Analisis Dinamik Riwayat Waktu Nonlinier Skew Bridge - UNS Institutional Repository

  

ANALISIS DINAMIK RIWAYAT WAKTU NONLINIER

SKEW BRIDGE

SKEW BRIDGE NONLINEAR TIME HISTORY DYNAMIC ANALYSIS

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

  

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

  Disusun oleh :

  

ZAINAL ABIDIN

I0113139

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2018

  

MOTTO

  “Dan Aku tidak menciptakan jin dan manusia melainkan supaya mereka beribadah kepadaKu ”

  

(QS. Adz Dzariyat: 56)

  “Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”

  

(QS. Al-Insyiroh: 5-6)

When Allah loves a servant, He tests him

Trust Allah but tie your camel

  Bekerjalah sebagaimana kamu akan hidup selamanya, beribadahlah sebagaimana kamu akan mati esok Tidak peduli betapa miskin seseorang, apabila ia memiliki keluarga, maka ia kaya

  

Genius is 1% Talent and 99% Hard Work - Albert Einstein

  

PERSEMBAHAN

  Tugas skripsi sebagai tugas akhir program studi Teknik Sipil saya ini telah saya persembahkan secara khusus untuk :

  Allah SWT

  Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah membimbing saya dalam menjalani hidup dan mengerjakan skripsi ini sampai selesai.

  Nabi Muhammad SAW

  Shalawat serta salam selalu tercurah kepada Beliau suri teladan umat manusia dan keluarga beserta anak cucu Beliau.

  Saya Sendiri

  Skripsi ini sebagai hasil atau hadiah dari jerih payah yang saya kerahkan dalam proses penyelesaian studi saya. Semoga hasil dan proses pekerjaan skripsi ini dapat memberikan manfaat yang besar bagi saya.

  Kedua Orang Tua

  Terima kasih atas segala hal yang Ibu dan Ayah berikan untuk anak mu dalam menjalani hidup ini. Mungkin tidak ada hal di dunia ini bahkan skripsi yang cukup untuk membalas kebaikan Ibu dan Ayah untuk ku, semoga semua nya dapat terbalas dengan sebaik-baik balasan dari Allah SWT.

  Keluarga Besar

  Terima kasih atas segala kepedulian yang keluarga saya saat ini telah berikan selama ini. Kupersembahkan skripsi ini untuk kalian yang selalu hadir di setiap kesempatan. Semoga skripsi dan proses pembelajaran saya dapat memberikan manfaat yang berarti bagi kalian semua.

  Keluarga Program Studi Teknik Sipil UNS

  Saya ucapkan Terima kasih sebesar-besarnya bagi seluruh anggota Program Studi Teknik Sipil UNS, khususnya dosen pembimbing akademik Ir. Slamet Prayitno, M.T, dosen pembimbing skripsi Dr. Senot Sangadji S.T, M.T & Ir. Agus Supriyadi, M.T, teman-teman mahasiswa khususnya angkatan 2013, beserta seluruh keluarga Program Studi Teknik Sipil UNS. Terima kasih semuanya karena sudah membantu Zainal dalam perjalanan menyelesaikan studi dan skripsi di Program Studi Teknik Sipil UNS.

  

ABSTRAK

Abidin, Zainal, 2018. Analisis Dinamik Riwayat Waktu Nonlinier Skew Bridge.

  Skripsi. Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. sering diterapkan dalam perencanaan jembatan karena adanya

  Skew bridge

  kendala seperti terbatasnya ruang atau kondisi rintangan. Para insinyur sering mendesain skew bridge di kota-kota besar karena kondisi ruangnya yang terbatas akibat tingkat kepadatan penduduk yang tinggi. Skew bridge juga harus memiliki ketahanan yang baik terhadap gempa. Banyak peneliti menyimpulkan bahwa saat terjadi gempa besar, sebagian material struktur telah mengalami deformasi plastis sehingga menyebabkan struktur berperilaku nonlinier, dengan begitu analisis dinamik nonlinier dilakukan pada penelitian ini. Metode penelitian diawali dengan membuat pemodelan 3 dimensi struktur jembatan skew bridge yang mengacu pada 2 bentang utama jembatan jalan tol Solo Kertosono sta 108+666 di kota Madiun. Langkah selanjutnya yaitu menganalisis pembebanan yang terdiri dari beban statis dan beban dinamis. Beban dinamis menggunakan beban gempa yang dianalisis dengan metode riwayat waktu berdasarkan 3 rekaman gempa yaitu gempa Park Field (USA, 1966), San Fernando (USA, 1971), dan Kobe (Jepang, 1995). Salah satu hasil analisis pada penelitian ini berupa respon histeretik pada pilar jembatan. Respon histeretik digunakan untuk menganalisis respon nonlinier dengan menghitung nilai kekakuan dan menganalisis kondisi struktur pilar pada setiap siklus beban gempa. Beban gempa diperbesar 2 kali untuk membantu perhitungan analisis respon nonlinier.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua rekaman gempa menghasilkan respon dengan drift ratio kurang dari 0,5%. Hasil analisis nonlinier

