BAB II STUDI PUSTAKA
2.4 Elemen Link
Link berperilaku sebagai balok pendek dengan gaya geser yang bekerja berlawanan arah pada kedua ujungnya. Karena adanya gaya geser yang bekerja pada kedua ujung balok, maka momen yang dihasilkan pada kedua ujung balok mempunyai besar dan arah yang sama. Deformasi yang dihasilkan berbentuk huruf S dengan titik balik pada tengah bentang dan besarnya momen yang bekerja adalah sebesar 0,5 kali besar gaya geser dikali dengan panjang link. Plastifikasi yang terjadi pada suatu elemen link disebabkan karena gaya tersebut. (Yurisman, dkk.2010). Gambar 2.6 memperlihatkan gaya yang bekerja pada elemen link.
Secara umum elemen link pada sistem EBF terbagi menjadi menjadi tiga jenis yaitu link geser (shear link), link lentur (moment link) dan link kombinasi geser dan
lentur (intermediate link). Untuk link kombinansi juga dapat terbagi dua yaitu link yang dominan akibat gaya geser dan dominan gaya lentur.
Link geser atau link pendek adalah elemen link yang kelelehannya terjadi akibat gaya geser. Keruntuhan yang terjadi ditandai dengan adanya kerusakan pada daerah badan terlebih dahulu. Link lentur atau link panjang adalah elemen link yang kelelehannya terjadi akibat momen lentur. Keruntuhannya ditandai dengan adanya kerusakan pada daerah sayap.
Link pendek memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan link panjang. Namun sudut rotasi inelastik yang terjadi cukup besar, sehingga kemungkinan terjadi kerusakan pada elemen non struktural. Sedangkan link panjang memiliki sudut rotasi kecil, sehingga elemen non struktural masih dalam kondisi aman. Dari segi arsitektural link panjang memiliki keunggulan dibandingkan dengan link pendek karena bracing pada rangka tidak terlalu panjang.
2.4.1 Beberapa Penelitian Tentang Link
Penelitian tentang link berawal dari penelitian tentang struktur rangka berpengaku eksentrik atau yang dikenal dengan Eccentrically Braced Frame (EBF).
M M
V
Gambar 2.6 Gaya – gaya pada elemen link (Yurisman, dkk, 2010)
V e
Pada tahun 1970-an Popov dan Roeder melakukan penelitian dengan skala 1:3 dengan objek penelitian gedung 20 lantai. Penelitian tentang EBF mulai dikembangkan dengan penelitian oleh Engelhardt dan popov pada tahun 1989a, 1989b, 1992; Kasai dan Popov Pada tahun 1986a, 1986b, 1986c; Ricles dan Popov pada tahun 1987, Whittaker, Uang, dan Bertero pada tahun 1987. Berdasarkan riset-riset yang ada (Kasai dan Popov 1986;Ricles dan popov 1987; Gobarah dan Ramadhan 1994) dievaluasi bahwa model link yang di kembangkan oleh Ricles dan Popov 1977 tidak dapat digunakan untuk semua aplikasi.
Didalam pengembangan model link geser Ricles dan Popov (1987b) menggunakan asumsi sebagai berikut (Gobarah dan Ramdhan, 1995) . Mengabaikan efek dari gaya aksial terhadap perilaku link geser, dengan dasar bahwa desain EBF didesain dengan baik. Sehingga gaya aksial yang besar dapat diminimalisir. Link adalah elemen planar dengan tanpa ada derajat kebebasan. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh Kasai dan Popov (1986), pada saat link mengalami kelelehan dan strain hardening berlangsung maka pada saat itu tidak ada interaksi antara momen dan gaya geser. Dengan mengadopsi asumsi-asumsi ini didapatkan model yang akurat dalam mempresentasekan perilaku link geser.
Yurisman, dkk (2011) mempaparkan dalam penelitiannya mengenai link panjang dengan pengaku diagonal, dalam rangka meningkatkan kinerja link. Didalam penelitian yang menggunakan bantuan program komputer. Elemen link dimodelkan sebagai elemen Shell melalui pendekatan elemen hingga dimana tiap elemen terdiri dari empat node dan tiap node memiliki enam derajat kebebasan. Profil yang ditinjau
adalah profil IWF dari hasil yang ditunjukkan terlihat ada peningkatan kinerja link sekitar 16 persen.
