ANALISA KINERJA LINK TERHADAP VARIASI TIPE PENGAKU PADA RANGKA BERPENGAKU EKSENTRIS

Transkripsi

1 ANALISA KINERJA LINK TERHADAP VARIASI TIPE PENGAKU PADA RANGKA BERPENGAKU EKSENTRIS Alfin Septya Nugroho, Data Iranata, Budi Suswanto. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Sistem Rangka Bresing Eksentris (SRBE) merupakan salah satu sistem penahan gempa yang paling efektif untuk digunakan di daerah rawan gempa seperti Indonesia. Untuk konteks Indonesia, dengan dikeluarkannya peraturan perencanaan bangunan baja, SNI , maka kinerja SRBE yang didesain untuk wilayah zona gempa kuat di sebagian wilayah Indonesia perlu mendapat perhatian khusus. Studi ini menggunakan SRBE dengan tipe link inverted-v. Metode yang digunakan untuk mengevaluasi kinerja struktur dengan membandingkan geser murni, dominan geser, dominan lentur, dan lentur murni. Evaluasi kinerja ini meliputi duktilitas, energi dispasisi, kekakuan, kekuatan, akibat perubahan tipe pengaku link yang digunakan dengan variable rasio panjang link, analisa ini juga dilakukan menggunakan analisis statis dengan metode pushover nonlinear menggunakan program bantu ETABS dan analisa nonlinier tipe pengaku terhadap panjang link dengan bantuan program MIDAS FEA. Dalam tugas ini akan di cari prilaku tipe pengaku biasa, cross, dan truss.untuk mendapatkan nilai energi disipasi bisa menggunakan metode luasan area dibawah grafik monotomik. Tipe pengaku truss ini sangat baik dalam menyalurkan energi disipasi serta menahan tegangan geser dan tegangan normal terutama pada link geser dan dominan geser. Namun dalam kondisi link lentur murni dan dominan lentur, permodelan menggunakan pengaku jenis cross memiliki energi disipasi yang lebih besar dibanding pengaku jenis lainnya. Sedangkan penggunaan pengaku biasa memiliki kepasitas tegangan yang stabil dalam semua kondisi panjang link. Penggunaan link secara berlebihan dapat membuat struktur lebih rigid pada bagian link, sehingga kegagalan dimungkinkan terjadi pada balok diluar link. Kata Kunci : SRBE, link, duktilitas, energi dissipasi, stiffener/pengaku link, displacement, dan pushover, Midas FEA, ETABS.. I. PENDAHULUAN S stem yang umum dipakai untuk menahan beban gempa dalah Momen Resisting Frame (MRF) dan Concentrically Braced Frame (CBF). MRF bersifat daktail tetapi kurang kaku untuk memenuhi persyaratan drift control sedangkan CBF bersifat kaku tetapi memiliki kemampuan menyalurkan energi yang terbatas. Untuk mengatasi kekurangan dari MRF dan CBF maka digunakan struktur lain yaitu Eccentrically Braced Frame (EBF). EBF merupakan konsep desaing bungan antara konsep daktilitas dan disipasi energi yang baik dari desain MRF dengan karakteristik kelakuan elastik yang tinggi dari desain CBF. EBF biasa disebut sebagai system hybrid antara system rangka pemikul momen dan CBF karena EBF mampu memikul kombinasi antara beban rangka dan truss. EBF memiliki daktilitas yang tinggi seperti halnya pada system rangka penikul momen, tetapi juga memiliki kekakuan yang tinggi seperti CBF [1]. EBF diharapkan menahan deformasi inelastis yang signifikan pada link saat struktur mengalami gaya gempa. Type dari EBF memiliki berbagai desain seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini. Gambar 1. Desain dari EBF (AISC, 25) Konsep desain EBF adalah link ditetapkan sebagai bagian yang akan rusak sedangkan elemen lain tetap berada dalam kondisi elastik. Kelelehan yang terjadi pada elemen link dapat berupa kelelehan geser atau kelelehan lentur [2]. Perilaku dari link sangat ditentukan oleh panjangnya. Semakin pendek link tersebut maka semakin besar pengaruh gaya geser pada kinerja inelastic [3]. Dari penelitian yang sudah ada sebelumnya menganalisa desain link pada EBF tehadap rasio panjang balok dan tinggi kolom.untuk menghasilkan desain EBF yang paling optimum maka pada tugas akhir ini akan menganalisa panjang link dengan desain konfigurasi EBF tipe inverted V dengan program bantu

