LAPORAN AKHIR
HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN
ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS
BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA
Oleh:
I Ketut Sudarsana, ST, Ph.D
Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc, Ph.D
Putu Didik Sulistiana, ST
Dibiayai dari DIPA BLU Universitas Udayana Sesuai Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana No. 133/UN 14.4/TU/TS/2015, Tanggal 17 Juni 2015
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
ii
RINGKASAN
Struktur beton bertulang menggunakan kolom dengan penampang pipih dimana rasio sisi panjang dengan sisi pendek lebih dari 2 sangat umum dipergunakan di Bali untuk bangunan perumahan bertingkat rendah seperti villa dengan dua atau tiga tingkat sementara itu Bali merupakan daerah dengan resiko gempa tinggi. Kolom dengan penampang pipih dipergunakan karena pertimbangan desain arsitektur dimana kolom harus rata dengan tembok yang tebalnya sekitar 150mm. Kondisi ini menjadi lebih rumit pada pertemuan balok-kolom tepi dimana eksentrisitas dari balok terhadap kolom mempengaruhi respon dari join tersebut. Penelitian ini melaporkan penggunaan program berbasis elemen hingga untuk meneliti respon dari pertemuan balok-kolom penampang pipih eksentris akibat beban gempa.
Tiga buah pertemuan balok kolom tepi beton bertulang dengan eksentrisitas 0, 25 mm dan 50 mm dibebani dengan beban lateral yang parallel dengan balok tepi, dimodel dan dianalis menggunakan program berbasis elemen hingga. Pertemuan balok kolom yang ditinjau terlebih dahulu didesain telah memenuhi ketentuan pada SNI 2847:2013 sebagai bagian dari Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus kecuali lebar kolom yang dipergunakan lebih kecil daripada persyaratan pada peraturan. Kemampuan dari program dalam memprediksi kekuatan, mekanisme keruntuhan dan kekakuan dari peretemuan balok-kolom akan divalidasi terlebih dulu menggunakan hasil pengujian eksperimen yang diperoleh dari literature sebelum teknik pemodelannya dipergunakan dalam studi ini. Benda uji yang ditinjau adalah benda uji yang terisolasi pada join saja dengan panjang balok dan kolom diambil pada setengah bentangannya saja.
Hasil analisis menunjukan bahwa kekuatan geser join sangat dipengaruhi oleh eksentrisitas balok terhadap kolom. Defleksi yang besar kolom kearah samping (tegaklurus arah gaya) terjadi karena pengaruh kekakuan kolom yang kecil kearah sisi tersebut dan diperparah oleh adanya eksentrisitas kearah yang sama menyebabkan terbentuknya sendi plastis pada ujung-ujung balok sangat sulit terjadi. Leleh tulangan dan kerusakan beton pada join lebih cepat terjadi pada sisi join kearah mana titik berat balok digeser.
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dapat terlaksana sampai terselesaikannya laporan ini berkat rahmat Tuhan Yang maha Esa (Hyang Widhi Wasa). Penulis mengucapkan mengucapkan terima kasih terutama kepada Putu Didik Sulistiana yang telah melaksanakan pemodelan dalam komputer dan menjadikan sebagian topic ini menjadikan Tesisnya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kolega di Jurusan Teknik Sipil dan Magister Teknik Sipil yang telah memberikan masukan selama pelaksanaan penelitian ini
Penelitian dapat terlaksana berkat dana hibah penelitian DIPA BLU Universitas Udayana Sesuai Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana No. 133/UN 14.4/TU/TS/2015, Tanggal 17 Juni 2015
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna oleh karena itu, kritik dan saran yang bermamfaat sangat penulis harapkan demi kesempurnaannya.
Denpasar, September 2015
iv
DAFTAR ISI
RINGKASAN ... ii
UCAPAN TERIMA KASIH ...iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ...viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1. 1 Latar Belakang ... 1
1. 2 Rumusan Masalah ... 4
1. 3 Tujuan Penelitian... 4
1. 4 Manfaat Penelitian... 4
1. 5 Batasan Penelitian ... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 6
2. 1 Umum ... 6
2. 2 Tipe-tipe Pertemuan Balok-Kolom ... 6
2. 3 Syarat Lekatan pada Pertemuan Balok-Kolom Eksterior ... 9
2. 4 Beberapa Penelitian Sebelumnya Tentang Pertemuan Balok-Kolom. ... 10
2.4.1 Stehle, et.al (2001) ... 10
2.4.2 Shin dan LaFave (2004) ... 11
2.4.3 Ravi (2010) ... 11
2. 5 Perencanaan pertemuan balok-kolom berdasarkan SNI 2847-2013 ... 12
BAB III METODE PENELITIAN ... 14
3. 1 Rancangan Penelitian ... 14
3. 2 Verifikasi Model ... 15
3. 3 Penetapan Model ... 18
3. 4 Penetapan Parameter Model ... 19
3. 5 Pemodelan dengan Program FEA ANSYS 15.0.7 ... 19
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 21
4. 1 Umum ... 21
4. 2 Total Deformation ... 22
v
4. 4 Minimum Principal Elastic Strain ... 25
4. 6 Maximum Shear Elastic Strain ... 27
4. 7 Elastic Strain Intensity ... 28
4. 8 Normal Elastic Strain ... 29
4. 9 Shear Elastic Strain ... 30
4. 10 Shear Stress ... 32
4. 11 Vector Principal Stress ... 33
BAB V BAB PENUTUP ... 35
5. 1 Simpulan... 35
5. 2 Saran ... 35
DAFTAR PUSTAKA ... 36
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Kerusakan pada joint akibat gempa ... 1
Gambar 1. 2 Pertemuan balok-kolom eksetrik ... 2
Gambar 1. 3 Pertemuan balok-kolom dengan kolom berpenampang pipih ... 3
Gambar 2. 1 Pertemuan balok-kolom tengah (interior) ... 6
Gambar 2. 2 Pertemuan balok-kolom tepi (eksterior) ... 7
Gambar 2. 3 Pertemuan balok-kolom sudut (corner) ... 7
Gambar 2. 4 Pertemuan balok-kolom Interior ... 7
Gambar 2. 5 Gaya-gaya pada join balok-kolom eksterior ... 8
Gambar 2. 6 Kesetimbangan gaya-gaya pada pertemuan balok-kolom corner ... 9
Gambar 2. 7 Pengangkeran pada pertemuan balok-kolom tepi ... 10
Gambar 3. 1 Kurva beban-deformasi pada balok-kolom ... 12
Gambar 3. 2.Bagan rancangan penelitian ... 14
Gambar 3. 3 Pengujian laboratorium dari benda uji BJ5 ... 16
Gambar 3. 4 Model pertemuan balok kolom eksentrik ... 19
Gambar 4. 1 Model A pertemuan balok-kolom sentris ... 21
Gambar 4. 2 Model B pertemuan balok-kolom dengan e1 = 25 mm ... 22
Gambar 4. 3 Model C pertemuan balok-kolom dengan e2 = 50 mm ... 22
Gambar 4. 4 Kontur Total Deformation ... 23
Gambar 4. 5 Total Deformation ... 23
Gambar 4. 6 Kontur Maximum Principal Elastic Strain ... 24
Gambar 4. 7 Maximum Principal Elastic Strain ... 25
Gambar 4. 8 Kontur Minimum Principal Elastic Strain ... 26
Gambar 4. 9 Minimum Principal Elastic Strain ... 26
Gambar 4. 10 Kontur Maximum Shear Elastic Strain ... 27
Gambar 4. 11 Maximum Shear Elastic Strain ... 27
Gambar 4. 12 Kontur Elastic Strain Intensity ... 28
Gambar 4. 13 Elastic Strain Intensity ... 29
Gambar 4. 14 Kontur Normal Elastic Strain ... 30
Gambar 4. 15 Normal Elastic Strain ... 30
vii
Gambar 4. 17 Shear Elastic Strain ... 31
Gambar 4. 18 Kontur Shear Stress ... 32
Gambar 4. 19 Shear Stress ... 33
Gambar 4. 20 Kontur Vector Principal Stress ... 34
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Material beton bertulang... 16
Tabel 4. 1 Total Deformation ... 23
Tabel 4. 2 Maximum Principal Elastic Strain ... 24
Tabel 4. 3 Minimum Principal Elastic Strain ... 26
Tabel 4. 4 Maximum Shear Elastic Strain ... 27
Tabel 4. 5 Elastic Strain Intensity ... 28
Tabel 4. 6 Normal Elastic Strain ... 30
Tabel 4. 7 Shear Elastic Strain... 31
Tabel 4. 8 Shear Stress ... 32
1
BAB I
PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang
Pertemuan balok-kolom merupakan bagian yang sangat penting dari struktur rangka pemikul momen, karena pada daerah tersebut merupakan tempat terjadinya interaksi tegangan dari balok dan kolom. Kerusakan pada daerah pertemuan balok-kolom saat mendapatkan beban gempa dapat berupa peningkatan deformasi serta retak lentur yang diikuti lelehnya baja tulangan.
