ABSTRAK Perencanaan desain jembatan dengan menggunakan tipe balok tidak menerus memberikan dampak pada besarnya dimensi penampang dan lendutan yang terjadi pada balok. Alternatif desain jembatan balok yang digunakan adalah dengan tipe jembatan balok menerus Penggunaan desain ini dapat menghasilkan tinggi balok dan defleksi atau lendutan yang lebih kecil pada balok jembatan. Untuk mempermudah proses analisis pada jembatan balok menerus dapat dilakukan dengan bantuan program CSiBridge. Proses redesain dilakukan dengan pengumpulan data dari jembatan eksisting, kemudian dilakukan tahap pemodelan, analisis pembebanan dan asumsi penampang balok redesain dengan bantuan program. Beban yang ditinjau pada analisis jembatan yaitu, berat sendiri (MS), beban mati tambahan (MA), beban lajur “D” (TD), beban truk (TT), gaya rem (TB), pengaruh temperatur (ET), beban angin (EW), dan beban gempa (EQ). Hasil analisis selanjutnya dikontrol untuk mendapatkan desain balok redesain yang sesuai. Hasil redesain kemudian dibandingkan dengan balok pratekan eksisting. Keakuratan hasil pemodelan dan analisis pada program CSiBridge terhadap tinjauan salah satu beban dilakukan dengan membandingkan hasil analisis program dan perhitungan manual menggunakan metode slope deflection. Hasil pemodelan dan analisis program terhadap tinjauan salah satu beban dibandingkan dengan perhitungan manual menggunakan metode slope deflection menunjukkan selisih pada analisis reaksi perletakkan A sebesar 5,59%, B sebesar 0,99%, C sebesar 2,21%, dan D 2,98%. Analisis momen menunjukkan selisih sebesar 0,53% untuk momen daerah lapangan dan 0,42% untuk momen daerah tumpuan. Analisis gaya lintang menunjukkan selisish sebesar 1,42% untuk gaya lintang (+) dan 1,44% untuk gaya lintang (-) pada daerah tumpuan. Hasil redesain balok pratekan jembatan eksisting menunjukkan momen yang terjadi akibat pembebanan pada balok redesain lebih kecil dari balok eksisting dengan selisih perbandingan untuk tiap beban sebesar 47,09% (MS), 38,67% (MA), 41,36% (PR), 36,78% (TD), 24,19% (TT), 46,57% (TB), 97,93% (ET), 63,20% (EWs), 38,67% (EWi), dan 9,42% (EQ), tinggi penampang digunakan pada balok redesain sebesar 1,7 m, jumlah tendon sebanyak 4 buah dengan jumlah strand sebanyak 14 strand, dan lendutan pada balok redesain lebih kecil dari balok eksisting dengan selisih perbandingan untuk tiap beban sebesar 17,45% (MS), 10,22% (MA), 25,97% (PR), 8,10% (TD), 22,54% (TT), 3,43% (TB), 42,06% (ET), 10,33% (EWs), 10,22% (EWi), dan 42,69% (EQ). Kata kunci: CSiBridge, jembatan balok, balok pratekan menerus, redesain.
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan yang Maha Esa, Karena berkat Rahmat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan Proposal Tugas Akhir ini dengan judul “Analisis Balok Pratekan Menerus Pada Jembatan Menggunakan CSiBridge”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh bantuan serta dukungan dari berbagai pihak. Melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Dr.Ir. I Nyoman Sutarja, MS. dan Ir. Ida Ayu Made Budiwati, MSc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
2.
Orang tua serta saudara yang senantiasa memberikan dorongan dan motivasi agar penulis dapat segera menyelesaikan tugas akhir.
3.
Serta tidak lupa rekan-rekan yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu, yang telah membantu penulis baik langsung maupun tidak langsung. Demikian hal ini disampaikan secara tertulis, semoga tugas akhir ini dapat
bermanfaat dan dapat digunakan sebagaimana mestinya bagi semua pihak yang membaca dan membutuhkan. Atas perhatiannya, penulis ucapkan terima kasih.