2 2 Finite Element Analysis. Hasil dari analisa struktur ini akan dibandingkan dengan hasil eksperimental yang sudah ada. II. URAIAN PENELITIAN A. Jenis dan Konsep Penelitian Penelitian ini membandingkan dari 4 jenis tipe link yaitu link geser murni, dominan geser, dominan lentur, dan lentur murni. Dari keempat jenis link ini akan dibandingkan dari segi daktilitas dan kegagalan strukturnya. Untuk mengetahui kegagalan struktur maka parameter yang digunakan yaitu tegangan dan regangan yang terjadi pada link. Dari hasil analisa tersebut dapat diketahui type link yang paling optimum digunakan. B. Proses Penelitian Proses penelitian ini ditampilkan dalam sebuah diagram alir metodologi yang dapat dilihat pada diagram alir dibawah ini : Gambar 2 Desain Model Portal L = Panjang portal = 6 m, H = Tinggi Portal = 4 m. Tabel 1 Desain Perencanaan Link Preleminary Design Untuk mendapatkan kinerja maksimal dari link yang ditinjau digunakan, pembebanan gempa diasumsikan dengan beban gempa dari Zona 6 Tabel. 2 Desain Perencanaan Profil Struktural Elemen Struktur Dimensi Penampang Link WF Balok di luar link WF Bracing WF ,5.9 Penjelasan dari diagram alir serta metodologi secara rinci terkait penelitian kinerja link. C. Desain Perencanaan EBF Dalam studi kasus kali ini yang akan dipelajari secara detail adalah perilaku elemen struktur pada SRBE yaitu link. Jenis struktur yang akan digunakan adalah SRBE tipe split K dan horisontal link. Yang dibuat menjadi variabel dalam studi kali ini adalah rasio panjang link (e) terhadap tipe pengaku badan atau sayap ( stiffeners). Untuk mengkaji perilaku link maka data yang diharapkan adalah data kekakuan struktur dari analisa statis non linear terhadap rasio panjang link terhadap tipe pengaku balok, adapun model strukturnya dan variabelnya dapat dilihat pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3 dibawah ini Kolom WF Pengaku (Stiffner) III. HASIL DAN DISKUSI Pelat 1 mm A. Analisa Pushover Hasil analisa pushover pada struktur berupa kurva kapasitas struktur antara Base Reaction Vs Displacement seperti dalam gambar di bawah ini

3 3 Pushover,4 m Pushover 1,5 m Gambar 3. Kurva Kapasitas Struktur e =, Pushover,6 m Gambar 4. Kurva Kapasitas Struktur e =, Pushover,8m Gambar 5. Kurva Kapasitas Struktur e =, Pushover 1 m Gambar 6. Kurva Kapasitas Struktur e = 1 Gambar 7. Kurva Kapasitas Struktur e = 2,5 Pushover 2 m Gambar 8. Kurva Kapasitas Struktur e = 2 Pushover 2,5 m Gambar 9. Kurva Kapasitas Struktur e = 2,5 Pushover 3 m Gambar 1. Kurva Kapasitas Struktur e = 3

