ANALISIS DAN PEMBAHASAN
BAB VI ANALISIS DAN PEMBAHASAN
VI.1. Analisis Statik Non-Linier (Pushover)
Jenis analisis statik non-linier (pushover) yang dilakukan pada jembatan guideway monorel adalah pushover modal. Melalui analisis pushover, didapatkan daktilitas ( μ), overstrength (Ω), kapasitas drift, performance point, yield point, dan ultimate point struktur. Dalam melakukan desain berbasis gaya (force based) sesuai dengan peraturan SNI atau AASHTO LRFD, prinsip yang digunakan adalah equal displacement. Untuk mendapatkan nilai kekuatan elastik desain gempa sebenarnya, diperlukan analisis riwayat waktu linier atau linier time history (LTHA).
Dalam LTHA, jembatan dipaksa berperilaku tetap linier selama percepatan batuan dasar (ground motion) terjadi. Hasil dari LTHA adalah base shear dan displacement struktur yang kemudian digunakan hanya sebagai perbandingan terhadap kurva kapasitas dan base shear design. Percepatan batuan dasar yang digunakan dalam LTHA harus yang sudah diskalakan dengan respons spektra desain. Hasil perhitungan kalibrasi gempa dibahas pada subbab VI.2.
Pada analisis pushover, diperlukan mendefinisikan structural behavior type atau tipe perilaku struktur berdasarkan model histeretik atau perilaku penyerapan energi (ATC 40-96). Pendefinisian tipe perilaku struktur berfungsi untuk perhitungan reduksi respons spektra demand oleh damping dari struktur. Sistem hybrid memiliki model histeretik flag shape dan sistem konvensional memiliki bentuk histeretik yang fat. Oleh karena itu, sistem hybrid menggunakan tipe perilaku struktur C dan sistem konvensional tipe A.
Analisis pushover memiliki keterbatasan untuk mengevaluasi perilaku dan kinerja sistem hybrid. Hal ini disebabkan analisis pushover menggunakan kurva Analisis pushover memiliki keterbatasan untuk mengevaluasi perilaku dan kinerja sistem hybrid. Hal ini disebabkan analisis pushover menggunakan kurva
Demand adalah perbandingan dengan performance point.
Kurva Kapasitas Sistem Hybrid (PUSH_X)
) 14000 kN ( 12000
h e ar 10000
Performance Point
Kurva Kapasitas
Linier Time History
V Base Design
V Yield
Gambar VI. 1 Kurva kapasitas sistem hybrid (PUSH_X)
Kurva Kapasitas SIstem Hybrid (PUSH_Y)
e h 3000
Performance Point
Kurva Kapasitas
Linier Time History
V Base Design
V Yield
Gambar VI. 2 Kurva kapasitas sistem hybrid (PUSH_Y)
Titik performance point memotong kurva kapasitas sistem hybrid pada daerah leleh struktur sehingga desain untuk sistem hybrid sudah optimal.
Kurva Kapasitas Sistem Konvensional (PUSH_X)
) 14000 kN ( 12000
ar e 10000
h S 8000 6000
Performance Point
Kurva Kapasitas
Linier Time History
V Base Design
V Yield
Gambar VI. 3 Kurva kapasitas sistem konvensional (PUSH_X)
Kurva Kapasitas Sistem Konvensional (PUSH_Y)
Performance Point
Kurva Kapasitas
Linier Time History
V Base Design
V Yield
Gambar VI. 4 Kurva kapasitas sistem konvensional (PUSH_Y)
Titik performance point memotong kurva kapasitas sistem konvensional pada daerah leleh struktur sehingga desain untuk sistem konvensional sudah optimal.