  displacement

  menunjukkan bahwa respon struktur pada siklus ke-2 sampai akhir pembebanan sudah bersifat nonlinier. Penyebab utama terjadinya nonlinieritas respon struktur jembatan diakibatkan terjadinya cracking pada material beton.

  Kata Kunci : Skew bridge, Respon spektra, Riwayat waktu, Respon nonlinier

ABSTRACT Abidin, Zainal, 2018. Skew Bridge Nonlinear Time History Dynamic Analysis

  

Bachelor Thesis. Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Sebelas

Maret University.

Skew bridges are often applied in bridge planning due to constraints such as

limited space or obstacle conditions. Engineers often design skew bridges in big

cities because of their limited space conditions due to high population density.

Skew bridges should also have good resistance to earthquakes. Many researchers

conclude that when a large earthquake occurs, some structural material has

undergone plastic deformation which causing the structure to behave nonlinearly,

thus a nonlinear dynamic analysis is performed in this study.

  

The research method begins by making 3 dimensional modeling of skew bridge

bridge structure which refers to 2 main spans of Solo Kertosono sta 108 + 666

toll road in Madiun city. The next step is to analyze the load consisting of static

load and dynamic load. Dynamic loads using earthquake loads were analyzed by

historical timing method based on 3 earthquake records like Park Field (USA,

1966), San Fernando (USA, 1971), and Kobe (Japan, 1995). One of the analysis

results is hysteretic response of bridge pillar. Hysteretic response is used to

analyze the nonlinear response by calculating the stiffness value and analyzing

the condition of the pillar structure at each earthquake load cycle. Earthquake

load enlarged 2 times to help calculation of nonlinear response analysis.

  

The results showed that all earthquake recordings produced displacement

responses with a drift ratio less than 0.5%. The result of nonlinear analysis shows

that the structure response on the 2nd cycle until the end of loading is nonlinear.

The main cause of nonlinearity of bridge structure response is caused by cracking

of concrete material.

  Keywords: Skew bridge, Spectra response, Time history, Nonlinear response

KATA PENGANTAR

  Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala penyusunan tugas akhir dengan judul

  “Analisis Dinamik Riwayat Waktu Nonlinier Skew Bridge ”. Penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat

  untuk memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

  Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak penulis sulit mewujudkan tugas akhir ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

  Kedua orang tua dan keluarga, yang selalu mendukung dan mendoakan penulis.

  2. Dr. Senot Sangadji, S.T, M.T, selaku Dosen Pembimbing I tugas akhir.

  3. Ir. Agus Supriyadi, M.T, selaku Dosen Pembimbing II tugas akhir.

  4. Ir. Slamet Prayitno, M.T, selaku Dosen Pembimbing Akademis.

  5. Segenap pengurus Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS.

  6. Teman – teman Program Studi Teknik Sipil UNS, khususnya angkatan 2013.

  7. Semua pihak yang membantu dalam penulisan skripsi ini yang tidak mungkin saya sebutkan satu-persatu.

  Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini dan semoga skripsi ini dapat berguna bagi pihak-pihak yang membutuhkan.

