Upload
bounty-mahendra
View
69
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
OLEH:I PUTU HARIE MAHENDRA
0604105035
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK UNUD
2011
PEMODELAN PELAT JEMBATAN DEK BAJA YANG DIPERKUAT OVERLAY
BETON DENGAN SAP2000
LATAR BELAKANG
Penanganan kerusakan pelat jembatan dengan perkuatan overlay beton karena lebih efisien
Pengujian pelat di Lab hasilnya terbatas karena keterbatasan alat.
Perlu pemodelan komputer untuk dapat mengetahui perilaku struktur yang lebih lengkap dari tes Lab.
RUMUSAN MASALAH
Bagaimana cara memodel pelat 3-D menggunakan program SAP2000 v14.
Apakah pemodelan SAP2000 v14 mampu menirukan perilaku stuktur.
TUJUAN DAN MANFAAT PENULISAN
Dapat membuat model 3-D pelat jembatan dek baja yang diperkuat overlay beton dan untuk mengetahui perilaku struktur pelat dengan pemodelan elemen hingga SAP2000 v14.
Dengan pemodelan SAP2000 v14 diharapkan dapat diperoleh perilaku pelat yang lebih lengkap tanpa melakukan tes Lab.
BATASAN MASALAH
Data pelat yang dimodel sesuai dengan data pelat yang diuji pada penelitian di Lab.
Beton pelat dasar dan beton overlay dianggap berinteraksi sempurna, karena permukaan pelat dasar sudah dikasarkan dan menggunakan baut sebagai penghubung.
Penulangan yang dimodel pada pelat dasar hanya tulangan atas.
TINJAUAN PUSTAKA
Hubungan Interaksi Pelat Beton dengan Overlay
Struktur komposit terdiri dari komponen pelat beton bertulang dan overlay, bila kedua komponen digabungkan, akan terjadi hubungan interaksi antara permukaan bagian bawah overlay dengan permukaan bagian atas pelat beton. Konsep sruktur komposit dibagi menjadi:
Tidak ada interaksi (No interaction) Interaksi sempurna (Full interaction) Interaksi sebagian (Partial Interaction)
Distribusi Regangan Pelat TakKomposit
• Tidak ada ikatan
• Terdapat 2 garis netral
• Kekuatan yang dihasilkan kecil
Distribusi Regangan Pelat Komposit Interaksi Sempurna
• Terjadi interaksi sempurna
• Terdapat 1 garis netral
• Kekuatan meningkat
Distribusi Regangan Pelat Komposit Interaksi Sebagian
Kejadian di antara keadaan pelat yang tidak komposit dengan pelat yang komposit sempurna.
Pelat Beton Bertulang yang Diperkuat Overlay Beton
•Pelat satu arah beton bertulang komposit antara beton cor setempat dan overlay setebal 23 mm dengan penahan geser berupa baut, dimana penahan geser disebar merata sepanjang pelat.• f’c beton pelat dan overlay 25 Mpa, mutu tulangan bawah dan
atas 320 Mpa.
Hubungan Beban Lendutan Pelat Kontrol Hubungan Beban Lendutan Pelat Perkuatan
• Pelat dengan perkuatan overlay memiliki kekuatan 60% lebih besar dari pelat kontrol
• Hasil LUSAS bersesuaian dengan hasil tes Lab (sebelum
pelat retak)
Penelitian Perkuatan Pelat Dek Baja dengan Overlay Beton
• Pelat menerus di atas tiga perletakan sendi dengan ukuran 500 x 1400 x 95 mm dengan beton overlay setebal 35 mm.•fy dek baja 550 Mpa, f’c beton pelat dasar 25 Mpa, mutu
tulangan 320 Mpa.f’c beton overlay 35 Mpa, mutu tulangan beton overlay fy 550 Mpa.
0
50
100
150
200
250
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
Beba
n, k
N
Lendutan, mm
Lusas-PK Lusas-PP3HLusas-PP7H Lusas-PP28HExpt-PK Expt-PP3HExpt-PP28H Expt-PP7H
• Perkuatan pelat dengan overlay beton berhasil meningkatkan kekuatan rata-rata sebesar 50% dan kekakuan sebesar 260%.
• Pelat dengan perkuatan overlay yang diberi pembebanan awal pada pelat dasar, menunjukkan kekuatan dan kekakuan yang sama dengan pelat dasar tanpa pembebanan awal.