Perbandingan Sistem Hybrid dan Konvensional (PUSH_X)
kN ( e ar 6000 h
V Base Design
Gambar VI. 5 Perbandingan kurva kapasitas sistem hybrid dan konvensional (PUSH_X)
Perbandingan Sistem Hybrid dan Konvensional (PUSH_Y)
kN (
2000 e ar h 1500
V Base Design
Gambar VI. 6 Perbandingan kurva kapasitas sistem hybrid dan konvensional (PUSH_Y)
Berdasarkan kurva perbandingan diatas, dapat dilihat kurva kapasitas dari sistem konvensional lebih daktail dibandingkan sistem hybrid. Hal ini disebabkan oleh sebagian besar mekanisme disipasi energi beban gempa oleh sistem hybrid mengandalkan sifat self centering pada saat terjadi mekanisme goyang (rocking Berdasarkan kurva perbandingan diatas, dapat dilihat kurva kapasitas dari sistem konvensional lebih daktail dibandingkan sistem hybrid. Hal ini disebabkan oleh sebagian besar mekanisme disipasi energi beban gempa oleh sistem hybrid mengandalkan sifat self centering pada saat terjadi mekanisme goyang (rocking
Base Shear Yield
Sistem Label
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 7 Perbandingan base shear yield
Displacement Yield
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 8 Perbandingan displacement yield
Base Shear Ultimate
6000 ar e 5000
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 9 Perbandingan base shear ultimate
Displacement Ultimate
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 10 Perbandingan displacement yield
Base Shear LTH
12000 ar e 10000
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 11 Perbandingan base shear linier time history
Displacement LTH
t (m) n
0.40 me e 0.30
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 12 Perbandingan displacement linier time history
Base Shear Performance Point
ar e h S 4000
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 13 Perbandingan base shear performance point
Displacement Performance Point
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 14 Perbandingan displacement performance point
Daktilitas Demand ( μ D )
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 15 Perbandingan daktilitas demand ( μ D )
Overstrength Demand ( Ω D )
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 16 Perbandingan overstrength demand ( Ω D )
Daktilitas demand merupakan perbandingan perpindahan performance point dengan perpindahan saat leleh. Sedangkan, overstrength demand adalah perbandingan antara base shear performance point dengan base shear design.
Drift Demand
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 17 Perbandingan drift demand
Drift demand adalah perbandingan perpindahan performance point terhadap ketinggian pilar jembatan. Berdasarkan grafik VI.17 dibandingkan pada tabel II.3, level kinerja jembatan guideway monorel adalah sebagai berikut:
Tabel VI. 1 Level kinerja jembatan berdasarkan analisis pushover
Level Kinerja Jembatan Sistem
Arah Y Hybrid
Arah X
Life Safety Konvensional
Fully Operational
Fully Operational Life Safety
Kapasitas Drift
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 18 Perbandingan kapasitas drift
Daktilitas Struktur ( μ)
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 19 Perbandingan daktilitas struktur ( μ)
Kapasitas drift merupakan perbandingan antara perpindahan ultimate dengan ketinggian pilar jembatan. Sedangkan, daktilitas struktur adalah perbandingan antara perpindahan ultimate dengan perpindahan saat leleh. Berdasarkan grafik kapasitas drift dan daktilitas struktur, sistem hybrid memiliki kapasitas drift dan daktilitas struktur yang lebih rendah dibandingkan sistem konvensional.
Overstrength Struktur ( Ω)
Hybrid (PUSH_X)
Hybrid (PUSH_Y)
Konvensional (PUSH_X)
Konvensional (PUSH_Y)
Gambar VI. 20 Perbandingan overstrength struktur ( Ω)
Overstrength struktur adalah nilai perbandingan antara base shear ultimate dengan base shear design . Berdasatkan grafik diatas, sistem hybrid memiliki cadangan kekuatan yang sama dengan sistem konvensional.
VI.2. Analisis Dinamik Non-Linier (Non-Linier Time History / NLTH)
NLTHA dilakukan untuk melihat perilaku dari sistem hybrid yang tidak bisa dilakukan oleh analisis pushover. Sistem hybrid memiliki keunikan pada mekanisme disipasi energinya, yaitu berdasarkan sifat self centering pada saat terjadi mekanisme goyang. Pada sistem konvensional, disipasi energi terjadi pada saat struktur mengalami kelelehan.
