BAJA DAKTAIL Spesial Moment Frame STRUKTUR RANGKA BATANG DAKTAIL GEDUNG BERTINGKAT TAHAN GEMPA BATANG BESAR TEKNIK SIPIL – INSTITUT TEKNOLOGI KALIMANTAN INTRODUCTION Alvin Renaldi 07171007 Melsy Pasarrin 07171043 Spesial Moment Frame STRUKTUR RANGKA BATANG DAKTAIL GEDUNG BERTINGKAT TAHAN GEMPA BATANG BESAR Hidajat Sugihardjo M, 2007 LATAR BELAKANG Letak Indonesia yang merupakan pertemuan tiga lempeng yaitu lempeng Indo-Australia, le mpeng Pasifik dan lempeng Eurasia, menyeba bkan hampir semua wilayah Indonesia memp unyai resiko gempa tektonik tinggi). PENDAHULUAN Standar baja Indonesia, sistem struktur baja harus dapat digolongkan dalam salah satu dari lima sistem, yaitu : Sistem Dinding Penumpu, Sistem Rangka Bangunan, Sistem Rangka Pemikul Momen, Sistem Ganda dan Sistem Bangunan Kolom Kantilever. Sistem Struktur Rangka Batang Daktail Untuk Gedung Bertingkat Ta han Gempa Bentang Besar dimasukkan dalam golongan Sistem Ran gka Pemikul Momen (baik biasa atau konvensional maupun khusus) yang berdiri sendiri maupun Sistem Ganda, dimana bersama rangka pemikul beban gravitasi, bersama-sama memikul beban lateral. Baja Daktail Spesial Moment Frame SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN Filosofi Konvensional “Balok Kuat Kolom Lemah” Dan “Bentang yang Besar” Hal ini tidak dianjurkan. Pada analisis numerik riwayat waktu dengan beban beberapa reka man gempa, dibuktikan bahwa sendi-sendi plastik terjadi pada kolo m-kolom, seperti terlihat pada gambar 1 di atas Baja Daktail Spesial Moment Frame SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN Untuk memperbaiki kinerja sistem rangka batang sebagai balok pem ikul momen akibat gempa kuat ada beberapa cara : • Yang pertama, panel Vierendeel ditambahkan di sekitar tengah-be ntang sebagai segmen yang daktail. Segmen ini bekerja seolah-ol ah sebagai fuse (pemberi peringatan) daktail yang berfungsi men disipasi energi gempa dengan cara berdeformasi lentur inelastik. Baja Daktail Spesial Moment Frame RANGKA BATANG KONVENSIONAL • Perubahan bentuk sistem yang kedua adalah dengan tambaha n batang diagonal bentuk-X (yang selanjutnya disebut bresingX) yang ditempatkan pada panel-panel sekitar tengah-bentang rangka. Setelah bresing-X tak berfungsi, beban gempa akan di pikul sendiri oleh batang-batang tepi atas dan bawah seperti f enomena rangka batang dengan segmen Vierendeel. Baja Daktail Spesial Moment Frame KEUNTUNGAN BALOK RANGKA BAJA • Memerlukan detail sambungan lebih sederhana, • Rasio antara berat sendiri terhadap daya dukung kecil (cocok untuk bentang-bentang besar) • Mempunyai ruang untuk utilitas yang lebih besar. Baja Daktail Spesial Moment Frame PERKEMBANGAN BALOK BAJA Baja Daktail Spesial Moment Frame Pada saat ini di Jepang telah berkembang material baja baru, dinamakan Baja Sangat Lunak (Low Yield Stress Steel). Konfigurasi penampang BAT berupa pelat strip (atau penamp ang lain) dari baja sangat lunak atau lunak sebagai bresing in ti yang dimasukkan dalam selongsong tabung kotak dari baja normal dengan atau tanpa material nirlekat, yang berfungsi s ebagai elemen pengekang lateral seperti terlihat pada Gamba r 2. Dari konfigurasi BAT ini dihasilkan kapasitas leleh tekan re latif sama dengan kapasitas leleh tariknya. KONFIGURASI