Penerapan Active Mass Damper pada Jembatan Cable Stayed Menggunakan Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan untuk Mereduksi
Respon Dinamik
Dosen pembimbing : Prof. Dr. Ir. Herlien D. Setio / NIP. 195705081982032003 Oleh : William Justin Nababan / 15008048
Program Studi Teknik Sipil – Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung
ABSTRAK
Studi ini membahas tentang kontrol aktif terhadap struktur dengan menggunakan peredam massa tambahan atau lebih dikenal dengan active mass damper (AMD) dengan objek kontrol berupa jembatan cable stayed yang diletakkan pada pilar jembatan. Penentuan gaya kontrol menggunakan algoritma kontrol optimal sehingga didapatkan gaya kontrol seminimal mungkin untuk reduksi struktur secara maksimal. Hanya saja perhitungan gaya kontrol dengan menggunakan algoritma kontrol optimal tergolong rumit dan membutuhkan waktu yang lama sedangkan besarnya percepatan gempa berubah dengan selang waktu yang singkat sehingga pada kenyataanya digunakan algoritma Jaringan Syaraf Tiruan (JST) yang memiliki waktu perhitungan yang singkat. Hasil gaya kontrol yang didapatkan dari algoritma kontrol digunakan sebagai data untuk melatih algoritma Jaringan Syaraf Tiruan. Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan dilatih terhadap gempa El-centro. Setelah itu perhitungan gaya kontrol menggunakan algoritma Jaringan Syaraf Tiruan untuk mereduksi perpindahan struktur terhadap tiga jenis gempa, yaitu El-centro, Hanshin, dan Chi-chi. Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan memberikan reduksi perpindahan struktur meskipun tidak sebaik hasil reduksi yang diberikan algoritma kontrol optimal.
PENDAHULUAN
Infrastruktur sebagai parameter perkembangan teknologi mengalami kemajuan yang pesat. Dahulu bangunan dibuat dengan material sebanyak- banyaknya sehingga menimbulkan kesan masif dan kokoh dan tidak diperlukan analisis dinamik lagi karena dianggap memiliki kekakuan yang besar. Tetapi bangunan yang masif dan kokoh jauh dari kesan optimal dan efisien serta cenderung
boros dalam pemakaian bahan baku material sehingga dalam perkembangan selanjutnya diciptakan material bangunan yang memiliki kecenderungan bentuk yang panjang dan fleksibel untuk optimalisasi dan efisiensi pemakaian material bangunan. Tetapi kelemahan material bangunan yang cenderung lebih panjang dan fleksibel adalah bahaya deformasi dan vibrasi ketika menerima
beban, baik aksial maupun lateral.
Sedangkan sebagai sebuah struktur sipil, bangunan harus memiliki batas deformasi yang dipenuhi sehingga diperlukan upaya lebih berupa pemberian gaya kontrol
untuk mengendalikan deformasi struktur yang berlebihan yang disebabkan bentuk bangunan yang cenderung panjang dan fleksibel.
STUDI KASUS
Pada studi ini, struktur yang akan dikontrol berupa jembatan cable stayed yang memiliki bentang total 238 m dengan jarak antara perletakkan dengan pilar sejauh 56 m dan jarak antar pilar sejauh 126 m. Penampang memanjang jembatan dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2.
Gambar 1 Arah memanjang jembatan
Gambar 2 Nomor titik kumpul
Dalam studi kasus ini terdapat beberapa pembatasan pada perilaku struktur jembatan.
1. Seluruh elemen penyusun jembatan cable stayed berperilaku linier
2. Percepatan gempa bekerja pada arah horisontal longitudinal jembatan 3. Pilar jembatan dianggap bedrock
sehingga tanah dianggap sebagai perletakkan jepit
4. Setiap elemen jembatan dianggap memiliki beban merata disepanjang
elemennya sehingga dapat didekati dengan metode elemen hingga.
STRATEGI KONTROL
Peredam massa tambahan diletakkan pada masing-masing pilar jembatan seperti yang terlihat pada gambar 3.
Gambar 3 Letak peredam massa tambahan
Selanjutnya massa tambahan akan diberikan percepatan oleh aktuator hidrolik sehingga menghasilkan gaya kontrol pada pilar jembatan sesuai dengan Hukum II Newton.
= gaya kontrol (N)
= massa peredam tambahan (kg)
= percepatan aktuator (m/s2)
Besarnya massa tambahan yang didesain dapat diatur sesuai dengan kemampuan aktuator hidrolik untuk menghasilkan percepatan. Semakin besar massa tambahan yang digunakan, maka semakin kecil beban aktuator untuk menghasilkan percepatan.
HASIL DAN ANALISA
Perhitungan gaya kontrol menggunakan dua algoritma, yaitu algoritma kontrol optimal dan algoritma Jaringan Syaraf Tiruan (JST). Berikut hasil perhitungan reduksi respon menggunakan algoritma kontrol optimal untuk perpindahan vertikal di pelat jembatan dan perpindahan puncak pilar beserta gaya kontrol yang dihasilkan ketika menerima percepatan gempa El-centro.
Gambar 4 Reduksi respon tengah bentang
Gambar 5 Reduksi respon puncak pilar
Gambar 6 Gaya kontrol massa tambahan
Dari gambar 4, 5 dan 6 dapat dilihat bahwa respon perpindahan struktur mengalami reduksi secara umum dan besarnya gaya kontrol yang hasilkan oleh peredam massa tambahan hasilnya identik untuk masing-masing pilar.
KESIMPULAN
Penerapan active mass damper pada struktur jembatan cable stayed mampu mereduksi respon struktur terhadap. Hasil pelatihan Jaringan Syaraf Tiruan dapat dikatakan telah terlatih terhadap gempa El-centro karena berhasil mereduksi respon struktur secara umum, tetapi tidak sebaik hasil yang didapatkan dengan menggunakan algoritma kontrol optimal yang disebabkan proses pelatihan yang kurang sempurna. Selain itu aktuator harus mampu mengeluarkan gaya kontrol maksimal sebesar 1,212 x 1010 N.
REFERENSI
[1] Cheng, F.Y., Jiang, H., Lou, K.(2008).Smart Structures : Innovative Systems for Seismic Response Control, CRC Press, London.
[2] Setio, H.D., Setio,S., Kontrol Vibrasi Struktur Bangunan dengan Menggunakan Peredam Massa Aktif, Jurnal Dinamika Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung, Volume 1, Nomor 2, Desember 2005 : 30-39.
[3] Soong T.T.(1989), Active Structural Control: Theory dan Practice, Longman Scientific & Technical, Harlow
-1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Perpindahan (mm)
waktu (detik)
Kontrol Optimal Tanpa Kontrol
-1.000,00 -500,00 0,00 500,00 1.000,00
0 10 20 30 40 50 60
Perpindahan (mm)
waktu (detik)
Kontrol Optimal Tanpa Kontrol Kontrol JST
-1,50E+04 -1,00E+04 -5,00E+03 0,00E+00 5,00E+03 1,00E+04 1,50E+04
0 10 20 30 40 50 60
Percepatan (m/s2)
waktu (detik)
Aktuator DOF 54 Aktuator DOF 66
