TESIS. Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung. Oleh :

(1)

ANALISIS PENGARUH RASIO TULANGAN LONGITUDINAL

TERHADAP KEKUATAN DAN PERILAKU PENAMPANG

KOLOM PENDEK TUBULAR KOMPOSIT BAJA-BETON

AKIBAT KOMBINASI AKSIAL TEKAN NOMINAL DAN

MOMEN NOMINAL

TESIS

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari

Institut Teknologi Bandung

Oleh :

CASWIN

NIM : 25004023

PROGRAM STUDI REKAYASA STRUKTUR

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2007

(2)

ii

ANALISIS PENGARUH RASIO TULANGAN LONGITUDINAL TERHADAP KEKUATAN DAN PERILAKU PENAMPANG KOLOM PENDEK TUBULAR KOMPOSIT BAJA-BETON AKIBAT KOMBINASI

AKSIAL TEKAN NOMINAL DAN MOMEN NOMINAL

Oleh : CASWIN NIM : 25004023

Program Studi Rekayasa Struktur Institut Teknologi Bandung

Menyetujui Pembimbing

Tanggal :...

(3)

iii ABSTRAK

ANALISIS PENGARUH RASIO TULANGAN TERHADAP KEKUATAN DAN PERILAKU PENAMPANG KOLOM PENDEK TUBULAR KOMPOSIT BAJA-BETON AKIBAT KOMBINASI AKSIAL TEKAN

NOMINAL DAN MOMEN NOMINAL

Oleh : CASWIN NIM : 25004023

Tesis ini berisikan pengembangan model matematik dengan cara diskritisasi penampang berdasarkan model konstitutif terbaru untuk kolom tabung baja yang diisi beton (untuk selanjutnya disebut kolom CFST ), untuk menganalisis pengaruh rasio tulangan terhadap kekuatan dan perilaku penampang kolom pendek tubular komposit baja-beton akibat kombinasi aksial tekan nominal dan momen nominal yang direprensentasikan melalui diagram interaksi, momen-kurvatur dan daktilitas momen-kurvatur.

Hasil dari analisis dengan cara diskritisasi penampang kemudian diverifikasi terhadap program referensi dan dapat hasil verifikasi mendekati sama.

Analisis studi kasus ini untuk mengetahui pengaruh rasio tulangan longitudinal dan mutu silinder beton terhadap kekuatan dan perilaku penampang kolom CFST pendek akibat kombinasi aksial tekan nominal dan momen nominal.

Beberapa kesimpulan yang berguna didapat dari hasil analisis ini.

Kata kunci: penampang kolom CFST pendek, diagram interaksi, momen- kurvatur, daktilitas kurvatur

(4)

(5)

iv ABSTRACT

INFLUENCE ANALYSIS OF COMBINATION NOMINAL AXIAL COMPRESSION AND NOMINAL MOMENT FOR REINFORCED

RATIO TO THE BEHAVIOR AND STRENGTH OF CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR SHORT SECTION COLUMNS

By: CASWIN NIM: 25004023

This thesis describes of developing mathematical model which use fiber section based on new constitutive model for concrete-filled steel tubular columns ( for next is called CFST columns), for analysis reinforced ratio to the behavior and to the strength of short CFST section column which is represented interaction diagram, moment-curvature and curvature ductility.

The result of fiber analysis was verified to the reference program. Both of the analysis has the same result.

The purpose of study case analysis was to know the influence of longitudinal reinforced ratio and grade of concrete cylinder to the strength and behavior of short CFST column section which was caused by nominal axial compression and nominal moment.

Several conclusion have been established in this analysis result.

Keywords : short CFST section column, interaction diagram, curvature moment, curvature ductility.

