KAJIAN NUMERIKALABAQUS DAMPER PELAT BAJA

KAJIAN NUMERIKAL/ABAQUS DAMPER PELAT BAJA TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana Teknik Sipil Disusun oleh :

  KAJIAN NUMERIKAL/ABAQUS DAMPER PELAT BAJA TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Ujian Sarjana Teknik Sipil Dikerjakan oleh: JEKMAN SIMANJUNTAK 110 424 031 Pembimbing Ir. Torang Sitorus, MT. NIP.19590707 198710 1 001 Penguji I Penguji II Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Ir. Besman Surbakti, M.T. NIP. 19561224 198103 1 002 NIP. 19541012 198003 1 004 Mengesahkan Koordinator PPSE Ketua Departemen T. Sipil FT. USU Departemen T. Sipil FT. USU Ir. Zulkarnain A. Muis, M. Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19560326 198103 1 003 NIP. 19561224 198103 1 002 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014 Salah satu anti gempa sistem kontrol pasif yang paling sederhana dan murah adalah peredam leleh baja (steel yielding damper). Sistem ini akan mengabsorbsi energi gempa dengan mendissipasi energi melalui pembentukan sendi plastis atau pelelehan melalui mekanisme pelelehan materialnya.

  Steel damper yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah damper pelat bentuk

  X. Kajian Numerikal Dengan Program Abaqus peredam leleh baja (yielding steel

  

damper ) sebanyak empat kajian (HSD 1, HSD 2, HSD 3, HSD 4) yang menjadi

  perwakilaan dari setiap kajian yang sudah dilakukan penulis. Semua kajian mempunyai

  ukuran yang sama hanya berbeda dala m parameter pada damper (Q, b, C, γ). Kajian dilakukan dengan program ABAQUS.

  Steel damper yang dikaji akan menghasilkan data berupa kurva hysteresis. Hasil Numerikal berupa kurva hysteresis tersebut menunjukkan besar energi disipasi damper tersebut. Selanjutnya kurva hysteresis tersebut dianalisa dengan menggunakan pendekatan model tri-linier untuk mendapatkan karakteristik mekanik peredam seperti kekakuan elastis, kekakuan leleh dan kekakuan pasca leleh. Dari hasil kajian tersebut kita akan mendapatkan bentuk geometri ideal peredam (damper) dengan kemampuan menyerap energi gempa terbesar.

  Secara umum semua spesimen menunjukkan kurva hysteresis yang gemuk dan

stabil. Namun, dari keempat specimen tersebut dicatat bahwa spesimen yang kajian HSD

4 menunjukkan kurva hysteresis yang paling luas (Wu = 239.719 kNmm),

kekakuan elastis yang paling besar (Ke = 51.94), serta rasio damping terbesar

  (ζ =

52.5%). Hasil ini menunjukkan bahwa steel damper kajian HSD 4 dapat diusulkan untuk

  di aplikasikan sebagai anti gempa jenis control pasif pada perencanaan bangunan tahan gempa .

  Kata Kunci: Anti gempa, Peredam/damper, kurva hysteresis, Energi dissipasi.

  

i

  

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................. i KATA PENGANTAR ............................................................................ ii DAFTAR ISI ........................................................................................... v DAFTAR GAMBAR dan KURVA ........................................................ x DAFTAR NOTASI ............................................................................... xiv DAFTAR TABEL ................................................................................ xvii

BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................. 1

  1.1 Latar Belakang .................................................................................. 6

  1.2 Perumusan Masalah .......................................................................... 6

  1.3 Pembatasan Masalah ......................................................................... 6

  1.4 Tujuan Penulisan .............................................................................. 6

  1.5 Manfaat Penulisan ........................................................................... 7

  1.6 Metodologi Penulisan ....................................................................... 7

  1.7 Tinjauan Pusataka Singkat ................................................................ 8

  1.8 Sistematika Penulisan ....................................................................... 9

  BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 10

  2.1 Material Baja .................................................................................. 11

  2.2 Sifat – Sifat Mekanik Baja .............................................................. 13

  2.3 Metode Analisa Struktur Terhadap Beban Gempa ......................... 16

  