2.4.2 Perencanaan Link
Berdasarkan penelitian Kasai dan Popov, 1986 yang telah tertuang didalalam AISC 2005, persamaan dalam menentukan panjang elemen link dan syarat rotasi inelastik dapat diambil sebagai berikut:
1. Link Pendek /link geser murni. e ≤ 1,6Mp/Vp, γp = 0,08 radian.
Kelelehan pada link jenis ini diakibatkan oleh geser, sehingga terjadi kerusakan (fracture) pada badan.
2. Link Panjang/Link lentur murni, e ≥ 2,6Mp/Vp, γp = 0,02 radian.
Kelelehan pada link jenis ini diakibatkan oleh momen lentur, sehingga terjadi tekuk dan torsi lateral pada sayap.
3. Link kombinasi geser dan lentur, 1,6Mp/Vp < e < 2,6Mp/Vp.
Sudut rotasi inelastik (γp) diperoleh dengan melakukan interpolasi antara 0,08 dan 0,02 radian seperti terlihat pada Gambar 2.7. Kelelehannya terjadi tergantung dari beban yang mendominasi.
Mp = Zx . Fy (2.4) Vp = 0,6 . Fy .Aw (5) Aw = (db – 2.tf) tw (2.6) dengan, Mp = Momen plastis yang berkerja yang menyebabkan plastifikasi
Zx = Modulus penampang plastis Fy = Tegangan leleh baja
Vp = Gaya geser yang berkerja yang menyebabkan plastifikasi Aw = Luas penampang badan (web)
db = Kedalaman profil balok (beam) tf = Ketebalan sayap (flange) tw = Ketebalan badan (web)
Seperti yang telah diurai diawal perilaku link akan sangat dipengaruhi oleh gaya yang bekerja. Namun Yurisman dkk 2010 membagi link menjadi empat jenis antara lain dapat terlihat dalam Tabel 2.1 berikut:
Tabel 2.1 Kategori Link Berdasarkan Strength Ratio (Yurisman, dkk 2010)
Jenis link Panjang link
Link geser murni e < 1,6 Mp/Vp
Link dominan geser 1,6 Mp/Vp < e < 2,6 Mp/Vp
Link dominan lentur 2,6 Mp/Vp < e < 5,0 Mp/Vp
Lentur Murni e > 5 Mp/Vp γp = 0,176- 0,06.Vp.e/Mp Link Length, e e =2,6Mp/Vp e =1,6Mp/Vp 0 0,02 γp (rad) 0,08
Ketentuan-ketentuan perencanaan elemen link berdasarkan AISC.2005 adalah sebagai berikut:
1. Perbandingan antara lebar dan tebal profil harus mengacu pada Table I-8-1 AISC Seismic Provision 2005 tentang pembatasan rasio lebar dan tebal untuk elemen tertekan.
2. Berdasarkan riset yang dilakukan tentang local buckling pada link oleh Okazaki, Arce, Ryu, dan Engelhardt, 2004 dan Richard, Uang, Okazaki, Engelhardt, 2004. Rasio lebar dan tebal sayap pada link untuk panjang 1,6
Mp/Vp atau kurang dapat diperlonggar dari 0.30 / menjadi 0.38 / .
Batasan baru ini sesuai dengan table B4.1 didalam peraturan AISC Seismic Provision 2005.
3. Kuat geser nominal (Vn) dari elemen link harus lebih kecil dari kuat geser plastis (Vp) sebagai berikut:
a. Untuk e ≤ 2,6Mp/Vp maka nilai untuk Vn = Vp. b. Untuk e > 2,6Mp/Vp maka nilai untuk Vn = 2Mp/e.
Dimana nilai Mp dan nilai Vp diperoleh dari persmaan (2.4) dan (2.5).
