PERANCANGAN, PEMBUATAN DAN PENGUJIAN MODEL AEROELASTIS PENAMPANG JEMBATAN BENTANG PANJANG
TESIS MAGISTER
OLEH SENOT SANGADJI 25098088
BIDANG KEAHLIAN REKAYASA STRUKTUR PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2001
Ir. I Wayan Tjatra, M.Sc., Ph.D. NIP: 131476 535
ABSTRAK
Dalam interaksinya dengan angin jembatan bentang panjang bertumpu kabel menghadapi problem yang muncul dalam beberapa gejala aeroelastis. Masalah-masalah ini dapat dipecahkan dengan membuat kajian eksperimental. Pengujian yang dilakukan bertujuan untuk menentukan koefisien-koefisien gaya angkat, gaya tahan dan momen dan menentukan batas kestabilan dinamik penampang. Penelitian ini dilakukan dengan merancang model penampang yang merupakan potongan dua dimensi gelagar jembatan hasil studi kelayakan jembatan selat sunda. Model dikembangkan untuk 4 variasi fairing. Model fisik dibuat dengan bahan utama serat kaca. Kesamaan dinamik aliran dan kesamaa:n karakter dinamis struktur purwarupa dipertahankan melalui beberapa bilangan nondimensional. Penentuan koefisien aerodinamik dilakukan dengan metode keseimbangan dimana gaya-gaya aerodinamika diukur dengan strain gages balance. Penentuan .atas kestabilan flutter dilakukan dengan menggunakan metode Zimmerman yang diturunkan dari kriteria keshbilan Routh-Hurwitz Hasilnya nampak ada suatu urutan sensitifiitas tingkat kestrtilan untuk variasi penampang dengan representasi kecepatan kntis flutter. Kata kunci : jembatan bentang panjang, gejala aeroelastis, koefisien aerodinamik, batas kestabilan dinamik, model penampang, metode Zimmerman.
ABSTRACT
In the wind-structure interaction, long span cable supported bridge have problems which is called aeroelastic phenomena. One of the solution of these problem is experimental studies. Experiment was carried out in this thesis to determine coefficients of lift, drag and aerodynamic moment and to determine the dynamic stability boundary of bridge section. Research was carried out by designing 2 D typical section of the bridge which is a result of Sunda strait feasibility study. Model is developed for 4 fairing variation. The physical model is made from glass fiber as a principal material. Flowfield dynamic similarity and structural dynamic character similarity is maintain trough nondimensional number. Determination of aerodynamic coefficients was carried out using balance method whereas aodynamic forces is measured by strain gages balance. Flutter margin is determined using Zimmerman method which is derived from Routh-Hurwitz dynamic stability criterion. Results show degree of stability sensitifity for sectional shape variation, represented by critical flutter speed. Keywords : long span cable supported bridge, aeroelastc phenomena, aerodynamic coefficients, dynamic stability criteria, sectional model, Zimmerman method.
BAB 6 KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
Rangkaian penelitian selalu diakhiri dengan kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian tersebut. Bab ini pun mengakhiri penelitian eksperimental model penampang jembatan ini dengan menarik beberapa simpulan yang didasarkan pada tujuan dan permasalahan yang diangkat sejak awal proposal penelitian ini diajukan. Rekomendasi yang perlu, disajikan juga, terutama untuk mengatasi kendala clan memperbaiki kinerja penelitian ini. 6.1 Kesimpulan 6.1.1
Karakteristik penampang Karakteristik penampang dapat dinyatakan secara kuantitatif dalam bentuk koefisien-koefisien aerodinamika penampang, yakni koefisien gaya angkat, koefisien gaya tahan dan koefisien momen. Pengukuran telah dilakukan dan menghasilkan pula kurva koefisien tersebut diatas sebagai fungsi sudut serang. Dari kurva ini dapat dibuat turunan nilai koefisien terhadap sudut serang. Dengan demikian tersedia data yang cukup untuk dapat melakukan perhitungan quasi-empirical terhadap gejala-gejala kestabilan statik struktur, menentukan besar beban statik ratarata dan membantu mengidentifikasi besar beban buffet serta mensubstitusi peubah-peubah pada persamaan gejala-gejala aeroelastis; lihat bab 2. 6.1.2 Perilaku dan kinerja kestabilan penampang Secara umum dapat dinyatakan bahwa bentuk penampang merupakan faktor penentu sensitifitas penampang terhadap perilaku ketidakstabilan. Ini dibuktikan secara obyektif bahwa ada suatu urutan kinerja kestabilan secara prediktif berdasarkan suatu kriteria tertentu. Kriteria batas kestabilan ini menghasilkan
