Penjelasan Singkat Desain Seismic Isolation dengan High Damping Rubber Bearing (HDRB) Penjelasan Singkat Desain Seismic Isolation dengan High Damping Rubber Bearing (HDRB)
Ryan Rakhmat Setiadi, ST Ryan Rakhmat Setiadi, ST (([email protected]@yahoo.com)) High-damping Rubber Bearing (HDRB)
High-damping Rubber Bearing (HDRB)
High-damping Rubber Bearing (HDRB) memamfaatkan rekayasa kimia untuk menciptakan High-damping Rubber Bearing (HDRB) memamfaatkan rekayasa kimia untuk menciptakan karateristik yang berbeda dari Natural Rubber Bearing (NRB). Nilai modulus geser yang berubah karateristik yang berbeda dari Natural Rubber Bearing (NRB). Nilai modulus geser yang berubah - ubah terhadap regangan geser yang terjadi membuat hysteretic loop yang gemuk sehingga - ubah terhadap regangan geser yang terjadi membuat hysteretic loop yang gemuk sehingga menghasilkan nilai equivalent damping ratio yang tinggi. Jenis seismic isolation ini umumnya menghasilkan nilai equivalent damping ratio yang tinggi. Jenis seismic isolation ini umumnya tidak membutuhkan damping device tambahan.
tidak membutuhkan damping device tambahan.
Gambar 1. Bentuk High-damping Rubber Bearing Serta
Gambar 1. Bentuk High-damping Rubber Bearing Serta Kurva Cyclic Test untuk Shear Force vsKurva Cyclic Test untuk Shear Force vs Shear Displacement (Bridgestone Catalog)
Shear Displacement (Bridgestone Catalog)
Kelebihan lainnya dari seismic isolation tipe HDRB adalah transisi kekakuan dari linear ke Kelebihan lainnya dari seismic isolation tipe HDRB adalah transisi kekakuan dari linear ke nonlinear lebih halus jika dibandingkan dengan seismic isolation tipe Lead Rubber Bearing (LRB). nonlinear lebih halus jika dibandingkan dengan seismic isolation tipe Lead Rubber Bearing (LRB). Hal ini penting karena penurunan kekakuan secara tajam dapat mengebabkan efek vibrasi yang Hal ini penting karena penurunan kekakuan secara tajam dapat mengebabkan efek vibrasi yang lebih besar dan merusak equipment yang sensitif terhadap vibrasi.
lebih besar dan merusak equipment yang sensitif terhadap vibrasi.
Kekakuan vertikal (Kv) Kekakuan vertikal (Kv)
Nilai kekakuan vertikal (Kv) ditentukan oleh rumus berikut : Nilai kekakuan vertikal (Kv) ditentukan oleh rumus berikut :
Keterangan : Keterangan : Kv
Kv = = Vertical Vertical Stiffness Stiffness PropertiesProperties Ec
Ec = = Longitudinal Longitudinal Elastic Elastic Modulus Modulus of of RubberRubber Ar
Ar = = Effective Effective AreaArea n
n = = Total Total Number Number of of Rubber Rubber LayerLayer tr
tr = = Thickness Thickness of of Rubber Rubber LayerLayer n.tr
n.tr = = Total Total Thickness Thickness of of RubberRubber E
E0000 = = Bulk Bulk ModulusModulus E
E00 = = Longitudinal Longitudinal Elastic Elastic Modulus Modulus of of RubberRubber κ
κ = = Correction Correction Modulus Modulus of of Rubber Rubber HardnessHardness S
S11 = = Primary Primary Shape Shape FactorFactor
Nilai vertical stiffness bergantung kepada efektif area untuk deformasi lateral yang terjadi. Nilai vertical stiffness bergantung kepada efektif area untuk deformasi lateral yang terjadi. Semakin tinggi nilai deformasi lateral yang terjadi, nilai efektif area semakin rendah dan vertical Semakin tinggi nilai deformasi lateral yang terjadi, nilai efektif area semakin rendah dan vertical stiffness semakin kecil. Namun hasil eksperimen menandakan bahwa untuk deformasi lateral stiffness semakin kecil. Namun hasil eksperimen menandakan bahwa untuk deformasi lateral sama dengan diameter rubber bearing (Ar = 0), nilai kekakuan dengan deformasi tertentu sama dengan diameter rubber bearing (Ar = 0), nilai kekakuan dengan deformasi tertentu terhadap kekakuan awal (Kv/Kvo) masih tersisa sekitar 20% (Gordon P. War
terhadap kekakuan awal (Kv/Kvo) masih tersisa sekitar 20% (Gordon P. War n et. Al 2007).n et. Al 2007).
