PENINGKATAN KINERJA LINK MENENGAH MELALUI PEMASANGAN PENGAKU DIAGONAL PADA BAGIAN UJUNG T E S I S. Oleh M. HUSNI MALIK HASIBUAN /TS

Transkripsi

1 PENINGKATAN KINERJA LINK MENENGAH MELALUI PEMASANGAN PENGAKU DIAGONAL PADA BAGIAN UJUNG T E S I S Oleh M. HUSNI MALIK HASIBUAN /TS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 Judul Tesis : PENINGKATAN KINERJA LIK MENENGAH MELALUI PEMASANGAN PENGAKU DIAGONAL PADA BAGIAN UJUNG Nama Mahasiswa : Muhammad Husni Malik Hasibuan Nomor Pokok : Program Studi : Teknik Sipil Menyetujui : Komisi Pembimbing ( Dr. Ir Yurisman, MT Ketua ) ( Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T Anggota ) Ketua Program Studi Dekan (Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Tanggal Lulus : 22 Januari 2013

3 Telah diuji pada Tanggal 22 Januari 2013 PANITIA PENGUJI TESIS KETUA Anggota : Dr. Ir. Yurisman, M.T. : Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc. Dr-Ing. Hotma Panggabean Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T. Ir. Sanci Barus, M.T. Ir. Rudi Iskandar, M.T

4 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Peningkatan Kinerja Link Menengah Melalui Pemasangan Pengaku Diagonal Pada Bagian Ujung adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada peguruan tinggi manapun.sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka. Medan, Januari 2013 M. Husni Malik Hasibuan NIM

5 ABSTRAK Struktur rangka baja terbagi menjadi tiga tipe: rangka penahan momen, rangka berpengaku konsentrik dan rangka berpengaku eksentrik. Berdasarkan penelitian terdahulu, disimpulkan bahwa rangka berpengaku eksentrik lebih unggul dari rangka penahan momen dan rangka berpengaku konsentrik. Rangka berpengaku eksentrik memiliki elemen yang disebut link. Link berfungsi seperti sekring, ketika gempa besar terjadi, link menyerap energi dengan proses plastifikasi sehingga struktur secara umum tidak rusak. Secara umum link dapat dibagi menjadi tiga jenis: link pendek (link geser), link menengah (link kombinasi dan link panjang (link lentur). Penelitian ini dibagi menjadi dua bagian, kajian numerik dan kajian eksperimen.kajian numerik bertujuan untuk mendapatkan parameter-parameter penting pada link dan kajian eksperimen untuk membuktikan kajian numerik. Pada kegiatan eksperimental, dua model akan diuji. Model pertama adalah model standar AISC dan model kedua adalah model yang dimodifikasi dengan pemasangan pengaku diagonal.kriteria kemampuan link diukur dari kekuatan, kekakuan, daktilitas dan disipasi energi. Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa perilaku link menengah telah berubah, sebagaimana ditunjukkan distribusi tegangan pada baja yang menyerupai link geser dengan tegangan terpusat pada bagian badan.berdasarkan kriteria kemampuan link, dari kedua model yang telah diuji, disipasi energi link menengah meningkat 188%, untuk kekuatan dan kekakuan sedikit di atas standar AISC dan daktilitas dari link menengah meningkat 1.42 kali. Kata kunci: baja, link, pengaku diagonal, disipasi energi

6 ABSTRACT Steel framestructureis dividedintothreetypes: moment resisting frame, concentric braced frame and eccentric braced frame. Based on the researchstudy, it was foundthat the eccentric braced framewassuperior thanmoment resisting frame and concentric braced frame. Eccentric braced frame hasan element which is calledlink. It workslike afuse, when agreatearthquake occurs, the link absorbs energy by plastification process sothat structure is generally not broken. Generally the link element is divided into threetypes oflinks: short links(shear link), intermediate link(combination link) and thelonglink(flexural link).this studyis dividedinto twosections, numericalstudiesandexperimentalstudies. Numericalstudyaimstoobtain the importantlinkparametersandexperimentalstudiestoverify thenumericalstudy. In theexperimentalactivities,two models were tested. The firstmodelis AISC standard and the second model is the modificated model usingdiagonalstiffener. Linkcapabilitycriteriawere measuredfromstrength,stiffness,ductilityandenergydissipation. The results of the studyshowed that the behavior of the intermediatelinkschanged, asshownbythestressdistributionon thesteelthatresemblespropylshearlinkwithstressed centeredon thebody. Basedon thecriteriaofabilitytolink, ofthetwomodelsthathavebeentested, energydissipationintermediatelinksincreases188% forstrengthandstiffnessslightlyabovetheaiscstandards link andthe ductility of the intermediate linkincreased1.42times. Keywords: steel, link, diagonalstiffener, energydissipation

