Analisa Perhitungan Konstruksi Bertahap Jembatan Cable

BAB 2 TINJAUAN KEPUSTAKAAN

2.4 Perencanaan Jembatan Cable Stayed

2.4.3 Analisa Perhitungan Konstruksi Bertahap Jembatan Cable

[11])

Berdasarkan hasil penelitian dengan judul “Creep and Shrinkage Effects in

Segmental Bridge oleh Lionel Bellevue dan Paul J. Towell [3] untuk kasus

struktur dengan tiga bentang (47,5 – 75 – 47,5 m) menggunakan metode kantilever diperoleh hasil seperti gambar 2.15 di bawah ini.

27

Gambar di atas merupakan grafik dari diagram momen yang terjadi menggunakan CEB FIP 78 Code. Kurva B mendefinisikan nilai diagram momen selama konstruksi tanpa memperhitungkan pengaruh rangkak. Kurva C menjelaskan diagram momen untuk struktur yang dibangun menggunakan perancah tanpa memperhitungkan pengaruh rangkak. Kurva D merupakan analisa perhitungan yang memperhitungkan pengaruh susut dan rangkak pada material beton.

Para peneliti juga membandingkan hasil dari perhitungan rangkak dan susut beton CEB FIP 78 Code dengan ACI 2009-78 Code untuk kasus bentang sama seperti di atas. Hasil diagram momen seperti ditampilkan pada gambar 2.16 di bawah ini.

Gambar 2.16 Perbandingan Diagram Momen (CEB-FIP 78 dan ACI 78) Analisa perbandingan tersebut mengunakan profil box girder dengan nilai rangkak berdasarkan waktu seperti gambar 2.17 di bawah ini.

28

Berdasarkan hasil penelitian M. Marcheti, R. Boudon, J. Monneire, P. Bouve, D. Dupuis, F. Dadoun, G. Baechler dan J. Olsfors dengan judul “Adjustment of Rion-Antrion Cable Stayed Bridge : A Innovative

Multidisciplinary Response to a Construction Challenge” [19] diperoleh hasil

perencanaan konstruksi elevasi gelagar menggunakan prediksi program komputer adalah ±15 mm. Sedangkan defleksi profil gelagar dari hasil pengukuran di lapangan (garis biru) sesuai dengan prediksi analisa perhitungan (garis merah) dengan pengecualian pada ujung kantilever dimana nilai ini dapat mencapai ±30 mm, seperti ditunjukkan pada gambar 2.18.

Gambar 2.18 Perbandingan Nilai Defleksi Gelagar Antara Desain PerencanaanDengan Hasil Pengukuran Di Lapangan.

Adapun, data teknis Jembatan Rion-Antrion dengan bentang 288 – 560 – 560 – 560 – 286 m seperti terlihat pada gambar 2.19. Konstruksi jembatan terdiri dari 4 pilon dengan material beton sedangkan gelagar terbuat dari material komposit dengan panjang segmen 12 m arah longitudinal jembatan.

Gambar 2.19 Bentang Jembatan Rion-Antrion

Pendekatan penyesuaian yang diusulkan adalah mengadopsi parameter data input berdasarkan data lapangan untuk dimodelkan ke dalam program aplikasi

29

komputer. Dengan pendekatan seperti ini, akan diperoleh keutungan-keuntungan sebagai berikut :

• Karakteristik data input input tidak bergantung pada beban-beban yang diaplikasikan pada struktur selama masa konstruksi.

• Parameter penyesuaian tidak terpengaruh oleh ketidakpastian yang terkait dengan sifat fisik bahan yang diperhitungkan dalam simulasi perilaku struktural (modulus Elastisitas beton, susut dan rangkak)

• Menggunakan data input data yang sama untuk simulasi konstruksi (desain) dan lapangan , tanpa harus bergantung pada apapun hasil dari perhitungan dalam penyesuaian pelaksanaan yang memungkinkan untuk melakukan perbandingan detail antara perilaku yang diamati dan meramalkan jembatan yang sedang dibangun.