Mangupura, 26 September 2016
Penulis
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................ iv UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................ v DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xii BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................. 3
1.3
Tujuan ................................................................................................... 3
1.4
Manfaat ................................................................................................. 3
1.5
Batasan Masalah ................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5 2.1
Beton Pratekan ...................................................................................... 5
2.2
Balok Beton Pratekan Menerus ............................................................ 6
2.3
Analisis Balok Pratekan Menerus ......................................................... 9
2.4
Desain Balok Pratekan Menerus ........................................................... 9
2.5
Tegangan pada Beton Akibat Prategang ............................................. 10
2.6
Lendutan ............................................................................................. 11
2.7
Kekuatan Batas Nominal Lentur Balok .............................................. 12
2.8
CSiBridge............................................................................................ 15
2.8.1
Keunggulan CSiBridge ....................................................................... 15
2.8.2
Pengenalan Tampilan Antar Muka CSiBridge ................................... 15
2.9
Pembebanan Jembatan ........................................................................ 17
2.9.1
Berat Sendiri (MS) .............................................................................. 17
2.9.2
Beban Mati Tambahan (MA) .............................................................. 17
2.9.3
Beban Lalu Lintas ............................................................................... 17
2.9.3.1 Beban Lajur “D” (TD) ........................................................................ 18 2.9.3.2 Pembebanan Truk “T” (TT) ................................................................ 20 2.9.3.3 Faktor Beban Dinamis ........................................................................ 21 2.9.4
Gaya Rem (TB) ................................................................................... 22
2.9.5
Beban Temperatur (ET) ...................................................................... 22
2.9.6
Pengaruh Prategang (PR) .................................................................... 23
vi
2.9.7
Beban Angin (EW) ............................................................................. 23
2.9.7.1 Beban Angin pada Struktur (EWs)...................................................... 23 2.9.7.2 Gaya angin pada kendaraan (EWi) ..................................................... 23 2.9.8
Beban Gempa (EQ) ............................................................................. 23
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 27 3.1
Umum ................................................................................................. 27
3.2
Prosedur analisis ................................................................................. 27
3.3
Pengumpulan Data Jembatan .............................................................. 30
3.3.1
Data Layout Jembatan Existing .......................................................... 30
3.3.2
Data Struktur Jembatan Eksisting ....................................................... 31
3.4
Data Material ...................................................................................... 32
3.5
Data Pembebanan ............................................................................... 33
3.6
Pemodelan pada CSiBridge ................................................................ 34
3.7
Langkah-Langkah Pemodelan dan Analisis Pembebanan .................. 52
3.7.1
Berat Sendiri (MS) .............................................................................. 54
3.7.2
Beban Mati Tambahan (MA) .............................................................. 55
3.7.3
Pengaruh Prategang (PR) .................................................................... 57
3.7.4
Beban Lajur “D” (TD) ........................................................................ 57
3.7.5
Beban Truk “T” (TT) .......................................................................... 57
3.7.6
Gaya Rem (TB) ................................................................................... 61
3.7.7
Beban Angin (EW) ............................................................................. 62
3.7.8
Beban Temperatur (ET) ...................................................................... 62
3.7.9
