ANALISIS PERILAKU PORTAL - DINDING PENGISI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA DAN EQUIVALENT DIAGONAL STRUT (EDS) ABSTRAK

Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4) Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010

ANALISIS PERILAKU PORTAL - DINDING PENGISI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA DAN EQUIVALENT DIAGONAL STRUT (EDS) D. P. G. Sugupta1, I K. Sudarsana2, Yohanes Laka Suku3 1

Jurusan Teknik Sipil, Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran-Bali Email: [email protected] 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran-Bali Email: [email protected] 3 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Flores, NTT Email: [email protected]

ABSTRAK Studi analitis ini dilakukan untuk mengetahui perilaku portal dengan dinding pengisi penuh yang dibebani dengan beban lateral monotonik sampai struktur mengalami kegagalan. Tipe dinding yang dianalisis memiliki variasi perbandingan tinggi (h’) terhadap lebar (l’) dinding atau (h’/l’) dari 0,5 sampai dengan 2,0. Analisis dilakukan menggunakan metode elemen hingga (FEA) dan metode diagonal tekan ekivalen (equivalen diagonal strut-EDS) yang diusulkan oleh Saneinejad and Hobbs (1995). Adapun perilaku yang ditinjau adalah hubungan beban-lendutan, kekakuan, daktilitas perpindahan, dan pola retak. Hasil analisis portal dengan dinding pengisi tanpa tulangan jika dibandingkan dengan portal terbuka menunjukan bahwa dengan adanya dinding pengisi meningkatkan kekuatan dan kekakuan struktur tetapi menurunkan daktilitasnya. Kegagalan struktur portal dengan dinding pengisi pada umumnya dikarenakan retak geser dan kehancuran pada ujung diagonal. Hasil analisis juga menunjukkan bahwa penggunaan metode EDS dari Saneinejad and Hobbs (1995 untuk menganalisis portal dengan dinding yang memiliki rasio tinggi (h’) dan tinggi (l’) ≠ 1,0 maka nilai parameter koefisien gesek (µ) dan tegangan geser dasar (v) perlu disesuaikan yaitu untuk rasio h’/l’ = 0,5 adalah v = 0,6 MPa -1,5 MPa dan µ = 0,7 – 1,0; untuk h’/l’ = 1,0 adalah v = 0,5 MPa -1,5 MPa dan µ = 0,2; untuk h’/l’ = 1,5 adalah v = 0,3 MPa -1,5 MPa dan µ = 0,5; untuk h’/l’ = 2,0 adalah v = 0,3 MPa -1,5 MPa dan µ = 0,5. Peningkatan rasio h’/l’ panel dinding mengakibatkan penurunan kekakuan lateral dinding, kapasitas lateral dan mengakibatkan ketidaksentrisan dari bidang tekan diagonal strut yang terjadi. Kata Kunci : Dinding pengisi, elemen hingga, diagonal tekan ekivalen, daktilitas

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Keberadaan dinding pengisi pada portal-portal bangunan komersial, industri dan rumah tinggal tidak dapat dihindari karena disamping sebagai partisi ruangan, juga sebagai cladding/fascade bangunan. Keberadaan panel-panel dinding ini biasanya diabaikan kontribusinya dalam memikul beban lateral didalam proses desain. Penelitian perilaku portal dengan dinding pengisi yang menerima beban lateral telah banyak dilakukan antara lain oleh Polyakov (1956,1960), Holmes (1961), Stafford Smith (1962,1966,1967), Mainstone & Week (1970), Hendry (1981), Liauw & Kwan (1983), Dawe & Sheah (1989), Paulay dan Priestley (1992), Mander et al. (1993), Sanainejad & Hobbs (1995), Mehrabi et al. (1996), Flanagan et al. (1999), Kappos et al. (2000), El-Dakhakni et al. (2001). Secara umum kesimpulan dari penelitian sebelumnya menyatakan bahwa penambahan dinding pengisi yang menutup portal secara rapat dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan portal tersebut karena dinding pengisi akan berfungsi sebagai penopang tekan diagonal (diagonal compresion strut). Pada penelitian ini akan dipelajari perilaku portal dengan dinding pengisi dengan melakukan analsis menggunakan metode elemen hingga dengan program Lusas Finite Element Analysis (FEA) dan metode Equivalent Diagonal Strut (EDS) menurut Sanainejad & Hobbs (1995). Madan et al (1997) melaporkan bahwa metode diagonal tekan ekivalen (equivalent diagonal strut/EDS) yang diusulkan oleh Sanainejad & Hobbs (1995), memberikan prediksi Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta

