bagian tekan meleleh. 3.. Tekuk elastis Le /D=. e/d=,1 Leleh tabung baja tekan Beban Maksimum 1. e/d=, Leleh tabung baja tarik 1. e/d=,1 e/d=, , mm Gambar 16. Riwayat pembebanan pada tiap rasio eksentrisitas Kurva beban-momen yang terjadi pada setengah tinggi efektif kolom diplot kedalam diagram interaksi penampang pada Gambar 17. Momen yang terjadi merupakan momen akibat eksentrisitas dan lendutan yang terjadi di tengah-tengah tinggi efektif kolom, M=P.(e+ ), sedangkan diagram interaksi terdiri dari dua jenis yaitu berdasarkan kondisi ultimit dan kondisi kelelehan awal tabung baja bagian tarik. Untuk diagram interaksi kondisi ultimit, diasumsikan kondisi ultimit terjadi ketika regangan beton pada serat tekan terluar terjadi saat tegangan beton turun menjadi 8% tegangan beton maksimumnya, sedangkan diagram interaksi kondisi kelelehan awal tabung baja tarik adalah kondisi saat regangan tabung baja tarik telah mencapai regangan lelehnya saat pertamakali. Kondisi balance terjadi ketika diagram interaksi kondisi ultimit bersinggungan dengan diagram interaksi kondisi kelelehan awal tabung baja tarik, pada titik beban aksial P sekitar kn. Titik kegagalan kolom dengan Le/D=1 berada dekat dengan garis diagram interaksi. Ini menandakan kolom CFT dengan Le/D=1 bisa masuk dalam kategori kolom pendek. Seiring dengan semakin langsingnya kolom CFT, titik kegagalan kolom berada didalam diagram interaksi dan pada posisi yang lebih rendah. Ini menunjukkan bahwa peningkatan kelangsingan dan eksentrisitas beban ujung kolom akan mengantar pada bentuk kegagalan yang lebih cepat akibat lentur sebagaimana lendutan yang terjadi pada tengah-tengah kolom menjadi sangat besar. 14 ISBN

15 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris L e/d=,1 e /D=1 e/d=, e/d=,1 e/d=,1 e/d=, e/d=, M, knm e/d=,1 P balance L e /D=1. e/d=, 1. e/d=,1 e/d=,1 1. e/d=, e/d=, M, knm e/d=,1 e/d=, e/d=,1 L e /D= e/d=, M, knm e/d=,1 e/d=, e/d=,1 e/d=, M, knm L e /D= L e /D= e/d=,1 e/d=, e/d=,1 e/d=, M, knm KETERANGAN Beban Maksimum Tekuk Elastis Kondisi Ultimit Kondisi kelelehan awal tabung baja tarik Gambar 17 Diagram interaksi dan kurva beban-momen Gambar 18 menunjukkan daktilitas perpindahan yang terjadi pada setiap rasio kelangsingan dan eksentrisitas beban pada kolom CFT. Daktilitas perpindahan µ didefinisikan sebagai perbandingan perpindahan ultimit u dengan perpindahan saat leleh y ( u / y ). Nilai tersebut dihitung berdasarkan nilai perpindahan yang terjadi di tengah-tengah tinggi efektif kolom. Nilai perpindahan leleh didefinisikan sebagai perpindahan saat kelelehan awal tabung baja, sedangkan perpindahan ultimit didefinisikan sebagai lendutan yang terjadi pada bagian kurva descending branch ketika beban yang terjadi sudah sebesar,8 Pmaks. Berdasarkan bentuk grafik yang terdapat pada Gambar.18, dapat diketahui bahwa daktilitas perpindahan akan semakin besar jika rasio kelangsingan dan rasio eksentrisitas semakin kecil. Daktilitas pada kolom pendek lebih besar daripada kolom langsing, terjadi karena kolom pendek lebih kaku dan kondisi kelelehan awal terjadi saat lendutan