(6)

v

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

(7)

vi

”Hai orang-orang yang beriman, nafkahkanlah (di jalan Allah) sebagian dari hasil usahamu yang baik-baik dan sebagian dari apa yang Kami keluarkan dari bumi untuk

kamu. Dan janganlah kamu memilih yang buruk-buruk lalu kamu nafkahkan dari padanya, padahal kamu sendiri tidak mau mengambilnya melainkan dengan memicingkan

mata terhadapnya. Dan ketahuilah bahwa Allah Maha Kaya lagi Maha Terpuji.” (Surat Al Baqarah : 267)

Dipersembahkan karya tulis ini untuk Ayahanda H. Rosad & Ibunda Hj. Asiah,

Istriku Sumiharti, anakku tercinta dan tersayang Wynne Weskurni Putri, Kakak-kakakku, adikku,

serta semua keluarga besarku yang ada di Subang dan Kiaraeunyeh. Yang senantiasa dengan setulus hati selalu memberikan

(8)

xi

DAFTAR ISI

JUDUL ... i LEMBAR PENGESAHAN ... ii ABSTRAK... iii ABSTRACT ... iv

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ... v

HALAMAN PERUNTUKAN... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... xi

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR...xiii

DAFTAR NOTASI... xvii

BAB I PENDAHULUAN... 1

I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Tujuan Penulisan... 2

I.3 Pembatasan Masalah ... 2

I.4 Metode Pemecahan Masalah ... 3

I.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

II.1 Pengertian Kolom Komposit ... 5

II.2 Karakteristik Material Beton Mutu Tinggi ... 6

II.3 Karakteristik Material Baja ... 8

II.4. Model Konstitutif ... 10

II.4.1. Model Konstitutif Beton ... 11

II.4.2. Model Konstitutif Tabung Baja ... 13

II.5. Hubungan Konstitutif Beton ... 13

II.5.1. Model Konstitutif Beton Tomii dan Sakino (1979) ... 13

II.5.2. Model Konstitutif Beton Fujimoto dkk (2004) ... 15

II.6. Hubungan Konstitutif Tabung Baja dan Baja Tulangan Elastis-Plastis Sempurna ... 17

II.7. Jenis-jenis Kolom Komposit ... 18

II.8. Keruntuhan Kolom Komposit ... 20

II.9. Tebal Minimum Tabung Baja ... 21

II.10. Perilaku Kolom Komposit... 22

(9)

xii

II.12. Daktilitas ... 26

BAB III PENGEMBANGAN MODEL MATEMATIK ... 29

III.1 Asumsi Dasar ... 29

III.2 Penentuan Luas Total Tulangan Longitudinal ... 30

III.3 Prosedur Perhitungan Untuk Membuat Diagram Interaksi ... 32

III.4 Prosedur Perhitungan Momen-Kurvatur... 37

III.5 Verifikasi Analisis Manual Terhadap Program Referensi... 42

BAB IV ANALISIS STUDI KASUS... 46

IV.1. Analisis Diagram Interaksi ... 46

IV.1.1. Pengaruh rasio Tulangan Longitudinal... 46

IV.1.2. Pengaruh Mutu Beton... 51

IV.2. Analisis Momen Kurvatur ... 53

IV.2.1. Pengaruh rasio Tulangan Longitudinal... 55

IV.2.3. Pengaruh Mutu Beton dengan Rasio Tulangan Longitudinal . 62 IV.3. Analisis Daktilitas Kurvatur ... 70

IV.3.1. Pengaruh Rasio Tulangan Longitudinal ... 73

IV.3.3. Pengaruh Mutu Beton dengan Rasio Tulangan Longitudinal . 83 BAB V KESIMPULAN ... 95

DAFTAR PUSTAKA... .. 98

(10)

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Diagram Alir Hitungan Tegangan-Regangan Irisan Beton Pada Penampang Bujursangkar Dengan Menggunakan

Microsoft Excel 100

Lampiran B. Diagram Alir Hitungan Tegangan-Regangan Irisan Beton Pada Penampang Lingkaran Dengan Menggunakan Microsoft Excel 102

Lampiran C Diagram Alir Hitungan Tegangan-Regangan Irisan Baja Pada Penampang Bujursangkar 105

Lampiran D Diagram Alir Hitungan Tegangan-Regangan Beton Pada Penampang Bujursangkar Dan Lingkaran 107

Lampiran E Diagram Alir Hitungan Luas Irisan Penampang Bujursangkar Dengan Menggunakan Microsoft Excel 109

