Fungsi Kerapuhan dari jenis-jenis jembatan yang berbeda untuk guncangan seismik dan penyebaran lateral Abstrak: Jembatan, sebagai komponen terpenting dalam system transportasi, guncangan kuat atau penyebaran likuifasi yang diinduksi dari gempa bumi dimasa lalu mengakibatkan berbagai tingkat kerusakan jembatan.Artikel ini mengevaluasi kerentanan seismic dari enam kelas tipe jembatan di California, mekanisme kegagalan dan daya tahan kerusakan memiliki kemampuan yang berbeda karena berbagai konfigurasi structural, yaitu jenis superstruktur, koneksi, kontinuitas pada dukungan dan jenis fondasi dll. Analisa sejarah beberapa waktu yang lalu dilakukan pada model jembatan yang mengalami serangkaian 250 gerakan gempa direkam dengan intensitas meningkat. Prosedur statis yang mudah juga diimplementasikan untuk mengevaluasi kerentanan jembatan ketika mengalami penyebaran lateral likuifasi yang diinduksi. Fungsi kerapuhan untuk setiap kelas dari jembatan diturunkan dan dibandingkan untuk kedua guncangan seismic (berdasarkan dari riwayat waktu analisis) dan penyebaran lateral (berdasarkan dari ekuivalen prosedur statis) untuk perbedaan keadaan kinerja. Studi ini menemukan bahwa fungsi kerapuhan karena guncangan tanah atau penyebaran lateral menunjukkan kolerasi yang signifikan dengan kekuatan structural, tetapi perbedaan muncul untuk guncangan tanah dan kondisi penyebaran lateral. Pendahuluan Jembatan jalan raya terbukti rentan terhadap kerusakan selama gempa bumi besar dimasa lalu.Beban horizontal dan vertical meningkat karena efek dinamis di bawah guncangan seismic dikaitkan sebagai penyebab paling dominan untuk mengamati kerusakan jembatan. Kegagalan pilar tol Hanshin selama gempa bumi Kobe tahun 1995 dan runtuhnya Cypress Stress Vaiduct selama gempa bumi Loma Prieta tahun 1989 adalah contoh kegagalan akibat pemuatan seismic yang berlebihan. Untuk jembatan yang dibangun di atas tanah yang dapat dicairkan,gempa bumi diinduksikan pencairan dan penyebaran lateral yang dikaitkan berikutnya. Rentang jembatan Nishinomiya padagempa kobe 1995 dan runtuhnya jembatan Showa pada gempa bumi di Niigata 1964 merupakan contoh kegagalan yang luar biasa yang disebabkan oleh likuifasi. Namun demikian, ada banyak jembatan yang berkinerja cukup baik dibawah guncangan seismic atau penyebaran lateral. Sebagai conth, jembatan landing road hanya mengalami kerusakan sedang dan masih dapat diperbaiki sebanyak 2,0 meter yang disebabkan oleh penyebaran lateral tanah di sekitarnya, pada gempa bumi di Edgecumbe 1987. Diamati bahwa konfigurasi struktural yng rinci (missal, kolom yang merinci), jenis superstruktur, bahan, koneksi, kontiunitas pada dukungan dan jenis fondasi,dll) membuat kemampuan pertahanan kerusakan jembatan berbeda. Lebih lanjutnya, kegagalan mekanisme jembatan ditujukkan oleh guncangan seismic atau likuifasi yang diinduksi. Penyebaran lateral yang tak terhindarkan yang menunjukkan pola yang berbeda karena mekanisme mentransfer beban yang berbeda, menghasilkan perbedaan potensi kerusakan dibawah dua situasi ini. Karena itu, penting untuk mengevaluasi potensi kerusakan berbagai kelas/jenis jembatan dibawah guncangan. Seismik dan likuifasi yang diinduksi penyebaran lateral sehingga penilaian yang sehat dapat dilakukan dengan memilih desain yang tepat atau tindakan retrofit untuk