Gambar 4.93. Gambar 4.94. Gambar 4.95. Gambar 4.96. Gambar 4.97.
Gambar 4.98. Gambar 4.99.
Gambar 4.100.
Gambar 4.101.
Gambar 4.102.
Gambar 4.103.
Gambar 4.104. Gambar 4.105.
Gambar 4.106. Gambar 4.107. Gambar 4.108.
Gambar 4.109.
Hubungan Stabilized loop level-persentase kekakuan siklus (%Kc) ......................................................... Hubungan Stabilized loop level-Hysteresis Energy ................................................................................. Hubungan Stabilized loop level-Potential Energy ................................................................................. Hubungan Stabilized loop level-EVDR ................................ Proses uji siklik sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja dikarter ......................................................................... Skema splitting yang terjadi pada bambu bambu laminasi akibat uji siklik ...................................................... Kerusakan yang terjadi pada sambungan balokkolom struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja dikarter saat mendekati beban leleh ...................... Splitting dan kerusakan yang terjadi pada balok struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja dikarter saat beban ultimit ............................................. Rotasi balok dan alat sambung yang terjadi pada uji siklik sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja polos .................................................................................. Tahanan momen -rotasi join sambungan sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi menggunakan konektor pelat baja dikarter dan baut dengan parameter kurva hysteresis model Kivell ........................................................ Tahanan momen -rotasi join sambungan sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi menggunakan konektor pelat baja polos dan baut dengan parameter kurva hysteresis model Kivell ........................................................ Geometri model numerikal sambungan balokkolom struktur bambu laminasi ............................................ Meshing model 3d solid analisis numerikal sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi ............................................................................... Definisi grup kontak elemen ................................................ Definisi kontak elemen, contact surface, dan contact pair.......................................................................... Hubungan reaksi arah sumbu y dan displacement arah sumbu y, tegangan sumbu y dan model pasca runtuh........................................................ Hubungan tahanan momen-rotasi joint sambungan hasil ekperimen (benda uji BC-PDC; BC-PD-C dan BC-PP-C) dan hasil numerikal ..................
xxi
187 189 190 191
194 195
196
196
197
198
198 201
202 202 203
204
205
Gambar 4.110. Gambar sambungan bambu laminasi -pelat bajabambu laminasi pada tiga mode kelelahan ........................... 210 Gambar 4.111. Gambar joint sambungan, tahanan momen kelompok (Mk) dari gabungan beberapa tahanan lateral baut (ZM,j)................................................................. 212
xxii
DAFTAR NOTASI A λ C C d E Ed EL ER ET Ec// ET// ES// F FBolt fe FM,j Fyb Fe GLT GRT I l Ke Kc Kp ko λ1.ko λ2.k L lb M Mux MC Mk MOE MOR Myb n P Poff5%