masih kecil dan kondisi ultimit terjadi saat lendutan relatif telah besar. Pada kolom langsing, kelelehan awal terjadi saat lendutan sudah mendekati beban puncak. Keadaan ini disebabkan karena efek kelangsingan yang memberi pengaruh pelenturan tambahan pada kolom. Akibatnya beban yang dipikul dan daktilitas perpindahan menjadi lebih kecil. Jikalau daktilitas diartikan sebagai besarnya lendutan yang dapat dihasilkan saat beban puncak dan bentuk kurva beban-lendutan pada bagian descending branch yang tidak turun terlalu tajam, maka kolom langsing dapat dikatakan lebih daktail daripada kolom pendek. ISBN

16 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom Daktilitas Perpindahan 16, 14, 1, 1, 8, 6, 4,,, Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) fc'=7 MPa fy=41 MPa fu=47 MPa εu=, Rasio Kelangsingan (Le/D) Terjadi Tekuk e/d=, e/d=,1 e/d=,1 e/d=, e/d=, Gambar 18. Daktilitas perpindahan pada setiap kelangsingan 4.3. Pengaruh Mutu Tabung Baja Kekuatan leleh tabung baja bervariasi pada setiap negara, bergantung pada komponen bahan pembentuk baja dan proses pembuatannya di pabrik. Untuk mengetahui pengaruh kuat leleh tabung baja terhadap perilaku kolom CFT, maka akan digunakan data-data material tabung baja pengujian yang pernah dilakukan oleh Fujimoto et.al [] dan Kilpatrik-Rangan [4] (fy = 83, 41, 79 dan 834 MPa) beserta dengan data tegangan dan regangan ultimit setiap kuat lelehnya (fu = 48, 47, 646 dan 879 MPa, ε u =,91;,17;,1 dan,11), sedangkan modulus elastisitas baja Es ditetapkan sebesar. MPa, rasio eksentrisitas e/d sebesar,1, kuat tekan silinder beton tak terkekang fc = 7 MPa dan rasio kelangsingan pelat tabung baja D/t = 4 untuk mencegah terjadinya tekuk lokal, sedangkan dimensi penampang sama seperti sebelumnya. Gambar 19. memperlihatkan pengaruh mutu tabung baja terhadap rasio Pmaks/Po yang mampu dipikul oleh kolom CFT. Saat kelangsingan kecil (Le/D=1) semua kolom CFT memberikan nilai Pmaks/Po yang sama, tetapi seiring dengan bertambahnya kelangsingan, kolom CFT yang terbuat dari tabung baja mutu sangat tinggi (fy=834 MPa) memberi hasil rasio Pmaks/Po yang lebih kecil dibanding yang lain, sehingga beban maksimum yang dihasilkannya menjadi hampir sama dengan kolom CFT yang terbuat dari tabung baja mutu lebih rendah (Gambar ). 1 Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87),8 fy=83 MPa fy=41 MPa Pmaks/Po,6,4 fy=79 MPa fy=834 MPa, e/d=,1 fc'=7 MPa Rasio Kelangsingan (Le/D) Gambar 19 Pengaruh mutu tabung baja terhadap Pmaks/Po 16 ISBN

17 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris 3 Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) Beban Maksimum, kn e/ D=,1 fc'=7 MPa fy=83 MPa fy=41 MPa fy=79 MPa fy=834 MPa Rasio Kelangsingan (Le/D) Gambar. Pengaruh mutu tabung baja terhadap Pmaks Gambar 1. memperlihatkan riwayat pembebanan yang terjadi apabila kolom CFT dengan rasio kelangsingan yang terbuat dari beton mutu tinggi 7 MPa dan dikombinasikan dengan beberapa jenis mutu tabung baja diberi beban dengan rasio eksentrisitas sebesar,1. Tampak bahwa kelelehan awal pada kolom CFT yang menggunakan