Gambar 1. 1 Kerusakan pada joint akibat gempa Sumber: Kocaeli Turkey, 1999
2
Penelitian mengenai hubungan balok-kolom eksentrik telah dilakukan oleh Stehle et al (2001), Shin dan LaFave (2004), Lee dan Ko (2007), Quintero-Febres dan Wight (2001), Hegger et al (2004), LaFave et al (2005), Kusuhara et al (2004). Penelitian-penelitian tersebut merupakan pengujian hubungan balok-kolom eksentrik dengan bentuk kolom bujur sangkar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. 2(a) untuk mengetahui kekuatan, daktilitas dan perilaku tegangan yang terjadi.
Penyertaan pelat lantai dan balok transversal pada pengujian balok-kolom eksentrik dengan kolom bujur sangkar seperti pada Gambar 1. 2(b) juga telah dilakukan Shin dan LaFave (2004). Keberadaan dari balok transvesal, pelat lantai dapat mengurangi pengaruh seismik dan meningkatkan kekuatan geser join bila dibandingkan dengan koneksi eksentrik lain tanpa mempertimbangkan pelat lantai (Shin and LaFave, 2004).
a. Tanpa pelat lantai b. Dengan pelat lantai Gambar 1. 2 Pertemuan balok-kolom eksetrik
a. Tanpa balok transversal b. Dengan balok transversal Gambar 1. 3 Pertemuan balok-kolom dengan kolom berpenampang pipih
Pertemuan balok kolom dengan kolom berpenampang pipih sesuai persyaratan SNI 2847-2013, kecuali persyaratan lebar minimum kolom. Mengacu dari informasi yang telah diuraikan sebelumnya, maka perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh eksentrisitas pada pertemuan balok-kolom dengan kolom berpenampang pipih terhadap kekuatan, daktilitas dan pengendalian kerusakan agar dapat mengetahui kekuatan dan daktilitas kolom berpenampang pipih untuk mengurangi kerusakan yang terjadi akibat beban gempa. Penelitian eksperimen akan memerlukan biaya yang sangat besar untuk meneliti beberapa parameter, namun dengan perkembangan teknologi informasi dan pemodelan, maka penelitian secara numerik berdasarkan metode elemen hingga dapat dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari beberapa parameter dalam suatu penelitian selama dapat ditunjukkan melalui suatu kalibrasi bahwa pemodelan yang dilakukan mampu memberikan hasil yang konsisten dengan hasil-hasil eksperimen.
4
1. 2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang dapat dirumuskan beberapa masalah, sebagai berikut:
1. Bagaimana keakuratan teknik pemodelan program 3D ANSYS ver.15.0.7 dalam memprediksi perilaku hubungan balok-kolom struktur beton bertulang akibat beban gempa?
2. Bagaimana pengaruh eksentrisitas balok dan kolom terhadap perilaku hubungan balok-kolom berpenampang pipih beton bertulang dimana beban horizontal (gempa) yang bekerja sejajar dengan sumbu kuat penampang kolom?
1. 3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui keakuratan teknik pemodelan program 3D ANSYS ver.15.0.7 dalam memprediksi perilaku hubungan balok-kolom struktur beton bertulang akibat beban gempa.
2. Untuk mengetahui pengaruh eksentrisitas balok dan kolom terhadap perilaku hubungan balok-kolom berpenampang pipih beton bertulang dimana beban horizontal (gempa) yang bekerja sejajar dengan sumbu kuat penampang kolom.
1. 4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Dapat menambah pengetahuan dalam penerapan metode elemen hingga untuk menganalisis perilaku pertemuan balok-kolom eksentrik dengan kolom berpenampang pipih akibat gempa bila ditinjau dari segi kekuatan, daktilitas dan pengendalian kerusakannya.
1. 5 Batasan Penelitian
Ruang lingkup/batasan studi yang digunakan meliputi:
1. Pertemuan balok-kolom beton bertulang direncanakan mengikuti ketentuan dalam SNI 03-2847-2013 untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) kecuali persyaratan lebar minimum kolom.
2. Pertemuan balok-kolom merupakan bagian dari lantai tepi (eksternal join).
6
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2. 1 Umum
Kerusakan atau keruntuhan suatu struktur dapat diakibatkan oleh meningkatnya deformasi lateral sebagai akibat dari penurunan kekuatan pada pertemuan balok-kolom. Oleh karena itu, perencanaan pertemuan balok-kolom harus memiliki kekuatan lebih besar dari komponen-komponen struktur yang dihubungkannya dan harus direncanakan tetap dalam keadaan elastis pada waktu merespon beban siklis bolak-balik gempa, meskipun balok pada muka pertemuan direncanakan mencapai sendi plastis. Dalam Bab II ini akan diuraikan mengenai tipe-tipe hubungan balok-kolom dan beberapa penelitian terkait yang telah dilakukan sebelumnya sebagai acuan.
2. 2 Tipe-tipe Pertemuan Balok-Kolom
Dalam sistem rangka pemikul momen, ada tiga tipe dari pertemuan balok-kolom, yakni: tipe pertama pertemuan balok-kolom tengah (interior) seperti Gambar 2. 1, tipe ke-dua
pertemuan balok-kolom tepi (eksterior) seperti Gambar 2. 2, dan tipe ke-tiga pertemuan
balok-kolom sudut (corner) seperti Gambar 2. 3.
a. Tiga sisi terkekang b. Dua sisi terkekang Gambar 2. 2 Pertemuan balok-kolom tepi (eksterior)
Gambar 2. 3 Pertemuan balok-kolom sudut (corner)
Gaya pada pertemuan balok-kolom interior disumbangkan oleh beban gravitasi dapat
digambarkan seperti terlihat pada Gambar 2. 4. Tegangan dan tekanan dari ujung balok dan beban aksial dari kolom dapat menyebar langsung pada pertemuan balok-kolom. Pada tempat beban lateral (gempa), keseimbangan gaya dari balok dan kolom dapat dilihat pada Gambar 2. 5 menghasilkan tegangan diagonal dan tegangan tekan pada pertemuan balok-kolom.
8
Retak yang dihasilkan tegak lurus pada tegangan diagonal A-B di pertemuan balok-kolom dan pada permukaan pertemuan balok-balok-kolom dimana balok membingkai pada pertemuan balok-kolom. Tegangan strut digambarkan dengan garis putus-putus dan tegangan pada tulangan di gambar dengan garis lurus. Tegangan beton menurun, tulangan geser diberikan secara menerus pada bidang keruntuhan untuk melawan gaya tegangan diagonal.
Gaya yang bekerja pada pertemuan balok-kolom eksterior yang ideal seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5. Gaya geser pada pertemuan balok-kolom menimbulkan retak diagonal sehingga membutuhkan tulangan pada pertemuan balok-kolom. Pola detail dari tulangan longitudinal secara signifikan mempengaruhi efisiensi pertemuan balok-kolom. Beberapa pola detail pada pertemuan balok-kolom eksterior ditunjukkan pada Gambar 2.5 (b) dan Gambar 2.5 (c). Tulangan membengkok jauh dari inti pertemuan balok-kolom (Gambar 2.5 (b)) menghasilkan efisiensi 25-40%, sedangkan yang melewati dan menyatu pada inti memberikan efisiensi 100%. Namun, penghubung tersebut harus disediakan untuk membatasi beton inti pada pertemuan balok-kolom.