meningkatkan respon jembatan selama gempa bumi berlangsung/selama kejadian gempa bumi. 2. TANGGAPAN JEMBATAN DI BAWAH GUNCANGAN SEISMIK 2.1. Jenis Jembatan dan Pemodelan Angka Desain jembatan yang khas dievaluasi dengan meninjau gambar berbagai jembatan yang diperoleh dari Caltransdan enam model jembatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1a-f, dipilih untuk mewakili jenis jembatan jalan raya umum. Model E1 merupakan jembatan kontinu dengan penyangga monolitik. Berbeda dengan model E1, model E2-E6 adalah semua dengan penyangga tipe tempat duduk. Model E2 mewakili jembatan berkelanjutan dengan penyangga tipe tempat duduk.Model E3 adalah mirip dengan Model E2 kecuali dengan sambungan ekspansi di tengah rentang tengah.Model E4 diisolasi di pilar puncak dengan dek kontinu sedangkan model E5 memiliki sambungan ekspansi pada rentang tengah selain isolasi. Dimodel E6, koneksi yang cukup didukung diadopsi di atas pilar dan deck yang berdekatan terhubung ke pin mencegah keruntuhan. Sifat struktural komponen jembatan diambil dari dua jembatan Caltrans nyata itu dibangun sebelum 1971.Penelitian sebelumnya (Zhang et al. 2008) telah menunjukkan bahwa lokasi sambungan ekspansi telah tidak ada efek yang jelas pada respons jembatan, sehingga dalam penelitian ini lokasi mereka tidak bervariasi. (a) E1: Continuous & Monolithic (b) E2: Continuous & Seat (c) E3: Continuous (expansion joint) & Seat (d) E4: Continuous (isolated) & Seat (e) E5: Continuous (isolated & expansion joint) & Seat Foundation Isolation bearing Gap Seat length (f) E6: Simply supported & Seat Expansion joint Pin connection Model numerik dihasilkan dalam platform perangkat lunak OpenSees (Mazzoni et al. 2006).Elemen balok elastis digunakan untuk dek jembatan dan elemen balok bagian serat nonlinier digunakan untuk memodelkan pilar. RC kolom memiliki diameter 72 dan diperkuat dengan 26 # 11 bar memanjang dan # 4 bala melintang di 12 dalam interval. Kolom memiliki kekakuan elastis 1,10 × 10 kN / m dan kekuatan karakteristik 1,36 × 10 kN. Ini merupakan desain khas untuk jembatan yang dibangun sebelum tahun 1971.Bentang tengahnya adalah 30m panjang sementara dua lainnya bentang masing-masing 20m.Bantalan isolasi seismik dimodelkan dengan pegas bilinear untuk pengangkutan beban horizontal properti dan pegas elastis untuk properti vertikal (Kumar dan Paul 2007).Parameter bantalan adalah dipilih berdasarkan parameter desain optimal seperti yang disajikan dalam Zhang dan Huo (2008).Elemen celah digunakan untuk mensimulasikan penutupan celah dan efek hentakan antara dek dan penyangga. Panjang tempat duduk selama goncangan gempa dan penyebaran lateral dipantau dan analisis akan berakhir jika kursi panjangnya dikurangi menjadi nol. Interaksi struktur tanah (SSI) disimulasikan dengan pegas dan dashpots mewakili kekakuan dan redaman fondasi yang mendukung pilar dan tanggul pada akhirnya penyangga, yang propertinya ditentukan oleh metode yang disajikan oleh Zhang dan Makris (2002a, b). 