S - 461

D. P. G. Sugupta, I K. Sudarsana,dan Yohanes Laka Suku

yang lebih mendekati hasil eksperimen dan hasil metode elemen hingga dibandingkan metode yang diusulkan oleh peneliti lainnya. Metode EDS ini telah memperhitungkan perilaku elastis dan plastis dari portal dengan dinding pengisi tanpa tulangan (unreinforced) dengan mempertimbangkan adanya daktilitas yang terbatas dan dapat digunakan untuk memprediksi kekuatan dan kekakuan portal dengan dinding pengisi dengan memasukan berberapa parameter yang ada seperti aspek rasio antara tinggi (h’) dan lebar (l’) dinding pengisi, berbagai tipe sambungan, juga ketidakrapatan dinding akibat susut (srinkage). Model portal-dinding pengisi yang akan dianalisis untuk memverifikasi pemodelan dengan program Lusas Finite Element Analysis adalah penelitian eksperimen oleh Mehrabi et al. (1996). Selanjutnya dengan menggunakan propertis portal-dinding pengisi eksperimen oleh Mehrabi et al (1996) dilakukan analisis perilaku portal-dinding pengisi dengan memvariasikan perbandingan tinggi (h’) dan lebar (l’).

1.2 Signifikasi Penelitian Penelitian ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui perilaku portal-dinding pengisi yang dibebani oleh beban lateral monotonik mengingat perilaku portal seperti deformasi lateral, daktilitas, kekakuan struktur dan kapaistasnya dapat mengalami perubahan akibat adanya dinding pengisi. Disamping itu, penelitian ini juga untuk mengevaluasi penggunaan metode Equivalent Diagonal Strut yang diusulkan oleh Sanainejad & Hobbs (1995) untuk dinding pengisi dengan rasio h’/l’ bervariasi dari 0.5 sampai dengan 2.

1.3 Analisis Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) adalah metode untuk analisa inelastis portal dengan dinding pengisi yang diajukan oleh Saneinejad dan Hobbs (1995). Portal dengan dinding pengisi dianggap sebagai portal tidak bergoyang (braced frame), dimana dinding pengisi akan berfungsi sebagai diagonal tekan ekivalen.

Gambar 1. Portal dinding pengisi yang diekivalenkan dengan Diagonal Tekan Ekivalen

Saneinejad & Hobbs (1995) mengusulkan daya dukung horisontal portal dengan dinding pengisi sebagai berikut :

H = R. cos θ +

2 M pj

(1)

h

Dimana nilai R ditentukan dari nilai terkecil yang diperoleh dari tiga macam keruntuhan yang mungkin terjadi. Ada tiga mode kehancuran dinding pengisi yang teridentifikasi secara jelas pada portal dengan dinding pengisi akibat pembebanan lateral adalah Corner crushing (CC) yaitu bagian sudut hancur minimal pada salah satu ujung diagonal, Shear (SS) yaitu keruntuhan geser arah horisontal pada nat sambungan dinding, Diagonal compression (DC) yaitu dinding pengisi hancur pada bagian tengah diagonal.

Gambar 2. Tipe mode kehancuran dinding pengisi

S - 462

Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta

Keruntuhan Sudut/Ujung Diagonal (CC = corner crushing) Bila mode keruntuhan sudut atau ujung diagonal yang terjadi maka tahanan diagonal (R) dapat dihitung dari:

R = Rcc =

(1 − α c )α c thσ c + α b tlτ b

(2)

cosθ

Keruntuhan Tekan Diagonal (DC = diagonal compresion) Dinding pengisi yang langsing dapat mengalami keruntuhan tekan diagonal di tengah panel. Kehancuran tersebut akibat ketidakstabilan dinding pengisi sebagai akibat dari timbulnya diagonal tekan. Bila mode keruntuhan ini terjadi maka R dihitung dari persamaan berikut :

R = RDC =

0,5h' tf a cosθ

(3)

Kuat tekan aktual dinding pengisi tergantung dari arah tegangan yang terjadi, namun sebagai pendekatan digunakan kuat tekan prisma dari ACI 530-88 (Saneinejad dan Hobbs, 1995) sehingga :

  l eff  2    , dimana f c = 0,6φ . f m dengan φ = 0,65 f = f c 1 −    40t   ' m

(4)

Panjang efektif diagonal (leff) tergantung dari panjang bidang kontak dan geometri panel pengisi dan secara konservatif dapat diambil sebagai berikut :

(1 − α c )2 h 2 + l 2

l eff =

(5)

