Optimasi dan Penilaian Keandalan Elemen Struktur Baja Sistem Rangka Berpengaku Eksentrik (SRBE)
Oleh: Rokhmad Joni Catur Utomo (3108100004) Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Priyo Suprobo, MS., Ph.D. Ir. Iman Wimbadi, MS.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan ITS Surabaya 2012
1
PENDAHULUAN METODOLOGI HASIL DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN 2
Sistem Rangka Berpengaku Eksentrik (SRBE) / eccentrically braced frames (EBF) + MRF
= CBF
EBF
Optimasi Bobot Struktur Kombinasi Algoritma Genetik dengan SAP2000 (AG-SAP2000) Keandalan Struktur Konsep Deterministik Konsep Probablistik 3
Sistem Rangka Berpengaku Eksentrik (SRBE) / eccentrically braced frames (EBF) Optimasi Bobot Struktur Keandalan Struktur
MRF
CBF
TUJUAN: Mendapatkan bobot struktur yang optimal dengan AG-SAP2000 serta meninjau keandalan dari elemen pada struktur. 3
PENDAHULUAN METODOLOGI HASIL DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN 4
Mulai
Studi literatur dan identifikasi data Permodelan Struktur dan Pembebanan (SAP 2000 v.15)
DESAIN
Optimasi Bobot Struktur Baja (AG-SAP2000)
Kontrol Penampang Portal (AISC 2005)
TIDAK
YA Penilaian Elemen Struktur Portal
ASESMEN
Analisa Daktilitas Safety Factor ( Determination Evaluation)
βindex (Probabilistic Evaluation): A. FOSM B. Monte Carlo
Kesimpulan
Selesai
5
Pemodelan dan Pembebanan struktur Dimana, • PL • PD • QL • QD • PQ
= beban hidup terpusat = beban mati terpusat = beban hidup terbagi-rata = beban mati terbagi-rata = beban gempa lateral
Detail beban pada portal model kedua: Atap As -1 As -2 Terpusat (kg) : - Hidup 10197.16 10197.162 - Mati 25492.91 25492.905 1019.7162 Terbagi rata (kg/m) : - Hidup - Mati 1529.5743 Gempa (kg): 26410.65 26410.65 Lokasi
Detail beban pada atap model pertama: Middle Middle Middle As -2 As -3 As -4 As -1 & As -2 As -2 & As -3 As -3 & As -4 Terpusat (Kg) : - Hidup 206.25 412.5 412.5 412.5 412.5 412.5 206.25 - Mati 552.96 1105.92 1105.92 1105.92 1105.92 1105.92 552.96 100 Terbagi rata (kg/m) : - Hidup - Mati 1268.1 Lokasi
As -1
Lantai 2 As -1 As -2 10197.16 10197.162 25492.91 25492.905 1019.7162 1529.5743 17590.1 17590.1
Lantai 1 As -1 As -2 10197.16 10197.162 25492.91 25492.905 1019.7162 1529.5743 8820.55 8820.55
Detail beban pada lt.1 dan lt. 2model pertama: Middle Middle Middle As -2 As -3 As -4 As -1 & As -2 As -2 & As -3 As -3 & As -4 Terpusat (Kg) : - Hidup 515.625 1031.25 1031.25 1031.25 1031.25 1031.25 515.625 - Mati 3697.32 1394.64 4394.64 1394.64 4394.64 1394.64 3697.32 250 Terbagi rata (kg/m) : - Hidup - Mati 1338.1 Lokasi
As -1
6
Optimasi bobot struktur baja (AG-SAP2000) Pada proses optimasi : Fungsi tujuan atau objective function (objfunc) Mendapatkan bobot struktur yang paling ringan. Batasan Simpangan lantai (< 0,0025 h), Tegangan profil (AISC LRFD 2005), serta Konfigurasi properties profil (tinggi dan lebar profil) yang digunakan pada setiap elemen portal harus beraturan (bagian atas ≤ bagian bawah). Dengan digunakan, 266 profil WF (balok dan kolom, dan 332 profil HSS (bresing)
Kemungkinan kromosom yang dapat dihasilkan: 12266 x 3332 kromosom (model 1) 9266 x 3332 kromosom (model 2)
7
Optimasi bobot struktur baja (AG-SAP2000) 12
9
Inisialisasi 3
6
15
9
15
6
4
Inisiasi populasi 11
8
8
Run SAP2000 2
Hitung Fitness Seleksi Crossover Mutasi
14
5
14
5
2
10
7
1
4
13
7
13
4
1
Model Pertama Kode KromosomIndividu 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
134145153105174151085045065153088245067057258 153 105 123 145 174 151 085 045 065 153 088 245 067 057 Generasi baru
15 258
8
Optimasi bobot struktur baja (AG-SAP2000) Inisialisasi Inisiasi populasi
134154
45
143045
143054
145054
Run SAP2000
143045
54
134154
134154
134151
Hitung Fitness
241105
21
143045
141105
141105
Seleksi
145098
11
241105
243045
143045
fitness
Crossover Mutasi
Generasi baru
