Analisis Kekuatan Lentur dan Daktilitas pada Penampang Kolom Beton Bertulang, Kolom Baja dan Kolom Composite dengan Software ‘XTRACT’

(1)

ANALISIS KEKUATAN LENTUR DAN DAKTILITAS PADA

PENAMPANG KOLOM BETON BERTULANG, KOLOM BAJA DAN

KOLOM COMPOSITE DENGAN SOFTWARE ‘XTRACT’

Oleh :

Rudy Tiara 10 0404 102

Disetujui :

Pembimbing

Ir. Sanci Barus, MT

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

i

ABSTRAK

Daktilitas dan kekuatan lentur merupakan dua parameter penting dalam perencanaan

suatu kolom. Kurva hubungan antara momen dan kurvatur dapat digunakan untuk

menentukan nilai daktilitas suatu kolom. Nilai daktilitas suatu kolom dapat ditentukan dengan

membagi nilai kurvatur saat ultimit dengan nilai kurvatur saat leleh (yield).

Nilai daktilitas dan kekuatan lentur suatu kolom dipengaruhi oleh beberapa parameter.

Analisis momen kurvatur dilakukan untuk mengetahui pengaruh parameter luas tulangan

longitudinal, jarak antar sengkang, luas profil baja, bentuk profil baja, mutu beton dan mutu

tulangan longitudinal serta tulangan sengkang terhadap kekuatan lentur dan daktilitas dari

penampang kolom beton bertulang, kolom komposit dan kolom baja. Analisis tersebut

dilakukan dengan bantuan software „XTRACT‟ dengan memperhitungkan efek pengekangan

yang terjadi pada material beton.

Hasil analisis menunjukkan jarak antar sengkang yang rapat, mutu beton dan mutu

tulangan longitudinal yang rendah dapat meningkatkan nilai daktilitas suatu kolom beton

bertulang. Sedangkan, luas tulangan longitudinal yang besar dan mutu tulangan transversal

yang rendah dapat menurunkan nilai daktilitas suatu kolom beton bertulang. Selain itu,

konfigurasi tulangan longitudinal juga dapat mempengaruhi nilai daktilitas suatu kolom.

Bentuk dan luas profil baja yang digunakan mempengaruhi nilai daktilitas suatu

kolom komposit. Kolom komposit dengan profil H di tengahnya memiliki nilai daktilitas

yang lebih tinggi daripada kolom komposit dengan profil I. Profil H memberikan efek

pengekangan yang lebih besar dibandingkan profil I sehingga nilai daktilitasnya pun lebih

tinggi.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan berkat-Nya

hingga selesainya tugas akhir ini dengan judul “Analisis Kekuatan Lentur dan Daktilitas

pada Penampang Kolom Beton Bertulang, Kolom Baja dan Kolom Composite dengan

Software ‘XTRACT’ ”. Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat

yang harus dipenuhi dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang Studi Struktur pada Departemen

Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU).

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Hal ini

disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan

terbuka dan hati yang tulus, penulis menerima saran kritik Bapak dan Ibu dosen serta rekan

mahasiswa demi penyempurnaan tugas akhir ini.

Penulis juga menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak lepas dari bimbingan,

dukungan dan bantuan semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu,

tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis

dalam menyelesaikan tugas akhir ini serta kepada Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku

pembanding.

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir.Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera

Utara dan pembanding.

4. Teristimewa kepada kedua orang tua penulis, Tia Tji Po dan Tin Bie Gek, beserta

kakak-kakak saya : Lindawati dan Lidyawati kemudian Lolita Simbara yang telah mendukung,

(4)

iii 5. Rudi Kirana, Deni Hermawan, John Thedy, Desindo Wijaya, Akbar Soesilo, Erwin

Susanto dan lain-lain, selaku teman seperjuangan penulis yang selalu mengingatkan dan

memberikan dukungan moral kepada penulis hingga tugas akhir ini dapat selesai tepat

waktu.

6. Erwin, selaku abang senior stambuk 2004 yang memberikan konstribusi besar kepada

penulis dalam hal memberikan ide, semangat dan arahan hingga selesainya tugas akhir

ini.

7. Teman-teman jurusan Teknik Sipil, terutama teman-teman seangkatan 2010 yang

senantiasa membantu penulis sewaktu menemui kendala serta telah menjadi teman yang

baik selama 4 tahun kebersamaan di kampus, abang/ kakak stambuk 2007, 2008 dan 2009

serta adik-adik 2011, 2012 dan 2013 terima kasih atas dukungan dan informasi yang

bermanfaat selama ini.

8. Para pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU atas ketersediannya untuk

mengurus administrasi Tugas akhir ini.

9. Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Terima kasih untuk

semuanya.

10.Dan tentunya terima kasih dan rasa syukur kepada Tuhan YME.