Gambar 2. 5 Gaya-gaya pada join balok-kolom eksterior
Gaya pada pertemuan balok-kolom sudut dengan kolom menerus diatas pertemuan balok-kolom (Gambar 2.6) dapat memberikan pemahaman yang sama seperti pada pertemuan balok-kolom eksterior mengenai pertimbangan arah beban. Tipe dinding sudut dari semua kategori pertemuan balok-kolom dimana menggunakan momen cenderung salah satunya tertutup atau terbuka disudut. Seperti pertemuan balok-kolom mungkin selalu berlaku seperti kaki pertemuan balok-kolom atau pertemuan balok-kolom-L. Tegangan dan retak yang dihasilkan pada pertemuan balok-kolom seperti terlihat pada Gambar 2.7.
Pertemuan balok-kolom sudut terbuka cenderung memberikan retak yang timbul pada sambungan sudut dan kegagalan diberikan oleh posisi retak diagonal dari tegangan. Detail dari tulangan longitudinal secara signifikan mempengaruhi perilaku pada pertemuan balok-kolom. Gaya yang diberikan pada pertemuan balok-kolom tertutup justru sebaliknya dari pertemuan balok-kolom sudut terbuka. Retak utama diberikan sepanjang diagonal sudut. Pertemuan kolom ini menampilkan efisiensi yang lebih baik dari pertemuan balok-kolom terbuka. Selama aksi gempa, pengembalian gaya mungkin dari dan sejak pertemuan balok-kolom sudut mendapatkan desain secara manual seperti pertemuan balok-kolom terbuka dengan detail yang tepat.
Gambar 2. 6 Kesetimbangan gaya-gaya pada pertemuan balok-kolom corner
2. 3 Syarat Lekatan pada Pertemuan Balok-Kolom Eksterior
10
tulangan longitudinal berakhir lurus, akan terlepas saat lekatan kehilangan daya lekatnya. Kegagalan terlepasnya tulangan longitudinal dari balok menghasilkan kehilangan seluruh kekuatan lentur. Jenis kegagalan ini tidak dapat diterima pada posisi lainya. Sehingga peranan angkur pada tulangan longitudinal balok pada inti pertemuan balok-kolom adalah sangat penting.
Terlepasnya tulangan pada pertemuan balok-kolom tepi dapat dicegah dengan ketentuan pengangkeran atau dengan beberapa penempatan yang baik. Pengangkuran seperti pada Gambar 2.7 membantu asalkan penempatan cukup ketika dilengkapi dengan panjang penyaluran horisontal yang cukup dan panjang. Karena dari kemungkinan besarnya leleh sampai pada inti pertemuan balok-kolom, panjang penyaluran menjadi sangat efektiv pada daerah kritis diluar daerah besarnya leleh. Dengan demikian, ukuran penampang mampu menyediakan panjang penyaluran mengingat kemungkinan dari besarnya leleh.
Gambar 2. 7 Pengangkeran pada pertemuan balok-kolom tepi
2. 4 Beberapa Penelitian Sebelumnya Tentang Pertemuan Balok-Kolom.
2.4.1 Stehle, et.al (2001)
Stehle, et.al (2001) menguji dua buah benda uji wide-band balok-kolom dengan tes percobaan elemen hingga ANSYS pada beban lateral siklik statik. Benda uji pertama dirancang sesuai dengan standard Australia, sedangkan benda uji kedua dirancang setelah mendapatkan hasil pemeriksaan dari benda uji pertama.
Pada benda uji kedua yaitu pertemuan lebar balok tengah, dimana dikerjakan strategi detail. Stehle, et.al (2001) menyimpulkan bahwa ikatan batang yang melalui sisi muka kolom dapat mengurangi besarnya torsi yang dihasilkan pada sisi muka kolom dan juga retak torsi dapat dihindari.
2.4.2 Shin dan LaFave (2004)
Shin dan La Fave (2004) menguji kinerja balok-kolom eksentrik dengan pelat penghubung yang diberikan beban gempa lateral. Tujuan utama dari pengujian tersebut adalah untuk menyelidiki pengaruh pelat lantai terhadap kinerja seismik pertemuan balok-kolom eksentrik. Diasumsikan bahwa infleksi poin saat melawan beban gempa ada pada kira-kira pertengahan tinggi kolom dan tengah bentang dari tepi-balok karena akibat dari beban gempa yang signifikan biasanya jauh lebih besar daripada momen akibat beban gravitasi.
Spesimen dirancang secara terperinci dengan kesesuaian dari rekomendasi ACI 318-029 dan ACI 352R-02, kecuali beberapa parameter desain yang secara khusus diselidiki dalam penelitian ini. Setiap spesimen terdiri dari kolom, dua tepi balok membingkai kedalam kolom pada sisi berlawanan, balok melintang, dan pelat lantai.
Spesimen (dengan eksentrik yang berbeda dan tepi-lebar balok) memperlihatkan perilaku yang serupa saat sebelum balok-kolom akan runtuh, dan kekuatan gesernya juga dicapai pada saat yang bersamaan. Pelat lantai mengurangi perbedaan antara kinerja seismik dari spesimen dan meningkatkan kekuatan geser pertemuan balok-kolomt pada spesimen bila dibandingkan dengan koneksi eksentrik lain tanpa plat lantai.
2.4.3 Ravi (2010)
12
Data pengujian dari salah satu benda uji Ravi (2010) yaitu BJ5 yang mengacu pada code IS13920:1993 dengan gaya aksial 15% diambil sebagai model verifikasi program Ansys yang ditampilkan pada Bab III. Adapun hasil pengujian berupa beban dan defleksi dari BJ5 untuk variasi gaya aksial sebesar 15%, 20% dan 30% dari kapasitas kolomnya (440 kN) dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3. 1 Kurva beban-deformasi pada balok-kolom
2. 5 Perencanaan pertemuan balok-kolom berdasarkan SNI 2847-2013
Dalam perencanaan struktur rangka tahan gempa, pertemuan balok-kolom harus mendapat perhatian yang sama seperti halnya komponen struktur lainnya karena integritas dari struktur mungkin akan sangat tergantung dari prilaku pertemuan balok-kolom tersebut.
1. Ketentuan umum pertemuan balok-kolom pada SRPMK diatur menurut SNI 2847-2013 Pasal 21.7.2 sebagai berikut:
a. Gaya-gaya pada tulangan balok longitudinal di muka hubungan balok-kolom harus ditentukan dengan megasumsikan bahwa tegangan pada tulangan tarik lentur adalah 1,25f . y
i. Tulangan tarik Pasal 21.7.5
ii. Tulangan tekan Pasal 12
c. Bila tulangan longitudinal balok menerus melewati hubungan balok-kolom, dimensi kolom yang sejajar terhadap tulangan balok tidak boleh dari 20 kali diameter batang tulangan balok logitudinal terbesar untuk beton normal
(normalweig). Untuk beton ringan (lightweight), dimensinya tidak boleh
kurang dari 26 kali diameter batang tulangan.
2. Tulangan Transversal Pertemuan balok-kolom
Tulangan transversal pertemuan balok-kolom pada SRPMK diatur menurut SNI 2847-2013 Pasal 21.7.2,sebagai berikut:
a. Tulangan transversal berbentuk sengkang tertutup harus dipasang di dalam daerah hubungan balok-kolom.
b. Pada hubungan balok-kolom dimana balok-balok, dengan lebar setidak-tidaknya sebesar 43 lebar kolom, merangka pada keempat sisinya harus dipasang tulangan transversal setidak-tidaknya sejumlah 0,5. Tulangan transversal ini dipasang di daearah hubungan balok-kolom setinggi balok terendah yang merangka ke hubungan tersebut. Pada daerah tersebut, spasi tulangan transversal yang ditentukan sebesar s dapat diperbesar menjadi 150 x
mm.
c. Pada hubungan balok-kolom, dengan lebar balok lebih besar daripada lebar kolom, tulangan transversal sebesar Ash harus dipasang pada hubungan
tersebut, untuk memberikan kekangan terhadap tulangan longitudinal balok yang berada di luar daerah inti kolom.