2.2. Fungsi Kerapuhan Jembatan Di Bawah Goncangan Seismik Fungsi kerapuhan dinamis jembatan dapat diperoleh secara numerik melalui analisis riwayat waktu nonlinear yang menjelaskan ketidakpastian dalam gerakan input seismik dan sifat struktural. Dua komputasi metode, yaitu analisis permintaan seismik probabilistik (PSDA) dan analisis dinamis tambahan (IDA) banyak digunakan untuk menurunkan fungsi kerapuhan.PSDA menghubungkan parameter permintaan teknik (EDP) untuk mengukur intensitas (IM) catatan gempa bumi melalui hubungan logaritma dan mendapatkan kerapuhan parameter fungsi dengan mengasumsikan bentuk kurva kerapuhan (Mackie dan Stojadinović, 2003, 2007). IDA mendapatkan fungsi kerapuhan dengan menghitung kasus kerusakan untuk setiap tingkat IM dari analisis riwayat waktu jembatan menggunakan gerakan tanah yang diskalakan ke tingkat intensitas yang sama (Karim dan Yamazaki, 2001). Dalam tulisan ini, 250 set catatan gempa dipilih untuk PSDA dan IDA dan catatan dimasukkan arah transversal, longitudinal dan vertikal secara bersamaan selama analisis. Akselerasi puncak tanah (PGA) diadopsi sebagai IM untuk input gempa. Kerusakan pada kolom dan bantalan pilar dipantau dan Tabel 2.1 mencantumkan definisi EDP, indeks kerusakan (DI), status kerusakan (DS) dan batas yang sesuai (LS) untuk ini dua komponen penting. Tabel 2.1. Probabilitas parameter profil tanah dan pemodelan pondasi EDP or DI definition Pier column (Choi et al, 2004) Bearing Slight damage (DS=1) Moderate damage (DS=2) Extensive damage (DS=3) Collapse damage (DS=4) Section ductility μ μ>1 μ>2 μ>4 μ>7 Shear strain γ γ>100% γ>150% γ>200% γ>400 % Selama gempa, pilar dan bantalan dapat mengalami berbagai kondisi kerusakan, yang mengarah ke komprehensif status kerusakan yang sulit dijelaskan oleh hanya satu komponen DI. Studi sebelumnya menyarankan suatu system kerapuhan dapat diturunkan berdasarkan fungsi atau biaya perbaikan setelah gempa bumi (Mackie dan Stojadinović,2007), atau dapat dihasilkan berdasarkan tingkat kerapuhan komponen (Nielson dan DesRoches, 2007). Dalam penelitian ini, a composite damage state (DS) dikembangkan seperti yang ditunjukkan pada Persamaan. 2.1. Rasio proporsi 0,75 untuk kolom dan 0,25 untuk perangkat isolasi ditentukan secara sintetis dengan mempertimbangkan kepentingan relatif komponen untuk daya dukung beban selama gempa bumi dan biaya perbaikan setelah gempa bumi. Perlu dicatat bahwa metode IDA umumnya lebih dapat diandalkan daripada metode PSDA karena fungsi kerapuhan didasarkan pada lebih banyak kasus simulasi dan tidak ada hubungan yang diasumsikan sebelumnya antara EDP dan IM.Karena itu makalah ini menggunakan IDA untuk menghasilkan kurva kerapuhan.Analisis sejarah waktu nonlinear dilakukan untuk masingmasing model jembatan tunduk pada 250 set catatan yang diskalakan pada level 25 PGA mulai dari 0,06 g hingga 1,5 g.Kumulatif fungsi distribusi normal diterapkan untuk memperoleh kurva kerapuhan.Gambar 2 membandingkan kurva kerapuhan enam jenis jembatan ditunjukkan pada Gambar. 1. Hasil menunjukkan bahwa model E2 dan E3 berkinerja paling tidak menguntungkan di antara keenam model dan memiliki probabilitas kerusakan jauh lebih besar daripada model E1 pada tingkat IM yang sama. Kerusakan yang lebih parah di model E2 dan E3 dapat dikaitkan dengan koneksi tipe jok saat penyangga, yang mengarah pada dinamika yang lebih kecil beban diangkut di abutment tetapi lebih banyak muatan yang ditransfer ke kolom pilar. Berbeda dengan penyangga tipe kursi, Isolasi di atas kepala tiang mengurangi kerusakan yang dialami oleh kepala kolom, yang tercermin jauh lebih rendah kurva kerapuhan model E4 dan E5 