prediksi model 4 paling sensitif dengan kecepatan flutter 125.199 m/s. Metode Zimmerman untuk penentuan batas kritis cukup sederhana dan praktis, dan nampaknya menghasilkan harga prediksi yang tidak jauh berbeda dengan metode analitik. 6.1.3 Pemodelan Model yang dirancang telah cukup baik merepresentasikan perilaku purwarupanya. Model dirancang memenuhi kriteria similaritas geometris dengan rasio 1:100, dengan tingkat presisi ke semua arah koordinat model sangat tinggi. Model fisik dengan pilihan bahan glass fiber cukup ringan dan mampu menahan beban-beban lingkungan dengan baik. Beberapa kecelakaan yang menimpa model dapat ditahan tanpa mengubah bentuk secara permanen. Kriteria kesamaan dinamis aliran antara model dengan purwarupa dapat dipenuhi sampai tingkat yang dapat diterima dengan mempertahankan bilangan Reynolds dan bilangan Strouhal, sebagai hasil analisis nondimensional. Karakteritik dinamis jembatan pun dapat diwakili pada model dengan merancang setup yang baik. Rasio frekuensi alami pertama untuk modus getar yang dipilih pada purwarupa dapat direpresentasikan dengan baik pada konfigurasi pegas dan massa model, sekalipun terdapat offset pada nilai frekuensi aktual terhadap frekuensi yang direncanakan. 6.2 Rekomendasi 6.2.1 Pemodelan Kualitas produksi model sudah sangat baik dan presisi. Namun dalam perancangan dan produksi pegas untuk menggantung model pada uji batas flutter, perlu diperhatikan secara serius. Kekakuan masing-masing pegas haruslah seragam untuk menjamin asumsi simetri yang dipegang pada metode eksperimental sectional model. Kekakuan pegas ini pun harus diusahakan sangat dekat dengan perhitungan perencanaan sehingga konfigurasi kekakuan seluruh struktur pun tidak akan meleset terlampau jauh dari perencanaan. Ukuran model perlu dikaji dan mendapat penyesuaian dengan fasilitas uji, sebab pada penelitian ini ukuran model membuatnya
memiliki blockage rasio yang cukup besar sehingga mengurangi akurasi pengukuran. 6.22 Kualitas pengujian Kualitas pengujian perlu ditingkatkan atau setidaknya dijaga agar tidak terjadi degradasi kualitas. Bentuk eksperimen seperti ini seringkali melibatkan detil yang amat banyak sehingga kualitas keseluruhan sistem perlu dijaga optimal. Rasio ukuran model terhadap seksi uji juga perlu mendapat perhatian, karena pengalaman dalam penelitian ini, ukuran model yang terlalu besar membuat aliran mengalami blockage yang menggangu. Pola aliran akan memberikan gaya dinamis tambahan sehingga se-ring menciptakan noise yang berlebihan. Akibatnya sinyal gerakan yang terekam bukan merepresentasikan gerakan struktur pada modus yang ditinjau. lsolasi atau filterisasi sinyal dapat dilakukan jika sungguhsungguh dapat diketahui sumber noise sinyal yang tidak diinginkan. 6.23 Kajian-kajian bane Kajian-kajian baru dapat dimulai dari penelitian ini, antara lain 1. Visualisasi aliran, sehingga dapat diketahui pola aliran yang bekerja pada jembatan, baik pada saat jembatan pada kondisi statik maupun kondisi dinamik. Ini penting dilakukan untuk memperoleh kajian relasional antara gaya yang bekerja dengan pola aliran yang terbentuk. Mungkin pula dapat dilakukan dengan bantuan water channel sehingga visualisasi dapat dilakuan dengan teknik yang lebih mudah dan ekonomis. 2. Kajian terhadap perilaku gejala-gejala aeroelastis lainnya seperti vortex indurred dan lock-in phenomena. 3. Pengembangan basis-data berbagai parameter untuk berbagai jenis penampang dapat dilakukan dengan ekstensifikasi penelitian. Dengan demikian akan semakin dapat dipelajari secara ekstensif karakter-karakter dan kinerja aeroelastis berbagai bentuk penampang. Ini juga akan menunjang kepentingan desain jembatan bentang panjang dimasa datang. 4. Kajian penerapan teknik kendali pada struktur jembatan juga dapat dimulai. Teknik kendali dengan menambah aerodynamic appendages, baik yang bekerja secara aktif maupun pasif dapat dipelajari.
