ANALISA KINERJA STRUKTUR BETON BERTULANG DENGAN KOLOM YANG DIPERKUAT DENGAN LAPIS CARBON FIBER REINFORCED POLYMER (CFRP)

Transkripsi

1 ANALISA KINERJA STRUKTUR BETON BERTULANG DENGAN KOLOM YANG DIPERKUAT DENGAN LAPIS CARBON FIBER REINFORCED POLYMER (CFRP) TUGAS AKHIR Oleh : I Putu Edi Wiriyawan NIM: JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016

2 ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari struktur beton bertulang dengan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) yang diperkuat dengan penambahan lapisan Carbon Reinforced Polymer (CFRP) sebagai external confinement sebanyak 3 lapis dan 5 lapis. Analisis dilakukan dengan memodel 3 jenis struktur menggunakan SAP 2000v15. Struktur 1 (M1) merupakan struktur SRPMK yang mengalami level kinerja collapse pada elemen struktur kolomnya, kemudian struktur tersebut diperkuat dengan cara mengubah penampang persegi pada kolom menjadi lingkaran dan dilapisi dengan CFRP sehingga menjadi struktur 2 (M2) dengan 3 lapis CFRP dan Struktur 3 (M3) dengan 5 lapis CFRP. Struktur dianalisis terhadap beban gravitasi dan beban gempa yang mengacu pada ketentuan SNI 1726:2012 (SNI-Gempa) dan kemudian dilakukan analisis pushover menggunakan bantuan program SAP 2000v15. Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) M1 mencapai kondisi batas pada nilai base shear N untuk arah X dan N untuk arah Y yang lebih kecil 29,68% arah X dan 31,19% arah Y dibandingkan M2 dan nilai base shear M1 lebih kecil 29,3% arah X dan 29,88% arah Y dibandingkan M3, ini menandakan bahwa kemampuan struktur M1 lebih lemah dalam memikul gaya gempa. Tetapi dengan displacement yang lebih besar pada kondisi batas struktur M1 memiliki kemampuan inelastic yang lebih baik dibandingkan M2 dan M3. Kata kunci : analisis pushover, base shear, collapse, CFRP, SRPMK, i

3 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-nya Penelitian dengan judul Analisa Kinerja Struktur Beton Bertulang dengan Kolom yang Diperkuat Lapis Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) dapat diselesaikan, yang merupakan persyaratan dalam menyelesaikan studi strata 1 (satu) di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada pihak-pihak yang telah turut membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam proses penelitian maupun saat penulisan penelitian. Terima kasih secara khusus saya sampaikan kepada Ida Bagus Rai Widiarsa,ST,.MASc.,Ph.D dan Ir. Ida Ayu Made Budiwati, MSc., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing Penelitian, kepada kedua orang tua, serta teman-teman kost dan seluruh keluarga atas dorongan semangat dan doa yang diberikan. Terima kasih pula kepada teman-teman mahasiswa Teknik Sipil angkatan 2010 dan semua yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu. Penulis menyadari bahwa Penelitian ini masih banyak terdapat kekurangan, karena keterbatasan ilmu yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Laporan ini. Atas perhatiannya penulis ucapkan terima kasih. Denpasar, 19 Januari 2016 Penulis ii

4 DAFTAR ISI ABSTRAK... UCAPAN TERIMA KASIH... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN... DAFTAR NOTASI... i ii iii v vii viii ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penulisan Batasan Masalah... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Beton Bertulang FRP Perekat (Adhesive) Model Pengekangan Perilaku Struktur Terhadap Beban Gempa Pembebanan Gempa Berdasarkan SNI 1726: Gaya Geser Dasar Gempa dan Beban Lateral Gempa Analisa Statik Nonlinier Pushover Mekanisme Sendi Plastis Idealisasi Kurva Pushover Target Perpindahan Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 273/356) Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) Kombinasi Pembebanan Penelitian yang Berkaitan BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pemodelan Struktur Data Struktur Prosedur Analisis BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Analisis Struktur Dimensi Struktur Penulangan Struktur Kontrol Simpangan Analisis Pushover Analisis Kurva Pushover Target Perpindahan iii