v

  2.3.2 Metode Analisis Dinamis ............................................................... 16

  2.4 Kriteria Dasar Perencanaan ............................................................ 17

  2.4.1 Pembebanan .................................................................................... 17

  2.5 Derajat Kebebasan .......................................................................... 21

  2.6 Redaman Struktur ........................................................................... 22

  2.7 Teori Metallic Yielding Damper Umum .......................................... 29

  2.8 Tinjauan Peredam Leleh Baja .......................................................... 30

  2.8.1 Dasar Pemilihan Damper Bentuk X ................................................ 30

  2.8.2 Propertis Mekanik Peredam Leleh Baja .......................................... 33

  2.8.3 Penentuan Dimensi Peredam Baja Tipe X ....................................... 34

  2.9 Karakteristik Struktur Bangunan ....................................................... 37

  2.9.1 Massa ................................................................................................. 37

  2.9.1.1 Model Diskretisasi Massa .................................................................. 37

  2.9.1.2 Model Consisten Mass Matrix ........................................................... 38

  2.9.2 Kekakuan .......................................................................................... 39

  2.9.3 Redaman ............................................................................................ 39

  2.9.4 Simpangan (Drift) Akibat Gaya Gempa ............................................ 40

  2.10 Prinsip Damping Pada Struktur ......................................................... 40

  2.11 Prinsip Damping Pada Struktur ......................................................... 42

  2.11. Sistem Kontrol Struktur ...................................................................... 42

  vi

  2.11.2 Passived seimic Device ................................................................... 42

  2.11.2.1 Seismic Isolator ............................................................................. 43

  2.11.2.2 Damper .......................................................................................... 43

  2.12 Hysteristic Loop .............................................................................. 43

  2.13 Equivalent Viscous Damping ........................................................ 46

  2.14 Metode Dissipasi Damper ............................................................... 47

  2.14.1 Friction Damper ............................................................................. 47

  2.14.2 Viscous Damper ............................................................................. 49

  2.14.3 Visco – Elastic Damper .................................................................. 51

  2.14.4 Metallic Yielding Damper .............................................................. 53

  2.14.4.1 ADAS (Added Damoing and Stiffnes) .......................................... 56

  2.15 Aplikasi Yielding Damper Pada Bangunan ................................... 59

  2.16 Lendutan ........................................................................................ 64

  2.17 Penurunan Rumus Integrasi Ganda ............................................... 65 .... 70

BAB III. KAJIAN NUMERIKAL/ ABAQUS DAMPER PELAT

  3.1 Pendahuluan ................................................................................... 70

  3.2 Kerangka Penulisan ....................................................................... 71

  3.3 Program Abaqus ............................................................................ 72

  3.3.1 Program Abaqus ............................................................................ 73 3.3. 2 Komponen Pada Windows Utama .................................................. 74

  vii

  3.5 Analisa Pemisahan Kurva Histerisis ............................................ 76

  3.6 Disipasi Energi Damping ................................................................ 79

  3.67 Metode Perhitungan Daerah ........................................................... 81

BAB IV. KAJIAN NUMERIK ABAQUS ................................................. 83

  4.1 Kajian Numerik/Abaqus Damper .................................................. 83

  4.1.1 Creating Part ................................................................................... 83

  4.1.2 Creating Part/ Menggambar Bagian Damper .................................. 83

  4.1.3 Creating a Material .......................................................................... 87

  4.1.4 Meshing .......................................................................................... 90

  4.1.5 Creating an analysis job ................................................................... 90

  4.1.6 Checking the Model ........................................................................ 91

  4.1.7 Generating report of Field Outputs .................................................. 92

  4.1.8 Mendapatkan Kurva Hysteresis ....................................................... 94

  4.1.9 Generating report of Field Outputs .................................................. 95

  4.2 Pemisahan Kurva ............................................................................. 95

  4.2.1 Hollow Steel Damper (HSD 1) ........................................................ 96

  4.2.2 Hollow Steel Damper (HSD 2) ........................................................ 97

  4.2.3 Hollow Steel Damper (HSD 3) ........................................................ 99

  4.2.4 Hollow Steel Damper (HSD 4) ...................................................... 100

  4.3 Pendekatan Model Trilinear .......................................................... 102

  viii

  Rasio Damping .............................................................................. 110