3. Kuat Geser Pertemuan Balok-Kolom
14
BAB III
METODE PENELITIAN
3. 1 Rancangan Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara analitis untuk mengetahui pengaruh eksentrisitas pertemuan balok-kolom menggunakan program FEA ANSYS. Tahapan penelitiannya dapat dilihat pada Gambar 3. 2.
1. Langkah awal adalah melakukan verifikasi pemodelan hasil pengujian eksperimen dari salah satu model benda uji pertemuan balok-kolom eksentrik yang dilakukan oleh Kusuhara, et.al (2004) dengan program FEA ANSYS.
2. Hasil analisis dengan program FEA ANSYS dibandingkan dengan hasil uji eksperimen. Apabila hasil analisis dengan program FEA ANSYS sama atau mendekati hasil uji eksperimen, maka analisis dengan program FEA ANSYS selanjutnya dapat digunakan.
3. Menentukan variasi model yang akan digunakan dalam penelitian.
4. Langkah selanjutnya, model dibuat dan dianalisis menggunakan program FEA ANSYS.
5. Hasil analisis kemudian dibandingkan satu sama lain untuk mendapatkan perilaku yang terjadi pada pertemuan balok-kolom dengan variasi model yang telah ditentukan.
6. Setelah melakukan pembacaan hasil dan perbandingan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan untuk menjawab rumusan masalah yang ada.
3. 2 Verifikasi Model
3.2.1 Benda uji eksperimen
Verifikasi pemodelan dilakukan untuk mengetahui keakuratan dari teknik pemodelan 3D dari software ANSYS yang dipergunakan dalam pemodelan pertemuan balok kolom akibat beban gempa. Adapun data eksperimen diambil dari hasil uji eksperimen Kusuhara, et.al (2004). Dari 216 model benda uji Kusuhara et al (2004), diambil benda uji BJ5 (IS 13920:1993) yang merupakan pertemuan balok-kolom eksentrik. Dimensi kolom 200 x 200 mm dan balok 200 x 200 mm. Diameter sengkang yang digunakan pada balok 6 mm dan kait yang disediakan 80 mm > 75mm dengan sudut tekuk 135°. Jarak sengkang pada tumpuan 40 mm dan jarak sekangang lapangan 80 mm. Panjang pengangkuran untuk balok diperoleh 785
≈ 800 mm.
16
daya dukung kolom (440 kN) dikerjakan pada kolom. Sedangkan beban dikerjakan pada ujung bebas balok dengan peningkatan secara bertahap sampai benda uji mengalami keruntuhan. Retak pertama terbentuk pada bagian balok pada jarak 50 mm dari muka kolom pada beban 18 kN. Pada beban 19 kN, retak lain terbentuk pada sendi balok-kolom benda uji. Celah-celah retak mulai melebar pada beban 20 kN. Beton pecah pada sendi saat tegangan balok pada beban 21,5 kN. Penerapan beban dihentikan pada 23,5 kN ketika defleksi pada ujung bebas dari balok mencapai 50 mm.
(a) Test Setup pengujian (b) Kegagalan benda uji BJ5
Gambar 3. 3 Pengujian laboratorium dari benda uji BJ5
3.2.2 Pemodelan dan analisis benda uji
Benda uji yang terlihat pada Gambar 3.5 kemudian dimodelkan kedalam program ANSYS dan dilakukan analisis untuk mengetahui pola tegangan dan deformasi yang terjadi akibat beban lateral yang dikerjakan. Adapun properti material yang diperhitungkan ditampilkan pada Tabel 3.1. Karakteristik dari elemen solid 65 dan Link 8 dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Tabel 3. 1 Material beton bertulang
ELEMENT TYPE MATERIAL PROPERTY
Solid 65 Modulus of elasticity 2.5 x 1010N/m2
Passion ratio 0.23
Density 25000 N/m3
Link 8 Modulus of elasticity 2.1 x 1011N/m2
Passion ratio 0.3
(a) Elemen Solid 65 (b) Elemen Link 8
Gambar 3.6 Properti elemen dalam Ansys
(a) Model material beton (b) Model tulangan
Gambar 3.7 Pemodelan pertemuan balok-kolom dengan program Ansys
(a) Kontur tegangan hasil analisis (b) Perbandingan defleksi antara eksperimen dan analisis
Gambar 3.8 Hasil analisis dan perbandingan defleksi benda uji BJ5
0 5 10 15 20 25
0 10 20 30 40 50 60
Load
in kN
Deflection in mm Ansys BJ5
18
Deformasi yang diperoleh berdasarkan hasil pengujian pada beban 20 kN diperoleh defleksi sebesar 35 mm, sedangkan berdasarkan hasil analisis menggunakan Ansys pada beban yang sama diperoleh defleksi sebesar 32 mm. Error antara pengujian laboratorium dengan analisis program ansys adalah sebesar 8.57%. Nilai kesalahan ini masih lebih kecil dari 10 % sehingga teknik pemodelan yang dipergunakan dapat dipergunakan untuk melakukan analisis selanjutnya terhadap tiga buah benda uji yang ditinjau.
3. 3 Penetapan Model
Model yang akan diteliti pada studi ini merupakan bagian dari rangkaian pertemuan balok-kolom dengan variasi eksentrisitas. Sebelumnya dilakukan perhitungan struktur balok, kolom dan join dengan ketentuan yang terdapat pada SNI-2847-2013 untuk struktur rangka pemikul momen khusus (SRPMK), tahapan perhitungan untuk kolom tanpa eksentrisitas dapat dilihat pada Lampiran 1.
Dari hasil perhitungan, didapat dimensi balok dengan lebar 250 mm dan tinggi 400 mm, tulangan longitudinal As1 5D16 mm dan As2 3D16 mm, dengan sengkang yang dipakai Ø10 – 95 mm sepanjang 800 mm dari tumpuan dan selanjutnya dipasang sengkang Ø10 – 175 mm. Sedangkan untuk kolom didapat kolom dengan lebar 150 mm dan tinggi 500 mm, tulangan longitudinal 8 D19 mm, dan sengkang yang dipakai Ø10 – 100mm. Berdasarkan hasil desain pertemuan balok-kolom tanpa eksentrisitas ini kemudian dibuat variasinya dengan eksentrisitas 25mm dan 50mm.
Gambar 3. 4 Model pertemuan balok kolom eksentrik
3. 4 Penetapan Parameter Model
Untuk mendapatkan hasil analisis yang sesuai dengan tujuan, maka penetapan parameter
model dilakukan dengan tahapan berikut:
1. Memasukkan data geometri dan material sesuai dengan penelitian.
2. Perletakan balok dan kolom mengikuti uji eksperimen yang telah dilakukan.
3. Beban terpusat dikerjakan sebagai beban merata pada areal tertentu.
4. Material memiliki Angka poisson’s ratio sebesar 0,2 untuk beton dan 0,3 untuk baja
tulangan.
3. 5 Pemodelan dengan Program FEA ANSYS 15.0.7
Pemodelan non linier terhadap perilaku material dengan metode elemen hingga pada
program FEA ANSYS terpisah dari pemodelan elemennya. Dalam pembuatan model elemen
hingga, program FEA ANSYS menyediakan meshing secara otomatis, namun demikian untuk
proses meshing tersebut masih memerlukan objek-objek bantu yang dapat terdiri dari
20
Semua elemen volume pertemuan balok kolom dimodelkan sebagai elemen 3D. Adapun
tahapan analisis dengan menggunakan software Finite Element Analysis ANSYS adalah
sebagai berikut:
1. Mendefinisikan geometri model struktur dengan memasukkan nilai koordinat ke arah x, y, dan z.
2. Mendefinisikan meshing tiap-tiap elemen ke arah x, y, dan z.
3. Mendefinisikan geometri properties.
4. Mendefinisikan material properties (memasukkan modulus elastisitas, poisson ratio,
tegangan leleh baja) pada kondisi elastis dan plastis.