4. Sesuai ketentuan LRFD, maka kekuatan geser nominal (Vn) harus lebih besar
dari atau sama kuatnya dengan kuat geser Ultimit (Vu) dimana kuat geser nominal harus dikalikan dengan suatu factor reduksi (
ø
v):
Sehingga kita dapatkan formulasi:
dengan, Vu = Kuat geser ultimit
ø
v = Faktor reduksi (LRFD) Vn = Kuat gesr nominal5. Efek dari gaya axial pada link diabaikan apabila gaya axial yang diijinkan tidak lebih besar 15 persen dari kekuatan leleh nominal pada link atau dapat dibentuk persamaan berikut:
Pu ≤ 0.15 . Py (2.8) Py = Fy.Ag (2.9) dengan, Pu = Gaya aksial yang dijinkan
Py = Gaya aksial nominal Fy = Kuat leleh baja Ag = Luas penampang
2.4.3 Pengaku Link (Link Stiffener)
Penggunaan pengaku pada elemen link adalah untuk meningkatkan daktalitas elemen link. Pengaku pada badan akan memperlambat terjadinya tekuk dan geser pada badan. Kejadian yang sering terjadi pada link pendek ialah terjadinya sobekan pada badan setelah terjadi tekuk (Kasai dan Popov 1986a). Berdasarkan penelitian itu maka Kasai dan Popov 1986 mengembangkan formulasi jarak pengaku sebagai berikut:
a = 29tw – d/5 untuk γp = ± 0,09 rad. (2.10) a = 38tw – d/5 untuk γp = ± 0,06 rad. (2.11) a = 56tw – d/5 untuk γp = ± 0,03 rad. (2.12)
dimana, a = Jarak antara pengaku (stiffner)
tw = Tebal badan
γp = Sudut rotasi inelastic
Untuk memperjelas penjelasan diatas dapat dilihat contoh link stiffner pada EBF tipe Spit D-Braced Gambar 2.8 berikut:
Percobaan yang telah dilakukan Engelhardt dan Popov pemasangan pengaku pada link kombinasi (antara link pendek dan link panjang) tidak sepenuhnya dapat memperlambat tekuk pada sayap, namun demikian tekuk pada sayap tidak seserius tekuk pada badan. Meskipun kekuatan link akan menurun dengan meningkatnya sudut rotasi inelastik.
Untuk link yang berperilaku sebagai link panjang (lentur), pengaku badan bagian tengah berfungsi unruk membatasi penurunan kekuatan yang disebabkan tekuk lokal pelat sayap dan tekuk lateral buckling (Yurisman, 2011). Pada penelitan
Gambar 2.8 Contoh Detail Pengaku link (link stiffener) (AISC.2005)
Link Length = e tf d Full Depth Stiffeners on both side a a a a
Full Depth Web Interediate stiffeners - both sides for Link Depth ≥ 25 inches
terdahulu, Hjelmstad dan Popov (1983) melakukan percobaan dengan link panjang dan menemukan bahwa adanya pengaku diluar link yaitu pada hubungan link dan
bracing. Kebutuhan akan pengaku ini didasari beberapa faktor termasuk panjang link, rasio perbandingan tebal dan lebar sayap, dan juga termasuk sudut antara
bracing dan balok. Engelhardt dan Popov (1992) menyarankan solusi konservatif dengan memasangkan pengaku dengan kedalaman sebagian disebrang dari ujung link pada jarak 1,5 bf.
AISC 2005 Seismic Provisions for Structural Steel Building menetapkan ketentuan pengaku lateral sebagaimana yang dapat ditabelkan berikut:
Tabel 2.2 Klasifikasi jarak pengaku badan antara/intermediate stiffener (Sumber : Yurisman, 2011)
No Panjang Link Jenis Link Sudut
Rotasi Jarak Pengaku Maksimum 1 e ≤ 1,6 ! " Geser murni 0.08 30.tw –d/5 < 0.02 52.tw –d/5 2 1,6 ! " < e ≤ 2,6 !
" Dominan geser Harus memenuhi No1 dan No2
3 2,6 !