Medan, Juni 2014

Penulis

RUDY TIARA

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI...iv

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ...x

DAFTAR NOTASI... xi

BAB I. PENDAHULUAN ...1

1.1Latar Belakang Masalah ...1

1.2 Perumusan Masalah ...6

1.3 Pembatasan Masalah...6

1.4 Maksud dan Tujuan...7

1.5 Sistematika Penulisan...7

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ...9

2.1 Kolom ...9

2.2 Dasar Teori Pengekangan ...14

2.3 Model Tegangan-Regangan Material ...17

2.3.1 Hubungan Tegangan-Regangan Beton ...17

2.3.2 Hubungan Tegangan-Regangan Baja ...20

(6)

v

BAB III. ANALISIS DAN PEMODELAN ...24

3.1 Analisis Momen Kurvatur ...24

3.2 Kolom Beton Bertulang dengan Pengekangan (Confinement) ...26

3.2.1 Koefisien Kekangan Efektif ...28

3.2.2 Tegangan Kekangan Lateral Efektif ...29

3.2.3 Nilai Faktor Pengekangan (Confinement Factor) ...30

3.3 Kolom Baja yang Diselimuti Beton dengan Pengekangan (Confinement) ...30

3.4 Pemodelan Penampang ...33

3.4.1 Penampang Tipe A ...36

3.4.2 Penampang Tipe B ...38

3.4.3 Penampang Tipe C ...38

3.5 Diagram Alir ...39

BAB IV. ANALISIS MOMEN KURVATUR DENGAN ‘XTRACT’ ...41

4.1 Penggunaan „XTRACT‟ ...41

4.2 Contoh Analisis Momen Kurvatur dengan bantuan „XTRACT‟ ...45

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN ...52

5.1 Hasil Perhitungan Kurva Tegangan Regangan Kolom Beton Bertulang ...52

5.1.1 Penampang Kolom A1 ...52

5.1.2 Penampang Kolom A2 ...59

(7)

5.2 Hasil Perhitungan Kurva Hubungan Tegangan-Regangan Kolom Komposit ...61

5.2.1 Penampang Kolom B1 ...61

5.2.2 Penampang Kolom B2 ...62

5.3 Perhitungan Kurva Hubungan Tegangan-Regangan Kolom Baja ...63

5.4 Hasil Analisis Momen Kurvatur ...63

5.4.1 Hasil Analisis Penampang Tipe A ...63

5.4.2 Hasil Analisis Penampang Tipe B ...68

5.4.3 Hasil Analisis Penampang Tipe C ...69

5.5 Pembahasan...70

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ...73

6.1 Kesimpulan ...73

6.2 Saran ...74

(8)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 : Kolom RC (Reinforced Concrete) ...2

Gambar 1.2 : Kolom SRC (Steel Reinforced Concrete) ...2

Gambar 1.3 : Kolom CFT (Concrete Filled Tube) ...3

Gambar 1.4 : Kolom Komposit SRC (Steel Reinforced Concrete) ...4

Gambar 1.5 : Material dalam Kolom SRC (Steel Reinforced Concrete) ...5

Gambar 2.1 : Kolom sengkang persegi ...10

Gambar 2.2 : Kolom Spiral ...11

Gambar 2.3 : Kolom Komposit ...12

Gambar 2.4 : Kelakuan Kolom dalam Struktur ...13

Gambar 2.5 : Efektifitas Pengekangan (a) sengkang persegi (b) spiral ...14

Gambar 2.6 : Material Beton pada Kolom Beton Bertulang ...16

Gambar 2.7 : Material Beton pada Kolom Baja yang Diselimuti Beton ...16

Gambar 2.8 : Model Tegangan-Regangan Beton ...17

Gambar 2.9 : Kurva nilia K ...19

Gambar 2.10: Model Tegangan-Regangan Elasto-Plastis ...20

Gambar 2.11 : Model Tegangan-Regangan Baja dengan Strain Hardening ...21

Gambar 3.1 : Model Aksi Busur (Arching Action) dengan sudut 45 ̊ ...28

Gambar 3.2 : Nilai Faktor Pengekangan untuk Material Beton Terkekang Sebagian ...32

Gambar 3.3 : Nilai Faktor Pengekangan untuk Material Beton Terkekang Penuh ...32

(9)

Gambar 3.5 : Tipe A2...34

Gambar 3.11 :Flowchart Penyusunan Tugas Akhir ...39

Gambar 5.1 : Kurva Tegangan Regangan Beton Terkekang A1-01, A1-06 dan A1-07 ...53

Gambar 5.2 : Kurva Tegangan Regangan Beton Tidak Terkekang A1-01, A1-06 dan A1-07 ...53