Berdasarkan hasil penelitian Denish Jang, Claudia Mibelli, Austin Pan, Mark Chen dengan judul “Construction Engineering The Hongkong Shenzhen Cable

Stayed Bridge” [14] dijelaskan mengenai analisa urutan pemasangan jembatan

dengan menggunakan software TANGGO. Jembatan Hongkong Shenzhen mempunyai layout seperti gambar 2.20. Hasil analisa menjelaskan mengenai

displacement dan rotasi, tegangan-tegangan pada gelagar dan gaya-gaya internal

yang terjadi pada kabel pada setiap tahapan konstruksi. Tahap awal yang dilakukan adalah menghitung gaya tarik pada kabel menggunakan prosedur iterasi untuk memperoleh distribusi momen akhir yang direncanakan.

Dalam membuat distribusi momen dilakukan secara bertahap berdasarkan urutan pelaksanaan konstruksi yang direncanakan. Urutan membuatnya adalah dengan melakukan plot tahapan pekerjaan dari A – H seperti ditunjukan pada gambar 2.21 dan 2.22. Dalam rangka untuk mengontrol tegangan pada setiap tahapan konstruksi dan mencapai Designer’s Reference Moment Distribution, gelagar jembatan akan diangkat dan ditempatkan pada elevasi yang lebih tinggi dari pier sementara dengan asumsi sebagai berikut :

• Pier 1 = 520 mm • Pier 2 = 78 mm • Pier 3 = 140 mm

30

Gambar 2.20 Layout The Hongkong Shenzhen Cable Stayed Bridge

Keterangan di bawah ini menjelaskan metode plot dari A sampai dengan H : • Plot A

Ketika bentang 2 dan 3 diangkat di posisi diagram momen untuk perletakan balok sederhana. Shims di lepas dan gelagar diturunkan, bending momen di induksi di bentangnya, maka akan menghasilkan superposisi diagram momen sesuai dengan

Designer’s Reference Moment Distribution.

• Plot B

Bentang 2 dan 3 telah di las ke pier sementara. Sehingga diperoleh bentang baru dengan keseluruhan struktur yang menerus. Shims sementara dengan elevasi 520 mm di pier 1 di lepas. Penurunan gelagar jembatan pada pier 1 menginduksi diagram momen pada sistem.

• Plot C

Temporary shims dengan elevasi 78 mm pada pier 2 di lepas. Penurunan gelagar

jembatan pada pier 2 menginduksi diagram momen pada sistem. • Plot D

Hasil plot ini akan menghasilkan resultan diagram momen dari superposisi plot A, B, dan C. Perbandingan hasil Plot D dengan Plot A menghasilkan pengurangan momen positif (tarik pada pelat bawah) pada struktur. Perhitungan pengurangan ini tergantung dari tinggi shims yang di pilih.

• Plot E

31

• Plot F

Bentang 1 di las pada jembatan. Shims dengan elevasi 140 mm pada pier 0 di lepas. Diagram momen di induksi ke dalam struktur menerus.

• Plot G

Superposisi dari Plot E dan F menghasilkan diagram momen pada tahap akhir bentang konstruksi.

• Plot H

Setelah selesai keseluruhan bentang jembatan, diagram momen di sesuaikan berdasarkan aksi yang terjadi akibat pemasangan kabel, counterweight, beban mati tambahan seperti lapisan permukaan jalan. Diagram momen akhir akan mendekati dengan nilai dari Designer’s Reference Moment Distribution.

32

33

Pier 0 Span 1 Pier 1 Span 2 Pier2 Span 3 Tower

Gambar 2.21 Diagram Momen

Peneliti juga memperhitungkan gaya-gaya internal seperti diagram momen yang terjadi pada gelagar dan pilon jembatan dan gaya-gaya pada kabel. Hasil perhitungan dapat di lihat pada gambar 2.22 dan 2.23 di bawah ini.

34

Gambar 2.22 Diagram Momen Pada Gelagar

Gambar 2.23 Diagram Momen Pada Pilon

Selain itu, juga dilakukan analisa perbandingan hasil penelitian gaya-gaya kabel antara desain dengan konstruksi secara bertahap seperti ditunjukkan pada gambar 2.24 di bawah ini.

35

Gambar 2.24 Gaya-Gaya Pada Kabel

Berdasarkan hasil penelitian dengan judul “Staged Construction Analysis of Segmental Prestressed Concrete Cable Stayed Bridge” oleh Hassan I. Hegab, Osama M. Tawfik [11] yang memperbandingan analisa konstruksi jembatan dengan layout seperti gambar 2.25, untuk jembatan secara menyeluruh dan secara konstruksi bertahap diperoleh hasil-hasil sebagai berikut :

Gambar 2.25Layout Jembatan

36

Gambar 2.26 Perbandingan Lendutan Vertikal Gelagar Gambar 2.27 menjelaskan perbandingan tegangan normal gelagar jembatan

Gambar 2.27Perbandingan Tegangan Normal Gelagar

Gambar 2.28 menjelaskan perbandingan gaya-gaya kabel antara dua cara pembangunan.