4 4 Dari hasil analisa pushover dapat dilihat perbandingan antara base force dan displacement yang terjadi. Selanjutnya dari hari hasil diagram base force dan displacement akan dicari tingkat daktilitas dari masingmasing type EBF Faktor daktilitas adalah rasio antar simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan dan simpangan struktur saat terjadinya pelelehan pertama dalam struktur gedung. Tabel 3 Daktilitas strukutur Jenis Link δm δy Daktilitas Struktur Link,4 m Link,6 m Link,8 m Link 1 m Link 1.5 m Link 2 m Link 2,5 m Link 3 m B. Analisa Hasil Program Bantu Finite Element Analysis Dalam permodelan finite element analysis, beban yang digunakan yaitu beben displacement pada daerah surface balok sebesar 1 mm arah X serta beben pressure yang diberi load faktor hingga 3 kali. Dalam analisa ini kami menggunakan program software MIDAS FEA. Kami melakukan analisa non linier dengan data input berikut: Data Von Mises E = 2 N/mm 2 Poition Ratio,3 Initial Yield 25 Mpa Masukkan Grafik Strain Hardening (Gambar 11) Pada Gambar 11 menunjukkan pola prilaku yang di input dalam data Von Mises. Nilainya yaitu Fy 25Mpa dengan nilai regangan,125. Kemudian kondisi plastis yaitu pada nilai tegangan 25,5 Mpa dengan nilai regangan 2x,125. Kemudian tegangan ultimate Fu 41 Mpa dengan nilai regangan,18 dan putus pada regangan maksimum,33. Gambar 12. Hasil Tegangan panjang link,4 m tipe pengaku biasa pada final increment Gambar 13. Hasil Tegangan panjang link,4 m tipe pengaku cross pada final increment Gambar 14. Hasil Tegangan panjang link,4 m tipe pengaku truss pada final increment Gambar yang di sajikan merupakan gambar pada load faktor pertama dengan beban awal 1 mm pada surface. Dimensi dan jarak pengaku yang dimodelkan berdasarkan sifat dari link tersebut. Gambar 15. Hasil Tegangan panjang link 1 m tipe pengaku biasa pada final increment Gambar 11. Hasil Tegangan panjang link 1, m pada akhir increment Dari hasil solve Midas FEA dapat kita lihat kinerja prilaku link dengan membandingkan tingkatan warna pada daerah link pada permodelan yang dibuat. Dari hasil running Midas FEA kita dapat mengeplot Grafik Von Mises, Grafik Tegangan Geser dan regangan, Grafik Tegangan Normal dan regangan serta Grafik Base force dengan Displacement. Gambar 16. Hasil Tegangan pengaku tipe pengaku cross panjang link 1 m pada final increment

5 5 Gambar 17. Hasil Tegangan panjang link 1 m Tipe pengaku truss pada final increment Gambar 22. Hasil Tegangan panjang link 3 m Tipe pengaku cross pada final increment Gambar 18. Hasil Tegangan panjang link 1,5 m Tipe pengaku biasa pada final increment Gambar 23. Hasil Tegangan panjang link 3 m Tipe pengaku truss pada final increment Untuk daerah link. Gambar 19. Hasil Tegangan panjang link 1,5 m Tipe pengaku cross pada final increment Gambar 2. Hasil Tegangan panjang link 1,5 m Tipe pengaku truss pada final increment Gambar 21. Hasil Tegangan panjang link 3 m Tipe pengaku biasa pada final increment Gambar 24 Grafik Hubungan Gaya dengan Perpindahan terhadap variasi tipe pengaku dengan panjang link,4 m Dari grafik Force Base vs Displacement dapat menunjukkan bahwa link bekerja dengan prilaku yang sama dan dengan besaran displacement yang hampir sama didukung dengan Force Base yang tidak jauh beda. Dalam kondisi ini perbedaan jenis pengaku tidak terpengaruh pada struktur total tetapi pada tegangannya saja. Namun bila kita melihat Gambar 24 yang merupakan Grafik Monotonik maka nilai Energi disipasi didapatkan dengan menghitung luasan dibawah Gambar 24, Gambar 24 dapat disimpulkan bahwa pengaku tipe Truss merupakan pengaku yang memiliki nilai energi disipasi yang tinggi.