PENAMPANG BAT Modifikasi struktur yang lain adalah deng an mengganti bresing-X dengan BAT (yan g selanjutnya disebut Sistem Rangka Bata ng berelemen BAT atau disingkat SRBBAT) . Baja Daktail Spesial Moment Frame Modifikasi ini menghasilkan kinerja inelastik akibat beban gempa lebih baik d ibandingkan sistem rangka konvensional, balok solid, rangka batang tipe bres ing-X maupun rangka tipe Vierendeel. Simpangan dan drift ratio nya mengec il sedang daktilitasnya meningkat. Skema sistem struktur SRBBAT seperti terli hat pada Gambar 2. TEORI DASAR SISTEM RANGKA Teori dasar sistem rangka batang daktail ini secara umum adalah disipasi ener gi gempa dilewatkan pada suatu segmen daktail di tengah bentang yang bersi fat inelastik. Pada rangka Vierendeel, jika Mmaks adalah momen maksimum ujung segmen daktail dan Mnc adalah momen nominal batang tepi (chords). elemen-elemen ini kekuatannya harus diperbesar dengan overstrength factor, ξ. Untuk rangka batang bresing-X dan SRBBAT besarnya faktor kuat cadang adal ah 1,5. Baja Daktail Spesial Moment Frame TEORI DASAR SISTEM RANGKA Besarnya Mmaks pada rangka Vierendeel dapat dihitung dengan persama an (2), jika L adalah panjang balok, Ls adalah panjang segmen daktail dan dengan asumsi bahwa rasio simpangan tingkat struktur dapat mencapai 3 %. Baja Daktail Spesial Moment Frame Pada SRBPMK tipe bresing-X Py= gaya aksial leleh bresing-X ; Pcr= gaya tekan kritis bresing-X ; φ = rasio kekuatan pasca tekuk terhadap tekuk awal bresing-X (0,2-0,5); α = sudut kemiringan bresing-X terhadap horisontal; Mp = kapasitas momen plastik dari batang-batang tepi rangka batang, ma ka kapasitas geser ultimit yg disediakan oleh segmen khusus, • Vp (dimana Vp harus lebih besar dari gaya geser ultimit akibat gempa, Vu) Sedang pada SRBBAT karena kapasitas tekan dan tarik yang sama pada BAT, b esarnya Vp dihitung dengan persamaan • • • • • Baja Daktail Spesial Moment Frame TEORI DASAR SISTEM RANGKA Model material sikliknya adalah elastoplastik bilinier dengan penguatan reg angan, dengan simplikasi tanpa memperhitungkan efek Bauschinger. Baja Daktail Spesial Moment Frame Untuk pemodelan kolom dan batang-batang tepi atas dan bawah, menggu nakan elemen balok-kolom seperti pada Gambar (3c) dengan koordinat titik A adalah (0,9 ; 0,2). KOMBINASI Dalam disain BAT kombinasi kekakuan dan kekuatan pengekang la teral harus terletak pada daerah aman, sehingga pada kejadian ini bresing inti sebagai peredam tidak mengalami tekuk, tetapi berdef ormasi plastik. disain BAT dimensinya harus terletak pada daerah a man dari diagram interaksi Gambar 4. Baja Daktail Spesial Moment Frame METODOLOGI Metode yang digunakan untuk mempelajari perilaku inelastik ra ngka batang daktail adalah • secara analitik dan • eksperimental. Baja Daktail Spesial Moment Frame Gempa dipikul portal eksterior memanjang, sedang portal interi or memikul beban gravitasi. Pembebanan akibat beberapa reka man gempa yang sudah diskala terhadap spektra rencana tanah S3-UBC ,dengan penyelesaian Persamaan Gerak Nonlinier meng gunakan Analisis Riwayat Waktu Nonlinier. Model ini selanjutnya banyak digunakan juga dengan Analisis Beban Dorong Statik N onlinier (Pushover Analysis). METODOLOGI Untuk memverifikasi kajian analitik, telah