Gambar 2. Ilustrasi Efektif Area Pada Seismic I
Gambar 2. Ilustrasi Efektif Area Pada Seismic I solation Berbentuk Lingkaran dan Hasilsolation Berbentuk Lingkaran dan Hasil Eksperimen Rasio Kekakuan Vertikal Setelah Deformasi dan Kekakuan Awal (Kv/Kvo) terhadar Eksperimen Rasio Kekakuan Vertikal Setelah Deformasi dan Kekakuan Awal (Kv/Kvo) terhadar
Rasio Deformasi Terhadap Jari
Rasio Deformasi Terhadap Jari – – Jari (Gordon P. Warn et. Al 2007 Jari (Gordon P. Warn et. Al 2007 )) Nilai efektif area dari seismic isolation terhadap deformasi yang terjadi adalah : Nilai efektif area dari seismic isolation terhadap deformasi yang terjadi adalah :
Dengan Bb = bounded plan dimension of bearing, B = overall plan dimension of bearing, Ab = Dengan Bb = bounded plan dimension of bearing, B = overall plan dimension of bearing, Ab = bounded area of bearing, dan
bounded area of bearing, danΔΔ = applied or assumed lateral displacement. = applied or assumed lateral displacement. Nilai Parameter Horizontal
Nilai Parameter Horizontal
Nilai parameter horizontal dari HDRB Nilai parameter horizontal dari HDRB ditunjukkan oleh figure 2. Nilai kekakuan ditunjukkan oleh figure 2. Nilai kekakuan lateral equivalen (K
lateral equivalen (Keqeq) dan nilai equivalen) dan nilai equivalen damping (H
damping (Heqeq) merupakan dua parameter) merupakan dua parameter penting yang digunakan untuk trial awal penting yang digunakan untuk trial awal kebutuhan deformasi lateral seismic isolation kebutuhan deformasi lateral seismic isolation dengan metode static equivalent. Nilai ini dengan metode static equivalent. Nilai ini digunakan dalam analisis static equivalent digunakan dalam analisis static equivalent untuk mensimplifikasi respon nonlinear dari untuk mensimplifikasi respon nonlinear dari HDRB, namun tetap harus diverifikasi lagi HDRB, namun tetap harus diverifikasi lagi dengan analisis nonlinear time history.
dengan analisis nonlinear time history. Karena nilai K
Karena nilai Keqeq dan dan HHeqeq merupakanmerupakan pendekatan linearitas, nilai ini berubah
pendekatan linearitas, nilai ini berubah – – ubah ubah bergantung
bergantung kepada skepada strain train yang tyang terjadi. erjadi. nilainilai K
Keqeq dan Hdan Heqeq bisa didapatkan dari persamaanbisa didapatkan dari persamaan berikut :
berikut :
Dimana G
Dimana Geqeq = modulus elastisitas geser yang bergantung kepada shear strain, X = deformasi = modulus elastisitas geser yang bergantung kepada shear strain, X = deformasi desain,
desain, ΔΔW = adalah area loop dari hysteretic, Q W = adalah area loop dari hysteretic, Q dd= kekuatan geser karakteristik, dan= kekuatan geser karakteristik, dan uu = rasio = rasio kekuatan geser karakteristik terhadap gaya ge
kekuatan geser karakteristik terhadap gaya ge ser maksimum loop.ser maksimum loop. Disini trial dan error diperlukan, nilai G
Disini trial dan error diperlukan, nilai Geqeqbergantung kepada tegangan geser yang terjadi padabergantung kepada tegangan geser yang terjadi pada saat deformasi desain (
saat deformasi desain (γ γ =X/H) sehingga nilai K =X/H) sehingga nilai Keqeq dan H dan Heqeq juga berubah juga berubah – – ubah. Sementara itu ubah. Sementara itu deformasi desain (X) dari hasil preliminary desain dengan static equivalent juga membutuhkan deformasi desain (X) dari hasil preliminary desain dengan static equivalent juga membutuhkan input K
input Keqeq dan H dan Heqeq..