tabung baja mutu sangat tinggi (fy=834 MPa) menandai kapasitas dukung beban kolom tersebut. Setelah tabung baja meleleh pada bagian tekannya, kolom tidak mampu menerima beban tambahan dan kemampuannya menahan beban berkurang. Hal yang berbeda terjadi pada kolom yang menggunakan tabung baja mutu normal (fy=83 MPa), dimana kelelehan awal terjadi sebelum kolom mencapai kapasitas dukungnya dan kolom masih mampu menerima beban sebelum akhirnya tabung baja bagian tarik meleleh dan menyebabkan kapasitas dukung kolom menurun. Dalam Gambar 1. juga diikutsertakan kombinasi beton dan tabung baja mutu sangat tinggi (fc =11 MPa dan fy=834 MPa) untuk mengetahui perilaku kolom CFT yang terbuat dari material mutu sangat tinggi. Hasil yang didapat menunjukkan kemiripan dengan kasus tabung baja mutu sangat tinggi (fy=834 MPa) yang diisi beton mutu tinggi (fc =7 MPa) dimana kapasitas dukung beban kolom tetap ditentukan oleh melelehnya tabung baja bagian tekan. Kolom CFT yang terbuat dari material tabung baja mutu sangat tinggi dapat memikul beban maksimum yang lebih besar, tetapi daktilitasnya berkurang (lihat Gambar ) fc'=11 MPa fy=79 MPa fy=41 MPa fy=83 MPa 1 1, mm fy=834 MPa e/d=,1 fc'=7 MPa Le /D= Leleh tabung baja tekan Beban Maksimum Leleh tabung baja tarik Gambar 1. Riwayat pembebanan pada setiap mutu tabung baja ISBN

18 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom Kolom CFT yang menggunakan kombinasi tabung baja mutu rendah dan beton mutu tinggi akan menghasilkan daktilitas perpindahan yang lebih besar daripada menggunakan tabung baja mutu sangat tinggi pada setiap rasio kelangsingan yang ada. Ini dikarenakan tabung baja mutu normal lebih cepat melelehnya pada lendutanlendutan awal karena regangan lelehnya lebih kecil dibanding tabung baja mutu tinggi. Sedangkan perilaku pasca leleh sampai beban maksimum tercapai, tabung baja mutu normal memberi lendutan yang lebih panjang dibanding tabung baja mutu tinggi. Dak tilitas Perpindahan 14, 1, 1, 8, 6, 4,,, Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) fc'=7 MPa e/d=, Rasio Kelangsingan (Le/D) fy=83 MPa fy=41 MPa fy=79 MPa fy=834 MPa Gambar. Daktilitas perpindahan pada setiap mutu tabung baja 4.4. Pengaruh Mutu Beton Mutu beton yang biasa digunakan dalam konstruksi bangunan biasanya bervariasi mulai dari MPa hingga penggunaan beton mutu tinggi tergantung dari fungsi bangunan tersebut. Penggunaan beton mutu tinggi telah berkembang akhir-akhir ini karena kelebihannya dalam kapasitas menahan beban yang besar sehingga dimensi penampang kolom dapat direduksi. Untuk mengetahui pengaruh kuat tekan silinder beton tak terkekang terhadap perilaku kolom CFT, maka akan diambil data-data kuat tekan silinder beton yang bervariasi yaitu sebesar 3,, 7, 9 dan 11 MPa, kuat leleh tabung baja sebesar 41 MPa, kuat tarik ultimit tabung baja sebesar 47 MPa, rasio eksentrisitas e/d sebesar,1 dan rasio kelangsingan pelat tabung baja D/t = 4 untuk mencegah terjadinya tekuk lokal, sedangkan dimensi penampang sama seperti sebelumnya. Gambar 3 dan Gambar 4 memperlihatkan pengaruh mutu beton terhadap beban maksimum yang mampu dipikul oleh kolom. Pmaks/Po 1,8,6,4, Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) e/ D=,1 fy=41 MPa fu=47 MPa fc'=3 MPa fc'= MPa fc'=7 MPa fc'=9 MPa fc'=11 MPa Rasio Kelangsingan (Le/D) Gambar 3. Pengaruh mutu beton terhadap Pmaks/Po 18 ISBN

