KAJIAN NUMERIKAL/ABAQUS
DAMPER PELAT BAJA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
JEKMAN SIMANJUNTAK
110424031
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN
KAJIAN NUMERIKAL/ABAQUSDAMPER PELAT BAJA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Ujian Sarjana Teknik Sipil NIP. 19561224 198103 1 002 NIP. 19541012 198003 1 004
Mengesahkan
Koordinator PPSE Ketua
Departemen T. Sipil FT. USU Departemen T. Sipil FT. USU
Ir. Zulkarnain A. Muis, M. Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19560326 198103 1 003 NIP. 19561224 198103 1 002
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Salah satu anti gempa sistem kontrol pasif yang paling sederhana dan murah adalah peredam leleh baja (steel yielding damper). Sistem ini akan mengabsorbsi energi gempa dengan mendissipasi energi melalui pembentukan sendi plastis atau pelelehan melalui mekanisme pelelehan materialnya.
Steel damper yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah damper pelat bentuk X. Kajian Numerikal Dengan Program Abaqus peredam leleh baja (yielding steel damper) sebanyak empat kajian (HSD 1, HSD 2, HSD 3, HSD 4) yang menjadi perwakilaan dari setiap kajian yang sudah dilakukan penulis. Semua kajian mempunyai ukuran yang sama hanya berbeda dalam parameter pada damper (Q, b, C, γ). Kajian dilakukan dengan program ABAQUS.
Steel damper yang dikaji akan menghasilkan data berupa kurva hysteresis. Hasil Numerikal berupa kurva hysteresis tersebut menunjukkan besar energi disipasi damper tersebut. Selanjutnya kurva hysteresis tersebut dianalisa dengan menggunakan pendekatan model tri-linier untuk mendapatkan karakteristik mekanik peredam seperti kekakuan elastis, kekakuan leleh dan kekakuan pasca leleh. Dari hasil kajian tersebut kita akan mendapatkan bentuk geometri ideal peredam (damper) dengan kemampuan menyerap energi gempa terbesar.
Secara umum semua spesimen menunjukkan kurva hysteresis yang gemuk dan stabil. Namun, dari keempat specimen tersebut dicatat bahwa spesimen yang kajian HSD 4 menunjukkan kurva hysteresis yang paling luas (Wu = 239.719 kNmm), kekakuan elastis yang paling besar (Ke = 51.94), serta rasio damping terbesar (ζ = 52.5%). Hasil ini menunjukkan bahwa steel damper kajian HSD 4 dapat diusulkan untuk di aplikasikan sebagai anti gempa jenis control pasif pada perencanaan bangunan tahan gempa.
Kata Kunci: Anti gempa, Peredam/damper, kurva hysteresis, Energi dissipasi.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR dan KURVA ... x
DAFTAR NOTASI ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I.
PENDAHULUAN
... 11.1 Latar Belakang ... 6
1.2 Perumusan Masalah ... 6
1.3 Pembatasan Masalah ... 6
1.4 Tujuan Penulisan ... 6
1.5 Manfaat Penulisan ... 7
1.6 Metodologi Penulisan ... 7
1.7 Tinjauan Pusataka Singkat ... 8
1.8 Sistematika Penulisan ... 9
BAB II.
TINJAUAN
PUSTAKA
... 102.1 Material Baja ... 11
2.2 Sifat – Sifat Mekanik Baja ... 13
2.3 Metode Analisa Struktur Terhadap Beban Gempa ... 16
2.3.1 Metode Analisis Static ... 16
2.3.2 Metode Analisis Dinamis ... 16
2.4 Kriteria Dasar Perencanaan ... 17
2.4.1 Pembebanan ... 17
2.5 Derajat Kebebasan ... 21
2.6 Redaman Struktur ... 22
2.7 Teori Metallic Yielding Damper Umum ... 29
2.8 Tinjauan Peredam Leleh Baja ... 30
2.8.1 Dasar Pemilihan Damper Bentuk X ... 30
2.8.2 Propertis Mekanik Peredam Leleh Baja ... 33
2.8.3 Penentuan Dimensi Peredam Baja Tipe X ... 34