Sementara itu, untuk properti nonlinear yaitu initial stiffness (K
Sementara itu, untuk properti nonlinear yaitu initial stiffness (K11) dan kekuatan geser) dan kekuatan geser karakteristik (Q
karakteristik (Q dd) ditentukan oleh supplier berdasarkan test yang dilakukan. Catatan untuk) ditentukan oleh supplier berdasarkan test yang dilakukan. Catatan untuk kekuatan geser karakteristik (Q
kekuatan geser karakteristik (Q dd) nilainya bergantung pada shear strain saat tes dilakukan (atau) nilainya bergantung pada shear strain saat tes dilakukan (atau diambil sebesar 250 % untuk gempa DBE).
Gambar 3. Tipikal Shear Modulus dan Damping Terhadap Shear Strain untuk HDRB, t
Gambar 3. Tipikal Shear Modulus dan Damping Terhadap Shear Strain untuk HDRB, t erlihaterlihat nilainya yang dependent terhadap shear strain (R. Ivan Skinner et. al
nilainya yang dependent terhadap shear strain (R. Ivan Skinner et. al 2007)2007)
Insinyur tetap harus memperhatikan report dari supplier untuk nilai toleransi manufacture, Insinyur tetap harus memperhatikan report dari supplier untuk nilai toleransi manufacture, pengaruh temperature, dan umur karet. Nilai kekakuan bisa berubah dan mungkin perlu pengaruh temperature, dan umur karet. Nilai kekakuan bisa berubah dan mungkin perlu mempertimbangkan efek lower dan upper bound parameter untuk melihat emplove mempertimbangkan efek lower dan upper bound parameter untuk melihat emplove karakteristik respon struktur.
karakteristik respon struktur.
Gambar 4. Contoh Performance Variation dari HDRB (Bridgestone) Gambar 4. Contoh Performance Variation dari HDRB (Bridgestone)
Diagram Kekuatan Dari HDRB Diagram Kekuatan Dari HDRB
Kekuatan dari seismic isolation digambarkan oleh oleh kurva interaksi tegangan kompresi vs Kekuatan dari seismic isolation digambarkan oleh oleh kurva interaksi tegangan kompresi vs regangan geser (
regangan geser (σσ vs vsγ γ ), dimana diagram kurva dibatasi oleh garis ), dimana diagram kurva dibatasi oleh garis tegangan kompresi maksimumtegangan kompresi maksimum (σ
(σmaxmax = = σσLL ), regangan geser maksimum ( ), regangan geser maksimum (γ γ maxmax= = γ γ LL == Δ Δmax max . n . ts), dan tegangan kompresi akibat . n . ts), dan tegangan kompresi akibat
bukling (σ bukling (σcrcr).).
Gambar 5. Tipikal Diagram Interaksi Kapasitas Dari Seismic Isolation Gambar 5. Tipikal Diagram Interaksi Kapasitas Dari Seismic Isolation
Untuk kapasitas limit buckling di diagram interaksi ditentukan oleh persamaan berikut ini Untuk kapasitas limit buckling di diagram interaksi ditentukan oleh persamaan berikut ini (standar ISO 22762 dan JIS K 6410) :
(standar ISO 22762 dan JIS K 6410) :
Dimana nilai
Dimana nilai ααcc adalah faktor yang dipengaruhi oleh second shape factor (S adalah faktor yang dipengaruhi oleh second shape factor (S22 = D/n.tr) dan = D/n.tr) dan nilainya bervariasi antara 0.8 sampai 1.40, nilai ini juga ditentukan oleh tes yang dilakukan nilainya bervariasi antara 0.8 sampai 1.40, nilai ini juga ditentukan oleh tes yang dilakukan supplier.
supplier.