Sebelum melakukan analisis riwayat waktu, terlebih dahulu diperlukan kalibrasi terhadap percepatan batuan dasar (ground motion) sesuai dengan respons spektra desain (respons spektra target). Umumnya, kalibrasi percepatan batuan dasar minimal menggunakan tiga buah gempa. Akan tetapi, pada tugas akhir ini hanya digunakan satu buah gempa. Percepatan batuan dasar yang digunakan adalah El Centro. Sebelum dikalibrasi, data gempa El Centro diubah menjadi respons spektra percepatan menggunakan program NONLIN versi 8.0. Kalibrasi percepatan batuan dasar harus sesuai dengan SNI 1726-2012 dan ASCe 7-05. Berikut adalah hasil kalibrasi gempa El Centro dengan respons spektra target :
EL CENTRO ARAH X
Target
Sebelum Kalibrasi
Sesudah Kalibrasi 2
PERIODE (DETIK)
EL CENTRO ARAH Y
Target
Sebelum Kalibrasi
Sesudah Kalibrasi 2
PERIODE (DETIK)
Gambar VI. 21 Kalibrasi percepatan batuan dasar El Centro arah X (atas) dan arah Y (bawah)
Besarnya perbesaran percepatan batuan dasar El Centro pada arah X adalah 2,08 dan untuk arah Y adalah 1,25 dari percepatan batuan dasar aslinya. Setelah mendapatkan percepatan batuan dasar yang sudah dikalibrasi, dapat dilakukan analisis non-linier riwayat waktu. Berikut adalah hasil yang didapatkan:
Tabel VI. 2 Level kinierja struktur saat terjadi gempa El Centro dengan NLTHA
Konvensional Elemen
Hybrid
Arah Y θ/θy
Arah X
Arah Y
Arah X
Status θ/θy Status
6.927 LS 4 1.954
1 2.13 IO
LS
IO
0.455 Elastik 5 2.145
IO
Elastik
IO
6.999 LS 8 2.016
IO
LS
IO
0.449 Elastik 9 2.144
IO
Elastik
IO
6.907 LS 12 1.999
IO
LS
IO
0.515 Elastik 13 2.142
IO
Elastik
IO
6.889 LS 16 1.997
IO
LS
IO
0.514 Elastik 17 2.153
IO
Elastik
IO
6.951 LS 20 2.035
IO
LS
IO
0.448 Elastik 21 2.105
IO
Elastik
IO
6.865 LS 24 1.849
IO
LS
IO
IO
Elastik
IO
0.462 Elastik
Gambar VI. 22 Keterangan gambar nomor elemen
Level kinerja jembatan antara analisis pushover dan NLTHA tidak memiliki perbedaan yang besar. Perbedaan terletak pada level kinerja arah longitudinal jembatan (arah X). Hasil NLTHA lebih akurat dan merepresentasikan keadaan nyata yang akan terjadi karena terdapat keterbatasan pada analysis pushover (NCHRP SYNTHESIS 440). Oleh karena itu, level kinerja jembatan guideway monorel adalah immediate occupancy pada arah X dan life safety pada arah Y untuk kedua sistem yang dibandingkan.
Berdasarkan hasil perhitungan, elemen 9 terjadi gaya dan perpindahan yang mewakili struktur jembatan guideway monorel sehingga elemen 9 dapat dijadikan tinjauan.
Berikut adalah hasil dari kurva base shear terhadap drift dari elemen 9 selama gempa El Centro berlangsung:
Hybrid Arah X
S h -0.50% -0.40%
Hybrid Arah X
Gambar VI. 23 Kurva histeretik sistem hybrid arah X
Hybrid Arah Y
kN -0.40% (
ar h e S -200 Base
Hybrid Arah Y
Gambar VI. 24 Kurva histeretik sistem hybrid arah Y
Konvensional Arah X
0 20.97419 S h -0.40% -0.30% -0.20% -0.10% 0.00% 0.10% 0.20% 0.30% 0.40%
Base
-400 -600 -800
Drift (%)
Konvensional Arah X
Gambar VI. 25 Kurva histeretik sistem konvensional arah X
Konvensional Arah Y
h S -0.80% -0.60%
Konvensional Arah Y
Gambar VI. 26 Kurva histeretik sistem konvensional arah Y
Berdasarkan kurva histeretik diatas, dapat terlihat mekanisme disipasi energi gempa sistem hybrid oleh sifat self centering pada saat mekanisme goyang. Sedangkan, untuk sistem konvensional mekanisme disipasi energi gempa mengandalkan kelelehan struktur. Sistem hybrid memiliki kinerja struktur setelah gempa (post-earthquake) yang lebih baik dari sistem konvensional. Sistem hybrid membentuk suatu mekanisme gerakan untuk kembali ke posisi initial struktur yang membuat deformasi sisa (residual deformation ) pilar kecil. Fenomena tersebut dapat terjadi karena sifat self-centering dari sistem hybrid saat mekanisme goyang (rocking mechanism) terjadi.
Berdasarkan kurva diatas, sistem hybrid memiliki residual drift sebesar 0,18% pada arah X dan 0,438% pada arah Y saat beban berbalik arah. Sedangkan, sistem konvensional memiliki residual drift sebesar 0.257% pada arah X dan 0,667% saat Berdasarkan kurva diatas, sistem hybrid memiliki residual drift sebesar 0,18% pada arah X dan 0,438% pada arah Y saat beban berbalik arah. Sedangkan, sistem konvensional memiliki residual drift sebesar 0.257% pada arah X dan 0,667% saat
Gambar VI. 27 Jembatan pada kondisi initial (atas), sistem hybrid setelah gempa (tengah), dan sistem
konvensional setelah gempa (bawah)