5 4.4 Evaluasi Kinerja Struktur Model 1 Struktur Awal Tanpa Perkuatan dan Modifikasi Dimensi Kolom Jumlah dan Posisi Sendi Plastis pada M1 Arah X Jumlah dan Posisi Sendi Plastis pada M1 Arah Y Model 2 Struktur yang Mengalami Modifikasi pada Dimensi Kolom dan Pelapisan 3 Lapis CFRP pada Kolom Jumlah dan Posisi Sendi Plastis M2 Arah X Jumlah dan Posisi Sendi Plastis M2 Arah Y Model 3 Struktur yang Mengalami Modifikasi pada Dimensi Kolom dan Pelapisan 5 Lapis CFRP pada Kolom Jumlah dan Posisi Sendi Plastis M3 Arah X Jumlah dan Posisi Sendi Plastis M3 Arah Y Cek Evaluasi Kinerja Struktur BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kedudukan Batang-Batang Tulangan dalam Balok Beton Bertulang... 5 Gambar 2.2 Effective Core for Steel Straps-Confined Columns... 9 Gambar 2.3 Mekanisme Keruntuhan Ideal Suatu Struktur Gedung dengan Sendi Plastis Terbentuk pada Ujung-Ujung Balok dan Kaki Kolom Gambar 2.4 Peta Spektra 0,2 detik untuk Periode Ulang Gempa 2500 tahun Gambar 2.5 Peta Spektra 1 detik untuk Periode Ulang Gempa 2500 tahun Gambar 2.6 Kurva Hubungan Perpindahan dan Gaya Geser Dasar Gambar 2.7 Kurva Hubungan Gaya-Perpindahan Serta Karakteristik Sendi Plastis dan Informasi Level Kinerja Bangunan Gambar 2.8 Idealisasi Kurva Pushover Gambar 2.9 Roof Drift dan Roof Drift Ratio Gambar 2.10 Gambar Rencana Benda Uji Gambar 2.11 Gambar Diagram Tegangan Regangan Benda Uji Gambar 2.12 Benda Uji yang Diperkuat dengan Glass dan Carbon Composite Gambar 2.13 Tipikal Diagram Tegangan-Regangan Beton Tidak Terkekang dan Beton Terkekang Gambar 3.1 Denah Pemodelan Struktur Gambar 3.2 Portal Arah X dan Y Gambar 3.3 Portal 3D 4 Lantai Gambar 3.4 Diagram Alir Gambar 4.1 Perubahan Dimensi Kolom pada Lantai 1,2, dan Gambar 4.2 Perubahan Dimensi Kolom pada Lantai Gambar 4.3 Portal 3D Model Gambar 4.4 Portal Gambar 4.5 Portal Gambar 4.6 Portal Gambar 4.7 Portal Gambar 4.8 Portal A-A Gambar 4.9 Portal B-B Gambar 4.10 Portal C-C Gambar 4.11 Portal D-D Gambar 4.12 Simpangan Antar Lantai Masing-Masing Model Gempa Arah X Gambar 4.13 Simpangan Antar Lantai Masing-Masing Model Gempa Arah Y v

7 Gambar 4.14 Simpangan Antar Tingkat Masing-Masing Model Gempa Arah X Gambar 4.15 Simpangan Antar Tingkat Masing-Masing Model Gempa Arah Y Gambar 4.16 Titik Perpindahan Gambar 4.17 Kurva Pushover Arah X dan Y Model Gambar 4.18 Kurva Pushover Arah X dan Y Model Gambar 4.19 Kurva Pushover Arah X dan Y Model Gambar 4.20 Perbandingan Kurva Pushover Arah X Model 1, Model 2, dan Model Gambar 4.21 Perbandingan Kurva Pushover Arah Y Model 1, Model 2, dan Model Gambar 4.22 Perbandingan Kurva Pushover dengan dan tanpa Perkuatan Lapisan CFRP Gambar 4.23 Perilaku Keruntuhan Struktur Model 1 Arah X Gambar 4.24 Perilaku Keruntuhan Struktur Model 1 Arah Y Gambar 4.25 Perilaku Keruntuhan Struktur Model 2 Arah X Gambar 4.26 Perilaku Keruntuhan Struktur Model 2 Arah Y Gambar 4.27 Perilaku Keruntuhan Struktur Model 3 Arah X Gambar 4.28 Perilaku Keruntuhan Struktur Model 3 Arah Y vi