Beban Gempa (EQ) ............................................................................. 64
3.7.10 Kombinasi Pembebanan ..................................................................... 67 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 68 4.1
Umum ................................................................................................. 68
4.2
Hasil Pemodelan Struktur Jembatan Balok Pratekan Menerus .......... 68
4.1.1
Layout Line ......................................................................................... 68
4.1.2
Basic Properties .................................................................................. 69
4.1.3
Bridge Component Properties ............................................................. 70
4.1.4
Bridge Object ...................................................................................... 70
4.1.5
Update Linked Model ......................................................................... 71
4.3
Hasil Pemodelan Pembebanan ............................................................ 72
4.2.1
Berat Sendiri (MS) .............................................................................. 72
4.2.2
Beban Mati Tambahan (MA) .............................................................. 72
4.2.3
Pengaruh Prategang (PR) .................................................................... 73
vii
4.2.4
Beban Lajur “D” (TD) ........................................................................ 73
4.2.5
Beban Truk (TT) ................................................................................. 74
4.2.6
Gaya Rem (TB) ................................................................................... 74
4.2.7
Beban Angin (EW) ............................................................................. 75
4.2.8
Beban Temperatur (ET) ...................................................................... 75
4.2.9
Kombinasi Pembebanan ..................................................................... 76
4.4
Perbandingan Hasil Analisis dengan Perhitungan Manual ................. 76
4.4.1
Perbandingan Hasil Analisis terhadap Pembebanan ........................... 76
4.4.2
Perbandingan Hasil Analisis Kapasitas Momen Nominal .................. 77
4.5
Hasil Kontrol Analisis Balok Pratekan Redesain (BPR) .................... 78
4.5.1
Kontrol Kapasitas Momen Ultimit ..................................................... 78
4.5.2
Kontrol Lendutan Ijin ......................................................................... 79
4.5.3
Kontrol Tegangan Ijin ......................................................................... 80
4.6
Perbandingan Hasil Redesain Jembatan Eksisting ............................. 81
4.6.1
Perbandingan Momen Akibat Beban pada Balok Pratekan ................ 81
4.6.2
Perbandingan Penampang dan Gaya Prategang Balok Pratekan ........ 82
4.6.3
Perbandingan Lendutan Balok Pratekan ............................................. 83
BAB V PENUTUP ............................................................................................... 84 5.1
Simpulan ............................................................................................. 84
5.2
Saran ................................................................................................... 85
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 86 LAMPIRAN ......................................................................................................... 87 Lampiran A
Ketentuan Pembebanan............................................................ 87
Lampiran B
Data Jembatan Eksisting .......................................................... 94
Lampiran C
Analisa Penampang Balok Redesain ..................................... 105
Lampiran D
Analisa Pembebanan dan Prategang ...................................... 108
Lampiran E
Perhitungan Kontrol Analisis Balok Redesain ...................... 118
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Geometri tendon. (a) Balok dengan tinggi konstan. (b) Balok nonprismatis. (c) Balok prismatis dengan tendon tumpang tindih. .......................................................................................................7 Gambar 2.2 Kontinuitas balok beton pracetak. (a) Menggunakan penggandeng (coupler). (b) Menggunakan baja nonprategang. (c) Kontinuitas pascatarik untuk balok non prismatis.............................................8 Gambar 2.3 Regangan, tegangan dan gaya penampang persegi (a) penampang, (b) regangan, (c) tegangan dan gaya ..............................................13 Gambar 2.4 Regangan, tegangan dan gaya penampang persegi (a) penampang, (b) regangan, (c) tegangan dan gaya ..............................................14 Gambar 2.5 Tampilan antar muka CSiBridge ....................................................16 Gambar 2.6 Beban Lajur “D”.............................................................................18 