19 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris Jika dibandingkan dengan penggunaan tabung baja mutu tinggi, penggunaan beton mutu tinggi akan lebih efektif untuk mendapat kapasitas beban dukung yang besar pada kolom pendek maupun kolom langsing. Ini dapat terlihat dari perbandingan Gambar 3 atau Gambar 4 terhadap Gambar 19 atau Gambar, dimana kolom CFT yang menggunakan kombinasi tabung baja mutu sangat tinggi (fy=834 Mpa) dan beton mutu tinggi (fc =7 MPa) akan menghasilkan beban maksimum sebesar.938 kn(pmaks/po=,6) pada rasio kelangsingan 1, sedangkan kolom CFT yang menggunakan kombinasi tabung baja mutu tinggi (fy=41 MPa) dan beton mutu sangat tingg i (fc =11 MPa) akan memberi beban maksimum yang tidak terlalu jauh berbeda yaitu sebesar.671 kn(pmaks/po=,61). Sedangkan pada kolom sangat langsing (Le/D=3), kolom jenis pertama yang disebut diatas memberi Pmaks=867 kn(pmaks/po=,19), jenis kedua memberi Pmaks=931 kn(pmaks/po=,1). Berdasarkan perbandingan tersebut maka penggunaan beton mutu sangat tinggi akan lebih efektif daripada penggunaan tabung baja mutu sangat tinggi, apabila kolom CFT direncanakan untuk dapat menahan beban aksial yang besar, terlebih lagi biaya material beton lebih ekonomis daripada baja Gambar memperlihatkan riwayat pembebanan yang terjadi apabila kolom CFT dengan rasio kelangsingan yang terbuat dari beberapa jenis mutu beton dan dikombinasikan dengan tabung baja yang berkekuatan leleh 41 MPa diberi beban dengan rasio eksentrisitas sebesar,1. Tampak bahwa kolom CFT yang terisi beton mutu sangat tinggi (fc =11 MPa) lebih kaku dibanding yang lain. Pada saat terjadi kelelehan awal pada tabung baja, kekakuannya menjadi berkurang secara drastis, tetapi kolom masih mampu memikul beban hingga beban maksimum tercapai dan mampu mempertahankan beban yang konstan hingga kelelehan pada tabung baja bagian tarik terjadi. Kelelehan tabung baja bagian tarik pada kolom CFT dengan beton mutu sangat tinggi (fc =11 MPa) terjadi lebih cepat daripada kolom CFT yang diisi beton mutu yang lebih rendah. Beban Mak simum, kn Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) e/ D=,1 fy=41 MPa fu=47 MPa fc'=3 MPa fc'= MPa fc'=7 MPa fc'=9 MPa fc'=11 MPa Rasio Kelangsingan (Le/D) Gambar 4. Pengaruh mutu beton terhadap Pmaks ISBN

20 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom Leleh tabung baja tekan Beban maksimum Leleh tabung baja tarik , mm e/ D=,1 fy=41 MPa fu=47 MPa Le /D= fc'=11 MPa fc'=7 MPa fc'=3 MPa Gambar. Riwayat pembebanan pada setiap mutu beton Hal ini dikarenakan beban tekan yang diberikan beton mutu sangat tinggi akan sangat besar dan harus diimbangi oleh gaya tarik tabung baja agar terjadi kesetimbangan gaya. Karena sangat besarnya gaya tekan tersebut maka baja akan cepat pula mencapai regangan lelehnya untuk mengimbangi gaya tekan yang diberikan