RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL

Transkripsi

1 TESIS RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL PUTU RATNA SURYANTINI PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015

2 RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Sipil Program Pascasarjana Universitas Udayana PUTU RATNA SURYANTINI NIM PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015

3 Lembar Pengesahan TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 23 DESEMBER 2015 Pembimbing I Pembimbing II Ir. Made Sukrawa, MSCE, Ph.D Ir. Ida Ayu Budiwati, MSc, Ph.D NIP NIP Mengetahui, Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Direktur Program Pascasarjana Program Pascasarjana Universitas Udayana Universitas Udayana Putu Alit Suthanaya, ST., MengSc., PhDProf.Dr.dr.A.A Raka Sudewi, Sp.S (K) NIP NIP

4 Lembar Penetapan Panitia Penguji Tesis Tesis ini Telah Diuji pada Tanggal 23 Desember 2015 Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana, No.4288/UN.14.4/HK/2015 Tanggal 18 Desember 2015 Ketua : Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D Anggota : 1. Ir. Ida Ayu Budiwati, MSc., Ph.D 2. Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA 3. I Ketut Sudarsana, ST., Ph.D 4. Ida Bagus Rai Widiarsa, ST, MASc, Ph.D

5 SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT NAMA : PUTU RATNA SURYANTINI NIM : PROGRAM STUDI : MAGISTER TEKNIK SIPIL JUDUL TESIS :RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL FULL DAN PARSIAL Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah tesis ini bebas dari plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai Peraturan Mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan perundangan yang berlaku. Denpasar, 23 Desember 2015 Yang menyatakan, Putu Ratna Suryantini NIM

6 UCAPAN TERIMA KASIH Pertama-tama perkenankanlah penulis memanjatkan puji syukur ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa, karena hanya atas asung wara nugraha- Nya/ kurnia-nya tesis ini dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D, pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program magister, khususnya dalam penyelesaian tesis ini. Terima kasih sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada Ibu Ir. Ida Ayu Budiwati, MSc., Ph., pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan bimbingan dan saran kepada penulis.ucapan yang sama juga ditujukan kepada para penguji tesis, yaitu Bapak Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA, I Ketut Sudarsana, ST., Ph.D, dan Ida Bagus Rai Widiarsa, ST, MASc, Ph.D., yang telah memberikan masukan, saran, sanggahan, dan koreksi sehingga tesis ini dapat terwujud seperti ini. Pada kesempatan ini pula penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada Ibu, blitut agus, mok made ayu, atas dorongan, semangat, serta doanya untuk segera menyelesaikan tesis ini dan kepada seorang terkasih Prima Widiantara, yang merupakan teman seangkatan, teman seperjuangan, teman berdebat, teman diskusi yang astungkara akan menjadi teman hidup, terima

7 kasih atas semua kesabaran dan semangat yang tanpa henti sehingga penulis dapat menyelesaian tesis ini. Serta semua pihak yang telah membantu penulisan tesis ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, maka penulis mengharapkan saran dan masukan demi penyempurnaan tesis ini. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya dan kasih sayang kepada semua pihak yang telah membantu penulisan dan penyelesaian tesis ini. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini dapat berguna bagi kalangan ilmiah khususnya dan masyarakat pembaca pada umumnya. Denpasar, Desember 2015 Penulis, Putu Ratna Suryantini NIM

8 ABSTRAK RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL Abstrak: Penelitian tentang respon seismik struktur rangka dinding pengisi telah dilakukan dengan memodel dinding pengisi sebagai elemen shell penuh dan parsial. Pada model shell penuh, dinding dianggap aktif sampai dengan beban maksimum, sedangkan pada model shell parsial, analisis dilakukan dengan beban bertahap dimana elemen shell yang mengalami tegangan yang melampaui kekuatan dinding dianggap tidak aktif. Model yang dibuat yaitu gedung hotel empat lantai dengan dinding penuh ke arah memendek (y) dan dinding dengan bukaan pada arah memanjang (x). Sebelum memodel struktur empat lantai, dilakukan model validasi dengan mengacu pada hasil penelitian laboratorium oleh Imran dan Aryanto (2009). Dalam validasi model dibuat lima model rangka 2D yang berbeda, model open frame M1, model strut tunggal M2, model strut ganda M3, model shell penuh M4, dan model shell parsial M5. Dari model validasi diperoleh bahwa model shell parsial M5 mampu menirukan grafik hubungan beban dan displacement eksperimen lebih baik daripada model lainnya. (M2,M3,M4,M1). Untuk gedung empat lantai dibuat empat model yaitu Mxy shell penuh, Mxy shell parsial, My shell penuh, dan My shell parsial. Dimana pada Mxy, semua dinding dimodelkan sedangkan pada My, hanya dinding arah y yang dimodelkan. Di samping itu juga dibuat dua model dengan strut diagonal Mxy strut dan My strut. Model tanpa memperhitungkan dinding, MOF, dibuat sebagai pembanding. Hasil analisis menunjukkan bahwa simpangan arah x model rangka dinding pengisi Mxy shell penuh, Mxy shell parsial, Mxy strut lebih kecil daripada simpangan pada model MOF sebesar masing-masing 89%, 85%, 84%. Dengan mengabaikan dinding kearah memanjang maka simpangan arah x 6,8 kali lebih besar daripada simpangan yang terjadi pada model yang memperhitungkan dinding pada arah tersebut. Penyertaan dinding pada struktur juga dapat memperkecil gaya dalam balok dan kolom serta menyebabkan waktu getar alami (perioda) menjadi mengecil. Kata Kunci :Infilled frame, Model analisis, partial and full infilled frame.