Lampiran F Diagram Alir Hitungan Luas Irisan Penampang Lingkaran 110

Lampiran G Perbandingan Model Tegangan-Regangan Beton 113

Lampiran H Hasil Hitungan Tegangan-Regangan Beton Dan Baja 114

Lampiran I Konfigurasi Tulangan Untuk Penampang Lingkaran 117

(11)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1. Nilai titik kurva interaksi penampang bujursangkar... 47

Tabel IV.2. Nilai titik kurva interaksi penampang lingkaran... 48

Tabel IV.3. Nilai titik kurva interaksi penampang bujursangkar... 49

Tabel IV.4. Nilai titik kurva interaksi penampang lingkaran... 49

Tabel IV.5. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar... 72

Tabel IV.6. Nilai daktilitas kurvatur penampang lingkaran... 72

Tabel IV.7. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar untuk ρ=1%... 74

Tabel IV.8. Nilai daktilias kurvatur penampang lingkaran untuk ρ=1%... 74

Tabel IV.9. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar untuk ρ=2%... 61

Tabel IV.10. Nilai daktilitas kurvatur penampang lingkaran untuk ρ=2%... 62

Tabel IV.11. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar fc’=30 MPa 77 Tabel IV.12. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursaangkar fc’=50 MPa ... 78

Tabel IV.13. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar fc’=90 MPa ... 78

Tabel IV.14. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar fc’=110 MPa... 79

Tabel IV.15. Nilai daktilitas kurvatur penampang lingkaran fc’=30 MPa... 80

Tabel IV.17. Nilai daktilitas kurvatur penampang lingkaran fc’= 90 MPa... 81

Tabel IV.19. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=1%, fc’=30MPa 83 Tabel IV.20. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=1%, fc’=50MPa 83 Tabel IV.21. Nilai daktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=1%, fc’=90MPa 84 Tabel IV.22. Nilaidaktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=1%, fc’=110MPa 85 Tabel IV.23. Nilaidaktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=2%, fc’=30MPa...86

Tabel IV.24. Nilaidaktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=2%, fc’=50MPa 86 Tabel IV.25. Nilaidaktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=2%, fc’=90MPa 87 Tabel IV.26. Nilaidaktilitas kurvatur penampang bujursangkar ρ=2%,fc’=110MPa 88 Tabel IV.27. Nilai daktilitas kurvatur penampang lingkaran ρ=1%, fc’=30MPa 88

Tabel IV.28. Nilai daktilitas kurvatur penampang lingkaran ρ=1%, fc’=50MPa 89

(12)

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Kurva tegangan-reganganbeton mutu tinggidan mutu normal

(collins & Mitchell)... ... 7

Gambar II.2. Hubungan tegangan-regangan baja lunak dan baja keras ... 9

Gambar II.3 Model konstitutif beton Tomii dan Sakino (1979)...12

Gambar II.4 Model kurva tegangan-regangan beton Tomii dan Sakino (1979)... 15

Gambar II.5 Model kurva tegangan-regangan beton Fujimoto dkk... 16

Gambar II.6 Model kurva tegangan-regangan baja elastis-plastis sempurna... 17

Gambar II.7 Bentuk potongan penampang kolom komposit ... 18

Gambar II.8 Perbandingan kolom komposit dan kolom komvensional ...19

Gambar II.9 Diagram Interaksi antara Momen dan Gaya Normal... 25

Gambar II.10 Penentuan Besaran Daktilitas... 28

Gambar III.1 Penentuan rasio luas tulangan longitudinal pada Penampan bujursangkar ... 24

Gambar III.2 Konfigurasi Tulangan yang dipasang padapenampangbujursangka 27 Gambar III.3 Titik-titik kurva interaksi yang dievaluasi... 29

Gambar III.4 Kondisi tekan murni ( I )εctop= 0.003, εsbottom = 0.003... 34

Gambar III.5 Kondisi tekan nominal maksimum ( II ) ε_ctop= 0.0025, sbottom ε = 0.25εy... 34

Gambar III.6 Kondisi tekan nominal dengan regangan tarik ε_sbottom= 0 ( III )... 34