5. Mendefinisikan syarat batas (jenis perletakan) : pinned.
6. Mendefinisikan pembebanan.
7. Mendefinisikan analisis non linier.
8. Melakukan analisis (run program).
21
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4. 1 Umum
Pada Bab IV akan diuraikan hasil analisis dan pembahasan terhadap perilaku hubungan balok-kolom dengan pembebanan horizontal. Perilaku yang ditinjau meliputi deformasi, tegangan, regangan yang terjadi pada join yang ditinjau. Model yang diteliti pada studi ini merupakan bagian dari pertemuan balok-kolom dengan variasi eksentrisitas. Adapun pemodelan dari ketiga benda uji yang ditinjau menggunakan program FEA ANSYS dapat dilihat pada Gambar 4. 1, Gambar 4. 2 dan Gambar 4. 3.
Perletakan yang dipergunakan pada pemodelan ini berupa sendi pada ujung bawah kolom dan rol pada kedua ujung balok. Sedangkan ujung atas kolom dibuat bebas karena beban horizontal dikerjakan pada ujung tersebut. Beban terus ditingkatkan sampai benda uji mengalami keruntuhan.
[image:30.612.170.470.384.622.2]
22
[image:31.612.168.470.79.318.2]
Gambar 4. 2 Model B pertemuan balok-kolom dengan e1 = 25 mm
Gambar 4. 3 Model C pertemuan balok-kolom dengan e2 = 50 mm
4. 2 Total Deformation
[image:31.612.172.467.340.582.2]a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 1 Total Deformation
Total Deformation N
o Results Model A Model B Model C
1 Minimum 0.57981 0.21457 0.17666
[image:32.612.108.532.79.609.2]2 Maximum 2593.5 2577.8 2540.5
Gambar 4. 4 Kontur Total Deformation
[image:32.612.348.518.432.608.2]a. Total Deformation Minimum b. Total Deformation Maximum
Gambar 4. 5 Total Deformation
Pada Tabel 4. 1 dan Gambar 4. 5 menunjukan bahwa Model A memiliki total deformation minimum yang terbesar 0.57981 mm dan model A memiliki total deformation maximum yang terbesar 2593.5 mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
T
o
tal
Defo
rm
at
io
n
(mm)
Model A Model B Model C 2510 2520 2530 2540 2550 2560 2570 2580 2590 2600
T
o
tal
Defo
rm
at
io
n
(mm)
24
pada pertemuan balok kolom mengakibatkan deformasi total mengalami penurunan baik untuk deformasi total minimum maupun deformasi total maksimum.
4. 3 Maximum Principal Elastic Strain
Regangan elastis maksimum yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 2 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 6. Perbandingan data regangan elastis maksimum dapat dilihat pada Gambar 4. 7.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
[image:33.612.106.531.230.555.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 2 Maximum Principal Elastic Strain
Maximum Principal Elastic Strain No Results Model A Model B Model C
1 Minimum 0.00489 0.00513 0.00533
2 Maximum 0.21506 0.05444 0.05430
a. Maximum Principal Elastic Strain Minimum
[image:34.612.110.532.565.713.2]b. Maximum Principal Elastic Strain Maximum
Gambar 4. 7 Maximum Principal Elastic Strain
Pada Tabel 4. 2 dan Gambar 4. 7 menunjukan bahwa model C memiliki maximum principal elastic strain minimum yang terbesar 0.00513 mm/mm dan model A memiliki maximum principal elastic strain maximum yang terbesar 0.21506 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan elastis maksimum untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan elastis maksimum untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.
4. 4 Minimum Principal Elastic Strain
Regangan elastis minimum yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 3 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 8. Perbandingan data regangan elastis minimum dapat dilihat pada Gambar 4. 9.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
0.0046 0.0047 0.0048 0.0049 0.005 0.0051 0.0052 0.0053 0.0054
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
ati
o
n
(mm)
Model A Model B Model C 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
26
[image:35.612.104.535.93.250.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 3 Minimum Principal Elastic Strain
Minimum Principal Elastic Strain N
o Results Model A Model B Model C
1 Minimum -0.4723 -0.4704 -0.4645
[image:35.612.112.533.259.511.2]2 Maximum -0.1057 -0.0013 -0.0015
Gambar 4. 8 Kontur Minimum Principal Elastic Strain
a. Minimum Principal Elastic Strain Minimum
b. Minimum Principal Elastic Strain Maximum
Gambar 4. 9 Minimum Principal Elastic Strain
Pada Tabel 4. 3 dan Gambar 4. 9 menunjukan bahwa model A memiliki minimum principal elastic strain minimum yang terbesar -0.4723 mm/mm dan model C memiliki minimum principal elastic strain maximum yang terbesar -0.0015 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan elastis minimum untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan elastis minimum untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.
-0.474 -0.472 -0.47 -0.468 -0.466 -0.464 -0.462 -0.46
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
ati
o
n
(mm)
Model A Model B Model C
-0.12 -0.1 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
4. 6 Maximum Shear Elastic Strain
Regangan geser maksimum yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 4 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 10. Perbandingan data regangan geser maksimum dapat dilihat pada Gambar 4. 11.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 4 Maximum Shear Elastic Strain
Maximum Shear Elastic Strain No Results Model A Model B Model C
1 Minimum 0.00439 0.0053 0.0054
[image:36.612.107.534.184.561.2]2 Maximum 0.56268 0.1286 0.12766
Gambar 4. 10 Kontur Maximum Shear Elastic Strain
[image:36.612.120.524.537.698.2]a. Maximum Shear Elastic Strain Minimum b. Maximum Shear Elastic Strain Maximum Gambar 4. 11 Maximum Shear Elastic Strain
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
Model A Model B Model C
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
28
Pada Tabel 4. 4 dan Gambar 4. 11 menunjukan bahwa model C memiliki maximum shear elastic strain minimum yang terbesar 0.00542 mm/mm dan model A memiliki maximum shear elastic strain maximum yang terbesar 0.56268 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan geser maksimum untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan geser maksimum untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.
4. 7 Elastic Strain Intensity
Instensitas regangan yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 5 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 12. Perbandingan data instensitas regangan dapat dilihat pada Gambar 4. 13.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
[image:37.612.109.530.307.646.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 5 Elastic Strain Intensity
Elastic Strain Intensity
No Results Model A Model B Model C
1 Minimum 0.00439 0.0053 0.0054
2 Maximum 0.31455 0.1286 0.1276
a. Elastic Strain Intensity Minimum b. Elastic Strain Intensity Maximum Gambar 4. 13 Elastic Strain Intensity
Pada Tabel 4.5 dan Gambar 4. 13 menunjukan bahwa model C memiliki elastic strain intensity minimum yang terbesar 0.00542 mm/mm dan model A memiliki elastic strain intensity maximum yang terbesar 0.31455 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan instensitas regangan untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan instensitas regangan untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.
4. 8 Normal Elastic Strain
Regangan normal yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 6 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 14. Perbandingan data regangan normal dapat dilihat pada Gambar 4. 15.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
Model A Model B Model C
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
30
[image:39.612.101.523.83.239.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 6 Normal Elastic Strain
Normal Elastic Strain
No Results Model A Model B Model C
1 Minimum -0.257 -0.237 -0.205
[image:39.612.109.530.172.471.2]2 Maximum 0.0275 0.0272 0.0191
Gambar 4. 14 Kontur Normal Elastic Strain
a. Normal Elastic Strain Minimum b. Normal Elastic Strain Maximum Gambar 4. 15 Normal Elastic Strain
Pada 4.6 dan Gambar 4. 15 menunjukan bahwa model C memiliki normal elastic strain minimum yang terbesar -0.20576 mm/mm dan model A memiliki normal elastic strain maximum yang terbesar 0.0275 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan normal untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan normal untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.
4. 9 Shear Elastic Strain
Regangan geser yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 7 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 16. Perbandingan data regangan geser dapat dilihat pada Gambar 4. 17.