Keruntuhan Geser (S = shear) Dinding pengisi dapat mengalami retak horisontal sepanjang panel akibat gaya geser yang berlebihan. Persamaan gaya geser horisontal total yang menyebabkan keruntuhan geser (S) dapat dihitung sebagai berikut :

Hs =

γ .ν .t.l ' 1 − 0,45 tan θ '

< 0,83γ .t.l '

(6)

Gaya diagonal tekan yang bersesuaian dengan gaya horisontal tersebut adalah:

Hs =

γ .ν .t.l ' 0,83γ .t.l ' < (1 − 0,45 tan θ ' ) cos θ cos θ

(7)

Dimana v diambil 0,25 Mpa untuk dinding pengisi tanpa grouting dan 0,41 Mpa untuk dinding pengisi dengan grouting diambil dari ACI 530-88 (Saneinejad dan Hobbs,1995) , sedangkan tan θ ' = (1 − α c )

h' . l'

Properti luas penampang diagonal tekan ekivalen (Ad) didapat dengan menggabung persamaan-persamaan sebelumnnya, kemudian dibagi dengan f c maka diperoleh :

(1 − α c )α c th σ c Ad =

1 fc

+ α b tl τ b

1 fc

cos θ

0 , 5 h ' tf a

≤

cos θ

1 fc

≤

γ .ν .t.l ' (1 − 0,45 tan θ ) cosθ . f c

≤

0,83γ .t.l ' f c cosθ

...................

(8)

Saneinejad dan Hobbs (1995) mengusulkan suatu hubungan empiris untuk memprediksi perpindahan lateral pada beban puncak sebagai berikut:

(

∆ h = 5,8ε c h. cos θ α c2 + α b2

)

0 , 333


(9)

S - 463


sedangkan kekakuan awal (initial) dari portal dinding pengisi dihitung sebagai dua kali nilai kekakuan secant adalah sebagai berikut :

K0 = 2

H ∆h

(10)

Hubungan tegangan-regangan elemen pasangan dinding (masonry) dianggap sama seperti beton namun dengan kuat tekan yang lebih rendah. Modulus elastistas beton dinyatakan dalam Ec = 4700(f’c)1/2 Mpa (SNI 03-2847-2002), sedangkan pasangan (masonry) dari beton Em = 1000f’c dan untuk pasangan dari bata merah Em = 750f’b (Paulay and Priestley, 1992). Tegangan geser dinding pengisi dipengaruhi oleh dua parameter yakni koefisien gesek (coefficient of friction),µ, dan tegangan geser dasar (base shear strength),v. Beberapa hasil penelitian mengenai tegangan geser dasar (base shear strength),v, dilaporkan oleh Smyrou (2006) adalah Hendry (1990) menetapkan nilai v berkisar dari 0,3 MPa sampai dengan 0,6MPa, Paulay dan Pristley (1992) menetapkan nilai v dari 0,1 MPa sampai dengan 1,5 MPa, While Shrive (1991) menetapkan nilai v antara 0,1 MPa sampai dengan 0,7 MPa. Sedangkan beberapa hasil penelitian mengenai koefisien gesek (coefficient of friction),µ dilaporkan dalam Smyrou (2006) adalah penelitian oleh Sahlin (1971), Stock dan Hofmann (1988), Hendry (1990), serta Paulay dan Priestley (1992) menetapkan nilai µ berkisar dari 0,1 sampai dengan 1,2 sedangkan Atkinson et al. (1989) menetapkan nilai µ sebesar 0,7 sampai dengan 0,85.

2. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan secara analitis dengan menggunakan metode elemen hingga dan metode Equivalent Diagonal Struts untuk mengetahui perilaku portal dengan dinding pengisi yang memiliki rasio h’/l’ bervariasi dalam memikul beban lateral. Keakuratan dari pemodelan elemen hingga yang dilakukan terlebih dahulu diverifikasi menggunakan hasil penelitian laboratorium yang dapat dipercaya. Langkah analisis yang dilakukan sebagai berikut:

2.1 Verifikasi Model Hasil penelitian yang digunakan dalam memverifikasi pemodelan elemen hingga adalah penelitian eksperimental oleh Mehrabi et al (1996). Model ini digunakan karena hasil eksperimen sudah banyak diacu oleh peneliti lainnya seperti FEMA (FEMA 306, 1998), Shing et al (2006), Willam et al (2006), Billington dan Kyriakides (2006). Adapun data eksperimen model Mehrabi et al. (1996) sebagai berikut:

Pv

Pv D6-64

Ph Detail Kolom

D6-64 Total 4 D 16

Gambar 3. Model Portal-Dinding Pengisi Mehrabi et al (1996) Pelat Beton Pengikat Lantai Laboraturium (kaku)