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan KaruniaNYA yang telah memberi petunjuk, kesehatan, kesempatan, dan kekuatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan baik. Adapun tesis ini merupakan syarat akhir untuk menyelesaikan pendidikan pada Program Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik. Tesis ini berjudul Peningkatan Kinerja Link Menengah Melalui Pemasangan Pengaku Diagonal Pada Bagian Ujung ini dimaksudkan untuk melengkapi syarat menyelesaikan studi magister pada Program Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik. Pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati saya mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada Bapak Dr. Ir. Yurisman, M.T dan Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T sebagai dosen pembimbing. Selain itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, Selaku ketua Program Studi Magister Teknik Sipil FT. USU yang telah memberi motivasi untuk menyelesaikan tesis ini. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil FT. USU yang juga telah memberi motivasi kepada saya untuk tesis ini. Bapak Dr. Ing. Hotma Panggabean, Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Bapak Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc, Bapak Ir. Sanci Barus, MT yang telah memberi masukan sehingga menyempurnakan tesis ini. Seluruh Dosen yang mengajar pada Program Studi Magister Teknik Sipil FT. USU dan staf administrasi Pak Yun. Kedua Orang tuaku Ir. H. Abdul Malik Hasibuan dan Hj. Zuraidah Adlina, S.Pd, M.Si, dan adik-adikku Khairuna Malik Hasibuan SH, M.Kn, M. Saleh Afif Hasibuan dan M. Ariz Doli Hasibuan, dan yang paling teristimewa istriku Dita Putri Adhani, ST yang telah membantu dalam penulisan tesis ini. Kepada teman-teman seangkatan, angkatan tahun 2009 dan rekan-rekan mahasiswa pada Program Studi Magister Teknik Sipil USU. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada teknisi Lab PAU ITB Bapak Burhan dan Bapak Rahmat sehingga kegiatan eksperimen ini dapat terselenggara.

8 Penulis menyadari tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan, namun penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat untuk penulis dan pembaca yang mendalami ilmu bidang Teknik Sipil.Kritik dan saran penulis terima dengan iklas dan tangan terbuka.akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi dunia Teknik Sipil. Medan, Januari 2013 Muhammad Husni Malik Hasibuan

9 DAFTAR RIWAYAT HIDUP A. DATA PRIBADI Nama : Muhammad Husni Malik Hasibuan Tempat/Tanggal Lahir : Medan / 29 November 1987 Alamat : Jl. Sempurna No. 34 Medan, Sumatera Utara husni.malik.hasibuan@gmail.com Jenis Kelamin : Laki - laki Status : Sudah Kawin Agama : Islam B. RIWAYAT PENDIDIKAN : SD Negeri Medan : SLTP Harapan 1 Medan : SMU Harapan 1 Medan : Universitas Islam Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil :, Fakultas Teknik Program Studi Magister Teknik Sipil Konsentrasi Struktur Bangunan C. RIWAYAT PEKERJAAN 2010 sekarang : CV. Barokat Maqobul

10 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv ABSCTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR RIWAYAT HIDUP...viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xv DAFTAR NOTASI... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penelitian Pembatasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Baja Sistem Rangka Baja Sisterm Rangka Berpengaku Eksenttik... 10

11 2.4 Elemen Link Beberapa Penelitian Tentang Link Perencanaan Link Pengaku Link (Link Stiffner) Las Ukuran Las Kuat Las Sudut Metode Elemen Hingga Analisis Nonlinear Tegangan-tegangan Utama Regangan Hubungan Tegangan-Regangan Elastic Perfectly Plastic Model Elastic Linearly Hardening Model Elastic Exponential Hardening Model Ramberg - Osgood Model Daktilitas Energi Histeresis Redaman (Damping ) Hardening Rule BAB III Metodologi Penelitian 3.1 Umum Kajian Secara Numerik Hasil Analisis Kajian Secara Numerik... 45