luas penampang faktor waktu faktor aksi kelompok nilai koreksi geometrik diameter baut modulus elastisitas energi disipatif modulus elastisitas arah longitudinal modulus elastisitas arah radial modulus elastisitas arah tangensial modulus elastisitas tekan sejajar serat modulus elastisitas tekan tegak lurus serat modulus elastisitas tarik sejajar serat modulus elastisitas tarik tegak lurus serat modulus elastisitas geser sejajar serat gaya gaya pretension baut kuat tumpu baut gaya baut equivalen dengan tahanan lateral baut kuat lentur leleh baut kuat tarik baja modulus rigiditas longitudinal-tangensial modulus rigiditas radial-tangensial momen inersia penampang panjang bentang kemiringan kurva beban-lendutan pada daerah elastik kekakuan siklus kemiringan kurva beban-lendutan pada daerah pasca beban batas proporsional kekakuan elastik kekakuan bilinier pasca elastik kekakuan unloading panjang bentang balok panjang baut momen lentur momen lentur terfaktor moisture content atau kadar air tahanan momen joint modulus of elasticity modulus of rapture momen lentur baut jumlah baut beban terpusat beban offset 5%
xxiii
Pu q r1 Rl Rm Ru smaks S SG t TMl TMm TMu Tu V Wbasah Wef Wkering y Z Zk ε εc// εcu// εu// σ σb σ bp σ bu σ c// σ cu// σ e//
σ T// σ s// θ ϕ τ τlim µ µu
beban ultimit faktor q radius baut ke titik pusat kelompok baut rotasi saat beban leleh rotasi saat beban maksimum rotasi saat beban ultimit jarak antar baut maksimum modulus penampang balok utuh specific gravity tebal benda uji tahanan momen leleh tahanan momen maksimum tahanan momen ultimit gaya tarik terfaktor volume benda uji pada kondisi kering udara berat benda uji pada kondisi sebelum dikeringkan (kering udara) modulus penampang efektif sistem laminasi-paku berat benda uji pada kondisi setelah dikeringkan (kering oven) jarak dari garis netral ke serat tepi terluar tahanan lateral tahanan lateral konektor baja dan baut regangan regangan tekan sejajar serat regangan ultimit tekan sejajar serat regangan ultimit tarik sejajar serat regangan tekan tegak lurus serat tegangan kuat lentur balok utuh kuat lentur pada batas proporsional kuat lentur pada batas ultimit kuat tekan sejajar serat kuat tekan tegak lurus serat kuat ultimit tekan sejajar serat kuat tumpu sejajar serat kuat tumpu tegak lurus serat kuat tumpu untuk beban bersudut terhadap serat kuat tumpu kayu kuat tarik sejajar serat kuat tarik tegak lurus serat kuat geser sejajar serat sudut antara arah beban terhadap arah serat faktor tahanan sambungan tegangan geser equivalen tegangan geser batas daktilitas daktilitas struktur global
xxiv
µs γ vLT vTL vLR vRL vRT vTR Δ Δo Δu Δy ZM,j
koefisien gesek statik faktor pengali beban rasio Poisson longitudinal-tangensial rasio Poisson tangensial-longitudinal rasio Poisson longitudinal-radial rasio Poisson radial-longitudinal rasio Poisson radial-tangensial rasio Poisson tangensial-radial perubahan panjang panjang mula-mula lendutan ultimit lendutan leleh tahanan lateral baut
xxv
DAFTAR ISTILAH Dikarter
: pengkasaran permukaan material membentuk mikro piramida yang runcing, dibentuk dengan menggunakan alat mesin fraise mata pisau V. istilah ini sudah dibahasa Indonesiakan dan banyak digunakan dibidang ilmu Teknik Mesin.
Dowel
: alat sambung pasak sejenis baut, paku, sekrup dan pin-dorong.
Embedment
: deformasi atau penurunan yang terjadi pada material akibat desakan dowel.
Kuat tumpu/ embedding strength
: kuat batas dari material di sekeliling lubang yang terbebani tekan oleh dowel.
Longitudinal serat bambu : sumbu yang sejajar dengan arah tumbuh (vertikal) bambu. Radial serat bambu
: sumbu pada penampang melintang bambu dari dalam menuju kulit bambu.
Tahanan lateral sambungan : kekuatan lateral sambungan yang bekerja tegak lurus terhadap sumbu longitudinal alat sambung. Tangensial serat bambu
: sumbu pada penampang melintang bambu yang bersinggungan dengan arah radial.