oleh beton mutu sangat tinggi tersebut. Pada kolom yang sangat langsing (Le/D=3), baik yang menggunakan beton mutu normal maupun beton mutu tinggi, beban maksimum yang dapat dipikul oleh kolom terjadi bersamaan dengan kelelehan kolom. Setelah tabung baja meleleh pada bagian tekannya, kolom menjadi tidak stabil dan kekuatan menahan beban aksialnya menjadi berkurang. Material beton juga tidak dapat mencapai kekuatan tekan maksimumnya akibat pengaruh kelangsingan yang menyebabkan momen lentur tambahan dan membuat kolom menjadi cepat runtuh pada beban aksial yang kecil. Dari kurva pada Gambar 6 dan Gambar 7. dapat diketahui kolom CFT dengan kombinasi beton mutu normal (3 MPa) dan baja mutu tinggi (41 MPa) memberikan hasil daktilitas yang paling tinggi pada kolom dengan rasio kelangsingan yang rendah. Seiring dengan bertambahnya kelangsingan kolom, daktilitas kolom CFT dengan beton m utu normal menurun secara drastis dan menjadi hampir sama dengan kolom CFT yang terbuat dari beton mutu tinggi. Fenomena ini mengindikasikan bahwa pada kolom CFT yang sangat langsing, material beton baik mutu tinggi maupun mutu normal tidak memberikan sumbangan yang cukup berarti terhadap pencapaian daktilitas yang lebih besar, sedangkan pada kolom yang tidak begitu langsing, beton mutu normal yang dikombinasikan dengan tabung baja mutu tinggi (41 MPa) akan memberikan pengaruh terhadap pencapaian nilai daktilitas yang lebih besar. Perilaku ini sesuai dengan sifat beton mutu tinggi yang mempunyai sifat yang lebih getas dibanding beton mutu normal. ISBN

21 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris Daktilitas Perpindahan 14, 1, 1, 8, 6, 4,,, Rasio Kelangsingan (Le/r) 31(9) 46,(43,) 6(8) 77,(7,) 93(87) fy=41 MPa fu=47 MPa εu=, Rasio Kelangsingan (Le/D) fc'=3 MPa fc'= MPa fc'=7 MPa fc'=9 MPa fc'=11 MPa Gambar 6. Daktilitas perpindahan pada setiap mutu beton Daktilitas Kurvatur, µφ fy=41 MPa fu=47 MPa εu=, Rasio Kelangsingan, L e /D Gambar 7. Daktilitas kurvatur pada setiap mutu beton 4.. Faktor Pembesaran Momen Pada bagian ini akan dipelajari faktor pembesaran momen yang terjadi akibat pengaruh kelangsingan dan eksentrisitas pada kolom CFT. Nilai rasio kelangsingan dan eksentrisitas bervariasi seperti sebelumnya, demikian juga dengan dimensi dan bentuk penampang kolom, sedangkan data material propertis beton dan baja sama seperti yang digunakan dalam menganalisa pengaruh rasio kelangsingan, yaitu kuat tekan beton fc = 7 MPa, kuat leleh tabung baja 41 MPa, kuat tarik tabung baja 47 MPa dan regangan ultimit,17. Nilai faktor pembesaran momen δ dihitung berdasarkan: Mc δ. M =...(4) M Pmaks. e =...() dimana M c adalah momen eksternal yang terjadi pada kolom saat beban maksimum yang besarnya diketahui dari perhitungan program, sedangkan M adalah momen pada kolom tanpa memperhitungkan pengaruh kelangsingan, atau momen yang seharusnya terjadi pada kolom pendek, dan e adalah eksentrisitas beban aksial terhadap titik pusat penampang kolom. Gambar 8 memperlihatkan kurva pengaruh rasio eksentrisitas pada setiap rasio kelangsingan terhadap faktor pembesaran momen yang terjadi. Pada gambar, terlihat ISBN