Kolom dapat dianggap terjepit penuh dan untuk mensimulasi adanya beban gravitasi dari lantai diatasnya (bangunan sebenarnya), diberikan beban vertikal konstan (Pv) sebesar 294 kN. Beban lateral (Ph) diberikan secara bertahap monotonik sampai terjadi runtuh. Dinding pengisi digunakan masonri dari blok beton ukuran 184 x 92 x 92 mm yang dilekatkan dengan mortar. Adapun sifat bahan (material properties) dari data eksperimental ditampilkan pada Tabel 1. Portal dengan dinding pengisi dari Mehrabi et al (1996) ini kemudian dianalisis menggunakan pemodelan elemen hingga menggunakan program Lusas v13.57.

S - 464


Tabel 1. Properti material No 1 2 3 4

5

Material Blok Masonry Mortar Prisma 3 lapis dinding Beton Baja Tulangan φ6 mm Baja tulangan D13 mm Baja tulangan D16 mm

Kuat tarik (Mpa)

Modulus hancur (Mpa)

Tegangan leleh baja,fy, (Mpa)

Tegangan putus baja,fsu, (Mpa) -

Kuat Tekan (Mpa)

Modulus Secant (Mpa)

Regangan

15,57 15,98

-

-

-

-

-

15,09

9515

0,0029

-

-

-

-

29,52

21910

0,0018

3,29

6,75

-

-

-

-

-

367

449

-

-

-

-

-

420

661

-

-

-

-

-

413

661

Pemodelan Dengan Program Lusas v13.57 Dalam pembuatan model elemen hingga program Lusas material beton, dinding pengisi, dan spesi dimodelkan sebagai elemen 2D (surface), sedangkan untuk tulangan beton dimodelkan sebagai elemen batang (bar) seperti terlihat pada Gambar 4. Sifat material beton (concrete model) mengikuti model yang dikembangkan oleh Jefferson (1989) untuk model dengan multi-crack. Model ini memperhitungkan retak akibat tarikan dan kegagalan karena hancur akibat tekan dimana pada program Lusas didefinisikan sebagai Model 82 (multi-crack concrete) dan Model 84 (multi-crack concrete with crushing). Sedangkan sifat-sifat material baja tulangan akan dimodelkan sebagai material elastisplastis dengan memperhitungkan kondisi strain hardening. Kriteria Von Misses digunakan untuk material baja. Adapun langkah-langkah analisis menggunakan softwere Lusas Fenite Element Analysis sebagai berikut a) mendefinisikan geometri model struktur, b) mendefinisikan meshing tiap elemen, c) mendefinisikan elemen geometri, d) mendefinisikan properties material, e) mendefinisikan syarat batas, f) mendefinisikan beban, g) mendefinisikan non linier analisis, h) beban monotonik diberikan secara bertahap dengan penambahan tingkat beban maksimum misalnya sebesar 5 KN, program akan berhenti menghitung (mengiterasi) jika regangan batas salah satu material telah terlewati, h) melakukan analisis (run program), i) Selanjutnya dilakukan interprestasi hasil output. Pv

b’

Pv

A Ph

h’

Detail A Gambar 4. Pemodelan meshing portal dengan dinding pengisi Mehrabi et al (1996)

Hasil Analisis dan Perbandingan Hasil analisis menggunakan program Lusas v13.57 dan perbandingannya dengan data pengujian Mehrabi et. al (1996) ditampilkan pada Tabel 2. Perbandingan beban retak dan ultimite menunjukkan bahwa pemodelan elemen hingga portal-dinding pengisi menggunakan Lusas v13.57 menunjukkan hasil yang cukup akurat dengan selisih antara hasil analisis dan eksperimen masing-masing sebesar -1.36% dan 0.44% untuk beban retak pertama dan ultimit. Disamping beban yang ditinjau, kegagalan yang terjadi juga bersesuaian seperti terlihat pada Gambar 5. Sehingga cara pemodelan ini akan dipergunakan untuk portal-dinding pengisi lainnya pada penelitian ini.