xxvi
INTISARI Bambu laminasi merupakan rekayasa bahan bangunan dari perekatan bilahbilah bambu, yang memiliki keunggulan dapat dibuat berbagai ukuran, sifat mekanika yang lebih baik dibandingkan dengan bahan dasarnya dan berpotensi baik sebagai alternatif pengganti kayu. Aplikasinya sebagai bahan bangunan gedung bertingkat menarik untuk dikembangkan. Sambungan merupakan bagian terlemah dan membutuhkan perhatian khusus, sehingga diperlukan penelitian sambungan struktur bambu laminasi dalam rangka mendapatkan struktur yang aman terhadap berbagai pembebanan. Dalam penelitian ini difokuskan pada bambu laminasi-pelat baja dikarter-bambu laminasi (BL-PD-BL). Pelat baja dikarter berfungsi sebagai konektor sambungan dan frictional damper struktur bambu laminasi menggunakan alat sambung baut. Lingkup penelitian adalah pengaruh sudut beban terhadap arah serat pada nilai kuat tumpu, spasi sambungan bambu laminasi, tahanan lateral acuan (Z) BL-PD-BL menggunakan alat sambung baut, pengaruh pelat konektor dikarter, perilaku sambungan momen dan balokkolom akibat beban monotonik dan siklik. Dalam penelitian ini bambu laminasi terbuat dari bambu petung dan perekat UA 181. Uji awal sifat mekanika bambu laminasi bertujuan untuk mendapatkan model perilaku nonlinear bahan, mengacu pada ASTM D2395 dan ASTM D143. Uji mekanika alat sambung pelat dan baut mengacu ASTM E8 dan ASTM F 1575-03. Tahap penelitian berikutnya adalah uji kuat tumpu bambu laminasi, tahanan lateral acuan (Z) BL-PD-BL menggunakan alat sambung baut. Uji tahanan lateral mengacu pada ASTM D5764, NDS dan Eurocode5. Permukaan pelat baja dikarter diperoleh dari pengkasaran permukaan pelat menggunakan mesin fraise dengan mata pisau V 600. Sambungan struktural berupa sambungan momen dan balok-kolom dilakukan uji eksperimental dan analisis numerikal. Uji eksperimental sambungan momen berupa uji monotonik 4 titik perletakan sendirol pada dua buah balok bambu laminasi dimensi 80×150×1500 mm3 disambung menggunakan alat sambung pelat konektor baja dimensi 8×150×300 mm3 dan baut diameter 12,2 mm. Sambungan balok-kolom digunakan balok dimensi 80×150×1000 mm3 dan kolom penampang ganda dimensi 80×150×800 mm3 menggunakan pelat konektor baja dimensi 8×150×300 mm dan baut diameter 12,2 mm, di uji monotonik dan siklik menurut ISO 16670-2003. Analisis numerikal menggunakan elemen hingga nonlinier. Perilaku mekanika bambu laminasi pada analisis numerikal dimodelkan sebagai bahan nonlinier plastic orthotropic material, pelat baja dan baut dimodelkan sebagai elasto-plastik bilinier. Pemodelan analisis numerikal menggunakan 2D plane stress dan 3D elemen solid, kontak elemen dan pembebanan kontrol displacement. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat tumpu bambu laminasi dipengaruhi secara nyata oleh sudut beban terhadap arah serat (loading-to-grain angle). Kuat tumpu menurun seiring dengan perubahan sudut beban dari sejajar menuju tegak lurus serat. Hasil uji ini dapat dianalisis dengan formula Hankinson konstanta m=2 dan angka r = 0,985. Jarak ujung pada daerah tekan boleh lebih pendek 33% dibandingkan dengan ketentuan konstruksi kayu. Hasil pengujian dan analisis numerikal ini menguatkan persyaratan spasi antar baut berdasarkan ketentuan
xxvii
SNI-5 2002 dapat diaplikasikan pada sambungan struktur bambu laminasi. Tahanan lateral sambungan baut sejajar serat lebih tinggi 8,38% - 11,81% daripada arah tegak lurus serat, baik dengan pelat polos maupun pelat dikarter. Tahanan lateral pelat konektor dikarter lebih tinggi 8,05% - 20,22% daripada pelat konektor polos. Perlakuan pelat dikarter meningkatkan kekakuan sambungan baut sejajar arah serat dan tegak lurus serat berturut-turut sebesar 93,6% dan 63,38%. Konektor pelat dikarter pada sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi meningkatkan tahanan momen leleh, kekakuan elastis struktur (Ke), hysteresis energy (HE), energi potensial, energi disipasi masing-masing sebesar 31,28%; 33,12%, 28,82%, 20,48%; 5,89% dibandingkan konektor pelat polos. Perilaku sambungan struktur bambu laminasi sangat dipengaruhi oleh sifat mekanika bahan terutama kuat tarik tegak lurus arah serat. Analisis numerikal dapat bersesuaian dengan perilaku sambungan bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi menggunakan alat sambung baut. Model elemen hingga menggunakan elemen kontak, geometri dowel dan material bambu laminasi yang tepat berpengaruh besar pada hasil analisis numerikal. Kata kunci: bambu laminasi, pelat dikarter, kuat tumpu, tahanan lateral, bahan nonlinier
xxviii