12 3.4 Kajian Secara Eksperimental Standar Pembebanan Dalam Pengujian Eksperimental Peralatan yang Digunakan Set up Pengujian Pelaksanaan Pengujian Metode Analisis dan Pengolahan Data Analisis Terhadap Parameter Kekuatan (Strenght) Analisis Terhadap Parameter Kekakuan (Stiffness) Analisis Terhadap Parameter Dissipasi Energi Evaluasi terhadap Link Menengah BAB IV ANALISIS DATA 4.1 Umum Geometri Elemen Link Properti Material Model Elemen Link Link Standar AISC Studi Perilaku Pertelakan Pengaku Badan Perilaku Link Terhadap Beban Statik Monotonik Perilaku Link Terhadap Beban Siklik Kekuatan (Strenght) Kekakuan (Stiffeness) Energi Dissipasi Kajian Eksperimental Benda Uji... 77

13 Benda Uji Benda Uji Respon Inelastik Benda Uji Terhadap Beban Siklik Mekanisme Inelastik Benda Uji Meknisme Inelastik Benda Uji Mode Keruntuhan Benda Uji Analisa Energi Dissipasi Analisa Kekuatan Analisa Kekakuan Analisa Daktilitas Analisa Damping Equivalent Analisa Damping Equivalen Benda Uji Analisa Damping Equivalen Benda Uji Analisa Kurva Backbone BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

14 DAFTAR GAMBAR No Judul Gambar Hal 2.1 Kurva hubungan tegangan-regangan baja Tiga tipe rangka baja penahan gempa Diagram beban-perpindahan sistem rangka baja Konfigurasi bracing pada sistem EBF Sudut rotasi link Hubungan panjang link dengan sudut rotasi Gaya-gaya pada elemen link Contoh detail pengaku link Las sudut T n berimpit σnn Deformasi elemen dengan regangan Kenaikan tegangan dan regangan Energi histeretik Kurva energi histeretik pada kondisi pembebanan harmonis Pola hystereris loop isotropic hardening model Pola hystereris loop kinematic hardening model Pola hystereris loop combined hardening model Link tanpa pengaku badan Link dengan pengaku badan vertikal Link dengan pengaku diagonal Tahap pengkajian numerik dalam analisis terhadap link Tahap pengkajian eksperimen dalam analisis terhadap link Pola pembebanan siklik yang digunakan Specimen uji tarik dan mesin uji tarik Benda uji Link dengan pengaku badan vertikal Letak strain gauge pada link Pemasangan strain gauge dan pengecekan strain gauge LVDT Data logger terpasang ke perangkat komputer Setup peralatan eksperimental dan benda uji Geometri elemen link Model elemen link 60

15 4.3 Kurva tegangan regangan hasil uji tarik baja a Link dengan pengaku badan standar AISC pada kedua sisi pada kondisi leleh pertama b Link dengan pengaku badan standar AISC pada satu sisi pada kondisi leleh pertama c Link dengan pengaku badan standar AISC pada satu sisi pada kondisi tegangan maksimum d Link dengan pengaku badan standar AISC pada kedua sisi pada kondisi tegangan maksimum Kurva load vs displacement untuk pembebanan statik monotonik Posisi tegangan leleh untuk tiap model Kurva histeresis link model AISC Kurva histeresis link model DSX Kurva histeresis link model DSX Kurva histeresis link model DSX Perbandingan kurva histeretik tiap benda uji Kurva perbandingan kekakuan untuk arah tekan Kurva perbandingan kekakuan untuk arah tarik Kurva perbandingan energi histeresis Pola pembebanan Posisi perletakan LVDT Benda uji Benda uji 1 pada tumpuan Proses pemasangan rol dan rol yang Sudah Terpasang Perletakan strain gauge Benda uji Benda uji 2 pada setup Posisi strain gauge pada benda uji Kurva beban-regangan SGR 5,6, Kurva beban-regangan SGR8,9, Kurva beban-regangan SGR 11,12, Kurva beban-regangan SGS Kurva beban-regangan SGS Kurva beban-regangan SGS Kurva beban-regangan SGS Kurva beban-regangan SGR 9,10,11 Benda Uji 2 87

