239
KAJIAN DYNAMIC AMPLIFICATION FACTOR PADA
RANGKA JEMBATAN AKIBAT BEBAN GEMPA DENGAN
RESPON SPEKTRUM
Suci Nadiatul1, Masrilayanti2, Riza Aryanti3
1Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang. Email: [email protected]
2Dosen Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang. Email:
3Dosen Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang. Email:
ABSTRACT
Padang is known as the city which has a high risk in earthquake. Therefore, the design of all infrastructures, including bridges, should apply a high consideration to the earthquake loads. In many cases, it is quite time consuming and difficult when dynamic analysis is performed, so that it is more easier to use scale factor or a multiplier number when conduct the dynamic analysis. In this study, the dynamic analysis is simplified by finding a number which can be multiplied to the static value of analysis. The method used is by using response spectrum of Padang City based on SNI 2833-2016. The results of static analysis and dynamic analysis that have been obtained are expressed in dynamic amplification factor (DAF). Dynamic Amplification Factor (DAF) is a factor that describes how many times the deformation occurs multiplied by the deformation caused by static loads when dynamic loads are entered into the structure and is a picture of the comparison between dynamic analysis and static analysis. The main point in this research is calculated the dynamic amplification factor of the truss bridge due to earthquake load by using the spectrum response method based on SNI 2833: 2016 using SAP2000 v.20. The purpose of knowing the value of dynamic amplification factor (DAF) on the truss bridge is to facilitate understanding of the results of dynamic analysis of static analysis on bridges. The DAF value obtained is in the form of a comparison of the internal force values and the displacement of the bridge on the lower truss, diagonal truss, and upper truss. With the largest DAF value 2,429 and the smallest DAF value 1,000.
Keywords : Dynamic Amplification Factor (DAF), Truss Bridge, Spectrum Response,
Earthquakes, Deformation 1. PENDAHULUAN
Jembatan merupakan salah satu bagian yang mempunyai peranan penting sebagai fasilitas transportasi dan juga infrastruktur sehingga diperlukan struktur jembatan yang kuat. Salah satunya adalah kuat terhadap gempa bumi karena dikarenakan Indonesia terletak diantara tiga lempeng tektonik, yaitu lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia dan lempeng Pasifik. Sehingga jembatan yang akan dibangun di daerah rawan gempa bumi harus direncanakan dengan memperhitungkan pengaruh gempa bumi tersebut.
240
Dalam proses Analisa dan Perencanaan Struktur Jembatan di Indonesia, harus disesuaikan dengan peraturan perancanaan Standar Nasional Indonesia (SNI), yaitu Perencanaan jembatan terhadap beban gempa SNI 2833:2016. Standar Nasional Indonesia (SNI) 2833:2016 dengan judul “Perencanaan jembatan terhadap beban gempa” merupakan revisi dari SNI 2833:2008 Standar perencanaan ketahanan gempa untuk jembatan, dan mengacu pada AASHTO LRFD Bridge Design Specification, 5th
Edition, 2012 (SNI, 2016).
Dalam SNI 2833:2016 terdapat analisis dinamis untuk perancangan jembatan yang tahan gempa bumi. Analisis dinamis ini diperlukan untuk mengevaluasi secara akurat dari respons dinamis yang terjadi pada struktur. Terdapat beberapa metode yang dapat kita digunakan dalam Analisis dinamis, salah satu diantaranya adalah Analisis Respon Spektrum (Spectrum Response Analysis). Hasil dari analisa statis dan analisa dinamis yang telah didapatkan dinyatakan dalam dynamic amplification factor (DAF).
Analisis statis dengan menggunakan dynamic amplification factor (DAF) sering digunakan untuk redundansi dan analisis runtuh progresif jembatan rangka baja untuk menghindari menggunakan analisis dinamis yang lebih memakan waktu (Khuyen & Iwasaki, 2016). Adapun tujuan mengetahui nilai dynamic amplification factor (DAF) pada jembatan untuk memudahkan pemahaman dari hasil analisa dinamis terhadap analisa statis. Oleh karena itu, dalam studi analisis ini akan membahas mengenai kajian
dynamic amplification factor pada jembatan rangka akibat beban gempa dengan metode
respon spektrum dimana penelitian ini dilakukan pada jembatan rangka Andalas kota Padang.