Pada prakteknya di Jepang (Toshio NISHI et al. 2013), nilai tegangan kompresi nominal ( Pada prakteknya di Jepang (Toshio NISHI et al. 2013), nilai tegangan kompresi nominal (σσnomnom)) dibatasi sampai 33% dari tegangan maksimum bukling atau hasil eksperimen supplier diambil dibatasi sampai 33% dari tegangan maksimum bukling atau hasil eksperimen supplier diambil yang terkecil
yang terkecil (σ(σnomnom== σσcrcrx 0.33 ataux 0.33 atau σσnomnom== σσultultx 0.33), sementara itu JIS K 6410 juga membatasix 0.33), sementara itu JIS K 6410 juga membatasi nilai tegangan kompresi nominal yaitu maksimum 15 Mpa. Nilai tegangan kompresi nominal nilai tegangan kompresi nominal yaitu maksimum 15 Mpa. Nilai tegangan kompresi nominal
disini adalah tegangan pada seismic isolation akibat beban longterm. Sementara itu untuk beban disini adalah tegangan pada seismic isolation akibat beban longterm. Sementara itu untuk beban kondisi ekstrem (akibat gempa), prakteknya di Jepang adalah dengan membatasi tegangan kondisi ekstrem (akibat gempa), prakteknya di Jepang adalah dengan membatasi tegangan kompresi kurang dari
kompresi kurang dari 66% 66% tegangan maksimum bukltegangan maksimum bukling atau hasil eksperimen sing atau hasil eksperimen supplier diambilupplier diambil yang terkecil (
yang terkecil (σσmaxmax==σσcrcrx 0.66 ataux 0.66 atauσσnomnom==σσultultx 0.66).x 0.66).
Nilai ultimate regangan geser ditentukan oleh structure engineer atau hasil tes dari supplier (ISO Nilai ultimate regangan geser ditentukan oleh structure engineer atau hasil tes dari supplier (ISO 22762). Nilai maksimum regangan geser sangat bergantung kepada material karet dan second 22762). Nilai maksimum regangan geser sangat bergantung kepada material karet dan second shape factor (S2) dimana nilainya bervariasi dari 300% ~ 400%. Prakteknya di Jepang nilai shape factor (S2) dimana nilainya bervariasi dari 300% ~ 400%. Prakteknya di Jepang nilai regangan geser nominal (
regangan geser nominal (γγnomnom) dibatasi sampai 100% (JIS K 6410) sementara untuk regangan) dibatasi sampai 100% (JIS K 6410) sementara untuk regangan
geser maksimum (
geser maksimum (γγmaxmax) dibatasi sampai 250%. Perlu dicatat disini bahwa di Jepang nilai gempa) dibatasi sampai 250%. Perlu dicatat disini bahwa di Jepang nilai gempa
yang digunakan untuk mendesain bangunan dengan seismic isolation adalah berdasarkan yang digunakan untuk mendesain bangunan dengan seismic isolation adalah berdasarkan gempa level 2 atau ekuivalen dengan periode ulang 500
gempa level 2 atau ekuivalen dengan periode ulang 500 tahunan.tahunan.
(Toshio NISHI et al. 2013) (Toshio NISHI et al. 2013) Perbandingan Standar ISO dan JIS
Perbandingan Standar ISO dan JIS
Nobuo MUROTA et. al 2010 merangkum beberapa perbedaan dari standar ISO dan JIS untuk Nobuo MUROTA et. al 2010 merangkum beberapa perbedaan dari standar ISO dan JIS untuk seismic isolation. Terlihat bahwa ketentuan JIS lebih jelas mengatur mengenai seismic isolation seismic isolation. Terlihat bahwa ketentuan JIS lebih jelas mengatur mengenai seismic isolation dan lebih menekankan pada hasil tes supplier seismic isolation dibandingkan menyerahkannya dan lebih menekankan pada hasil tes supplier seismic isolation dibandingkan menyerahkannya kepada structure engineer.
Ketentuan Periode Ulang Gempa Untuk Desain Seismic Isolation Ketentuan Periode Ulang Gempa Untuk Desain Seismic Isolation Beberapa negara memiliki ketentuan masing
Beberapa negara memiliki ketentuan masing – – masing untuk mendesain bangunan dengan masing untuk mendesain bangunan dengan seismic isolation. Periode ulang gempa yang digunakan serta batasan untuk drift superstruktur seismic isolation. Periode ulang gempa yang digunakan serta batasan untuk drift superstruktur untuk beberapa Negara ditunjukan oleh tabel berikut :
untuk beberapa Negara ditunjukan oleh tabel berikut :
(Demin FENG et. al 2012) (Demin FENG et. al 2012)
Pada tabel diatas terlihat ada perbedaan desain terutama untuk di Jepang dan di US. Di Jepang Pada tabel diatas terlihat ada perbedaan desain terutama untuk di Jepang dan di US. Di Jepang level ground motion untuk pengecekan bangunan dengan seismic isolation yaitu untuk periode level ground motion untuk pengecekan bangunan dengan seismic isolation yaitu untuk periode ulang 50 tahunan (service level) dan 500 tahunan (DBE level), sementara di US menggunakan ulang 50 tahunan (service level) dan 500 tahunan (DBE level), sementara di US menggunakan periode ulang 50 tahunan (service level) dan 2500 tahunan (MCE level).
periode ulang 50 tahunan (service level) dan 2500 tahunan (MCE level).