9 ABSTRACT SEISMIC RESPONSE OF INFILLED FRAME STRUCTURES MODELED BY FULL AND PARTIALLY SHELL ELEMENT Abstract: Research on the seismic response of in-filled frame structure has been done with in-filled frame model as full and partial shell elements. The wall is considered active until the maximum load on the full shell models, while the partial shell model using the gradual load with the strength of the wall is considered inactive if the stress of the wall exceeded the wall strenght The model are using four storey building model with a full wall on the short side (y) and a wall with an opening in the long side (x). Prior to model the structure of the four-story, performed the validation models with reference to the results of laboratory studies by Imran and Aryanto (2009). Validation model are made with 5 different 2d frame models, open frame models M1, single strut models M2, dual struts model M3, full shell, models M4 and the Partial shell model M5. Validation of the model showed that the partial shell M5 models capable of mimicking a graph load and displacement experiment better than other models. (M2, M3, M4, M1). For a four-storey building are made of four models, namely Mxy full shell, the shell Mxy partial, My shell is full, and My partial shell. Mxy models are modeled with wall on the x and y direction, but on the My models only use the wall at y direction only. In addition it also made two models with diagonal strut, which is Mxy struts and My strut. Open frame models are modeled for the comparison. The analysis showed that the displacement of the x direction in-filled frame models which is Mxy full shell, Mxy partial shell, Mxy strut are smaller than the displacement in MOF models for each 89%, 85%, 84%. By ignoring the wall on the x side, the displacement for the x direction are 6.8 times greater than the displacement for the models that are using wall at that direction. In-filled wall for structure analysis can also reduce the work force on the beams and columns as well as causing a natural vibrating time (period) become smaller. Key Words: Infilled frame, analysis models, partial and full infilled frame

10 DAFTAR ISI Halaman Cover... i Halaman Judul... ii Lembar Pengesahan... iii Lembar Penetapan Panitia Penguji Tesis... iv Surat Persyaratan Bebas Plagiat... v Ucapan Terima Kasih... vi Abstrak... viii Abstract... ix Daftar Isi... x Daftar Gambar... xiii Daftar Tabel... xvi Daftar Lampiran... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Struktur Rangka Dinding Pengisi Karakteristik Material Beton Pasangan Dinding Bata Perilaku Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi akibat Beban Lateral Ragam Kegagalan Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi Kekuatan Dinding Pengisi Analisis dan Pemodelan Struktur... 25

11 2.7 Model Validasi Tegangan pada Struktur Rangka Dinding Pengisi Tegangan Geser pada Dinding Pengisi Tegangan Tarik pada Dinding Pengisi Tegangan Tekan pada Dinding Pengisi Pembebanan BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian Data Model Validasi Data Struktur Variabel Penelitian Instrumen Penelitian Prosedur Penelitian Pembebanan Struktur Perencanaan Akibat Beban Gravitasi Perencanaan Akibat Beban Gempa Analisis Data BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Dimensi Struktur Hasil Validasi Model Simpangan dan Perioda Simpangan Perioda Gaya-gaya Dalam Balok Gaya Geser Balok Momen Balok Gaya-gaya Dalam Kolom Gaya Aksial Kolom Gaya Geser Kolom Momen Kolom Nilai Tegangan dan Pola Retak