-0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
Model A Model B Model C
0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235 0.24 0.245
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
[image:39.612.321.524.280.462.2]a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
[image:40.612.107.541.80.451.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 7 Shear Elastic Strain
Shear Elastic Strain
No Results Model A Model B Model C
1 Minimum -0.225 -0.275 -0.210
[image:40.612.113.530.470.679.2]2 Maximum -0.242 -0.086 -0.042
Gambar 4. 16 Kontur Shear Elastic Strain
a. Shear Elastic Strain Minimum b. Shear Elastic Strain Maximum Gambar 4. 17 Shear Elastic Strain
-0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
Model A Model B Model C
-0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0
Di
re
cti
o
n
a
l Defo
rm
at
io
n
(mm)
32
Pada 4.7 dan Gambar 4. 17 menunjukan bahwa model C memiliki shear elastic strain minimum yang terbesar -0.21024 mm/mm dan model C memiliki shear elastic strain maximum yang terbesar -0.042 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan geser untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan geser untuk kondisi maksimum mengalami peningkatan.
4. 10 Shear Stress
Tegangan geser yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 8 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 18. Perbandingan data tegangan geser dapat dilihat pada Gambar 4. 19.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
[image:41.612.104.520.306.665.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 8 Shear Stress
Shear Stress
No Results Model A Model B Model C
1 Minimum -3065.8 -3508.3 -2672.5
2 Maximum -3081.4 -787.26 -133.61
a. Shear Stress Minimum b. Shear Stress Maximum Gambar 4. 19 Shear Stress
Pada 4.8 dan Gambar 4. 19 menunjukan bahwa model C memiliki shear stress minimum yang terbesar -2672.5 Mpa dan model C memiliki shear stress maximum yang terbesar -133.61 Mpa. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan tegangan geser untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan tegangan geser untuk kondisi maksimum mengalami peningkatan.
4. 11 Vector Principal Stress
Arah tegangan yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4. 9 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 20. Perbandingan data arah tegangan dapat dilihat pada Gambar 4. 21.
a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)
-4000 -3500 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500 0
Shear
St
re
ss
(MPa)
Model A Model B Model C
-3500 -3000 -2500 -2000 -1500 -1000 -500 0
Shear
St
re
ss
(MPa)
34
[image:43.612.103.533.80.268.2]c. Model C (e2 = 50 mm)
Tabel 4. 9 Vector Principal Stress
Vector Principal Stress
No Results Model A Model B Model C
1 Minimum 110.35 247.34 419.87
[image:43.612.106.531.144.496.2]2 Maximum 42232 42194 42119
Gambar 4. 20 Kontur Vector Principal Stress
a. Vector Principal Stress Minimum b. Vector Principal Stress Maximum Gambar 4. 21 Vector Principal Stress
Pada 4.9 dan Gambar 4. 21 menunjukan bahwa model C memiliki vector principal stress minimum yang terbesar 419.87 Mpa dan model A memiliki vector principal stress maximum yang terbesar 42232 Mpa. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan arah tegangan untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan arah tegangan untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Ve
ct
or P
rincipa
l
S
tre
ss
(
M
P
a
)
Model A Model B Model C 42060 42080 42100 42120 42140 42160 42180 42200 42220 42240 42260
Ve
ct
or P
rincipa
l
S
tre
ss
(
M
P
a
)
[image:43.612.278.514.290.494.2]35
BAB V
BAB PENUTUP
5. 1 Simpulan
Dari hasil analisis dan pembahasan dapat diambil kesimpulan, bahwa perbandingan kinerja pada Model A (e=0 atau sentris), Model B (e1 = 25 mm) dan Model C (e1 = 50 mm) yang desain tulangannya mengacu pada ketentuan SNI 2847-2013 adalah :
1. Keakuratan teknik pemodelan didapat sampai 95% dengan program 3D ANSYS ver.15.0.7 dalam memprediksi perilaku deformasi hubungan balok-kolom struktur beton bertulang akibat beban gempa.
2. Pengaruh eksentrisitas balok dan kolom terhadap perilaku hubungan balok-kolom berpenampang pipih beton bertulang dimana beban horizontal (gempa) yang bekerja sejajar dengan sumbu kuat penampang kolom, yaitu :
a. Model A pertemuan balok-kolom sentris memiliki total deformation, maximum principal elastic strain, maximum shear elastic strain, elastic strain intensity, normal elastic strain, vector principal stress maximum yang terbesar
dibandingkan model B dan model C.
b. Model C pertemuan balok-kolom dengan e2 = 50 mm memiliki minimum principal elastic strain, shear elastic strain, shear stress maximum yang
terbesar dibandingkan model A dan model B.
5. 2 Saran
36
DAFTAR PUSTAKA
Hegger., Josef, Sherif., Alaa, and Roeser., Wolfgang. 2004. Nonlinear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beam-Column Connections. ACI Structural Journal,
September-October, Title no. 101-S59, Hal: 604-614.
Ravi, S.Robert. 2010.Studies On The Behavior of Retrofitted RCC Beam Column Joints,
School Of Civil Engineering, Karunya University., India.
LaFave., James M, et al. 2005. Eccentric Beam-Column Connections (Performance and Design of Joints Subjected to Seismic Lateral Load Reversals). Concrete International,
September.
Lee., Hung-Jen, and Ko., Jen-wen. 2007. Eccentric Reinforced Concrete Beam-Column Connections Subjected to Cyclic Loading in Principal Directions. ACI Structural
Journal, July-August, Title no. 104-S44, Hal: 459-467.
Shin., Myoungsu and LaFave., James M. 2004. Seismic Performance of Reinforced Concrete Eccentric Beam-Column Connections with Floor Slabs. ACI Structural Journal,
May-June, Title no. 101-S41, Hal: 403-412.
Stehle., John S, et al., 2001. Reinforced Concrete Interior Wide-Band Beam Column Connections Subjected to Lateral Earthquake Loading. ACI Structural Journal,
May-June, Title no. 98-S26, Hal: 270-279.
Uma., S.R.Dr, and Prasad., A.Meher., Prof. Seismic Behavior of Beam Column Joints in Reinforced Concrete Moment Resisting Frames. Departement of Civil Engineering.
Indian Institute of Technology Madras. Chennai.
Quintero-Febres., Charlos G and Wight., James K. 2001. Experimental Study of Reinforced Concrete Interior Wide Beam-Column Connections Subjected to Lateral Loading. ACI
LAMPIRAN 1
PERENCANAAN BALOKAnalisis Momen Nominal Penampang
Analisis penampang terhadap momen negatif b = 250 mm
h = 400 mm Tulangan = D16 Tinggi efektif :
d = h – (selimut beton + ø tul. Sengkang + ½ D tul. Utama)
d = 400 – ( 30 + 10 + ½ .16) = 352 mm
d’= h – d = 400 - 352 = 48 mm
Syarat jarak antar tulangan S > 25 mm
61mm22 10 3 16
30 2 250
S u u u Æ (OK!)
Luas tulangan terpasang: 2
s1 1005mm
A
2
s2' 603mm
A
Asumsi tulangan tarik leleh dan tulangan tekan belum leleh Tulangan tekan belum leleh:
cu s' c cd' .ε
ε
c 600.d' 600.c .E .ε c d' c '.E ε 'fs s s cu s
∑H = 0
0 T T C
Cc s2 s1 S2
0 .f A .f A ' '.f A .a.b.
0,85.f'c s2 s2 s1 y s2 y
0 400 402 -400 603 c600.d' -600.c . 603 .c.b .β
0,85.f'c 1 u u
0 160800.c -.c 241200 48 600 603 600.c 603 0)c 5 2 0,85 20
(0,85u u u 2 u u u
3612,5 c2 - 40200 c – 17366400 = 0
Didapat nilai c = 75,12 mm
852 , 63 0,85.75,12 c β
a 1. mm
Kontrol keserasian regangan:
3 5
s y
y E 2.10400 2.10
f
ε
9 s2
.εcuc d' c '
ε
.0,003 0,001083 ε 0,00275,12 48 -75,12
y
→Tulangan tekan
belum leleh (asumsi benar)
s s2
s2' ε '.E
38
9 s1
.εcuc c d
ε
.0,003 0,011 ε 0,00275,12 12 , 75 2 5 3 y !