dibandingkan dengan model E2 dan E3. Sambungan ekspansi model E3 tidak membuat banyak perbedaan dalam hal respons jembatan dibandingkan dengan model E2.Pengamatan serupa bisa dilihat antara model E4 dan E5. Di antara semua model, dapat dilihat bahwa model E1 berkinerja terbaik untuk gempa bumi Intensitas lebih kecil dari 0.7g sedangkan model E6 melakukan yang terbaik untuk intensitas gempa lebih besar dari 0.7g untuk kondisi kerusakan ringan, sedang, dan luas. Pada kondisi kerusakan runtuh, model E1 jelas yang terbaik tipe struktural. 3. RESPON JEMBATAN DI BAWAH PENYEBARAN LATERAL-INDUKSI LIKUIFAKSI 3.1. Prosedur untuk Mensimulasikan Respons Jembatan yang Mengalami penyebaran lateral Keenam model jembatan di atas juga dievaluasi kinerjanya di bawah lateral yang diinduksi likuifaksi menyebar. Semua detail dan properti suprastruktur dijaga sama seperti pada bagian sebelumnya. Tumpukan pondasi dimodelkan dengan bilinear beam pada fondasi Winkler dengan elemen p-y, t-z dan q-z untuk mensimulasikan resistensi lateral tanah, gesekan poros aksial dan resistansi ujung ujung tiang masing-masing. Tanah profil yang digunakan dalam penelitian ini mewakili lokasi dengan kerak tanah liat yang tidak dapat dicairkan di atas pasir lepas yang dapat dicairkan dan pasir padat.Variasi dalam parameter tanah didasarkan pada database USGS dari sounding CPT di Wilayah teluk San Francisco (USGS, 2007).Gambar 3 menyajikan sketsa jembatan yang didirikan pada profil tanah. Prosedur analisis pushover statis yang diusulkan oleh Brandenberg et al (2007b) digunakan untuk mensimulasikan respons jembatan di bawah sebaran lateral yang diinduksi likuifaksi. Dalam prosedur ini, memuat efek penyebaran lateral di jembatan pondasi diwakili dengan memaksakan tuntutan perpindahan dari tanah yang menyebar di bebas ujung p-y mata air yang melekat pada pondasi jembatan. Kekuatan inersia yang kompatibel dengan penyebaran lateral perpindahan menggunakan metode blok geser Newmark (Brandenberg et al, 2007a), dikenakan pada superstruktur dan pile caps secara bersamaan dengan perpindahan spreading lateral. Gambar 4 menyajikan bentuk cacat model jembatan E1 di bawah dua kasus beban yang mungkin untuk lateral lateral yang diinduksi likuifaksi. Hasilnya diperoleh dengan memaksakan perpindahan secara gratis ujung elemen p-y untuk memodelkan tuntutan penyebaran lateral. Dalam kasus I, penyebaran lateral terjadi di sebelah kiri tanggul, pondasi abutment dan pondasi dermaga kiri. Dalam kasus II, hanya fondasi dermaga kiri yang mengalami lateral perpindahan beban. Detail analisis dapat ditemukan dalam penelitian sebelumnya (Brandenberg et al, 2008). Untuk kasus muatan I, kerusakan pilar dikontrol oleh pilar kedua yang tidak terkena lateral menyebar karena pergeseran superstruktur jembatan dari kiri ke kanan. Untuk kasus muatan II, kerusakan pilar adalah dikendalikan oleh pilar pertama di mana permintaan penyebaran lateral diberlakukan. Karena informasi profil tanah yang tidak memadai untuk berbagai lokasi jembatan, sifat probabilistik tanah profil dipilih berdasarkan data yang tersedia dan penilaian terbaik penulis.Tabel 3.1 mencantumkan probabilitas sifat parameter yang digunakan dalam pemodelan profil tanah dan pondasi.Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.1, 8 dipisahkan parameter probabilistik dipertimbangkan dalam penelitian ini. 3.2. Fungsi Kerapuhan Jembatan Di Bawah Penyebaran Lateral-Induced Liquefaction Sesuai dengan prosedur simulasi statis, metode First Order Second Moment (FOSM) dan Monte Carlo umumnya diadopsi untuk menghasilkan fungsi kerapuhan. Metode FOSM mengasumsikan bahwa properti input dan respons keluaran mengikuti distribusi normal atau log-normal, dan hanya menerapkan persyaratan urutan pertama di Taylor ekspansi untuk memperkirakan rata-rata dan standar deviasi respon jika rata-rata dan standar deviasi properti input diketahui (Christian, 2004). Di sisi lain, metode Monte Carlo secara acak memilih yang besarjumlah kombinasi input dari variabel probabilitas dari distribusi yang telah ditentukan, dan menggunakannyakombinasi untuk menghitung distribusi respon keluaran (Christian, 2004). Gambar 5 menggambarkan kurva kerapuhan yang diturunkan dengan Monte Carlo dan metode FOSM untuk jembatan E1 di bawah kasus beban I. Dua metode menghasilkan hasil yang serupa. Oleh karena itu metode FOSM diadopsi untuk menghemat upaya komputasi. Itu kurva kerapuhan dari enam model jembatan di bawah penyebaran lateral dihasilkan dan dibandingkan pada Gambar 6. Ya mengamati bahwa urutan potensi kerusakan model dalam kondisi penyebaran lateral cukup berbeda dengan yang di bawah kondisi goncangan seismik. Di antara enam model, model E1 berkinerja terburuk dan model E5 berkinerja terbaik. Karena beban statis diinduksi oleh penyebaran lateral pada abutment dan satu pilar adalah dipindahkan ke pilar melalui geladak, bantalan isolasi di kedua penyangga dan puncak pilar mengurangi beban diberikan pada pilar, dan akibatnya mengurangi kerusakan pada pilar. 4. KESIMPULAN Dalam studi ini, fungsi kerapuhan dari enam kelas jembatan yang berbeda diturunkan ketika mereka dikenakan getaran seismik atau penyebaran lateral yang diinduksi likuifaksi. Model numerik jembatan dan jembatannya yang dibangun di lingkungan OpenSees untuk menggabungkan efek interaksi tanah-struktur dan perilaku kolom, tiang pancang serta koneksi nonlinier. Pendekatan PSDA dan IDA diimplementasikan untuk mendapatkan kurva kerapuhan di bawah guncangan seismik sementara metode FOSM dan Monte Carlo diadopsi untuk menghasilkan kurva kerapuhan di bawah penyebaran lateral. Studi ini menemukan bahwa fungsi kerapuhan jembatan mengalami goncangan tanah atau penyebaran lateral menunjukkan korelasi yang signifikan dengan karakterisasi struktural. Di bawah getaran seismik, isolasi di atas pilar menguntungkan kapasitas pengangkutan beban jembatan sementara penyangga tipe kursi membuat kolom pilar lebih rentan.Selain itu, cukup mendukung koneksi untuk mengurangi kerusakan pada pilar.Sebaliknya, di bawah lateral menyebar, isolasi di penyangga atas dermaga dan tipe kursi melindungi pilar dari kerusakan.Itu mungkin yang hanya mendukung koneksi menyebabkan lebih banyak muatan ke kolom pilar dibandingkan dengan dek kontinu terisolasi koneksi. Sambungan ekspansi tidak secara signifikan mempengaruhi probabilitas kerusakan di bawah gempa seismic mereka meningkatkan kinerja jembatan terisolasi di bawah penyebaran lateral. Singkatnya, jembatan memiliki perbedaan kapasitas tahan terhadap goncangan seismik dan penyebaran lateral dan perbedaannya dapat dijelaskan dengan berbagai mekanisme pemuatan dan pemuatan muatan.