Gambar 5.3 : Kurva Tegangan Regangan Beton Terkekang A1-02 ...54

Gambar 5.7 : Kurva Tegangan Regangan Beton Tidak Terkekang A1-05 ...57

Gambar 5.9 : Kurva Tegangan Regangan Beton Tidak Terkekang A1-08 ...58

Gambar 5.13 : Kurva Tegangan Regangan Material Beton B1-01 ...62

Gambar 5.14 : Kurva Tegangan Regangan Material Beton B2-01 ...63

(10)

ix

Gambar 5.16 : Kurva Momen Kurvatur dengan Variasi Jarak antar Sengkang ...65

Gambar 5.17 : Kurva Momen Kurvatur dengan Variasi Mutu Beton ...66

Gambar 5.18 : Kurva Momen Kurvatur dengan Variasi Mutu Tulangan Longitudinal ...66

Gambar 5.19 : Kurva Momen Kurvatur dengan Variasi Mutu Tulangan Sengkang ...67

Gambar 5.20 : Kurva Momen Kurvatur dengan Variasi Letak Tulangan Longitudinal ...68

Gambar 5.21 : Kurva Momen Kurvatur B1-01 dan B2-01 ...69

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 : Penampang-penampang Tipe A, Tipe B dan Tipe C ...36

Tabel 3.2 : Penampang Tipe A untuk meninjau pengaruh luas tulangan longitudinal ...36

Tabel 3.3 : Penampang Tipe A untuk meninjau pengaruh jarak sengkang ...37

Tabel 3.4 : Penampang Tipe A untuk meninjau pengaruh mutu beton ...37

Tabel 3.5 : Penampang Tipe A untuk meninjau pengaruh mutu tulangan longitudinal ...37

Tabel 3.6 : Penampang Tipe A untuk meninjau pengaruh mutu tulangan sengkang ...37

Tabel 3.7 : Penampang Tipe A untuk meninjau pengaruh letak tulangan longitudinal ...38

Tabel 3.8 : Penampang Tipe B ...38

Tabel 3.9 : Penampang Tipe C ...38

Tabel 5.1 : Penampang Kolom Tipe A1 ...52

Tabel 5.4 : Penampang Kolom Tipe B1 ...61

Tabel 5.5 : Penampang Kolom Tipe B2 ...62

Tabel 5.6 : Hasil Analisis Penampang Kolom Tipe A ...64

Tabel 5.7 : Hasil Analisis Penampang Kolom Tipe B ...68

(12)

xi

DAFTAR NOTASI

Ac = Luas penampang inti (mm2)

Acc = Luas daerah beton terkekang (mm2)

Ae = Luas daerah efektif terkekang pada inti (mm2)

Ag = Luas bruto kolom (mm2)

Asl = Luas tulangan longitudinal (mm2)

Ass = Luas profil baja (mm2)

Atx = Luas tulangan transversal dalam arah x (mm2)

Aty = Luas tulangan transversal dalam arah y (mm2)

bc = Lebar beton inti (mm)

dc = Diameter beton inti (mm)

Ec = Modulus tangen dari beton yang tidak terkekang (MPa)

Es = Modulus Elastisitas Baja (MPa)

Esec = Modulus Secant dari Beton yang Terkekang (MPa)

fc = Tegangan beton (MPa)

f‟c = Kekuatan tekan beton (MPa)

f‟cc = Kekuatan tekan beton maksimum (MPa)

flx = Tegangan kekangan lateral dalam arah x (MPa)

(13)

f_lx‟ = Tegangan kekangan lateral efektif dalam arah x (MPa)

fly‟ = Tegangan kekangan lateral efektif dalam arah y (MPa)`

fyh = Tegangan leleh hoop atau sengkang (MPa)

fyl = Tegangan leleh tulangan longitudinal (MPa)

fys = Tegangan leleh hoop atau sengkang (MPa)

K = Nilai faktor pengekangan

ke = Koefisien kekangan efektif

Kh = Nilai faktor pengekangan untuk beton terkekang penuh

Kp = Nilai faktor pengekangan untuk beton terkekang sebagian

r = Rasio antara Ec dengan selisih Ec dan Esec

s = Spasi tulangan transversal (mm)

s‟ = Spasi bersih antar sengkang (mm)

wi = Jarak antar tulangan longitudinal (mm)

x = Rasio antara 𝜀_𝑐 dengan 𝜀_𝑐𝑐

𝜀𝑐 = Regangan pada beton

𝜀𝑐𝑐 = Regangan maksimum beton pada beton yang terkekang

𝜀𝑐0 = Regangan maksimum beton pada beton yang tidak terkekang (nilainya

0,002)

(14)

xiii

𝜀𝑠𝑝 = Regangan pada saat terjadi spalling

𝜀𝑦 = Regangan leleh

𝜌𝑐𝑐 = Rasio antara luas tulangan longitudinal dengan luas penampang inti kolom

𝜌𝑠 = Rasio antara luas tulangan transversal dengan luas beton terkekang

𝜌𝑥 = Rasio antara luas tulangan transversal dalam arah x dengan luas beton

terkekang

𝜌𝑦 = Rasio antara luas tulangan transversal dalam arah y dengan luas beton