" < e ≤ 5 ! "
Dominan
lentur 0.02 1,5 bf dariujung link
4 e > 5Mp/Vp Lentur Murni Tidak membutuhkan
2.4.4 Pengaruh Panjang Link
Elemenlink sangat berpengaruh terhadap perilaku inelastik pada desain EBF. Panjang link berpengaruh pada perilaku inelastik elemen link itu sendiri. Mekanisme kelelehan, disipasi energi dan mode kegagalan sangat erat hubungannya dengan faktor panjang link. Link pendek, perilaku inelastik didominsi oleh gaya geser, sedangkan link panjang perilaku inelastik didominasi oleh momen lentur. Untuk link antara (intermediate link), perilaku inelastik didominasi oleh geser dan lentur. (R. Becker dan M. Ishler, 1996).
Pada sistem struktur rangka berpengaku eksentrik (EBF), secara umum elemen link dibagi menjadi tiga jenis yaitu link geser, link lentur dan link kombinasi geser dan lentur. Untuk link kombinansi ada yang didominasi oleh gaya geser, dan ada yang didominasi oleh momen lentur.
Apabila kelelehan yang terjadi pada elemen link diakibatkan oleh gaya geser yang bekerja, maka link tersebut disebut link geser atau link pendek. Keruntuhan yang terjadi ditandai dengan terjadinya kerusakan pada daerah badan terlebih dahulu. Kelelehan yang terjadi pada elemen link disebabkan oleh momen lentur, maka link dikatakan link lentur atau link panjang. Keruntuhan yang terjadi ditandai dengan terjadinya kerusakan pada daerah sayap.
Kinerja link pendek umumnya lebih baik dibandingkan dengan link panjang. Namun rotasi inelastik yang disyaratkan cukup besar sehingga ada kemungkinan terjadi kerusakan pada elemen non struktural. Sedangkan link panjang memiliki sudut rotasi yang kecil sehingga elemen struktural masih dalam kondisi aman. Keunggulan
lain dari link panjang adalah memiliki keunggulan segi arsitektural dibandingkan dengan link pendek karena bracing pada rangka tidak terlalu panjang.
Elemen link pada struktur rangka berpengaku eksentrik (EBF) adalah merupakan balok utama yang dipotong sesuai dengan kebutuhan untuk panjang baik itu link pendek ataupun link panjang. Sehingga terjadi tingkat kesulitan dalam pelaksanaan yang lebih rumit dibandingkan dengan struktur penahan momen (MRF), juga apabila elemen link mengalami kerusakan ketika menerima beban gempa akan mengalami kesulitan dalam pelaksanaannya untuk mengganti dengan yang baru.
2.4.5 Elemen Struktur di Luar Link 2.4.5.1 Pengaku (bracing)
Peraturan mensyaratkan bahwa kekuatan pengaku diagonal yaitu kapasitas kombinasi aksial dan lentur rencana yang memikul berbagai kombinasi beban baik beban gempa maupun beban gravitasi. Dalam kombinasi itu diperbesar dengan gaya yang membuat link leleh dan mencapai strain hardening yaitu 1,25 kali kuat geser nominal rencana, Ry.Vn dari link yang berdekatan. Nilai Vn sesuai dengan kuat geser nominal yang sudah dibahas sebelumnya.
2.4.5.2 Balok (beam)
Balok yang dimaksud yaitu balok yang berhubungan langsung dengan elemen link. AISC mensyaratkan bahwa kekuatan balok yaitu kapasitas lentur rencana balok yang memikul berbagai macam kombinasi beban, baik beban gempa maupun beban gravitasi. Dalam kombinasi itu diperbesar dengan gaya yang membuat link leleh dan mencapai strain hardening yaitu minimal 1,1 kali gaya geser rencana, Ry.Vn yang
dihasilkan dari link. Nilai Vn sesuai dengan kuat geser nominal yang telah dibahas sebelumnya.
2.4.5.3 Kolom (column)
Kekuatan kolom ditentukan berdasarkan gaya yang dihasilkan dari beban sesuai dengan kombinasi beban yang terdapat pada peraturan, kecuali gaya yang dihasilkan akibat beban gempa, yang ditentukan berdasarkan minimal 1,1 kali gaya geser nominal rencana, Ry.Vn yang dihasilkan dari semua link yang berada di atas level yang ditinjau. Nilai Vn sesuai dengan kuat geser nominal yang telah dibahas sebelumnya.