22 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom jelas apabila kolom semakin pendek maka faktor pembesaran momen yang terjadi juga semakin kecil, sedangkan jika kolom semakin langsing maka faktor pembesaran momen semakin besar, tetapi hati-hati jika eksentrisitas beban yang terjadi sangat kecil pada kolom yang sangat langsing, maka bahaya tekuk elastis akan terjadi. Pada Gambar.8, bentuk kurva untuk kolom dengan Le/D sebesar 3 terhenti pada rasio eksentrisitas,1 karena pada rasio eksentrisitas, nilai faktor pembesaran momen menjadi tidak berhingga akibat beban kritis yang terlampaui. Faktor Pe mbesar an Momen Le/D= Le/D= Le/D=1 Le/D=1 Le/D=3 fc' = 7MPa fy = 41MPa fu = 47MPa ε u =,17,,1,1,,,3 Rasio Eksentrisitas (e/d) Gambar 8. Faktor pembesaran momen pada setiap rasio kelangsingan dan rasio eksentrisitas 4.7. Rangkuman Hasil Studi Parametrik Hasil studi parametrik menunjukkan bahwa beban stabilitas kolom yang sangat langsing (Le/D=3), sangat dipengaruhi oleh tabung bajanya daripada beton didalam tabung. Penggunaan beton dan tabung baja mutu tinggi pada kolom CFT yang sangat langsing tersebut akan memberikan pengaruh pada peningkatan kapasitas dukung bebannya, tetapi setelah tabung baja meleleh pada bagian tekannya maka kekuatan kolom menjadi berkurang. Sedangkan pada Le/D=, beban batas stabilitas terjadi sesaat setelah tabung baja meleleh. Kekakuan kolom berubah secara drastis setelah terjadi kelelehan tabung baja tersebut. Eksentrisitas beban berpengaruh terhadap kapasitas dukung kolom. Kolom yang diberi beban dengan eksentrisitas yang besar akan dominan mengalami lentur dan kapasitas beban aksial tekan yang dapat dipikulnya akan berkurang. Kapasitas dukung kolom yang diberi beban dengan eksentrisitas yang besar (e/d>,1) akan terjadi sesaat setelah tabung baja bagian tarik meleleh, tetapi jika eksentritas beban kecil (,<e/d,1) maka kapasitas dukung terjadi setelah atau bersamaan dengan melelehnya tabung baja bagian tekan. Sedangkan apabila kolom yang sangat langsing diberi beban terpusat, maka akan terjadi tekuk elastis.. STUDI PERBANDINGAN Pada Bagian ini akan dilakukan contoh studi perbandingan antara kolom CFT berpenampang lingkaran dengan kolom CFT berpenampang bujursangkar. Tujuan dari studi perbandingan ini adalah untuk mengetahui perbedaan perilaku kolom CFT antara penampang lingkaran dengan penampang bujursangkar dengan luasan penampang dan rasio ketebalan pelat D/t (penampang lingkaran) atau B/t(penampang bujursangkar) yang sama. Masing-masing kolom termasuk dalam kategori kolom langsing dan terbuat dari material beton dan baja mutu tinggi. Dimensi penampang dipilih dimensi ISBN