S - 465


Tabel 2. Perbandingan beban retak ke-1 dan batas (Ultimit) Retak pertama dinding Pcr Selisih (KN) (%) 277,68 0,0 273,91 -1,36

Cara Analisis

Mehrabi et. al Lusas v13.57

Beban Ultimit PU (KN) 277,68 278,91

Selisih (%) 0,00 0,44

Y

Z

X

a. Hasil Lusas

b. Eksperimen Mehrabi et. al (1996)

Gambar 5. Kondisi retak saat beban maksimum

2.2 Variasi Model Portal-Dinding Pengisi yang Dianalisa Pada penelitian ini propertis portal dinding pengisi yang digunakan diambil sesuai dengan propertis material pada penelitian eksperimental oleh Mehrabi et al (1996) seperti terlihat pada Tabel 1. Adapun model yang dianalisis meliputi portal terbuka (P) dan portal dengan dinding pengisi (PDNT). Adapun variabel yang ditinjau adalah rasio antara tinggi (h’) dan panjang dinding (l’) seperti terlihat pada Tabel 3. Simpangan horizontal ditinjau pada titik ”x” pada Gambar 6 (a). Tabel 3. Konfigurasi Model Kode Model

l’ (m)

h’ (m)

Variasi h’/l’

fy (MPa)

P-1

PDNT-1

2,0

1,0

0,50

400

P-2

PDNT-2

2,0

2,0

1,00

400

P-3

PDNT-3

2,0

3,0

1,50

400

P-4

PDNT-4

2,0

4,0

2,00

400

D6-64

Total 8 D13

Detail Kolom

D6-64 Total 4 D16

a. Model P

b. Model PDNT Gambar 6. Konfigurasi Model yang dianalisis

S - 466


3. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN 3.1. Perbandingan Hasil Analisis antara FEA dan EDS Tabel 4 menunjukkan perbandingan hasil analisis terhadap beban lateral antara kedua metode yang ditinjau dimana nilai dalam kurung menunjukan ”%-error” terhadap hasil analisis elemen hingga. Dari Tabel 4 terlihat bahwa metode diagonal tekan ekivalen yang diusulkan oleh Saneinejad & Hobbs (1995) memberikan prediksi yang cukup besar dengan selisih masing-masing sebesar -40,01% untuk model h’/l’=0,5 dan 50,81% untuk model h’/l’=2,0. Selain itu hasil analsisnya juga menunjukan prilaku yang berbeda jika dibandingkan dengan hasil analisis elemen hingga pada portal tanpa dan dengan dinding pengisi bila dilihat dari error simpangan lateral yang dihasilkan.

Tabel 4. Perbandingan hasil analisis EDS dan MEH

400 Portal Terbuka (FEA)

350

Portal-Dinding (FEA)

Uji Lateral Maks. h’/l’ 0,5 0,67 1,0 1,5 2,0

Beban (kN) 207,38 (-40,01%) 213,07 (-23,61%) 221,62 (-9,27%) 195,09 (10,23%) 206,64 (50,81%)

Deformasi (mm) 9,47 (322,77%) 10,43 (199,62%) 11,35 (200,26%) 12,50 (96,23%) 13,17 (37,47%)

300

Analisis Elemen Hingga

Portal-Dinding (EDS)

Uji Lateral Maks. Beban (kN) 345,71 0% 278,91 0% 244,25 0% 176,98 0% 137,02 0%

Deformasi (mm) 2,24 0% 2,61 0% 3,78 0% 5.15 0% 9,58 0%

Beban Maks.(KN)

Model

Metode Diagonal Strut

250 200 150 100 50 0 0.5

1 Rasio h'/ l'

1.5

2

Gambar 7. Hubungan rasio h’/l’ terhadap kapasitas beban lateral

Perbedaan hasil analisis yang cukup besar ini diperkirakan karena pengambilan dari nilai parameter koeifisien gesek (µ), tegangan geser dasar/basic shear strength (v) dalam perhitungan EDS dimana nilainya ditentukan berdasarkan peraturan-peraturan yang terkait. Memahami kondisi ini dan berdasarkan hasil penelitian Paulay dan Priestley (1992) yang menetapkan bahwa nilai dari parameter koefisien gesek (µ) berkisar dari 0,1 – 1,2 dan tegangan geser dasar (v) berkisar dari 0,1 MPa – 1,5 Mpa, selanjutnya dilakukan analisis ulang dengan memvariasikan nilai-nilai parameter (µ dan v) terhadap keseluruhan model, kemudian dibandingkan dengan hasil analisis Elemen Hingga. Berdasarkan hasil analisis ulang untuk menyesuaikan nilai µ dan v maka diperoleh kisaran nilai µ dan v untuk setiap variasi h’/l’ adalah : a. h’/l’ = 0,5 memiliki prosentase eror sebesar -27,8% dengan kisaran µ = 0,7–1 dan v = 0,6 MPa – 1,5 MPa. Prosentase eror yang terjadi ternyata masih cukup besar. b. h’/l’ = 1,0 memiliki prosentase eror yang terkecil adalah +2,3% pada µ = 0,2 dan v = 0,5 MPa -1,5 MPa c. h’/l’ = 1,5 memiliki prosentase eror yang terkecil adalah +0,6% dan pada µ = 0,5 dan v = 0,3 MPa -1,5 MPa d. h’/l’ = 2,0 memiliki prosentase eror yang terkecil adalah +0,7% pada µ = 0,2 dan v = 0,1 MPa -1,5 MPa Adapun besarnya kapasitas beban lateral maksimum setelah dilakukan penyesuaian nilai parameter µ dan v pada prosentase eror yang terkecil seperti tampak pada tabel dibawah ini. Dari Tabel 5 terlihat bahwa untuk rasio h’/l’ = 1,0 – 2,0 hasil prediksi Metode Equivalent Diagonal Strut relatif sama dengan Metode Elemen Hingga, Sedangkan h’/l’ = 0,5 masih menunjukkan hasil perbedaan kapasitas beban lateral maksimum yang cukup besar (konservatif). Analisis untuk meninjau perilaku portal dengan dinding pengisi didasarkan pada hasil perhitungan setelah nilai µ dan v disesuaikan. Tabel 5. Perbandingan analisis EDS dan MEH setelah penyesuaian nilai µ dan v Model PDNT 1 2 3 4