• Hasil pemodelan LUSAS memperlihatkan hasil yang lebih kaku dari hasil Lab.
TINJAUAN PUSTAKA
1. Pemodelan Elmen Hingga• MEH: metode numerik untuk menyelesaikan permasalahan teknik
dan matematis• Program SAP2000 merupakan pogram yang dirancang untuk
analisis dan desain struktur yang didasarkan pada konsep MEH.• Pada SAP2000 ada beberapa element yang akan dimanfaatkan
pada tugas akhir ini yaitu:− Element frame, element satu dimensi.− Element shell, element bidang untuk pemodelan struktur shell− Element Solid, element untuk memodel struktur padat sebagai
model 3-D
2. Modulus Elastisitas BetonDicoba memodel pelat dengan E material beton non linier. Nilai E diperoleh dari grafik hubungan tegangan regangan beton seperti pada gambar berikut.
Nilai E yang digunakan adalah nilai E untuk beton A (pelat dasar) dan beton B (overlay).
Nilai E dari masing-masing beton dibagi yaitu E1, E2, E3, E4.
PEMODELAN
Penetapan Model Pelat
Dibuat dua model:1. Model I => model pelat dek baja tanpa overlay beton
bertulang 2. Model II => model pelat dek baja dengan overlay beton
bertulang. Langkah Pemodelan
Langkah pemodelan dengan SAP2000 v14:1. Menentukan geometri pemodelan sesuai dengan pelat uji.2. Memasukkan karakteristik material dengan menu define
materials. Pada tugas akhir ini dilakukan pemodelan dengan nilai E material beton yang sama maupun dengan nilai E material beton yang bervariasi (non linier).
Pada pemodelan pelat dengan nilai modulus elastisitas (E) beton bervariasi:Beton A untuk beton pelat dasar dan beton B untuk beton pada overlay. Didapat nilai E material beton sebagai berikut:Beton A (pelat dasar):E1= 27579 Mpa; E2 = 22063,25 Mpa; E3 = 18911,35 Mpa; E4 = 11204 MpaBeton B (overlay):E1 = 25071,844 Mpa; E2 = 22888,88 Mpa; E3= 21938,2 Mpa; E4 = 16251,43 Mpa
Untuk pelat dasar:E1 => 0-29 KNE2 => 30-69 KN E3 => 70-104 KN E4 => 105-135 KN
Untuk overlay:E1 => 0-54 KNE2 => 55-104 KN E3 => 105-154 KN E4 => 155-200 KN
3. Pada menu define-section properties dilakukan input karakteristik: •Beton pelat dan overlay => element solid•Dek baja => element shell
• Penulangan => element frame4. Pemodelan Pelat
Penentuan area element dengan memanfaatkan fasilitas Drawing/Drafting Control . Adapun proses penentuannya adalah dengan menggambar pada tampak XZ. Berikut gambar area pelat yang telah dipilih.
Model pelat dalam bentuk 3-D diperoleh dengan mengekstrude area (klik Edit - Extrude - Extrude Areas To Solids) sesuai dengan panjang pelat dan dibagi menjadi beberapa element solid.
5. Meshing AreaTerlebih dahulu dilakukan penambahan element shell ke bagian bawah pelat dimana posisi metal dek berada. Fasilitas yang digunakan dalam proses ini adalah Draw Poly Area. Setelah itu baru dilakukan proses mesh area (edit-mesh area) pada element shell agar antar element saling terhubung.
6. Menentukan pembebananTerlebih dahulu tentukan lokasi yang akan dibebani yaitu melintang di 40 cm dan 100 cm pelat, kemudian membuat group dengan menu define group agar mempermudah dalam memasukkan beban. Setelah penentuan group sudah selesai, kemudian pilih menu Assign - Joint Loads - Forces untuk memasukkan besar beban yang diterima pelat seperti pada gambar berikut .
7. Run Analysis
HASIL DAN PEMBAHASAN
Model I (Pelat Tanpa Overlay)
Deformasi pelat tanpa overlay
Model II (Pelat Dengan Overlay)
Deformasi pelat dengan overlay
Grafik Hubungan Beban-Lendutan (E sama)
Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa overlay terbukti mampu meningkatkan kekuatan dan kekakuan pelat. Hasil SAP2000 v14 menunjukkan kondisi elastis, berbeda dengan hasil pengujian laboratorium dimana pada titik pembebanan 70 kN (PK) terjadi penurunan kekuatan.