  4.5 ...................................................... 113

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

  ............................................................................... 113

   5.1 KESIMPULAN

  .............................................................................................. 114

   5.2 SARAN

  ....................................................................................... 115

  DAFTAR PUSTAKA ix

DAFTAR GAMBAR dan KURVA

Gambar 1.1 Damper Pelat Lentur…………………………………………...........4Gambar 1.2 Pemasangan Damper Di Struktur ……………………..…………….4Gambar 1.3 Pengaruh Damping Terhadap Getaran ………………………..…….5Gambar 2.1 Kurva hubungan Tegangan vs Pegangan …………........................15Gambar 2.3 Bagian Kurfa Tegangan Yang Diperbesar ………………………...15Gambar 2.4 Respon antara struktur dengan damper dan tanpa damper ketika diguncang gempa…………………………………..24Gambar 2.5 Bantalan Karet ……………...………..……………………………24Gambar 2.6 Perletakan bantalan karet pada tiap kolom ……………...………...25Gambar 2.7 LUD pada jembatan rigid……………………………...………..…26Gambar 2.8 Perletakan LUD tampak samping ……………...………..………...27Gambar 2.9 Pemasangan PVD pada struktur gedung ……………...………..…27Gambar 2.10 PVD Pada Perkuatan Struktur Gedung……………...………..…...28Gambar 2.11 HiDAM………………………………………………...………..…29Gambar 2.12 Model Trinilear Peredam Leleh Baja ……………...………..…..…33Gambar 2.13 Distribusi Gaya Pada Peredam Baja Tipe x………………………..35Gambar 2.14 Pengaruh Damping Terhadap Getaran….……………………….…41Gambar 2.15 Hysterestic-loop Kekakuan Linear dan Gesekan ………………….45Gambar 2.16 Hysteric Loop Viscous Elastis Damper ……………...………..…..45Gambar 2.17 Friction Damper…….. …………………………………………….49Gambar 2.19 Visco Elastic Damper……….....…………………………………...51Gambar 2.20 Visco Elastic Damper Pada Struktur..…………………….……..…52Gambar 2.21 Hyteristic Loop Viscous – Elastis Damper ………………………..52Gambar 2.22 Tipe dari Metallic Damper……………………………………........54Gambar 2.23 Hyterestic Loop Yield Damper……………………….……………57Gambar 2.24 Metallic Dumper…………………………………….......................57Gambar 2.25 Metallic Dumper Pada Struktur……………………………..…….58Gambar 2.26 Sambungan ADAS Pada Balok dan Brancing ……………………58Gambar 2.27 Perilakuem ADAS Pada Saat Gempa ………………….………...58Gambar 2.28 Apartemen Taichung City …………. ……………………….…....60Gambar 2.29 Retrof Building In Travel Taiwan ………………………………...61Gambar 2.30 Tempat perbelanjaan Jung -He-City……………………………….61Gambar 2.31 Pergoyangan Struktur Akibat Beban Lateral………………………63Gambar 2.32 Lendutan Balok…………………………………………………….64Gambar 2.33 Balok Yang Mengalami Lentur…………………………………….68Gambar 3.1 Kerangka Penulisan ………………………………………………...71Gambar 3.2 Kerangka Menjalankan Program Abaqus ………………...………..73Gambar 3.3 Pemisaha Kurva.................................................................................74Gambar 3.4 Trilinier Model Dari Skeleton Part ………………………………...74Gambar 3.5 Kekakuan Efektif dan Disipasi Energi Dalam Satu Siklus…..……..80Gambar 4.1 Bentuk Geometri Peredam Leleh Baja X ……………………….....83Gambar 4.3 Part Pada Menu Bar ………………….……………………………84Gambar 4.4 Lokasi Create Part……………………………………………..…....85Gambar 4.5 Elastic Pada Material………..............................................................86Gambar 4.6 Ciclic Hardening Pada Edit Material …………………………….…87Gambar 4.7 Boundary Condition………………………………………………....88Gambar 4.8 Load………………………………………………….……………....88Gambar 4.9 Mesh………………………………………………………………....89Gambar 4.10 Part Pada Menu Bar…………………………………………….…...90Gambar 4.11 Running Data………………….……………………….…….……...90Gambar 4.12 CekData…………………………………………………...…………91Gambar 4.13 Kontur Tegangan ………………………………………….………..91Gambar 4.14 Detail Penggabungan Data …………………………………….........92Gambar 4.15 Ploting Gaya …………………………………………….……..........92Gambar 4.16 Ploting Perpindahan ………………………………………………...93Gambar 4.17 Combain Data Gaya dan Perpindahan ……………………………...93Gambar 4.18 Ploting Data ke Microsoft XL ……………………………………....94Gambar 4.19 Kurva Histeresis HSD 1 ….………………………………………....95Gambar 4.20 Skeleton Part HSD 1 ..….…………………………………………...95Gambar 4.21 Bauschiger Part HSD 1…....………………………………………...96Gambar 4.22 Kurva Histeresis HSD 2….....…………………………………….....96