Metode Diagonal Strut h’/l’ 0,5 1,0 1,5 2,0

µ 0,7 0,2 0,5 0,2

ν 0,6 0,6 0,6 0,6

Beban 249,52 249,74 177,99 137,90

Lendutan 9,72 10,69 12,75 11,73

Elemen Hingga (Lusas V13.57) Beban Lendutan 345,71 2,24 244,25 3,78 176,98 5.15 137,02 9,58


S - 467


3.2 Hubungan Beban-Lendutan Lateral Penambahan dinding pengisi pada portal terbuka dapat meningkatkan kapasitas beban lateral dan mereduksi simpangan lateralnya. Dari hasil analisis seperti yang ditunjukan pada Gambar 8, 9, dan 10, diperoleh bahwa dengan penambahan dinding pengisi terjadi peningkatan beban lateral rata-rata untuk rasio h’/l’=0,5 sebesar 236,3%, rasio h’/l’=1,0 sebesar 368%, rasio h’/l’=1,5 sebesar 399,9% dan rasio h’/l’=2,0 sebesar 418,6%. Dari hasil analisis juga diketahui bahwa besarnya pengurangan simpangan lateral untuk rasio h’/l’=0,5 sebesar 85,83%, untuk rasio h’/l’ =1,0 sebesar 94,3% , untuk rasio h’/l’ =1,5 sebesar 88,4%, untuk rasio h’/l’ =2,0 sebesar 72,3%. 400 350 PDNT-1

300

Beban (KN)

PDNT-2

250

PDNT-3 PDNT-4

200 P-1 P-2

150

P-3

100

P-4

50 0 0

20

40

60

80

100

Lendutan (mm)

Gambar 8. Hubungan Beban-Lendutan semua model

160

350

Portal Terbuka (FEA)

300

Portal-Dinding (FEA) Portal-Dinding (EDS)

250 200 150 100

Deformasi Lateral Maks.(mm)

Beban Maks.(KN)

400

140 120

Portal Terbuka (FEA) Portal-Dinding (FEA) Portal-Dinding (EDS)

100 80 60 40

50

20 0 0.5

1

1.5

2

0 0.5

Rasio h'/ l'

Gambar 9. Hubungan Rasio h’/l’ terhadap beban lateral maksimum

1

Rasio h'/ l' 1.5

2

Gambar 10. Hubungan rasio h’/l’ terhadap deformasi lateral maksimum

3.3 Daktilitas dan Kekakuan Struktur Daktilitas struktur merupakan kemampuan suatu struktur untuk mengalami simpangan pasca-elastik yang besar diatas beban yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama. Faktor daktilitas struktur µδ adalah rasio antara simpangan maksimum struktur akibat pengaruh gempa rencana pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan dengan simpangan struktur pada saat terjadinya pelelehan pertama. Hasil analisis diperoleh bahwa dengan penambahan dinding pengisi pada portal terbuka menyebabkan penurunan tingkat daktilitas seperti yang ditunjukan pada Gambar 11. Rasio h’/l’ tidak menunjukkan pengaruh yang significant terhadap daktilitas panel baik dianalisa dengan metode FEA maupun EDS. Bahkan dalam metode EDS oleh Saneinejad & Hobbs (1995), daktilitas model adalah tetap sebesar 2,67. Berbeda halnya dengan kekakuan, penambahan dinding pengisi pada portal terbuka meningkatkan kekakuan portal seperti tampak pada Gambar 12. Rasio h’/l’ sangat berpengaruh terhadap kekakuan lateral dinding. Peningkatan kekakuan terhadap kekakuan portal terbuka yang terbesar terjadi pada rasio h’/l’=0,5 yakni rata-rata sebesar 52,1 kali. Pada analisis dengan EDS, pengaruh rasio panel dinding h’/l’ tidak terlalu significant kelihatan namun pada analisis FEA, pengaruhnya jelas kelihatan dimana peningkatan rasio h’/l’ mengakibatkan penurunan kekakuan panel dinding. Dari hasil analisis FEA ini, dapat dilihat penurunannya mendekati hubungan exponential.