International Council for Research and Innovation in Building and Construction (CIB) juga International Council for Research and Innovation in Building and Construction (CIB) juga mengeluarkan publikasi yaitu CIB/W114 - International Project on Performance-based Design of mengeluarkan publikasi yaitu CIB/W114 - International Project on Performance-based Design of Seismically Isolated Buildings. Publikasi ini mengatur desain seismic isolation yang Seismically Isolated Buildings. Publikasi ini mengatur desain seismic isolation yang diperuntukkan secara internasional. Berbeda dengan ISO 22762, CIB/W114 juga mengatur diperuntukkan secara internasional. Berbeda dengan ISO 22762, CIB/W114 juga mengatur mengenai teknik desain gempa dan periode ulang gempa yang digunakan untuk bangunan mengenai teknik desain gempa dan periode ulang gempa yang digunakan untuk bangunan dengan seismic Isolation. Beberapa ketentuannya ditunjukkan oleh tabel berikut :
(Demin FENG et. al 2012) (Demin FENG et. al 2012)
Referensi : Referensi :
Murota,
Murota,N., Kani, N., Muramatsu, Y., Kaneko, S., Yoshizawa, T., & Nishi, T. “N., Kani, N., Muramatsu, Y., Kaneko, S., Yoshizawa, T., & Nishi, T. “Development of JISDevelopment of JIS Standard of Laminated Rubber Bearings for Seismic Isolation
Standard of Laminated Rubber Bearings for Seismic Isolation”, (Powerpoint file in PDF), 1st”, (Powerpoint file in PDF), 1st
Kashiwazaki International Symposium on Seismic Safety of Nuclear Installations, Nov.2010 Kashiwazaki International Symposium on Seismic Safety of Nuclear Installations, Nov.2010 Nishi, T., Murota, N., Kelly, J. M., Fuller, K., Zhou, F.
Nishi, T., Murota, N., Kelly, J. M., Fuller, K., Zhou, F. L,L,“A Survey of Specifications for Design and“A Survey of Specifications for Design and Testing of Seismic Isolators
-Testing of Seismic Isolators - Comparison of ISO 22762, EN 15129, and JIS K 6410”.Comparison of ISO 22762, EN 15129, and JIS K 6410”. 13th World13th World Conference on Seismic Isolation, Sept.2013
Conference on Seismic Isolation, Sept.2013 Higashino, M., S. Okamoto, 2006,
Higashino, M., S. Okamoto, 2006,“ “ Response Control and Seismic Isolation of BuildingsResponse Control and Seismic Isolation of Buildings””, Taylor &, Taylor & Francis ICC, 2009, 2009
Francis ICC, 2009, 2009 International Building Code, (Falls Church, VA: International CodeInternational Building Code, (Falls Church, VA: International Code Council)
Council)
Warn, G. P. Whittaker, A. S. C
Warn, G. P. Whittaker, A. S. Constantinou, M. C.onstantinou, M. C."Vertical Stiffness of Elastomeric and Lead "Vertical Stiffness of Elastomeric and Lead – – Rubber Seismic Isolation Bearings".
Rubber Seismic Isolation Bearings". Journal Of Structural Engineering ASCE, Sept. 2007Journal Of Structural Engineering ASCE, Sept. 2007 Kelly, J.M., Skinner, R.I.& Robinson, B. (2007), "
Kelly, J.M., Skinner, R.I.& Robinson, B. (2007), "Seismic Isolation for Designers and StructuralSeismic Isolation for Designers and Structural Engineers",
Engineers",Robinson Seismic LTD and Holmes Robinson Seismic LTD and Holmes Consulting GroupConsulting Group Feng, D., etc.,
Feng, D., etc.,"A Comparative Study of Seismic Isolation Codes Worldwide" "A Comparative Study of Seismic Isolation Codes Worldwide" , 15 WCEE,, 15 WCEE, Lisboa.2012
Lisboa.2012
BRIDGESTONE Set of Catalogues in seismic isolators BRIDGESTONE Set of Catalogues in seismic isolators