Proses optimasi dengan algoritma genetik dilakukan dengan parameter: 50 individu awal, 300 generasi, 0,8 crossover dengan 1 cut point, mutasi 0,005, elitisme 25% dan menggunakan seleksi roulette wheel. 9
Optimasi bobot struktur baja (AG-SAP2000) I n i s i a l i s a s i
6
9
3
3
9
5
2
2
8
8
4
1
1
7
7
Model Pertama Kode Kromosom Individu 1
2
3
4
5
6
7
8
9
123
145
153
105
174
151
085
045
065
10
Penilaian Keamanan Elemen Struktur Konsep Determiniistik
Safety factor
Konsep Probabilistik
Beta indeks, reliability
SIMULASI MONTECARLO
11
Penilaian Keamanan Elemen Struktur START
DATA TAHANAN: uR1, sR1, uR2, sR2,
INPUT DATA:
Fungsi Resistance: *R = (x1 / bFy ) * (x2 / bAg) *Rrand = R (r1, r2)
DATA BEBAN: uL1, sL1, uL2, sL2, uL3, sL3, bFy, bAg, bDL, bLL, bEL
Fungsi Load: *L = (x1 / bDL ) + (x2 / bLL) + (x3 / bEL) *Lrand = L ( l1,l2,l3) *Mrand = Rrand – Lrand
EXACT SOLUTION
SEMI EXACT SOLUTION
SIMULATION SOLUTION
Safety Factor
Beta indeks eksak= μg/σg Beta indeks semi eksak= (μg)/ (σR^2+σL^2)^0,5
Risk = nfail/NRnumber Reliability = 1- Risk Beta Indeks simulasi = normsinv (reliability)
FINISH
11
PENDAHULUAN METODOLOGI HASIL DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN 12
Hasil Optimasi P ME OR D T E A L M A
Kode kromosom
6800,67 kg
Kode kromosom MK OE D D E U L A
105105103105104101085085085103088246067067228
093093038039039011041041283
4984,35 kg
13
Tipe Outside Column
P ME OR D T E A L M A
Inside Column Outside Beam Inside Beam Brace
Tipe
MK OE D D E U L A
Column
Beam
Brace
Frame 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Frame
Profil W18X55 W18X55 W18X46 W18X55 W18X50 W18X35 W16X26 W16X26 W16X26 W18X46 W16X40 W5X19 HSS12X6X.250 HSS12X6X.250 HSS5X5X.1875
Profil
1
W16X77
2 3
W12X50 W12X45
4
W12X50
5 6
W12X50 W10X45
7
HSS10X8X.3125
8
HSS10X8X.3125 HSS7X7X.375
9
14
Kontrol Penampang Profil Link : Klasifikasi profil (seismically compact) Kuat rencana geser link Sudut rotasi link Bresing Klasifikasi profil (compact) Kuat aksial, kuat lentur, serta kombinasi Balok luar link
Peraturan AISC-LRFD 2005 dalam perencanaan bangunan baja EBF
Kuat aksial, kuat lentur, serta kombinasi Kolom Klasifikasi profil (seismically compact) Kuat aksial
15
Kontrol Interstory Drift P ME OR D T E A L M A
MK OE D D E U L A
Drift : lantai pertama = 2,881 × 10-3 m, lantai kedua = 3,626 × 10-3 m, lantai ketiga = 5,843 × 10-3 m.
Batasan: 0,0025 x 4 = 10 × 10-3 m
Drift : lantai pertama = 6,256 × 10-3 m, lantai kedua = 6,313 × 10-3 m, lantai ketiga = 5,355 × 10-3 m.
Batasan: 0,0025 x 3,5 = 8,750 × 10-3 m
16
Analisa Daktilitas P ME OR D T E A L M A
MK OE D D E U L A
Nilai daktilitas (Δm / Δy) = 14,96/4,8 = 3,11
Nilai daktilitas (Δm / Δy) = 13,28/4,2 = 3,16 17
Penilaian Keamanan Elemen D E T E R M I N I S T I K
MODEL KEDUA
MODEL PERTAMA
18
Penilaian Keamanan Elemen P R O B A B I L I S T I K
Rata-rata tahanan global Rata-rata beban global Reliability Beta indeks simulasi
= 124537,158 = 79816,671 = 0,99999 = 4,265
kg kg
= 163541,283 = 28586,354 = 0,98309 = 2,122
kg kg
MODEL PERTAMA
Rata-rata tahanan global Rata-rata beban global Reliability Beta indeks simulasi
MODEL KEDUA
19
PENDAHULUAN METODOLOGI HASIL DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN 20
OPTIMASI Proses optimasi dengan tiga batasan (tegangan elemen, interstory drift, dan konfigurasi properties penampang) berhasil dilakukan, dengan didapatkan MODEL PERTAMA : o bobot struktur = 6800,67 kg o nilai daktilitas = 3,112 MODEL KEDUA : o bobot struktur = 4984 kg o nilai daktilitas = 3,16 Kofigurasi tinggi dan lebar profil pada semua elemen sesuai dengan batasan yang digunakan. Dengan menggunakan batasan tinggi dan lebar profil juga dihasilkan area , I33, dan Z33 yang seragam selama proses optimasi selesai (300 generasi).
ASESMEN Elemen bresing yang ditinjau, didapatkan, MODEL PERTAMA : Reliability = 0,99999 MODEL KEDUA : Reliability = 0,98309 Dengan nilai reliability antara 0-1, profil yang ditinjau termasuk andal. Simulasi ini bisa dikembangkan lagi untuk persamaan-persamaan yang lebih kompleks.
21
22