S - 468


4.0

180 Portal Terbuka (P)

3.5

Kekakuan, kN/mm

Daktilitas

2.0 1.5 1.0

Portal-Dinding (FEA)

140


2.5


160

Portal-Dinding (MEH)

3.0

Portal Terbuka (FEA)

120 100 80 60 40

0.5

20 0

0.0 0.5

1.0

Rasio h'/l'

1.5

2.0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Rasio h'/l'

Gambar 11. Hubungan daktilitas dengan rasio h’/l’

Gambar 12. Hubungan kekakuan dengan rasio h’/l’

3.5 Pola Retak dan Kontur Tegangan Dinding Secara umum keruntuhan portal terbuka dan portal-dinding pengisi tanpa tulangan diakibatkan oleh retak akibat lentur (tarik dan tekan) dan geser. Retak awal dinding merupakan retak geser yang terjadi pada pertemuan antara panel dinding dengan kolom. Peningkatan beban lateral memperlebar dan memperpanjang retak awal sepanjang pertemuan panel dinding dan kolom dan balok bawah portal bahkan menyebabkan timbulnya retak baru pada diagonal dinding, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 13(a),(c) dan 14(a),(c).

Retak sudut

R etak aw al din ding

Retak diagonal Terlepas Retak sudut

Terlepas

(a) Retak awal

(b) Kontur tegangan pada Hmaks.

(c) Retak akhir pada Hmaks

Gambar 13. Pola retak dan kontur tegangan portal-dinding rasio h’/l’ = 0,5

(a) Retak awal

(b) Kontur tegangan pada Hmaks.

(c) Retak akhir pada Hmaks

Gambar 14. Pola retak dan kontur tegangan portal-dinding rasio h’/l’ = 1,5 Dari gambar kontur tegangan terlihat bahwa terjadi konsentrasi medan tegangan tekan pada daerah diagonal dinding, sehingga pada panel dinding mengalami strut diagonal. Strut diagonal pada portal-dinding pengisi tanpa Universitas Udayana – Universitas Pelita Harapan Jakarta – Universitas Atma Jaya Yogyakarta

S - 469


tulangan umumnya berbentuk prismatis sedangkan pada rasio h’/l’=0,5 (kurang dari satu) panjang bidang kontak strut arah lebar panel dinding lebih besar dari arah tinggi panel dinding dan pada rasio h’/l’=1,5 dan 2,0 (lebih dari satu) panjang bidang kontak strut arah tinggi panel dinding lebih besar dari arah lebar panel dinding. Hal ini menunjukkan bahwa panjang bidang kontak dari strut diagonal mengikuti perbandingan dari sisi-sisi panel dinding.

4. SIMPULAN DAN SARAN 4.1 Simpulan Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan dari portal terbuka dan portal dengan dinding pengisi dengan variasi h’/l’ (h’/l’ = 0,5; 1,0; 1,5; dan 2,0) dapat diambil beberapa simpulan sebagai berikut : 1. Perilaku Portal dengan Dinding Pengisi sesuai dengan kaidah perilaku struktur pada umumnya yaitu penambahan dinding pengisi dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan struktur tetapi menurunkan daktilitasnya, sehingga struktur akan bersifat lebih getas. 2. Dalam menahan beban lateral monotonik, dinding pengisi akan memberikan kontribusinya melalui strut diagonal. Kontur tegangan tekan pada portal dengan dinding pengisi umumnya berbentuk prismatis. 3. Evaluasi metode diagonal tekan ekivalen yang diusulkan oleh Sanainejad & Hobbs (1995) untuk analisis portal-dinding pengisi dengan rasio h’/l’ yang bervariasi menujukan perbedaan hasil yang cukup besar terhadap hasil analisis elemen hingga program Lusas, sehingga perlu dilakukan penyesuaian nilai parameter koefisien gesek (µ) dan tegangan geser dasar (v) seperti pada tabel berikut: h’/l’ Tegangan Geser dasar (v) % eror Koefisien Gesek ( µ ) 0,5 0,6 MPa – 1,5 MPa 0,7 – 1,0 -27% 1,0 0,5 MPa - 1,5 MPa 0,2 +2,3% 1,5 0,3 MPa – 1,5 MPa 0,5 +0,6% 2,0 0,1 MPa – 1,5 MPa 0,2 +0,7% 4. Peningkatan rasio h’/l’ panel dinding mengakibatkan penurunan kekakuan lateral dinding, kapasitas lateral dan mengakibatkan ketidaksentrisan dari bidang tekan diagonal strut yang terjadi.