→ Tulangan tarik leleh
(asumsi benar)
Kapasitas penampang terhadap momen negatif:
d d' . C 2 a d CMn c ¸ s2
¹ · ¨ © §
d d' '. '.f A 2 a d .c.b. .β 0,85.f'Mn c 1 ¸ s2 s2
¹ · ¨ © §
352 48 217 603 2 63,852 352 250 12 , 75 85 , 0 20 85 , 0 Mn ¸ ¹ · ¨ © § x x x x x x 5 , 126637505 Mn Nmm 637 , 126 Mn KNm# Analisis penampang terhadap momen positif
Luas tulangan terpasang:
2
s1 1005mm
A
2
2 603mm
As
d = 400 – ( 40 + 10 + ½ .16) = 342 mm
d’= 40 + 10 + 8 = 58 mm
Asumsi tulangan tarik leleh dan tulangan tekan belum leleh
0,85.f' β .b.c2 As1'.600 As2.fy.c As1'.600.d' 01
c.
0,85.20.0,85.250.c2 1005.600603.400.c1005.600.48 0 Dengan memasukkan data yang ada diperoleh persamaan:4515,625 c2 + 361800 c – 28944000 = 0 Didapat nilai c = 52,49 mm
616 , 44 0,85.52,49 c β
a 1. mm
Kontrol keserasian regangan:
3 5
s y
y E 2.10400 2.10
f
ε
9 s1
.εcuc d' -c '
ε
.0,003 0,000257 ε 0,00252,49 48 -52,49
y
→ Tulangan tekan
belum leleh (asumsi benar)
s s1
s1' ε '.E
f 0,000257.2,105 51,4MPa
9 2
.εcuc c d
εs
.0,003 0,017 ε 0,00252,49 49 , 52 2 5 3 y !
→ Tulangan tarik leleh
Kapasitas penampang terhadap momen positif:
d d' . C 2 a d CMn c ¸ s1
¹ · ¨ © §
d d' '. '.f A 2 a d .c.b. .β 0,85.f'Mn c 1 ¸ s1 s1
¹ · ¨ © §
352 48 4 , 51 1005 2 616 , 44 352 250 49 , 52 85 , 0 20 85 , 0 Mn ¸ ¹ · ¨ © §x x x x x x
25 , 78219966
Mn Nmm
219 , 78
Mn KNm
Kontrol Persyaratan Balok Untuk SRPMK:
1. Persyaratan Geometri:
a. Ln≥ 4d → 4000 mm > 4 x 352 = 1408 mm …….(ok) b. Rasio 0,3
h
b t → 0,625 0,3
400
250 ! …….(ok)
c. - b ≥ 250 mm → 250 mm ≥ 250 mm …….(ok)
- b ≤ lebar kolom + 2.(¾) tinggi balok
250 mm < 150 + 2.(¾).400 = 750 mm …….(ok)
2. Persyaratan tulangan longitudinal
a. 2 buah tulangan atas dan tulangan bawah menerus …….(ok)
b. .250.352 308
400 1,4 .d .b f 1,4 A w y
smin mm2
00 2 2 352 0,025.250. .d 0,025.b
Asmax w mm2
- Pada sendi plastis
As = 5 D16 (As = 1005 mm2) …….(ok)
As’ = 3 D16 (As = 603 mm2) …….(ok) - Pada tengah bentang
As = 3 D16 (As’ = 603 mm2) …….(ok)
As’ = 3 D16 (As’ = 603 mm2) …….(ok)
3. Cek persyaratan momen nominal
n
n 0,5.M
M t
KNm 3185 , 63 KNm 26,637 1 0,5x KNm 219 , 78
Mn ! …….(ok)
Jadi penulangan balok memenuhi syarat SRPMK
Penulangan Balok Akibat Geser
Berdasarkan SNI 03 – 2847 – 2002, Pasal 23.3 (4), gaya geser rencana Ve dihitung dengan menganggap kuat lentur maksimum (Mpr) yang berlawanan tanda bekerja pada muka-muka tumpuan, dan komponen struktur tersebut dibebani dengan beban gravitasi terfaktor di sepanjang bentangnya. 2 .L W L M M
V u n
n pr pr e r
, dengan Ln = bentang bersih balok
Momen Lentur Maksimum (Mpr) balok harus dihitung dari tulangan terpasang dengan tegangan tarik 1,25 fy.
Untuk balok dibentang ujung, oleh arah gempa ke kanan akan dihasilkan:
40
Tulangan terpasang 5 D16 (As = 1005 mm2) Æ Dapat dianggap sebagai penampang tulangan tunggal sehingga nilai Cs tidak ada. Ts = Cc.
d = 600 – ( 40 + 10 + ½ .16) = 342mm
d’= 40 + 10 + 8 = 58 mm
x Asumsi tulangan tarik leleh dan tulangan tekan belum leleh. Tulangan tekan belum leleh.
∑H = 0 Ts Cc
y s1
c.a.b A .1,25.f
0,85.f' 235 , 118 250 20 85 , 0 400 25 ,1 1005 ' 85 , 0 25 ,1 1 b c f fy A
a S mm
139 85 , 0 235 , 118 1 E a c mm ¸ ¹ · ¨ © § 2 a d T
Mpr S
¸ ¹ · ¨ © § 2 a d .1,25.fy A
Mpr S1
¸ ¹ · ¨ © § 2 235 , 118 352 400 25 ,1 1005 Mpr 3 , 147173456 Mpr Nmm 173 , 147
Mpr KNm
# Momen Lentur Positif (Mpr+)
Tulangan terpasang 3 D16 (As’ = 603 mm2) Æ Dapat dianggap sebagai penampang tulangan tunggal sehingga nilai Cs tidak ada. Ts = Cs.
d = 600 – ( 40 + 10 + ½ .16) = 342mm
d’= 40 + 10 + 8 = 58 mm
∑H = 0 Ts Cc
y s2
c.a.b A .1,25.f
0,85.f' 94 , 70 250 20 85 , 0 400 25 ,1 603 ' 85 , 0 25 ,1 2 b c f fy A
a S mm
46 , 83 85 , 0 94 , 70 1 E a c mm ¸ ¹ · ¨ © § 2 a d T
Mpr S2
¸ ¹ · ¨ © § 2 a d 25 ,1
Mpr AS2 fy
¸ ¹ · ¨ © § 2 70,94 352 400 25 ,1 603 Mpr 95433795
Mpr Nmm
434 , 95 Mpr
Dengan cara yang sama untuk balok dibentang ujung, oleh arah gempa ke kiri diperoleh: 173 , 147 Mpr KNm 434 , 95 Mpr KNm
Gaya geser rencana:
2 .L W L M M
V u n
n pr pr e r Beban mati. a. Beban mati (D):
x Berat sendiri pelat (t=120mm) = 0,12 x 24 = 2,88 KN/m2
x Berat penutup lantai (t=10mm) = 0,01 x 24 = 0,24 KN/m2
x Berat Spesi (t=30mm) = 0,03 x 21 = 0,63 KN/m2
x Berat Penggantung dan Plafon = 0,07 + 0,11 = 0,18 KN/m2
x Berat Instalasi = 0,40 = 0,40 KN/m2 +
D = 4,33 KN/m2 KN/m 11,547 4,33 2 2 D h 2
W 32
3 2
Dek
b. Beban hidup untuk gedung L = 2,50 KN/m2
KN/m 6,667 2,50 2 2 L h 2
W 32
3 2
Lek
Beban gravitasi terfaktor (Wu ek):
11,547 1.6,6671,2. 1.W
1,2.W
Wuek Dek Lek
N/mm 523 , 20 KN/m 523 , 20 2 0 20,523.400 4000 95433795 3 , 147173456
Ve r
40506 813 , 60651 r N 813 , 101157
Vemak
N 813 , 0145 2 Ve.min
1. Penulangan geser pada daerah sendi plastis (2h = 2(400) = 1200 mm dari muka tumpuan) N
813 , 101157 Vu
Kuat geser yang disumbangkan oleh beton Vc = 0, maka: N 084 , 134877 0 75 , 0 813 , 101157 V V
V u c
s
I
Kuat geser Vs tidak boleh lebih besar dari Vsmak (Pasal 13.5 (6(9)): N 31 , 262365 352 . 250 . 20 . 3 2 .d .b f' . 3 2
Vsmak c w
N 262365,31 V N 084 , 134877
Vs smak ……(ok)
mm 597 , 1 240.352 134877,084 .d f V s A V .d .f A s y s v s y v
Dipakai sengkang Ø 10 mm dengan:
2 2
2
v 2.14. .D 2.14. .10 157,08mm
A
S
S
mm 359 , 98 1,597 157,08 s
Spasi maksimum tulangan geser pada daerah sendi plastis:
42
smak d 8 x (diameter tulangan longitudinal min.) = 8 x 16 = 128 mm
smak d 24 x (diameter tul. geser tertutup) = 24 x 10 = 240 mm
smak d 300 mm
Jadi dipasang sengkang Ø10-95 mm 2. Penulangan geser diluar daerah sendi plastis
Gaya geser yang dipergunakan untuk menentukan tulangan tranversal pada daerah lapangan adalah gaya geser pada jarak 2h dari muka tumpuan.