  xii

Gambar 4.24 Bauschiger Part HSD 2..…………………………………………....97Gambar 4.25 Kurva Histeresis HSD 3 ..………………………………………..…98Gambar 4.26 Skeleton Part HSD 3..……………………………………………....98Gambar 4.27 Bauschiger Part HSD 3 ..……………………….……… ………….99Gambar 4.28 Kurva Histeresis HSD 4..……………………………………......…99Gambar 4.29 Skeleton Part HSD 4..…………………………………………...…100Gambar 4.30 Bauschiger Part HSD 4 ..………………………………….…..…100Gambar 4.31 Pendekatan Model Trilinear HSD 1 ..…………………………..…102Gambar 4.32 Pendekatan Model Trilinear HSD 2..…………….……………..…102Gambar 4.33 Pendekatan Model Trilinear HSD 3..……………………………...103Gambar 4.34 Pendekatan Model Trilinear HSD 4..………………….………..…103Gambar 4.35 Kekakuan Efektif HSD 1..…………………………….…………..105Gambar 4.36 Kekakuan Efektif HSD 2 ..………………………………………..105Gambar 4.37 Kekakuan Efektif HSD 3..………………………………….…..…106Gambar 4.38 Kekakuan Efektif HSD 4 ..……………………………………..…106Gambar 4.39 Hubungan Rasio Damping Terhadap Perpindahan..……………....107

  xii

  

DAFTAR NOTASI

A = Luas Penampang Cross Section

  = Luas Penampang Cross Section Sejauh x B = Lebar Penampang

  dx dy

  = Slope Kurva Pada Setiap Titik

  d Φ = Sudut Rotasi

  E = Modulus elastisitas EI = Ketegaran Lentur Balok

  f = Shape Factor

  L = Panjang Bentang G = Modulus Geser H = Tinggi Penampang I = Momen Inersia Penampang Melintang

  J = Momen Inersia Polar

  K = Kekauan M = Momen Lentur N = Gaya Normal Tekan M.dx = Luas Bidang Momen Sepanjang dx Mxdx= Statis momen luas bidang M terhadap titik yang berjarak x dari elemen M.

  P = Gaya R = Jari – jari Kelengkungan Balok

  xiv T = Momen Puntir

  T =

  Perubahan Suhu

  V = Gaya Geser W = Usaha

  W = Momen Tahanan x = Jarak Sepanjang Balok

  y = Jarak dari Sumbu Netral ke sembarang Titik

  α = Koefisien Muai Suhu

  ε = Regangan

  τ = Tegangan Geser

  μ = Perbandingan Poisson

  γ = Regangan Geser

  σ = Tegangan Lentur

  Δ = Lendutan

  Φ = Sudut Puntir

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Titik Kordinat Damper Ukuran 210 mm x 300 mm………..86Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Luas Skeleton Part, Bausinger Part……102Tabel 4.3 Hasil Pendekatan Model Trilinear……………………...….105Tabel 4.4 Hubungan Rasio damping terhadap perpindahan………...109Tabel 4.5 Kekakuan Efektif……………………………………..…….110Tabel 4.6 Ekuivalen kumulatif Ratio Deformasi Plastis…………..…111Tabel 4.7 Rangkuman Hasil Kajian Numerik / Abaqus……………...111

  xvii