16 4.32 Kurva beban-regangan SGS-1 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-2 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-3 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-4 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-5 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-6 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-7 Benda Uji Kurva beban-regangan SGS-8 Benda Uji Kurva histeretik loop benda uji Benda uji 1 pada load step Benda uji 2 pada load step Benda uji 1 pada load step Grafik load step 3, benda uji sudah mengalami deformasi kearah kiri, bagian badan sudah mengalami retak rambut Benda uji 1 pada load step Benda uji 2 pada load step Benda uji 1 kondisi runtuh (failure) Benda uji 2 kondisi runtuh (failure) Perbandingan energi dissipasi benda uji 1 dan benda uji Perbandingan kekuatan benda uji link (arah tarik) Perbandingan kekuatan benda uji link (arah tekan) Perbandingan kekakuan untuk 2 benda uji (arah tekan) Perbandingan kekakuan untuk 2 benda uji (arah tarik) Kurva histeretik pada load Step 1 = ± 2.5 mm Kurva histeretik pada load Step 2 = ± 3 mm Kurva histeretik pada load Step 3 = ± 4.5 mm Kurva histeretik pada load Step 4 = ± 6 mm Kurva histeretik pada load Step 5 = ± 9 mm Kurva histeretik pada load Step 6 = ± 12 mm Kurva histeretik pada load Step 7 = ± 20 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 1 = ± 2,5 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 2 = ± 3 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 3 = ± 4.5 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 4 = ± 6 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 5 = ± 9 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 6 = ± 12 mm 111

17 4.67 Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 7 = ± 18mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 8 = ± 24 mm Kurva histeretik benda uji 2 pada load step 9 = ± 30 mm Hubungan antara energi dissipasi dengan damping equivalent Kurva back bone benda uji 1dan benda uji Kurva normalisasi backbone benda uji Kurva normalisasi backbone benda uji 2 115

18 DAFTAR TABEL No Judul Tabel Hal 2.1 Kategori link berdasarkan strengh ratio Klasifikasi jarak pengaku badan antara Tebal minimum las sudut Tipe daktilitas Data propertis strain gauge Model link dengan variasi pengaku Perbandingan kekakuan tiap model untuk tiap tahap pembebanan Perbandingan energi dissipasi tiap tahap pembebanan Mekanisme inelastis benda uji Rekapitulasi mekanisme inelastis benda uji Energi dissipasi tiap benda uji Perbandingan gaya lateral maksimum pada tiap tahap pembebanan terhadap dua benda uji (arah tarik) 4.8 Perbandingan gaya lateral maksimum pada tiap tahap pembebanan terhadap dua benda uji (arah tekan) Perbandingan daktilitas untuk kedua benda uji 105

19 DAFTAR NOTASI A w a Ag d b dσ e E E t E p εε uu εε yy EE uu EE yy f uw fu f f h y u K e K L P M p Pu Py RR uu RR nnnn t f tw Vn V p Vu Z x ΔΔ pp ø v = Luas Penampang Badan (Web) = Jarak Antara Pengaku (Stiffner) = Luas Penampang = Kedalaman Profil Balok (Beam) = Kenaikan Tegangan Yang Bersesuaian = Panjang Link (Link Length) = Modulus Young = Modulus Tangensial = Modulus Plastis. = Regangan Pada Saat Ultimit = Regangan Pada Saat Leleh Pertama = Energi Pada Saat Ultimit = Energi Pada Saat Leleh Pertama = Tegangan Tarik Putus Logam Las = Tegangan Tarik Putus Bahan Dasar = Tegangan Leleh = Tegangan Ultimit = Tinggi lantai (story height) =Kekakuan Elastis = Kekakuan Plastis = Lebar Bentang (bay width) = Momen Plastis Yang Berkerja Yang Menyebabkan Plastifikasi = Gaya Aksial Yang Dijinkan = Gaya Aksial Nominal = Beban Terfaktor Persatuan Panjang = Tahanan Nominal Las Persatuan Panjang = Ketebalan Sayap (flange) = Ketebalan Badan (web) = Kuat Geser Nominal = Gaya Geser Yang Berkerja Yang Menyebabkan Plastifikasi = Kuat Geser Ultimit = Modulus Penampang Plastis = Pergeseran Plastis Lantai (plastic story drift). = Faktor Reduksi (LRFD) = Sudut Rotasi Inelastic γp µ = Daktilitas Material µ c = Daktilitas Kurvatur Ф uu = Kurvatur Pada Saat Ultimit = Kurvatur Pada Saat Leleh Pertama Ф yy

20 µ r θθ uu θθ yy µ s δδ uu δδ yy µ e μ ζeq = Daktilitas Rotasi = Rotasi Pada Saat Ultimit = Rotasi Pada Saat Leleh Pertama = Daktilitas Struktur = Simpangan Pada Saat Ultimit = Simpangan Pada Saat Leleh Pertama = Daktilitas Energi = Poisson Ratio = Damping Ekivalen