12 4.5.1 Nilai Tegangan Kontur dan Pola Retak BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1Bentuk kurva tegangan-regangan untuk beton Sumber : Mander et al (1984)... 9 Gambar 2.2. Bentuk kurva tegangan-regangan untuk pasangan dinding bata Sumber : Kaushik et al (2007) Gambar 2.3. (a) Keretakan Diagonal Bertahap;(b)Kegagalan Geser Sumber : Crisafulli Gambar 2.4.Klasifikasi Ragam Kegagalan Menurut Liaw and Kwan (1983) Gambar 2.5.Ragam KEgagalan Tipikal Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi 17 Gambar 2.6. Pola Keruntuhan Rangka dengan Dinding Pengisi Gambar 2.7.Portal dengan Dinding dalam Penelitian Mehrabi Gambar 2.8.Kondisi Keruntuhan Portal Penelitian Mehrabi (Mehrabi et al 1996). 21 Gambar 2.9.Enam Model Analisis Dinding Pengisi (Kaushik et al,2008) Gambar 2.10.Perbandingan Resultan Gaya Maksimum pada Kolom Gambar 2.11.Perbandingan Resultan Gaya Maksimum pada Balok Gambar Kondisi Akhir Model MESp (Ajus Prawira, 2014) Gambar 2.13.Kontur Tegangan S11,S22, dan S12 untuk Model MESp Gambar 2.14.Specimens Struktur RDP Gambar 2.15.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Gambar 2.16.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Gambar 2.17.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Gambar 2.18.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Gambar 2.19.Model Eksperimen Dinding Pengisi Bata Gambar Susunan dan Program Pembebanan Eksperimen Gambar 2.21.Detail Penulangan Gambar 2.22.Pola Retak pada Model Gambar Pola Retak pada Model

14 Gambar 2.24.Kurva Histeretis Model 1 dan Model Gambar 3.1.Portal Struktur 3D Gambar 3.2.Denah Gedung dan Penempatan Dinding Pengisi Gambar 3.3. Denah Struktur Gedung Gambar 3.4. Struktur pada Arah-y dengan Dinding Penuh Gambar 3.5.Struktur pada Arah x dengan Bukaan pada Dinding Gambar 3.6.Pemodelan Model Shell Element Parsialpada Arah-y dengan Dinding Penuh Gambar 3.7.Pemodelan Model Shell Element Parsialpada Arah-x dengan Bukaan pada Dinding Gambar 3.8. (a) Pemodelan Model Shell Element Parsialdengan Dinding Penuh; (b) Pemodelan Model Shell Element Parsialdengan Bukaan pada Dinding; Gambar 3.9.Diagram Alir (Flowchart) Penelitian Gambar 4.1. (a) M1 Open Frame ; (b) M2 Single Strut ; (c) M3 Multi Strut ; (d) M4 Elemen shell penuh ; (e) Elemen shell parsial Gambar 4.2. Hasil pemodelan validasi Gambar 4.3.Simpangan arah X akibat kombinasi beban (D+L+Ex) Gambar 4.4.Simpangan arah Y akibat kombinasi beban (D+L+Ex) Gambar 4.5. Simpangan arah X akibat kombinasi beban (D+L+Ey) Gambar 4.6.Simpangan arah Y akibat kombinasi beban (D+L+Ey) Gambar 4.7.Gaya Geser Balok akibat kombinasi beban (D+L+Ex) Gambar 4.8.Gaya Geser Balok akibat kombinasi beban (D+L+Ey) Gambar 4.9. Momen Balok akibat kombinasi beban(d+l+ex) Gambar 4.10.Momen Balok akibat kombinasi beban(d+l+ey) Gambar Gaya Aksial Kolom akibat kombinasi beban (D+L+Ex) Gambar Gaya Aksial Kolomakibat kombinasi beban (D+L+Ey) Gambar Gaya Geser Kolom akibat kombinasi beban (D+L+Ex) Gambar Gaya Geser Kolom akibat kombinasi beban(d+l+ey) Gambar Momen Kolom akibat kombinasi beban(d+l+ex) Gambar Momen Kolom akibat kombinasi beban (D+L+Ey)

15 Gambar Kontur tegangan S11 Mxy Shell penuh (D+L+Ey) Gambar Kontur tegangan S11 Mxy Shell parsial (D+L+Ey) Gambar Kontur tegangan S11 My Shell penuh (D+L+Ey) Gambar Kontur tegangan S11 My Shell parsial (D+L+Ey) Gambar Kontur tegangan yang terjadi pada arah memanjang struktur pada model penuh(d+l+ex) Gambar Kontur tegangan yang terjadi pada arah memanjang struktur pada model parsial (D+L+Ex)

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1Hasil Penelitian Mehrabi Tabel 3.1. Data material Tabel 3.2. Rekapitulasi hasil eksperimen Tabel 3.3. Rekapitulasi dari rasio daktilitas spesimen Tabel 3.1. Pembebanan pada model validasi Tabel 3.2. Koefisien Penurunan Momen Inersia Kolom Tabel 3.3. Penamaan Model Tabel 3.4. Variabel, nilai dan skala faktor untuk gempa tanah sedang Tabel 4.1.Nilai Perioda Model Struktur Tabel 4.2. Tegangan maksimum yang terjadi pada dinding

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A.Nilai Simpangan Lampiran B.Simpangan Antar Lantai Ijin Lampiran C.Perhitungan Lebar Strut Lampiran D.Gaya-Gaya Dalam