2.9 Karakteristik Struktur Bangunan ... 37
2.9.1 Massa ... 37
2.9.1.1 Model Diskretisasi Massa ... 37
2.9.1.2 Model Consisten Mass Matrix ... 38
2.9.2 Kekakuan ... 39
2.9.3 Redaman ... 39
2.9.4 Simpangan (Drift) Akibat Gaya Gempa ... 40
2.10 Prinsip Damping Pada Struktur ... 40
2.11 Prinsip Damping Pada Struktur ... 42
2.11. Sistem Kontrol Struktur ... 42
2.11.1 Actived Seismic Device ... 42
2.11.2 Passived seimic Device ... 42
2.11.2.1 Seismic Isolator ... 43
2.11.2.2 Damper ... 43
2.12 Hysteristic Loop ... 43
2.13 Equivalent Viscous Damping ... 46
2.14 Metode Dissipasi Damper ... 47
2.14.1 Friction Damper ... 47
2.14.2 Viscous Damper ... 49
2.14.3 Visco – Elastic Damper ... 51
2.14.4 Metallic Yielding Damper ... 53
2.14.4.1 ADAS (Added Damoing and Stiffnes) ... 56
2.15 Aplikasi Yielding Damper Pada Bangunan ... 59
2.16 Lendutan ... 64
2.17 Penurunan Rumus Integrasi Ganda ... 65
BAB III. KAJIAN NUMERIKAL/ ABAQUS DAMPER PELAT
.... 703.1 Pendahuluan ... 70
3.2 Kerangka Penulisan ... 71
3.3 Program Abaqus ... 72
3.3.1 Program Abaqus ... 73
3.3. 2 Komponen Pada Windows Utama ... 74
3.4 Model Konstitusi Material ... 75
3.5 Analisa Pemisahan Kurva Histerisis ... 76
3.6 Disipasi Energi Damping ... 79
3.67 Metode Perhitungan Daerah ... 81
BAB IV. KAJIAN NUMERIK ABAQUS
... 834.1 Kajian Numerik/Abaqus Damper ... 83
4.1.1 Creating Part ... 83
4.1.2 Creating Part/ Menggambar Bagian Damper ... 83
4.1.3 Creating a Material ... 87
4.1.4 Meshing ... 90
4.1.5 Creating an analysis job ... 90
4.1.6 Checking the Model ... 91
4.1.7 Generating report of Field Outputs ... 92
4.1.8 Mendapatkan Kurva Hysteresis ... 94
4.1.9 Generating report of Field Outputs ... 95
4.2 Pemisahan Kurva ... 95
4.2.1 Hollow Steel Damper (HSD 1) ... 96
4.2.2 Hollow Steel Damper (HSD 2) ... 97
4.2.3 Hollow Steel Damper (HSD 3) ... 99
4.2.4 Hollow Steel Damper (HSD 4) ... 100
4.3 Pendekatan Model Trilinear ... 102
4.4 Kekakuan Efektif ... 105
4.5 Rasio Damping ... 110
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
... 1135.1 KESIMPULAN
... 1135.2 SARAN
... 114DAFTAR PUSTAKA
... 115DAFTAR GAMBAR dan KURVA
Gambar 1.1 Damper Pelat Lentur………...4
Gambar 1.2 Pemasangan Damper Di Struktur ………..……….4
Gambar 1.3 Pengaruh Damping Terhadap Getaran ………..…….5
Gambar 2.1 Kurva hubungan Tegangan vs Pegangan …………...15
Gambar 2.3 Bagian Kurfa Tegangan Yang Diperbesar ………...15
Gambar 2.4 Respon antara struktur dengan damper dan tanpa damper ketika diguncang gempa………..24
Gambar 2.5 Bantalan Karet ………...………..………24
Gambar 2.6 Perletakan bantalan karet pada tiap kolom ………...………...25
Gambar 2.7 LUD pada jembatan rigid………...………..…26
Gambar 2.8 Perletakan LUD tampak samping ………...………..………...27
Gambar 2.9 Pemasangan PVD pada struktur gedung ………...………..…27
Gambar 2.10 PVD Pada Perkuatan Struktur Gedung………...………..…...28
Gambar 2.11 HiDAM………...………..…29
Gambar 2.12 Model Trinilear Peredam Leleh Baja ………...………..…..…33
Gambar 2.13 Distribusi Gaya Pada Peredam Baja Tipe x………..35
Gambar 2.14 Pengaruh Damping Terhadap Getaran….……….…41
Gambar 2.15 Hysterestic-loop Kekakuan Linear dan Gesekan ……….45
Gambar 2.16 Hysteric Loop Viscous Elastis Damper ………...………..…..45
Gambar 2.18 Hysterestic Loop Linier Viscous Damper……….50
Gambar 2.19 Visco Elastic Damper………...………...51
Gambar 2.20 Visco Elastic Damper Pada Struktur..……….……..…52
Gambar 2.21 Hyteristic Loop Viscous – Elastis Damper ………..52