  Surakarta, Januari 2018 Penulis

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... iii MOTTO .................................................................................................................. iv PERSEMBAHAN ................................................................................................... v ABSTRAK .............................................................................................................. vi

  

ABSTRACT .............................................................................................................. vii

  KATA PENGANTAR ............................................................................................ viii DAFTAR ISI ........................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xvi DAFTAR NOTASI ................................................................................................. xvii

  

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

  1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1

  1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................ 3

  1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3

  1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................................... 4

  1.5 Batasan Masalah ........................................................................................... 4

  

BAB 2 LANDASAN TEORI ................................................................................. 5

  2.1 Struktur Jembatan ......................................................................................... 5

  2.1.1 Pengertian Jembatan ..................................................................................... 5

  2.1.2 Jenis-Jenis Jembatan .................................................................................... 6

  2.1.3 Bagian-Bagian Jembatan .............................................................................. 7

  2.2 Skew Bridge .................................................................................................. 8

  2.2.1 Pengertian Skew Bridge ................................................................................ 8

  2.2.3 Karakteristik Skew Bridge ............................................................................ 8

  2.3 Pembebanan pada Struktur Jembatan ........................................................... 10

  2.3.1 Beban Mati ................................................................................................... 10

  2.3.2 Beban Berjalan ............................................................................................. 11

  2.3.3 Beban Gempa ............................................................................................... 14

  2.4 Konsep Perencanaan Struktur Tahan Gempa ............................................... 16

  2.4.1 Wilayah Gempa Indonesia ........................................................................... 16

  2.4.2 Klasifikasi Situs ........................................................................................... 17

  2.4.3 Koefisien Situs ............................................................................................. 17

  2.4.4 Parameter Percepatan Spektral Desain ......................................................... 18

  2.4.5 Arah Pembebanan Gempa ............................................................................ 18

  2.5 Analisis Dinamik .......................................................................................... 19

  2.5.1 Analisis Target Respons Spektra ................................................................. 19

  2.5.2 Analisis Riwayat Waktu ............................................................................... 20

  2.6 Analisis Respon Nonlinier ........................................................................... 24

  2.6.1 Sifat Elastisitas Bahan ................................................................................... 24

  2.6.2 Analisis Respon Histeretik ........................................................................... 27

  

BAB 3 METODE PENELITIAN .......................................................................... 30

  3.1 Studi Literatur .............................................................................................. 30

  3.2 Pengumpulan Data ....................................................................................... 30

  3.2.1 Data Jembatan .............................................................................................. 30

  3.2.2 Data Gempa .................................................................................................. 32

  3.3 Pemodelan Struktur ...................................................................................... 32

  3.3.1 Sistem Koordinat .......................................................................................... 33

  3.3.2 Pemodelan Bagian Struktur Jembatan ......................................................... 33

  3.4 Pembebanan ................................................................................................. 35

  3.4.1 Beban Statis .................................................................................................. 35

  3.4.2 Beban Dinamis ............................................................................................. 36

  3.5 Analisis Dinamik .......................................................................................... 36

  3.5.1 Analisis Target Respon Spektra ................................................................... 36

  3.5.2 Analisis Riwayat Waktu ............................................................................... 38

  3.6 Analisis Respon Nonlinier ........................................................................... 39

  3.6.1 Analisis Respon Struktur ............................................................................. 39

  3.6.2 Analisis Respon Histeretik ........................................................................... 40

  3.7 Diagram Alir Penelitian ................................................................................ 41

  

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ........................................................... 43

  4.1 Pemodelan Struktur Jembatan ...................................................................... 43

  4.2 Perhitungan Pembebanan ............................................................................. 43

  4.2.1 Beban Mati ................................................................................................... 43

  4.2.2 Beban Berjalan ............................................................................................. 45

  4.3 Analisis Dinamik Gempa ............................................................................. 46

  4.3.1 Analisis Respon Spektra .............................................................................. 46

  4.3.2 Analisis Riwayat Waktu ............................................................................... 53

  4.4 Analisis Respon Nonlinier Struktur ............................................................. 67

  4.4.1 Analisis Respon Struktur Jembatan .............................................................. 67

  4.4.2 Analisis Respon Histeretik Pilar Jembatan ................................................... 70

  

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 81

  5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 81

  5.2 Saran ............................................................................................................. 82 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 83 LAMPIRAN .............................................................................................................. 85

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jumlah Lajur Lalu Lintas ........................................................................ 11Tabel 3.2 Daftar Rekaman Gempa yang Digunakan ............................................... 31Tabel 4.1 Koefisien Situs F a (SNI 1726:2012) ....................................................... 49Tabel 4.2 Koefisien Situs F v (SNI 1726:2012) ........................................................ 49Tabel 4.3 Respons Spektra Kota Madiun Tanah Lunak (SE) .................................. 52Tabel 4.4 Data Rekaman Gempa yang Digunakan ................................................. 55Tabel 4.5 Rentang Periode Proses Matching Rekaman Gempa ............................. 60Tabel 4.6 Hasil Analisis Nilai Scale Factor (SF) Proses Matching ......................... 60Tabel 4.7 Perbandingan Nilai Maksimum Respon Struktur Arah Longitudinal ..... 69Tabel 4.8 Perbandingan Nilai Maksimum Respon Struktur Arah Transversal ....... 69