ABSTRACT Laminated bamboo is a building-material engineering from bamboo splits, which excellence is that it can be made to be various sizes, its mechanical properties is better compared with its basic materials and it is a good potential alternative to wood. Its application as multi-storey building materials is interesting to be developed. The joint is the weakest part and requires special attention, so that the research regarding to the joint structure of laminated bamboos is needed in order to obtain a safe structure to a variety of loadings. The current study focused on laminated bamboo-dikarter steel plate-laminated bamboo (BL-PDBL). Dikarter steel plate serves as a joint connector and frictional damper of laminated-bamboo structure using bolts. The scope of the study is the effect of loading to grain angle of bearing strength, laminated-bamboo-joint space, lateral reference resistance (Z) BL-PD-BL using bolts, the effect of dikarter connector plates, mechanic behavior of moment connection and beam-column due to cyclic and monotonic load. In this study, laminated bamboo was made from petung bamboo and UA 181 adhesive. The initial test on characteristic of laminated bamboo aims to the nonlinear behavior model of materials, refering to ASTM D2395 and ASTM D143. The mechanic test of plate and bolt refers to ASTM E8 and ASTM F 157503. The next research step was test of bearing strength, lateral reference resistance (Z) BL -PD -BL using the bolts. The lateral resistance test refers to ASTM D5764, NDS and Eurocode5. The surface of dikarter steel plate was obtained from coarsening the plate surface using a fraise machine with blade V 600. The structural connections of the moment and beam-column joint was tested experimentally and analyzed numerically. Experimental test of a moment joint was monotonic test on 4 restraint points of pin-roll on two laminated bamboo beam with the dimension of 80×150×1500 mm3 that was connected using steel plate with the dimension of 8×150×300 mm3 and 12.2 mm-diameter bolts. The beam-column joint used the beam with the dimension of 80×150×1000 mm3 and double- cross-section column with the dimension of 80×150×800 mm3 using steel plate with the dimension of 8×150×300 mm and 12.2 mm-diameter bolts, in monotonic and cyclic tests according to ISO 16670-2003. The numerical analysis used nonlinear finite element. Mechanical behavior of laminated bamboo in the numerical analysis was modeled as nonlinear plastic orthotropic material, steel plates and bolts were modeled as elasto-plastic bilinear. The modeling of numerical analysis used 2D plane stress and 3D solid element, a contact element and a displacement control load. The results showed that the bearing strength of laminated bamboo was significantly influenced by loading-to-grain-angle. The bearing strength decreased with the changes of the load angle from the parallel to the perpendicular to grain. The test results could be analyzed with the constant of Hankinson formula m= 2 and r= 0.985. The end distance on pressure area might be shorter 33% than the wood construction requirements. This result of testing and numerical analysis that strengthened the requirements of space among bolts based on the provision SNI-5 2002 can be applied to the structure connection of laminated bamboo. The lateral
xxix
resistance of bolt connection parallel to grain was higher 8.38%-11.81% than perpendicular to grain, both with plain plate and dikarter plate. The lateral resistance of dikarter connector plate was higher 8.05%-20.22% than plain connector plate. The treatment of dikarter plate increased the stiffness of the connection of parallel to grain and perpendicular to grain about 93.6% and 63.38% respectively. The dikarter plate connector on beam-column connection of laminated bamboo structure increased yield moment resistance, elastic rigidity of structure (Ke), hysteretic energy (HE), potential energy, and dissipation energy respectively about 31.28%, 33.12%, 28.82%, 20.48%, 5.89% compared to the plain plate connector. The behavior of structure connection of laminated bamboo was strongly influenced by mechanic characteristic of material, mainly tensile strength perpendicular to grain. The numerical analysis can correspond to the connection behavior of laminated bamboo-dikarter steel plate-laminated bamboo using bolts. The finite element model used contact element, dowel geometry and the appropriate material of laminated bamboo that strongly influenced the result of numerical analysis. Keywords: laminated bamboo, dikarter plate, bearing strength, lateral resistance, nonlinear material
xxx