Gambar 2.7 Alternatif penempatan beban “D” dalam arah memanjang ............19 Gambar 2.8 Pembebanan Truk “T” (500 kN) ....................................................20 Gambar 2.9 Penempatan beban truk untuk kondisi momen negatif maksimum21 Gambar 2.10 Faktor beban dinamis untuk beban T akibat pembebanan lajur “D” .......................................................................................................21 Gambar 2.11 Gradien temperatur vertikal pada bangunan atas beton dan baja .22 Gambar 2.12 Bentuk tipikal respon spektra di permukaan tanah ......................25 Gambar 3.1 Diagram alir....................................................................................28 Gambar 3.2 Diagram alir (lanjutan) ...................................................................29 Gambar 3.4 Dimensi balok diafragma ...............................................................31 Gambar 3.5 Dimensi balok pada pilar................................................................31 Gambar 3.6 Dimensi Balok Pratekan. (a) Bentang 30 m. (b) Bentang 40 m .....32 Gambar 3.7 Pilihan template ..............................................................................35 Gambar 3.8 Tampilan fitur Bridge Modeler Wizard ..........................................36 Gambar 3.9 Tampilan pada menu layout line ....................................................37 Gambar 3.10 Tampilan Define Materials ..........................................................38 Gambar 3.11 Tampilan Material Property Data ...............................................38 Gambar 3.12 Tampilan Frame Properties .........................................................39 Gambar 3.13 Tampilan Define Bridge Deck Sections .......................................40 Gambar 3.14 Tampilan pemilihan deck section type .........................................40 Gambar 3.15 Tampilan Define Bridge Section Data .........................................41 Gambar 3.16 Tampilan Define Diaphragms ......................................................41 Gambar 3.17 Tampilan menu bridge diaphragm property ................................42 Gambar 3.18 Tampilan menu Define Bridge Bearings dan Define Bridge Foundation Springs........................................................................42 Gambar 3.19 Tampilan menu bridge bearing data dan foundation spring dat .43 Gambar 3.20 Tampilan menu bridge abutment data .........................................44 Gambar 3.21 Tampilan Define Bridge Abutments .............................................44 Gambar 3.22 Tampilan Define Bridge Bents .....................................................45 Gambar 3.23 Tampilan menu bridge bent data .................................................45 Gambar 3.24 Tampilan menu bridge object data ..............................................46 Gambar 3.25 Tampilan Define Bridge Spans ....................................................47 Gambar 3.26 Tampilan Bridge Object Abutment Assignments ..........................48 Gambar 3.27 Tampilan Bridge Object Bent Assignments ..................................48
ix
Gambar 3.28 Tampilan Bridge Object In-Span Cross Diaphragm Assignments .......................................................................................................49 Gambar 3.29 Tampilan Bridge Tendon Data .....................................................50 Gambar 3.30 Tampilan Tendon Quick Start ......................................................50 Gambar 3.31 Tampilan Bridge Tendon Layout Display ....................................51 Gambar 3.32 Tampilan menu Update Bridge Structural Model........................52 Gambar 3.33 Tampilan menu Define Load Pattern ...........................................53 Gambar 3.34 Tampilan menu Define Load Cases .............................................54 Gambar 3.35 Tampilan menu Load Case Data .................................................54 Gambar 3.36 Tampilan menu Line Loads Assignment ......................................55 Gambar 3.37 Tampilan menu Bridge Line Loads Distribution .........................56 Gambar 3.38 Tampilan menu Load Case Data-Moving Load ...........................58 Gambar 3.39 Tampilan menu Define Lanes ......................................................58 Gambar 3.40 Tampilan menu Bridge Lane Data ...............................................59 Gambar 3.41 Tampilan menu Define Vehicles ..................................................60 Gambar 3.43 Tampilan menu Vehicle Data-Vertical Loading ..........................61 Gambar 3.44 Tampilan menu Point Load Assignments ....................................62 Gambar 3.45 Tampilan menu Assign Bridge Temperature Loads .....................63 Gambar 3.46 Tampilan menu Bridge Temperature Load Assignment ..............63 Gambar 3.47 Tampilan menu Bridge