4.2 Saran 1.

Berdasarkan simpulan di atas maka metode diagonal tekan ekivalen yang telah disesuaikan (equivalent diagonal strut) dapat digunakan untuk analisis dan perencanaan portal dengan dinding pengisi tanpa tulangan dengan dimodelkan sebagai portal dengan pengaku batang tekan (braced frame), dimana dinding pengisi pada portal dimodelkan sebagai batang diagonal tekan yang dipasang secara sentris pada pertemuan antara balok dan kolom portal terbuka.

2.

Perlu dilakukan studi lanjut mengenai pengaruh eksentrisitas dari strut diagonal dalam analisis menggunakan EDS yang telah disesuaikan karena pada rasio h’/l’ ≠ 1,0 lebar medan tegangan tekan pada arah diagonal dinding tidak simetris.

DAFTAR PUSTAKA Badan Standardisasi Nasional. (2002). Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1726-2002, Badan Standardisasi Nasional. (2002). Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 032002-2847-2002 Budiono, B., Hermani. (2003). ”Model Elemen Hingga Non Linier untuk Karakteristik Panel Dinding Bata Pengisi terhadap Gaya Laterak Siklik”. Proceedings ITB Sains & Teknologi, Vol. 35 A, No 2, hal : 129-145. Dewobroto, W. (2005). ”Analisa Inelastis Portal-Dinding Pengisi Dengan Equivalent Diagonal Strut”. Jurnal Teknik Sipil ITB, Edisi Vol. 12/14 Dowrick, D. J. (1978). Earthquake Resistant Design A manual For Engineers And Architects. Chichester. New York . Brisbane . Toronto , John Wiley & Sons, Inc. FEMA 306. Evaluation of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall Buildings- Basic Prosedures Manual. Prepared by ATC. Redwood City, California. FEMA 307. Evaluation of Earthquake Damaged Concrete and Masonry Wall Buildings- Basic Prosedures Manual. Prepared by ATC. Redwood City, California. S - 470


Lusas Modeller. (2004). User Manual. High Street Kingston-upon-Themes Surrey. Madan, A., Reinhorn, A.M., Mander, J.B., dan Valles, R.E. (1997). ”Modeling of Masonry Infill Panels for Structural Analysis”. J. Struc. Engrs., ASCE, 123(5), p. 604-613. Mehrabi, A.B., Shing, P.B. (1997). “Finnite Element Modeling of Masonry-Infilled RC Frames”. J. Strct. Eng. ASCE, 122(5). p. 604-613. Mehrabi, A.B., Shing, P.B., Schuller, M.P., Noland, J.L. (1996). “Experimental Evaluation of Masonry-Infilled RC Frames”. J. Strct. Eng. ASCE, 122(3). p. 228-237 Paulay, T dan Priestley, M. J. N. (1992). Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Building. Chichester. New York . Brisbane . Toronto : John Wiley & Sons, Inc. Saneinejad, A., & Hobbs, B. (1995). “Inelastis Design of Infilled Frames”. J. Strct. Eng. ASCE, 121(4). p. 634-650 Shing, P. B., Restrepo, J, & Stavridis, A. (University of California, San Diego) ; Willam, K., Mettupalayam, S., & Blackard, B. (University of Colorado, Boulder) ; Billington, S., & Kyriakides, M. (Stanford University). (2006). Seismic Performance Assessment and Retrofit of Non Ductile RC Frames with Infill Wall. NEESRSG : Annual Meeting, July 21-23, 2006, Colorado : University of Colorado, Boulder Stafford Smith, B. (1966). “Behavior of Square Infilled Frames”. J. Struc. Eng., ASCE, Vol. 92. p.381-403.


S - 471


S - 472


ANALISIS PERILAKU PORTAL - DINDING PENGISI MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA DAN EQUIVALENT DIAGONAL STRUT (EDS) ABSTRAK

Recommend Documents