37

Gambar 2.28 Perbandingan Gaya-Gaya Kabel Antar 2 cara Pembangunan Adapun peneltitian ini menerapkan metode dan langkah pemodelan seperti penjelasan di bawah ini.

•

Pemodelan Gelagar dan Pilon

Gelagar dan pilon jembatan diidealisasikan seperti elemen balok dan kolom tiga dimensi.Elemen balok-kolom yang digunakan adalah-elemen dua node dengan tujuh derajat kebebasan pada setiap node, tiga perpindahan, tiga rotasi, dan warping dari penampang. Gelagar dan pilon jembatan cable stayed mengalami perilaku P-Delta ketika terjadi momen lentur dan gaya aksial yang besar. Untuk menghitung efek P-delta, kekakuan elastis matriks [KE]adalah diubah oleh kekakuan geometri matriks [KG] untuk mendapatkan matriks kekakuan tangent[KT],

...[2.19]

[ ]

KT =

[

KE

] [ ]

+ KG

Selain itu, analisis dilakukan dalam prosedur iterasi untuk mengetahui perpindahan yang besar di jembatan cable stayed akibat kelangsingan profilnya.Dalam penelitian ini, prosedur iterasi Newton-Raphson dilakukan untuk mengantisipasi ketercapaian toleransi yang masih dapat diterima. Matriks kekakuan elastis memperhitungkan interaksi lentur torsi-linear, sedangkan matriks kekakuan geometris memperhitungkan interaksi nonlinier lentur torsi bersama

38

dengan efek P-Delta.Kedua matriks ini awalnya berasal oleh M. Nemir untuk elemen terbuka dan dikembangkan oleh H. Nour Eldeen untuk mengadopsi perilaku bagian box.Matriks yang sama diterapkan oleh H. Hegab untuk analisis nonlinier jembatan cable stayed dengan gelagar berbentuk box.

•

Implementasi Gaya Prategang

Pada penelitian ini, tendon pratekan dimodelkan dengan menggunakan skema pemodelan diskrit.Dalam skema tendon dimodelkan dengan elemen truss dihubungkan ke kolom-balok elemen (gambar 2.29).

Gambar 2.29 IdealisasiTendon

Dalam skema pemodelan, ada interaksi implisit antara deformasi beton dan gaya dalam tendon, terlepas dari penyebab deformasi.

Dalam penelitian ini hanya kehilangan akibat gesekan, yang merupakan bagian utama dari kehilangan total , angkur, dan perpendekan elastis yang dipertimbangkan. Perhitungan ini berdasarkan standar dari AASHTOdan ACI-318M.

•

Pemodelan Kabel

Analisis yang tepat dari elemen kabel menunjukkan bahwa elemen sags kabel ke bentuk catenary karena berat sendirinya, sehingga dapat didealisasikan sebagai elemen lurus setara dengan modulus elastisitasnya.Konsep analisis ini pertama kali diperkenalkan oleh Ernst dan telah diverifikasi oleh beberapa peneliti lain.Yang setara modulus elastisitasEeqdiberikan oleh:

( )( )

...[2.20] ⎥ ⎥ ⎢ ⎡ 1 ⎦ ⎤ ⎢⎣ + + = 2 2 24 _{i f} f i h c eq T T AE T T L w E E

39

dimana, Eadalah modulus elastisitas material kabel,

wcadalah berat sendiri kabel,

Lhadalah proyeksi horizontal kabel,

Aadalah luas penampang kabel,

Tiadalah gaya tarik awal di kabel selama pertambahan beban, danTfadalah gaya tarik kabel final selama pertambahan beban.

Berdasarkan konsep setara modulus elastisitas, kabel diidealisasikan sebagai elemen rangka.Akibatnya, kekakuan matriks pada koordinat lokal untuk elemen rangka adalah : ...[2.21] ⎥ ⎦ ⎢ ⎣ 1 L ⎤ ⎡ − − = 1 1 1 AE K ^eq

Dimana, Eeq adalah modulus elastisitas yang disetarakan.