Temperature Gradient Data ...................64 Gambar 3.48 Tampilan menu Define Response Spectrum Functions ................65 Gambar 3.49 Tampilan menu Response Spectrum Function Definition ............65 Gambar 3.50 Tampilan menu Load Case Data-Response Spectrum ................66 Gambar 3.51 Tampilan menu Load Combination Data.....................................67 Gambar 4.1 Pemodelan layout line ....................................................................69 Gambar 4.2 Material dan penampang yang digunakan dalam pemodelan ........69 Gambar 4.3 Hasil Pemodelan pada struktur atas jembatan ................................70 Gambar 4.4 Hasil pemodelan pada struktur bawah jembatan ............................70 Gambar 4.6 Pemodelan beban “MA”.................................................................72 Gambar 4.7 Pengaruh prategang hasil proses input pada program ....................73 Gambar 4.8 Pemodelan beban lajur “TD” .........................................................73 Gambar 4.9 Pemodelan beban lajur “TT” ..........................................................74 Gambar 4.10 Pemodelan beban lajur “TT” ........................................................74 Gambar 4.11 Pemodelan beban angin. (a) Tekanan angin vertikal. (b) Beban angin pada kendaraan. .............................................................................75 Gambar 4.12 Pemodelan beban temperatur .......................................................75 Gambar 4.13 Hasil pendefinisian kombinasi pembebanan ................................76
x
DAFTAR TABEL Tabel 4.1
Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9
Perbandingan analisis beban mati tambahan dengan cara manual (metode Slope Deflection) dan CSiBridge untuk balok pratekan menerus ..........................................................................................77 Perbandingan hasil analisis kapasitas momen nominal penampang balok pratekan menerus .................................................................78 Kontrol kapasitas momen ultimit BPR ..........................................79 Kontrol lendutan ijin BPR .............................................................79 Tegangan pada BPR untuk kondisi tegangan ................................80 Tegangan pada BPR akibat kombinasi pembebanan .....................81 Selisih perbandingan momen antara BPR dan BPE ......................82 Perbandingan jumlah tendon, strand dan gaya prategang balok pratekan ..........................................................................................83 Selisih perbandingan lendutan antara BPR dan BPE.....................83
xi
DAFTAR NOTASI ɑ β1 ρp ϕ γp ω ω’ c.g.c c.g.s d d’ dps f fc’ fci’ fps fpu fpy fse fy γp ya yb a A Ac As A’s Ast Aps Bw Erc Epc f i I Ic Ix Ka Kb Lav LE Lmax MP
: Tinggi blok tegangan tekan persegi ekivalen beban : Faktor tinggi blok tegangan tekan persegi ekivalen beban : Rasio tulangan prategang : Faktor reduksi : Faktor yang memperhitungkan jenis tendon prategang : Indeks tulangan tarik non prategang : Indeks tulangan tekan : Garis netral penampang balok pratekan : Garis netral tendon : Jarak serat terluar balok dari tulangan tarik : Jarak serat terluar balok dari tulangan tekan : Jarak serat terluar balok dari garis netral tendon : Tinggi puncak parabola : Kuat tekan beton : Kuat tekan beton saat transfer gaya prategang : Tegangan baja prategang pada kekuatan nominal : Kuat tarik baja prategang : Kuat leleh baja prategang : Tegangan efektif baja prategang sesudah semua kehilangan prategang : Kuat leleh baja non prategang : Faktor yang memperhitungkan jenis tendon prategang : Jarak titik berat penampang dari serat atas balok pratekan : Jarak titik berat penampang dari serat bawah balok pratekan : Deviasi garis-C terhadap garis netral tendon : Luas penampang balok pratekan : Luas penampang balok komposit : Luas tulangan yang menerima gaya tarik : Luas tulangan yang menerima gaya tekan : Luas 1 strand : Luas total strand : Lebar bagian badan yang mengalami tekan : Modulus elastisitas beton K-350 : Modulus elastisitas beton K-500 : Resultan tegangan : Jari-jari inersia : Momen inersia penampang balok pratekan : Momen inersia penampang balok komposit : Momen inersia terhadap titik berat balok : Batas atas bidang kern : Batas bawah bidang kern : Panjang bentang rata-rata dari kelompok bentang yang disambungkan secara menerus : Panjang bentang ekivalen untuk bentang menerus : Panjang bentang maksimum dalam kelompok bentang yang disambungkan secara menerus : Momen promer
xii
Mr Mn Mu Peff Pt Yi Xi Z
: Momen sekunder : Momen batas nominal lentur : Momen terfaktor akibat kombinasi beban luar yang paling berbahaya : Gaya prategang efektif total setelah kehilangan prategang : Gaya prategang awal total sebelum transfer : Ordinat tendon yang ditinjau : Absis tendon yang ditinjau : Lengan gaya
xiii