8 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik Fiber... 7 Tabel 2.2 Koefisien Situs Fa Tabel 2.3 Koefisien Situs Fv Tabel 2.4 Level Kinerja Struktur Tabel 2.5 Hasil Pengujian Benda Uji dibawah Beban Konsentrik Tabel 2.6 Hasil Pengujian Lentur Benda Uji Tabel 3.1 Koefisien Situs Fa Tabel 3.2 Koefisien Situs Fv Tabel 4.1 Dimensi Struktur Tabel 4.2 Dimensi Keseluruhan Model 1,Model 2,dan Model Tabel 4.3 Simpangan Antar Lantai Masing-Masing Model Arah X dan Y Akibat Pembebanan Gempa Tabel 4.4 Simpangan Antar Tingkat Masing-Masing Model Arah X dan Y Akibat Pembebanan Gempa Tabel 4.5 Nilai Parameter Target Perpindahan Tabel 4.6 Nilai Performance Point Tabel 4.7 Jumlah dan Posisi Sendi Plastis Model 1 Arah X Tabel 4.8 Jumlah dan Posisi Sendi Plastis Model 1 Arah Y Tabel 4.9 Jumlah dan Posisi Sendi Plastis Model 2 Arah X Tabel 4.10 Jumlah dan Posisi Sendi Plastis Model 2 Arah Y Tabel 4.11 Jumlah dan Posisi Sendi Plastis Model 3 Arah X Tabel 4.12 Jumlah dan Posisi Sendi Plastis Model 3 Arah Y Tabel 4.13 Perhitungan Roof Drift Ratio vii

9 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN Parameter Perencanaan Output SAP2000v15 Penulangan pada M viii

10 DAFTAR NOTASI C m C s C vx C 0 C 1 C 2 C 3 = Faktor massa efektif. = Koefisien respons seismik. = Faktor distribusi vertikal. = Koefisien faktor bentuk. = Faktor modifikasi yang menghubungkan perpindahan inelastic. = Koefisien untuk memperhitungkan efek pinching. = Koefisien untuk memperhitungkan pembesaran lateral akibat adanya efek P-delta. = Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk d e ԑ c dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, & peralatan layan tetap. = diameter = Beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 1726:2012. = Regangan total yang terjadi < em. = Regangan tekan beton sesuai tegangan aksial ԑ co = Regangan beton terkekang sesuai tegangan maksimum; 0,002 ԑ cc em ey f c f co f cc = Regangan beton terkekang pada tegangan puncak = Kapasitas regangan maksimum. = Regangan leleh. = Kuat tekan beton = Kuat tekan beton awal = Kuat tekan beton terkekang f 1,a = Efektif tekanan keliling. F i = Bagian dari gaya geser dasar seismik yang timbul di tingkat i. f frp = Tegangan putus FRP f st = Kuat leleh tali baja fy = Tegangan leleh penampang. g = Percepatan gravitasi 9,81 m/det 2 ix

11 Ie k k e k s = Faktor keutamaan hunian. = Eksponen yang terkait dengan perioda struktur. = Faktor efisiensi FRP = Faftor efisiensi kurungan untuk tali baja = Beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, & lain-lain = Beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak. P = Beban Aksial ρ = Rasio tulangan longitudinal R = Faktor modifikasi respons. s = Jarak vertical antara tali baja SA = Batuan keras. SB = Batuan. SC = Tanah keras, sangat padat dan batuan lunak. SD = Tanah sedang. SE = Tanah lunak. SF = Tanah khusus, yang membutuhkan investigasi geoteknik spesifik. S 1 S DS S D1 T T e T s V W = Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan. = Parameter percepatan spektrum respons disain dalam rentang perioda pendek. = Parameter percepatan spektrum respons disain pada perioda 1 detik. = Perioda struktur dasar (detik). = Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastic. = Waktu getar karakteristik. = Gaya lateral disain total. = Total beban mati dan beban hidup yang dapat tereduksi. w i dan w x = Bagian berat seismik efektif total struktur yang ditempatkan atau dikenakan pada tingkat I atau x. δm = Simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan. δy = Simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama. x