1.1 Batasan Masalah
Pada analisis ini dilakukan dengan batasan sebagai berikut : 1. Jenis jembatan adalah jembatan rangka baja.
2. Penelitian ini dilakukan dengan studi kasus pada Jembatan Andalas di kota Padang. 3. Analisa dan permodelan struktur jembatan menggunakan SAP2000 versi 20.
4. Analisa struktur hanya pada struktur atas jembatan.
5. Analisis gaya gempa yang digunakan adalah SNI 2833:2016
6. Beban-beban yang diperhitungkan dalam analisa struktur adalah beban gempa. Beban dinamis lainnya seperti beban angin dan beban gelombang diabaikan.
7. Beban gempa didefinisikan berupa respon spektrum.
241 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dynamic Amplification Factors (DAF)
Respons dinamis biasanya disajikan dalam bentuk Dynamic Amplification Factor. Salah satu parameter penting dalam desain dan analisis jembatan dan harus diperhitungkan adalah Dynamic Amplification Factor (DAF). Banyak peneliti telah didedikasikan untuk penelitian pengaruh DAF pada perilaku jembatan (Paeglite & Paeglitis, 2014).
Nilai Dynamic Amplification Factor (DAF) di jembatan dipengaruhi oleh banyak faktor seperti frekuensi alami jembatan, panjang bentang jembatan, kondisi struktur jembatan dan beban jembatan berupa beban dinamis (beban angin, beban gempa, beban lalu lintas, getaran, ledakan dll). Dynamic Amplification Factor (DAF) juga disebut sebagai Faktor Beban Dinamis, Faktor Dampak, Fungsi Penerimaan Mekanis, Pembesar Dinamis, atau Rasio Dinamik (G. C Ezeokpube, 2010).
... (1) DAF jembatan didefinisikan sebagai beban total maksimum dinamis dibagi dengan
beban maksimum statis (Brady, O’Brien, & Znidaric, 2006). Dynamic Amplification
Factor (DAF) juga didefinisikan sebagai angka tak berdimensi yang menggambarkan
berapa kali deformasi yang terjadi dikalikan dengan deformasi yang disebabkan oleh beban statis ketika beban dinamis dimasukan kedalam struktur (Chopra). Dynamic
Amplification Factor (DAF) juga didefinisikan sebagai rasio tak berdimensi dari respon
dinamis maksimal terhadap respon statis maksimal (Ghildiyal, 2016).
... (2)
Dynamic Amplification Factor (DAF) menyatakan berapa kali respon statis yang harus
diperbesar untuk menutupi beban dinamis tambahan dan juga untuk mengetahui seberapa besar efek dinamis terhadap beban statis. Biasanya beban dinamis dari jembatan menghasilkan peningkatan pada respons jembatan jika dibandingkan dengan beban statis. Tujuan memperkenalkan Dynamic Amplification Factor (DAF) ini untuk membuat hasil analisa dinamis mudah dipahami, dibandingkan dengan yang analisa statis. Dengan menggunakan persamaan berikut.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Analisis pada jembatan menggunakan SAP 2000 versi 20 dengan permodelan struktur 3D. Permodelan struktur disesuaikan dengan data jembatan Andalas Kota Padang, tipe jembatan adalah rangka baja dengan total bentang jembatan 60 meter.
Analisis yang dilakukan yaitu analisis statis dan analisis dinamis. Analisis statis merupakan analisis akibat beban sendiri dari jembatan sedangkan analisis dinamis merupakan analisis akibat beban gempa. Beban gempa yang dianalisis adalah beban gempa yang diberikan arah longitudinal (arah-x) yang didapatkan dari data respon
242
spektrum wilayah Kota Padang yang diperoleh dari website Pusjatan. Kemudian dilakukan rekapitulasi hasil dari gaya dalam dan perpindahan untuk mendapatkan nilai
dynamic amplification factor (DAF) pada jembatan.