6 6 Dari Gambar 27 Force Base vs Displacement dapat menunjukkan bahwa link bekerja dengan prilaku yang sama dan dengan besaran displacement yang hampir sama didukung dengan Force Base yang tidak jauh beda. Dalam kondisi ini dapat kita lihat besaran energi disipasi dari pengaku tipe cross dibanding tipe truss, memang pengaku tipe truss dominan dalam mnyalurkan tegangan normal, namun tidak halnya dengan energi disipasinya. Gambar 25 Grafik Hubungan Gaya dengan Perpindahan terhadap variasi tipe pengaku dengan panjang link 1 m Dari Gambar 25 dapat menunjukkan bahwa link bekerja dengan prilaku yang sama dan dengan besaran displacement yang hampir sama didukung dengan Force Base yang tidak jauh beda. Bila kita melihat Gambar 25 kita dapat menilai bahwa untuk pengaku tipe trust memiliki energi disipasi yang lebih besar dibandingkan dengan pengaku lainnya. Gambar 26 Grafik Hubungan Gaya dengan Perpindahan terhadap variasi tipe pengaku dengan panjang link 1,5 m Dari Gambar 26 Force Base vs Displacement dapat menunjukkan bahwa link bekerja dengan prilaku yang sama dan dengan besaran displacement yang hampir sama didukung dengan Force Base yang tidak jauh beda. Dalam kondisi ini dapat kita lihat besaran energi disipasi dari pengaku tipe cross dibanding tipe truss, memang pengaku tipe truss dominan dalam mnyalurkan tegangan normal, namun tidak halnya dengan energi disipasinya. Dari Gambar 26 dapat ditarik kesimpulan bahwa pengaku tipe cross paling baik dalam menahan gaya lateral, kekakuan dan meningkatkan kemampuan link dalam disipasi energi. Gambar 27 Grafik Hubungan Gaya dengan Perpindahan Terhadap variasi tipe pengaku dengan panjag link 3, m KESIMPULAN/RINGKASAN Setelah dilakukan analisa pushover dan analisa menggunakan Program Bantu Finite Element Analysis maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: - Dari hasil analisa pushover maka diketahui bahwa link dengan panjang,4 m memiliki nilai daktilitas yang tinggi yaitu 18.7, sedangkan link dengan panjang 3 m memiliki daktilitas terkecil yaitu Dengan demikian apabila daktilitas semakin besar maka kekakuannya juga semakin kecil sehingga kerusakan yang terjadi pada struktur akan lebih kecil. - Elemen EBF akan terkena leleh terlebih dahulu yaitu link. Selanjutnya kolom dan balok. - Dari data MIDAS FEA didapat bahwa pada kondisi link geser murni dengan panjang link,4 m pengaku yang dominan dan efektif dalam menyalurkan energi disipasi adalah pengaku jenis truss, selain itu pengaku tipe truss ini juga baik dalam menahan tegangan geser pada link geser murni. - Dominan geser link dengan panjang 1m pada permodelan Midas FEA, pada permodelan pengaku yang paling efektif dalam menahan beban geser adalah pengaku tipe truss sedangkan pengaku yang dominan dalam menahan tegangan normal adalah pengaku biasa. Pengaku tipe truss juga memiliki energi disipasi yang besar. - Dominan lentur dan lentur murni, dengan permodelan panjang link (1,5 m dan 3m) pengaku jenis Cross memiliki energi disipasi yang lebih besar dibandingkan pengaku lainnya. Dan pada kondisi lentur ini pengaku tipe cross sangat baik dan stabil dalam menahan tegangan normal yang terjadi pada daerah tepi link - Dari hasil analisa didapatkan bahwa penggunan pengaku secara maksimum dapat membuat sturktur lebih rigid, sehingga kegagalan terjadi tidak pada daerah link namun pada balok diluar link. DAFTAR PUSTAKA [1] Bambang Budiono, Yurisman, Nidiasari, 211, Perilaku Link Panjang Dengan Pengaku Diagonal Badan Pada Sistem Struktur Rangka Baja Tahan Gempa. [2] Engelhardt, Michael D, Popov, Egor P, 1989, On Design of Eccentrically Braced Frames, Earthquake Spectra Vol.5, No.3. [3] Jefrey W. Berman, Michael Bruneau, 28, Turbular Links for Eccentrically Braced Frames. [4] Septya Nugroho, Alfin, Analisa Kinerja Link Terhadap Variasi Tipe Pengaku Pada Rangka Berpengaku Eksentris, Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember (213).