dilakukan uji eksperimental pada benda uji (subassembleges) balok-kolom skala penuh dengan b eban kuasi statik dengan rasio simpangan (0,5-3)% (lihat Gambar 6) p ada SRBPMK tipe Vierendeel, pada SRBPMK tipe bresing-X dan pada SRBBAT ,Kajian ini sekaligus juga untuk membandingkan terhadap pe rilaku inelastik rangka konvensional Baja Daktail Spesial Moment Frame HASIL ANALISA Pada rangka konvensional terlihat simpangan menjauh dari sumbu setelah b erlangsungnya gempa. Gaya geser kolom pada SRBPMK ini jauh lebih kecil s ehingga penggunaan material baja menghemat 30-40% dibandingkan denga n rangka batang konvensional. seperti terlihat pada Gambar 8. Terlihat pada tingkat satu sampai tiga simpangan SRBBAT relatif sama dengan SRBPMK tip e bresingX, hanya pada puncak atap pada sistem rangka usulan ini mengecil cukup signifikan. Baja Daktail Spesial Moment Frame HASIL ANALISA Baja Daktail Spesial Moment Frame Perbandingan riwayat simpangan lateral atap pada SRBBAT untuk ke empat gempa yang sudah di skala terhadap tanah S3-UBC, Elcentro 1940 NS PGA 0,69g, Northridge (Newhall 0 degree) PGA 0,42g dan Kobe NS PGA 0,58g seperti pada Gambar 9. Terlihat simpangan ata pnya akibat gempa Miyagi lebih besar dari gempa-gempa yang lain dan mencapai 269 mm. HASIL ANALISA Baja Daktail Spesial Moment Frame Gambar 10 menunjukkan rasio simpangan dari model analitik Gamb ar 5 dengan bentang balok 12m dengan Analisis Beban Dorong. Terl ihat SRBPMK tipe bresing-X (profil pelat) responnya lebih baik dari r angka konvensional maupun Vierendeel. KURVA HISTERETIK HASIL EKSPEREMENTAL Terlihat pada rangka konvensional ada de gradasi kekakuan yang mendadak sehing ga loop histeretiknya kurang baik Baja Daktail Spesial Moment Frame Pada SRBPMK tipe bresing-X maupun Vier endeel menunjukkan loop histeretik yang s tabil sampai rasio simpangan 3% KURVA HISTERETIK HASIL EKSPEREMENTAL kurva histeretiknya juga masih stabil pada rasio simpangan 2%, dimana nilai sudah c ukup, Baja Daktail Spesial Moment Frame Sistem SRBBAT yang masih dalam usulan, karena SRBBAT ini rasio simpangannya rela tif lebih kecil dari sistem yang lain KESIMPULAN Beberapa kesimpulan dari kajian-kajian didepan baik secara analitik ma upun eksperimental : Secara umum perilaku inelastik, simpangan atap, rasio simpangan dan histeretik SRBP MK dan SRBBAT lebih baik dari rangka konvensional. SRBPMK masih menunjukkan perilaku inelastik yang baik pada bentang yang relatif be sar, sampai 12m. Untuk gedung yang tingginya lebih besar 160 ft (48m) dengan bentang 8,5m SRBPMK ini juga masih menunjukkan respon inelastik yang baik pada tinggi struktur 52 m. SRBPMK cocok digunakan di daerah-daerah dengan resiko gempa tinggi. Khusus pada SRBBAT yang masih berupa usulan, masih perlu kajian eksperimental yan g lebih mendalam. LANJUT BOSCU TEKNIK SIPIL – INSTITUT TEKNOLOGI KALIMANTAN BAJA DAKTAIL Spesial Moment Frame Behavior of Steel Double-Channel Built-Up Chords of Special Truss Moment Frames under Reversed Cyclic Bending Gustavo J. Parra-Montesinos, Subhash C. Goel, and Kwang Yeon Kim 2006 PENDAHULUAN • Bagian baja, khususnya yang terdiri dari baja ganda sudut, sering digunakan dalam struktur tahan gempa sebagai penahan bagian dalam bingkai yang diperkuat atau bagian