Nilai gaya dalam dan perpindahan yang diambil adalah nilai maksimum yang diperoleh dari analisis statis maupun analisis dinamis. Pemodelan jembatan rangka baja ini hanya dilakukan pada bangunan atas dan pada struktur jembatan.
4. HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan DAF
Nilai dynamic amplification factor (DAF) didapatkan dari hasil perbandingan antara gaya dalam maksimum dan perpindahan maksimum dari analisis dinamis terhadap analisis statis. Biasanya nilai DAF berada di atas 1. Hasil antara analisis dinamis dan juga analisis statis juga tidak jauh berbeda namun, hasil analisis dinamis yang diperoleh lebih besar daripada analisis statis. Nilai DAF dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 13. Nilai DAF pada Rangka Batang Bawah dari Hasil Perbandingan Normal
No. Lokasi Tinjau Nilai Normal (Kn) DAF
Analisis Statis Analisis Dinamis
1. Frame 1 113,570 122,286 1,077 2. Frame 2 181,103 192,366 1,062 3. Frame 3 236,383 249,365 1,055 4. Frame 4 277,499 289,761 1,044 5. Frame 5 304,888 313,627 1,029 6. Frame 6 318,558 321,735 1,010 7. Frame 7 318,558 321,735 1,010 8. Frame 8 304,888 313,627 1,029 9. Frame 9 277,499 289,761 1,044 10. Frame 10 236,383 249,365 1,055 11. Frame 11 181,103 192,366 1,062 12. Frame 12 113,570 122,286 1,077
Dari grafik diatas nampak secara keseluruhan dari nilai DAF yang telah dihitung berdasarkan hasil perbandingan gaya dalam sehingga nilai DAF maksimum yang
243
diperoleh adalah 1,077 yang berada pada rangka batang diagonal dan nilai DAF minimum yang diperoleh adalah 1,010.
Gambar 1. Grafik Nilai Gaya Batang di Sepanjang Bentang pada Rangka Batang
Bawah Jembatan
Gambar 2. Grafik Nilai Perpindahan Arah X di Sepanjang Bentang pada Rangka
Batang Bawah Jembatan
Gambar 3. Grafik Nilai Perpindahan Arah Y di Sepanjang Bentang pada Rangka
Batang Bawah Jembatan
Gambar 4. Grafik Nilai Perpindahan Arah Z di Sepanjang Bentang pada Rangka
Batang Bawah Jembatan
Pada nilai perpindahan, nilai yang diambil adalah nilai perpindahan maksimum untuk mendapatkan nilai DAF dari perpindahan arah x, y dan z. Dari hasil perhitungan perpindahan arah x, y dan z diperoleh nilai dynamic amplificatin factor (DAF) berada pada angka 1, nilai DAF terbesar adalah 2,429 yang diperoleh dari nilai perpindahan arah y sedangkan nilai DAF terkecil adalah 1,000 yang diperoleh dari nilai perpindahan arah z.