Grafik Hubungan Beban-Lendutan (E Bervariasi)
Pelat Kontrol (pelat dasar) Pelat dengan perkuatan overlay
Pemodelan SAP2000 v14 dengan nilai E beton bervariasi diperoleh grafik hubungan beban lendutan yang lebih menyerupai hasil tes Lab. Namun tetap saja hasil pemodelan dengan SAP2000 v14 mendapatkan hasil yang paling kaku dari hasil yang diperlihatkan metode lain.
TEGANGAN PADA PELAT
Dalam tes Lab tidak dilakukan pengujian regangan sehingga
tegangan yang terjadi pada pelat tidak dapat diketahui.
Jenis tegangan pada pelat jembatan dek baja yakni tegangan
tarik dan tegangan tekan. Kuat tarik beton berkorelasi dengan
kuat tekannya.
Tegangan yang ditinjau pada pemodelan pelat dasar adalah
tegangan pada beton (solid stresses), dek baja (shell stresses)
dan penulangan (frame stresses). Sedangkan pada pemodelan
pelat perkuatan overlay beton adalah tegangan pada beton
(solid stresses) dan tegangan pada penulangan berupa
wiremesh (frame stresses).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tegangan Beton Pelat Dasar
Pada daerah lapangan: tegangan tarik beton sebesar 0,7 Mpa dan tegangan tekan sebesar 11,155 Mpa.
Pada daerah tumpuan: tegangan tarik beton sebesar 2,8 Mpa dan tegangan tekan sebesar 7,05 Mpa.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tegangan Beton Overlay
Pada daerah lapangan beton overlay: tegangan tarik beton sebesar 0,28 Mpa dan tegangan tekan sebesar 6,2 Mpa.
Pada daerah tumpuan beton overlay: tegangan tarik beton sebesar 3,6 Mpa dan tegangan tekan sebesar 5,4 Mpa.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tegangan Dek Baja Pelat Dasar
Tegangan tarik = 89 Mpa Tegangan tekan = 263 Mpa
Tegangan Dek Baja Pelat Dengan Overlay
Tegangan tarik = 60,305 Mpa
Tegangan tekan = 141,47 Mpa
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tegangan Penulangan
Pada Model I (Pelat Dasar) tegangan yang terjadi:− Tulangan tarik = 28,51 Mpa− Tulangan tekan = 38 Mpa
Pada Model II (Pelat dengan Ovelay) tegangan yg terjadi:
−Tulangan tarik pelat dasar = 18,5 Mpa−Tulangan tekan pelat dasar = 28,77 Mpa−Tulangan tarik pada overlay = 38,5 Mpa−Tulangan tekan pada overlay= 44,4 Mpa
KESIMPULAN
Dari hasil pembahasan yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:1. Perkuatan overlay beton mampu meningkatkan kekakuan pelat sebesar
65,68 %, dimana lendutan pelat berkurang dari 1,944 mm pada pelat dasar menjadi 0,667 mm pada pelat dengan overlay.
2. Pemodelan SAP2000 v14 dengan E non linier menunjukkan grafik hubungan beban-lendutan mendekati hasil tes di laboratorium.
3. Daerah tumpuan beton pelat dasar sudah mengalami retak saat uji beban dimana kuat tarik yang diperoleh dari hasil pemodelan sebesar 2,8 Mpa lebih besar dari hasil pendekatan dimana fr = 2,5 Mpa. Hal yang sama juga terjadi pada daerah tumpuan beton overlay.
4. Tegangan tarik dek baja 60,305 Mpa untuk pelat dasar, dan 89 Mpa untuk pelat dengan perkuatan overlay. Tegangan tekan sebesar 141,47 Mpa untuk pelat dasar dan 263 Mpa untuk pelat dengan perkuatan overlay. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa dek baja belum mengalami leleh.
5. Dari besar tegangan pada penulangan di pelat dasar maupun pelat dengan perkuatan overlay diperoleh hasil yang belum melampaui nilai fy tulangan dan masing-masing sebesar 320 Mpa dan 550 Mpa.
SARAN
Dalam pemodelan komputer, pengaruh slip yang mungkin terjadi pada pelat harus diperhatikan.
SEKIAN DAN TERIMAKASIH