chord dalam rangka khusus girder. • Chord bagian girder truss khusus, dengan situasinya lebih kompleks. Balok rangka rangka momen khusus rangka STMF dirancang sedemikian rupa sehingga aktivitas inelastis selama peristiwa seismik terjadi. terkurung dalam segmen khusus dekat midspan dilihat pada gambar 1 Baja Daktail Spesial Moment Frame PENDAHULUAN Baja Daktail Spesial Moment Frame itu dimana chord di ujung segmen khusus dikenakan kombinasi beban aksial dan rotasi inelastis yang besar. TEORI Bab F dari spesifikasi AISC-LRFD AISC 2001 termasuk ketentuan untuk panjang maksimum yang diizinkan( Lpd), di daerah yang berdekatan dengan engsel plastik untuk anggota baja yang dirancang dengan analisis plastik. Untuk kasus simetris ganda bagian Baja Daktail Spesial Moment Frame TEORI di mana M1 dan M2 lebih kecil dan lebih besar saat di akhir segmen anggota yang tidak diikat, masing-masing positif M1 / M2 rasio menyiratkan lengkungan ganda; Modulus elastisitas E dan TA dan kekuatan luluh yang ditentukan, masing masing, dari baja dalam flens kompresi anggota; dan jari-jari rotasi bagian tentang sumbu y lemah. Eq. 1 dimaksudkan untuk memastikan kapasitas daktilitas rotasi minimum 4,0 . Baja Daktail Spesial Moment Frame TEORI Baja Daktail Spesial Moment Frame Namun, kapasitas daktilitas seperti itu mungkin tidak memadai untuk bagian yang diharapkan untuk mempertahankan pembalikan perpindahan besar, seperti yang disebabkan oleh gempa bumi parah. Jadi, itu komentar tentang spesifikasi AISCLRFD memberikan batas yang lebih ketat untuk panjang yang tidak di-brace, Lpd, untuk memberikan kapasitas daktilitas rotasi minimal 8,0. TEORI Berdasarkan hal di atas, Persamaan 2 harus mengarah ke anggota mampu mencapai dan mempertahankan kekuatan momen plastiknya ketika mengalami pemba likan besar rotasi. Untuk mengevaluasi validitas Persa maan 1 dan 2 untuk pembangunan saluran ganda, se rangkaian tes saluran ganda dengan berbagai pengu at kondisi dan jarak sambungan di bawah lentur siklik terbalik dilakukan Baja Daktail Spesial Moment Frame PENGUJIAN Terdiri dari pengujian enam kantilever komponen buil t-up saluran ganda di bawah lentur siklik terbalik. Ga mbar 2 menunjukkan sketsa dengan dimensi spesime n keseluruhan dan pengaturan tes yang digunakan d alam penyelidikan ini. Baja Daktail Spesial Moment Frame Pelat buhul ujung dilas ke perlengkapan dasar, yang pada gilirannya diikat ke lantai yang kuat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. PENGUJIAN Spesimen kantilever kemudian akan mewakili anggota chord di antara akhir segmen khusus ujung tetap dalam spesimen uji dan titik tengah infleksi segmen bebas ujung khusus di spesimen uji Gambar. 2. Tuntutan perpindahan diperkirakan drift cerita dalam struktur prototipe mulai dari 0,375 hingga 3,0%, yang diterjemahkan menjadi drift spesimen mulai dari 0,8 hingga 6,6%. Baja Daktail Spesial Moment Frame PENGUJIAN Riwayat perpindahan direncanakan untuk spesimen ini terdiri dari enam siklus di 0,375, 0,5, dan 0,75% cerita melayang di struktur prototipe, empat siklus di Penyimpangan 1,0%, dan dua siklus penyimpangan 1,5, 2,0, dan 3,0%, seperti yang ditunjukkan pada Fig. 3. Baja Daktail Spesial Moment Frame SPESIMEN UJI Spesimen 1 terdiri dari 2-C12X20.7 anggota built-up Gambar. 