Gambar III.7 Kondisi tekan nominal εsbottom = 0.5εy ( IV )... 35

Gambar III.8 Kondisi seimbang ε_ctop = ε_y ( V )... 35

Gambar III.9 Kondisi tarik nominal εsbottom > εy ( VI ) ... 35

Gambar III.10 Kondisi momen murni εsbottom >> εy ( VII ) ... 36

Gambar III.11 Diskritisasi tegangan – regangan beton... 38

Gambar III.12 Diskrititasi tegangan – regangan Baja... 38

Gambar III.14 Elemen diskrit penampang kolom CFST dengan rasio tulangan longitudinal 1%... 40

Gambar III.15 Verifikasi Hasil Analisis Manual Dengan Program Referensi ( model Fujimoto dkk )... 44

Gambar III.16 Verifikasi Hasil Analisis Manual dengan Program referensi ( model Tomii dan Sakino)... 44

Gambar III.17 Verifikasi Hasil Analisis Manual dengan Program referensi ( model Tomii dan Sakino )... 45

Gambar IV.1 Diagram ineraksi penampang bujursangkar dengan model tegangan – regangan beton Fujimoto dkk... 47

(14)

xiv

Gambar IV.2 Diagram ineraksi penampang lingkaran dengan model

tegangan – regangan beton Fujimoto dkk... 48 Gambar IV.3 Diagram interaksi penampang bujursangkar dengan model

tegangan – regangan beton Tomii dan Sakino... 49 Gambar IV.4 Diagram interaksi penampang lingkaran dengan model

tegangan - regangan beton Tomii dan Sakino... 50 Gambar IV.5 Diagram interaksi penampang bujursangkar dengan model

tegangan – regangan beton Fujimoto dkk... 51 Gambar IV.6 Diagram ineraksi penampang lingkaran dengan model

tegangan – regangan beton Fujimoto dkk... 52 Gambar IV.7 Diagram interaksi penampang bujursangkar dengan model

tegangan - regangan beton Tomii dan Sakino... 52 Gambar IV.8 Diagram ineraksi penampang lingkaran dengan model

tegangan – regangan beton Tomii dan Sakino... 53 Gambar IV.9. Kurva Momen – Kurvatur penampang bujursangkar... 54 Gambar IV.10 Kurva Momen – Kurvatur penampang lingkaran ... 54 Gambar IV.11 Kurva momen – kurvatur penampang bujursangkar untuk ρ=1% 55 Gambar IV.12 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar untuk ρ=2% 56 Gambar IV.13 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran untuk ρ=1% 56 Gambar IV.14 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran untuk ρ=2% 57 Gambar IV.15 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar fc’=30 MPa 58 Gambar IV.16 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar fc’=50 MPa 58 Gambar IV.17 Kurva momen kurvatur penampang bujursangkar fc’=90 MPa 59 Gambar IV.18 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar fc’=110 MPa 59 Gambar IV.19 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran fc’=30 MPa.... 60 Gambar IV.20 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran fc’=50 MPa... 60 Gambar IV.21 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran fc’=90 MPa 61 Gambar IV.22 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran fc’=110 MPa 61 Gambar IV.23 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%,

fc’=30MPa... 62 Gambar IV.24 Kurva momen kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%,

fc’=50MPa... 63 Gambar IV.25 Kurva momen kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%,

fc’=90MPa... 63 Gambar IV.26 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%,

fc’=110MPa...64 Gambar IV.27 Kurva momen kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%,

fc’=30MPa...64 Gambar IV.28 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%,

(15)

xv

Gambar IV.29 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%,

fc’=90MPa ... .65

Gambar IV.30 Kurva momen-kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%, fc’=110MPa... .66

Gambar IV.31 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%, fc’=30 MPa 66 Gambar IV.32 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%, fc’=50 MPa.. 67

Gambar IV.33 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%, fc’=90 MPa 67 Gambar IV.34 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%,fc’=110 MPa 68 Gambar IV.35 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%, fc’=30 MPa 68 Gambar IV.36 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%, fc’=50 MPa 69 Gambar IV.37 Kurva momen-kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%, fc’=90 MPa 69 Gambar IV.38 Kurva momen kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%, fc’=110 MPa 70 Gambar IV.39 Definisi sudut kelengkungan maksimum dan sudut kelengkungan leleh ... 71