244
Tabel 2. Nilai DAF pada Rangka Batang Bawah dari Hasil Perpindahan Arah x, y dan z
No. Lokasi Tinjau Analisis Statis Analisis Dinamis DAF Analisis Statis Analisis Dinamis DAF Analisis Statis Analisis Dinamis DAF
Ux(cm) Ux(cm) Uy(cm) Uy(cm) Uz(cm) Uz(cm)
1. Frame 1 -0,205 -0,216 1,054 0,001 0,002 2,429 0,000 0,000 1,000 2. Frame 2 -0,189 -0,199 1,052 0,104 0,110 1,058 -1,767 -1,770 1,002 3. Frame 3 -0,163 -0,171 1,051 0,187 0,197 1,051 -3,474 -3,480 1,002 4. Frame 4 -0,129 -0,136 1,052 0,252 0,262 1,041 -4,890 -4,898 1,002 5. Frame 5 -0,089 -0,095 1,063 0,298 0,306 1,029 -5,947 -5,953 1,001 6. Frame 6 -0,046 -0,051 1,112 0,325 0,330 1,015 -6,599 -6,603 1,001 7. Frame 7 0,004 0,005 1,202 0,334 0,335 1,002 -6,820 -6,821 1,000 8. Frame 8 0,046 0,051 1,112 0,325 0,330 1,015 -6,599 -6,603 1,001 9. Frame 9 0,089 0,095 1,063 0,298 0,306 1,029 -5,947 -5,953 1,001 10. Frame 10 0,129 0,136 1,052 0,252 0,262 1,041 -4,890 -4,898 1,002 11. Frame 11 0,163 0,171 1,051 0,187 0,197 1,051 -3,474 -3,480 1,002 12. Frame 12 0,189 0,199 1,052 0,104 0,110 1,058 -1,767 -1,770 1,002 13. Frame 13 0,205 0,216 1,054 0,001 0,002 2,429 0,000 0,000 1,000
Dari hasil perhitungan perpindahan arah x, y dan z diperoleh nilai dynamic amplificatin
factor (DAF) berada pada angka 1, nilai DAF terbesar adalah 2,429 yang diperoleh dari
nilai perpindahan arah y sedangkan nilai DAF terkecil adalah 1,000 yang diperoleh dari nilai perpindahan arah z.
245
Dari grafik diatas nampak secara keseluruhan dari nilai DAF yang telah dihitung dari hasil perbandingan perpindahan arah x, y dan z. Nilai DAF maksimum yang diperoleh adalah 2,429 yang berasal dari hasil perpindahan arah y dan nilai DAF minimum yang diperoleh adalah 1,000 yang berasal dari hasil perpindahan arah z.
246 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari analisis dan pembahasan yang dilakukan terhadap struktur atas jembatan rangka Andalas Padang dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
Dari hasil perhitungan nilai Dynamic Amplification Factor (DAF) yang didapatkan dari perbandingan gaya dalam dan perpindahan nilainya relatif kecil dan tidak jauh berbeda, umumnya berada pada kisaran angka 1.Nilai Dynamic Amplification Factor (DAF) di jembatan dipengaruhi oleh banyak faktor seperti frekuensi alami jembatan, panjang bentang jembatan, kondisi struktur jembatan dan beban jembatan berupa beban dinamis (beban angin, beban gempa dll).
Dalam perhitungan perbandingan gaya dalam dari analisis dinamis terhadap analisis statis diperoleh nilai Dynamic Amplification Factor (DAF) berkisar antara 1,010-1,077. Sedangkan dalam perhitungan perbandingan perpindahan arah x, y dan z dari analisis dinamis terhadap analisis statis diperoleh nilai Dynamic Amplification Factor (DAF) berkisar 1,000-2,429 dimana perpindahan arah y lebih tinggi daripada perpindahan arah x dan arah z.
6. DAFTAR PUSTAKA
Brady, S., O’Brien, J., & Znidaric, A. 2006. Effect of Vehicle velocity on the dynamic amplification of a vehicle crossing a simply supported bridge. Bridge Engineering.
Chopra, A. K. (n.d.). Dynamics Of Structures. In Theory and Applications to Earthquake Engineering. Berkeley: University of California.
G. C Ezeokpube, M. E. 2010. The Use of The Dynamic Magnification Factor in The Dynamic Analysis of Framed Structures, 29.
Ghildiyal, A. K. 2016. Analytical Study of Dynamic Amplification Factor for Highway Bridges.
Khuyen, H. T., & Iwasaki, E. 2016. An approximate method of dynamic amplification factor foralternate load path in redundancy and progressive collapselinear static analysis for steel truss bridges. Case Studies in Structural Engineering 6 (2016) 53–62.
Paeglite, I., & Paeglitis, A. 2014. World Academy of Science. Dynamic Amplification Factors of Some City Bridges, 8.