23 Analisis Kolom Langsing Tubular Komposit Baja-Beton dengan Beban Gaya Normal Tekan Eksentris yang umum digunakan dalam pelaksanaan konstruksi bangunan. Data-data penampang dan material yang digunakan dirangkum dalam Tabel.3. dibawah ini. Bentuk Penampang Tabel 3. Data penampang dan material t Lingkaran t Bujursangkar D B Material Propertis Satuan Diameter D (Lebar B ) 4 4 mm tebal tabung t 4, 4 mm D/t (B/t) 1 1 Luas beton Ac 1.74, , mm Luas tabung baja As 6.98, , mm Luas penampang Ag 19.43,13 16., mm As/ Ag,396,396 Momen Inersia beton Ic mm Momen Inersia baja Ist mm Kuat tekan beton fc' 7 7 MPa Modulus Elastisitas beton Ec 3.39, ,33 MPa Tegangan leleh tabung baja fy MPa Modulus Elastisitas baja Es.. MPa Tegangan batas tabung baja fu MPa Regangan batas ε u,17,17 Rasio eksentrisitas e/d (e/b),1,1 Tinggi efektif Le 8 8 mm Rasio kelangsingan Le/r * 7,67 6,19 * Perhitungan rasio kelangsingan berdasarkan peraturan ACI [1] Model konstitutif yang digunakan dalam menganalisa kekuatan dan perilaku kolom CFT ini adalah model Fujimoto, Mukai, Nishiyama dan Sakino (4)[]. Berdasarkan persamaan 1, dapat diketahui hubungan tegangan-regangan beton terkekang untuk penampang lingkaran dan bujursangkar. Perbandingan teganganregangan beton terkekang antara penampang lingkaran dengan bujursangkar dengan luas penampang A g yang sama diperlihatkan pada Gambar σ ccb Kuat Tekan fc (MPa) σ CP,8 σ CP,8 σ ccb Lingkaran (Ag=19cm ) Bujursangkar (Ag=16cm ) 1,,,1,1,,,3 Regangan ε c Gambar 9. Hubungan tegangan-regangan beton Hubungan tegangan-regangan tabung baja penampang lingkaran dapat diketahui dari persamaan 11 sampai 13, sedangkan penampang bujursangkar dapat diketahui dari persamaan 14 sampai 16 dan dari Tabel. Perbandingan tegangan-regangan tabung baja antara penampang lingkaran dengan bujursangkar diperlihatkan pada Gambar 3. ISBN

24 Bambang Budiono, Luhut M.Gultom Tegangan f s (MPa).1. Kekuatan Penampang ,3 -, -,1, -1,1,,3 Tarik Regangan ε s Lingkaran (Ag=19cm ) Bujursangkar (Ag=16cm ) Tekan Gambar 3. Hubungan tegangan-regangan tabung baja Kekuatan penampang direpresentasikan melalui diagram interaksi kedua penampang tersebut dan hasilnya ditunjukkan oleh Gambar 31. Pada gambar tersebut disertakan pula penampang lingkaran dengan diameter dan rasio D/t yang sama dengan penampang bujursangkar (D=4 mm, D/t=1, Ag=17 cm ) untuk mengetahui perbandingan kapasitas kekuatannya dengan penampang bujursangkar pada kasus jika diameternya sama dengan lebar penampang bujursangkar. 14. B eban Aksial P (kn) Lingkaran (Ag=19cm ) Bujursangkar (Ag=16cm ) Lingkaran (Ag=17cm ) Momen Μ (kn.m) Gambar 31. Diagram interaksi penampang Kapasitas penampang diasumsikan terjadi ketika regangan tekan beton serat teratas telah mencapai kondisi ultimit. Didefinisikan regangan beton ultimit ε u terjadi ketika tegangan beton fc tereduksi sebesar 8% dari tegangan maksimum beton σ ccb (σ cp ), sehingga dari persamaan 1 dapat diketahui ε uc =,1 untuk penampang lingkaran dan ε uc =, untuk penampang bujursangkar seperti yang terlihat pada Gambar 9. Hasil diagram interaksi yang ditunjukkan pada Gambar 31., mengindikasikan penampang lingkaran mempunyai kapasitas dukung beban dan lentur yang lebih besar dibanding penampang bujursangkar untuk kasus luas penampang Ag dan rasio D/t(B/t) yang sama, tetapi untuk kasus diameter atau lebar penampang dan rasio D/t(B/t) yang sama, penampang bujursangkar mempunyai kapasitas dukung yang lebih besar, terutama kapasitas dalam menahan momen lentur. 4 ISBN