Gambar IV.40 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar...72

Gambar IV.41 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran... ...73

Gambar IV.42 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1% ... ...74

Gambar IV.43 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ= 1%... .. 75

Gambar IV.44 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%...75

Gambar IV.45 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%... 76

Gambar IV.46 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, fc’=30 MPa 77

Gambar IV.49 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, fc’=110MPa 79

Gambar IV.50 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, fc’=30 MPa 80

Gambar IV.53 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran,fc’=110 MPa 82

Gambar IV.54 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%, fc’=30MPa... 83

Gambar IV.55 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%, fc’=50 MPa...84

Gambar IV.56 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%, fc’=90 MPa...85

Gambar IV.57 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=1%, fc’=110 MPa ...85

Gambar IV.58. Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%, fc’=30 MPa...86

Gambar IV.59. Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%, fc’=50 MPa...87

(16)

xvi

Gambar IV.60 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%,

fc’=90 MPa...87 Gambar IV.61 Grafik daktilitas kurvatur penampang bujursangkar, ρ=2%,

fc’=110 MPa...88 Gambar IV.62. Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%,

fc’=30 MPa...89 Gambar IV.63. Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%,

fc’=50 MPa... ...89 Gambar IV.64. Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%,

fc’=90 MPa...90 Gambar IV.65 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=1%,

fc’= 110 MPa...90 Gambar IV.66 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%,

fc’=90MPa...93 Gambar IV.69 Grafik daktilitas kurvatur penampang lingkaran, ρ=2%,

(17)

xvii

DAFTAR NOTASI

ρ = rasio tulangan longitudinal

fc’ = kuat tekan silinder beton MPa

fy = kuat leleh tabung baja MPa

fyr = kuat leleh baja tulangan MPa

fu = tegangan maksimum MPa

B = lebar luar tabung baja mm

D =diameter tabung baja mm

t = tebal tabung baja mm

fc = tegangan beton MPa

εc = regangan beton

εo = regangan maksimum

fcp = tegangan beton tak terkekang MPa

σcp = tegangan beton tak terkekang MPa

X = regangan beton

Y = tegangan beton MPa

εco = regangan beton pada kondisi tak terkekang εcco =regangan beton pada kondisi terkekang

σccB = tegangan beton terkekang MPa

γu = faktor skala

K = koefisien

σr = tegangan radial MPa

σsy = tegangan leleh tabung baja MPa

ke = faktor kekangan efektif

fs = tegangan baja MPa

Pn = aksial tekan nominal N

εy = regangan leleh baja

Mn = momen nominal Nmm εcu = regangan beton ultimit

e = eksentrisitas 1/mm εct = regangan beton pada serat atas

μ = daktilitas

Ar = luas tulangan baja mm2

Aci = luas beton pada setiap lapis mm2

Asi = luas tabung baja pada setiap lapis

n = jumlah diskrit penampang bh

(18)

xviii

dr = diameter tulangan mm

εctop = regangan beton pada serat paling atas

εsbottom = regangan tabung baja pada serat paling bawah

Cci = gaya tekan beton setiap lapis ke i N

Csi = gaya tekan tabung baja setiap lapis ke-i N

Cr’ = gaya tekan tulangan baja N

Cr = gaya tarik tulangan baja N

di = lengan momen pada plastic centroid setap irisan mm d’ = jarak dari tengah tulangan atas pada serat beton paling atas mm dt = jarak dari tengan tulangan bawah pada serat beton paling atas mm

εstop = regangan tabung baja pada serat paling atas

kd = tinggi garis netral mm

εi bottom = regangan bawa pada setiap irisan

εi top = regangan atas pada setiap irisan

εi rata2 = regangan rata-rata setiap irisan penampang

εr’ = regangan tulangan pada kondisi tekan

εr = regangan tulangan pada kondisi tarik

Tsi = gaya tarik tabung baja N

Emodr = modulus elastisitas tulangan MPa

Φ = kurvatur rad/mm

Ec = modulus elastisitas beton MPa