4000 x 64809,6mm81012 400 2 -4000 x 4000 20145,813 -101157,813 2h -4000 x 20145,813 x
Vu 2h
N 413 , 84955 813 , 20145 6 , 64809
Kuat geser yang disumbangkan oleh beton (Vc):
N 33 , 65591 .250.352 6 20 .d .b 6 f'
Vc c w ¸¸
¹ · ¨¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § Karena:
Vu.2h 84955,413N!I.Vc 49193,4971N, maka penampang perlu tulangan geser. Kuat geser yang disumbangkan oleh tulangan geser (Vs):
N 554 , 47682 33 , 65591 0,75 84955,413 V V
V u.2h c
s
I
mm 564 , 0 240.352 47682,554 .d f V s A V .d .f A s y s v s y v Dipakai sengkang Ø 10 mm dengan:
2 . .102 157,08mm2
4 1 . 2 D . . 4 1 . 2
A
S
S
mm 51 , 278 0,564 157,08 s
Spasi maksimum tulangan geser: mm 176 2 352 2 d smaks d
Jadi dipasang sengkang Ø 10 - 175 mm
PERENCANAAN KOLOM
Dari kesetimbangan momen pada balok, didapat momen pada ujung-ujung kolom sebagai berikut:
¦
¦
Me 56 Mg¦
¦
n n
e 56 M M
M
126637505,5 78219966,255 6
Me
1 , 245828966 Me
¦
NmmBeban yang bekerja pada kolom: Nmm 1 , 122914483 M 2 1
Mcol
¦
e Ag Ast fy As cf
' 85 , 0 P0
500 150 20 8 400 20 820 85 , 0 P 2 4 1 2 4 1
0
S
S
KN 583 , 2237 P0 N 447516,6 P 20%
Pu 0
mm P
M e
u
t 274,659
6 , 447516 1, 122914483 h 0,03 15
emin
0,50 0,03 15
emin
t e 015 , 15 emin 2
gr 150 500 75000mm
A Sumbu vertikal: 5399 , 0 .0,85.20 0,65.75000 447516,6 .0,85.f' .A P c gr u
I
Sumbu horizontal: 2966 , 0 500 274,659 . .0,85.20 0,65.75000 447516,6 h e . .0,85.f' .A P t c gr u ¸ ¹ · ¨ © § ¸¸ ¹ · ¨¨ © § IDari grafik dan tabel perhitungan beton bertulang didapat: r = 0,03
untuk f’c = 20 MPa Æβ1 = 0,8
024 , 0 8 , 0 03 , 0 U U E U r 2 gr
s ρ A 0,024 150 500 1800mm
A
Dipasang tulangan 8 D19 (Ast = 2268,229 mm2) pada sisinya.
Penulangan Geser:
44
Gambar. Diagram Interaksi Kolom 150x500 mm Gaya geser desain berdasarkan Mpr pada ujung-ujung kolom adalah:
N 75428 KN 428 , 75 3,50 00 , 32 1 2 H M M V n pr4 pr3 e u
Berdasarkan SNI 03-2847-2002 Pasal 23.4, spasi tulangan transversal tidak boleh lebih dari:
x Sx≤ Seperempat dimensi terkecil komponen struktur Sx≤ 14150 37,5mm
x Sx≤ Enam kali diameter tulangan longitudinal Sx≤ 619 114mm
x Sx = ¸
¹ · ¨ © § 3 h 350 100 x
mm 25 2 h 50 500 0,5 h 10 20 2 500 0,5 h h 0,5 h x x 2 1 x c x mm 141,67 S 41,67 100 S 3 225 350 100 S x x x ¸ ¹ · ¨ © §100 mm < 141,67 mm < 150 mm
Dipakai jarak sengkang (S) = 100 mm
2
g 500 150 750000mm
mm 50 4 .10 2 1 20 2 500
hc ¸
¹ · ¨ © §
2ch 500 2.20 150 2.20 50600mm
A u
Luas total penampang sengkang tertutup persegi tidak boleh kurang daripada yang ditentukan dari persamaan:
» » ¼ º « « ¬ ª ¸¸ ¹ · ¨¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § u u 1 A A . f f' h s 0,3. A ch g yh c c sh 2 mm 49 , 542 1 50600 750000 . 240 20 450 100 0,3. » ¼ º « ¬ ª ¸ ¹ · ¨ © § ¸ ¹ · ¨ ©
§ u u
2
yh c c
sh 0,09. s h ff' 0,09. 100 450 24020 337,5mm
A ¸
¹ · ¨
©
§ u u
¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § u u
Luas tulangan geser horizontal yang dipakai adalah 542,49 mm2. Digunakan tulangan sengkang Ø10 mm (As = 78,5398 mm2). Jumlah penampang sengkang yang diperlukan 6,91 7
5398 , 78
49 ,
542 | buah.
Jadi dipasang 7 Ø10 – 100 mm (Ash = 549,7787 mm2)
Hubungan Balok Kolom Tepi
MPa 400 fy MPa 240 fyv MPa 20 f'c
Kolom = 150/500 mm
hkolom = 3500 mm
Gaya tarik pada tulangan atas 5 D16
2s 1005mm
A balok adalah:
N 502500 0 05.1,25.40 0 1 .1,25.f A
T1 s y
Gaya tarik pada tulangan bawah 3 D16
2s' 603mm
A balok adalah:
N 301500 .1,25.400 603 '.1,25.f A
T2 s y
Gaya geser horizontal kolom (Vh):
pr
M + = 95434000 Nmm
pr
M - = 147173000 Nmm
Nmm 121303500 2 95434000 147173000 2 M M
Mu pr pr
3500 500 80869N
121303500 2 2 kolom h Mu V n h N 723131 80869 301500 502500 V T T
Vujoint 1 2 h
46 mm 750 500 250 h b
bj = 750 mm
2 j
j b .h 750.500 375000mm
A
Kuat geser nominal sesuai SNI 03-2847-2002 Pasal 23.5.(3(1)), untuk hubungan balok kolom yang terkekang pada ketiga sisinya adalah:
j c
c .1,25. f' .A
V . I I N 723131 V N 983 , 1677050 .375000 20
0,8.1,25. ! u joint ……(ok)
Hubungan Balok Kolom Tepi
Data-data sebagai berikut: MPa 400 fy MPa 20 f'c
Gaya tarik pada tulangan atas 5 D16
2s 1005mm
A balok adalah:
N 502500 0 05.1,25.40 0 1 .1,25.f A
T1 s y
Gaya geser horizontal kolom (Vh):
pr
M - = 147173000 Nmm
Nmm 3586500 7 2 147173000 2 M Mu pr
3500 500 49057,67N3586500 7 2 2 kolom h Mu V n h N 453442,33 49057,67 -502500 V T
Vujoint 1 h
Menentukan luas efektif (Aj) hubungan balok kolom: Lebar efektif join:
mm 750 500 250 h b
bj = 750 mm
2 j
j b .h 750.500 375000mm
A
Kuat geser nominal sesuai SNI 03-2847-2002 Pasal 23.5.(3(1)), untuk hubungan balok kolom yang terkekang pada ketiga sisinya/dua sisi yang berlawanan adalah:
j c
c .1,25. f' .A
V . I I N 33 , 453442 V N 983 , 1677050 .375000 20