4 a. Untuk elemen C12X20.7 individu, panjang maksimum tidak didukung 1.400 mm 55 inch. dan 1.000 mm 40 inch. diperoleh dengan menggunakan Persamaan. 1 dan 2, masing-masing. Baja Daktail Spesial Moment Frame Dengan asumsi bahwa kedua saluran berperilaku sebagai satu anggota, Lpd = 2.720 mm 107 in. dan 1.905 mm 77 in. dari Persamaan. 1 dan 2 masing-masing. Jadi, dua saluran di Spesimen 1 saling berhubungan di kedua ujung, dan pada midlength melalui a menjahit dalam upaya untuk mencegah tekuk lateral-puntir dari saluran individual. SPESIMEN UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame SPESIMEN UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame RESPON UJI Respon momen dari keenam spesimen uji adalah ditunjukkan pada Gambar. 5. Kapasitas momen plastik yang dihitung, Mp, berdasarkan sifat material nominal, dan momen yang diharapkan akuntansi kekuatan untuk kekuatan tinggi material dan pengerasan regangan, juga ditunjukkan pada Gambar. 5 untuk evaluasi kapasitas momen anggota saluran ganda. Baja Daktail Spesial Moment Frame Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5, semua enam spesimen menunjukkan respon stabil hingga kegagalan. Namun, jelas bahwa Spesimen 1 menunjukkan kapasitas perpindahan jauh lebih kecil dari pada Spesimen 2–6. RESPON UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame RESPON UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame RESPON UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame RESPON UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame RESPON UJI Baja Daktail Spesial Moment Frame RESPON UJI Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 10, pengurangan lebih lanjut pada jarak sambungan tidak menyebabkan peningkatan kapasitas rotasi atau stabilitas keseluruhan anggota. Dengan demikian, panjang maksimum tidak didukung untuk masing-masing saluran anggota yang dibangun menjadi besar pembalikan rotasi, sedikit lebih besar dari yang disediakan dalam Spesimen 2, diusulkan sebagai berikut: Baja Daktail Spesial Moment Frame KESIMPULAN Sehubungan dengan persyaratan dukungan lateral untuk seluruh ganda membangun saluran anggota, hasil percobaan menunjukkan itu penguat lateral diperlukan di wilayah yang berdekatan dengan anggota engsel plastik untuk mencegah tekuk lateral-puntir saat rotasi kapasitas dalam urutan 0,06 rad diperlukan. Baja Daktail Spesial Moment Frame Untuk situasi yang tidak terlalu menuntut, hasil dari Spesimen 2 dan 3 menyarankan bahwa panjang yang dibutuhkan menggunakan Persamaan. 3 akan memadai untuk mencegah tekuk lateral-torsional dari seluruh komponen yang dibangun. KESIMPULAN • Penjarangan jahitan saat ini dan persyaratan bracing lateral diberikan dalam AISC, ketentuan LRFD tidak memadai untuk memastikan kapasitas rotasi yang besar pada anggota saluran ganda. • Bracing lateral diperlukan di wilayah yang berdekatan dengan engsel plastik untuk mencegah tekuk lateral-puntir dan memastikan total kapasitas rotasi engsel plastik sekitar 0,06 rad dalam anggota saluran ganda. Baja Daktail Spesial Moment Frame • Kombinasi bracing lateral di daerah engsel plastik, sambungan pelat buhul yang diperkuat, dan detail guntingan web berbentuk trapesium berbentuk trapesium TERIMA KASIH