Gambar 2.22 Tipe dari Metallic Damper………...54
Gambar 2.23 Hyterestic Loop Yield Damper……….………57
Gambar 2.24 Metallic Dumper………...57
Gambar 2.25 Metallic Dumper Pada Struktur………..…….58
Gambar 2.26 Sambungan ADAS Pada Balok dan Brancing ………58
Gambar 2.27 Perilakuem ADAS Pada Saat Gempa ……….………...58
Gambar 2.28 Apartemen Taichung City …………. ……….…....60
Gambar 2.29 Retrof Building In Travel Taiwan ………...61
Gambar 2.30 Tempat perbelanjaan Jung -He-City……….61
Gambar 2.31 Pergoyangan Struktur Akibat Beban Lateral………63
Gambar 2.32 Lendutan Balok……….64
Gambar 2.33 Balok Yang Mengalami Lentur……….68
Gambar 3.1 Kerangka Penulisan ………...71
Gambar 3.2 Kerangka Menjalankan Program Abaqus ………...………..73
Gambar 3.3 Pemisaha Kurva...74
Gambar 3.4 Trilinier Model Dari Skeleton Part ………...74
Gambar 3.5 Kekakuan Efektif dan Disipasi Energi Dalam Satu Siklus…..……..80
Gambar 4.1 Bentuk Geometri Peredam Leleh Baja X ………...83
Gambar 4.2 Detail Program ABAQUS ……….…..84
Gambar 4.3 Part Pada Menu Bar ……….………84
Gambar 4.4 Lokasi Create Part………..…....85
Gambar 4.5 Elastic Pada Material………...86
Gambar 4.6 Ciclic Hardening Pada Edit Material ……….…87
Gambar 4.7 Boundary Condition………....88
Gambar 4.8 Load……….………....88
Gambar 4.9 Mesh………....89
Gambar 4.10 Part Pada Menu Bar……….…...90
Gambar 4.11 Running Data……….……….…….……...90
Gambar 4.12 CekData………...…………91
Gambar 4.13 Kontur Tegangan ……….………..91
Gambar 4.14 Detail Penggabungan Data ………...92
Gambar 4.15 Ploting Gaya ……….……...92
Gambar 4.16 Ploting Perpindahan ………...93
Gambar 4.17 Combain Data Gaya dan Perpindahan ………...93
Gambar 4.18 Ploting Data ke Microsoft XL ………....94
Gambar 4.19 Kurva Histeresis HSD 1 ….………....95
Gambar 4.20 Skeleton Part HSD 1 ..….………...95
Gambar 4.21 Bauschiger Part HSD 1…....………...96
Gambar 4.22 Kurva Histeresis HSD 2…...………...96
Gambar 4.23 Skeleton Part HSD 2..……….97
Gambar 4.24 Bauschiger Part HSD 2..………....97
Gambar 4.25 Kurva Histeresis HSD 3 ..………..…98
Gambar 4.26 Skeleton Part HSD 3..………....98
Gambar 4.27 Bauschiger Part HSD 3 ..……….……… ………….99
Gambar 4.28 Kurva Histeresis HSD 4..………...…99
Gambar 4.29 Skeleton Part HSD 4..………...…100
Gambar 4.30 Bauschiger Part HSD 4 ..……….…..…100
Gambar 4.31 Pendekatan Model Trilinear HSD 1 ..………..…102
Gambar 4.32 Pendekatan Model Trilinear HSD 2..……….………..…102
Gambar 4.33 Pendekatan Model Trilinear HSD 3..………...103
Gambar 4.34 Pendekatan Model Trilinear HSD 4..……….………..…103
Gambar 4.35 Kekakuan Efektif HSD 1..……….…………..105
Gambar 4.36 Kekakuan Efektif HSD 2 ..………..105
Gambar 4.37 Kekakuan Efektif HSD 3..……….…..…106
Gambar 4.38 Kekakuan Efektif HSD 4 ..………..…106
Gambar 4.39 Hubungan Rasio Damping Terhadap Perpindahan..………....107
DAFTAR NOTASI
A
=
Luas Penampang Cross Section= Luas Penampang Cross Section Sejauh x B = Lebar Penampang
I = Momen Inersia Penampang Melintang
J = Momen Inersia Polar K = Kekauan
M = Momen Lentur
N = Gaya Normal Tekan
M.dx = Luas Bidang Momen Sepanjang dx
Mxdx= Statis momen luas bidang M terhadap titik yang berjarak x dari elemen M. P = Gaya
R = Jari – jari Kelengkungan Balok
S = Statis Momen T = Momen Puntir
T = Perubahan Suhu V = Gaya Geser W = Usaha
W = Momen Tahanan
x = Jarak Sepanjang Balok
y = Jarak dari Sumbu Netral ke sembarang Titik
α = Koefisien Muai Suhu
ε = Regangan
τ = Tegangan Geser
μ = Perbandingan Poisson
γ = Regangan Geser
σ = Tegangan Lentur
Δ = Lendutan
Φ = Sudut Puntir