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.4 Titik Tinjauan Analisis Respon Struktur ........................................ 39Gambar 4.9 Rekaman Gempa Park Field Arah Transversal .............................. 56Gambar 4.8 Rekaman Gempa Park Field Arah Longitudinal ............................ 56Gambar 4.7 Modus Getar Alami Struktur Arah Transversal (Sumbu y) ........... 54Gambar 4.6 Modus Getar Alami Struktur Arah Longitudinal (Sumbu x) ......... 54

  Kurva Respons Spektra Kota Madiun Tanah Lunak ...................... 53

Gambar 4.4 Percepatan Puncak (PGA) Periode 1,0 Detik (S 1 ) Kota Madiun .... 48 Gambar 4.5Gambar 4.3 Peta Percepatan Puncak (PGA) Periode 1,0 Detik (S 1 ) ................... 47

  ) Kota Madiun .... 47

  s

Gambar 4.2 Percepatan Puncak (PGA) Periode 0,2 Detik (SGambar 4.1 Peta Percepatan Puncak (PGA) Periode 0,2 Detik (S s ) .................... 46Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 41Gambar 3.6 Kurva Respon Histeretik Penelitian ............................................... 40Gambar 3.5 Pilar Tinjauan Analisis Respon Histeretik ...................................... 39Gambar 2.1 Perbedaan Jembatan Normal dan Skew Bridge ............................... 8Gambar 2.3 Pembebanan pada Arah Melintang .................................................. 12Gambar 2.8 Peta Percepatan Puncak (PGA) Periode 1,0 Detik (S 1 ) ................... 16Gambar 2.4 Ilustrasi Beban D (BTR dan BGT) ................................................. 12Gambar 2.5 BTR pada Panjang Bentang Tertentu ............................................. 13Gambar 2.6 Pembebanan Truk (500 kN) ........................................................... 14Gambar 2.7 Peta Percepatan Puncak (PGA) Periode 0,2 Detik (S

  s

  ) .................... 16

Gambar 2.9 Contoh Desain Respon Spekra ........................................................ 19Gambar 3.2 Pemodelan Bagian Struktur Jembatan ............................................ 33Gambar 2.10 Sifat Elastisitas Material Beton ....................................................... 25Gambar 2.11 Sifat Elastisitas Material Baja .......................................................... 26Gambar 2.12 Respon Nonlinier Histeretik Struktur ............................................. 27Gambar 2.13 Kekakuan pada Siklus Kurva Respon Histeresik ............................ 28Gambar 2.14 Degradasi Kekakuan pada Kurva Respon Histeresik ...................... 29Gambar 3.1 Pemodelan Jembatan Penelitian ..................................................... 32Gambar 3.3 Penggambaran Desain Respon Spektra .......................................... 37Gambar 4.10 Proses Awal Penggunaan Program Seismosignal .......................... 57Gambar 4.11 Hasil Penggunaan Program Sesmosignal ....................................... 58Gambar 4.12 Kurva Spektrum Asli Rekaman Gempa Park Field ........................ 59Gambar 4.13 Proses Awal Penggunaan Program Seismomatch .......................... 61Gambar 4.14 Proses Input Respons Spektra Target pada Seismomatch .............. 62Gambar 4.15 Proses Matching Data Gempa pada Seismomatch ......................... 63Gambar 4.16 Respons Spektra Gempa Hasil Matching pada Seismomatch ......... 64Gambar 4.17 Hasil Matching Akselerogram Gempa Park Field Sumbu x ........... 65Gambar 4.18 Hasil Matching Akselerogram Gempa Park Field Sumbu y ........... 65Gambar 4.19 Data Spektrum Gempa Sebelum Proses Matching ......................... 66Gambar 4.20 Data Spektrum Gempa Sesudah Proses Matching ......................... 66Gambar 4.21 Respon Displacement Gempa Park Field ....................................... 68Gambar 4.22 Respon Velocity Gempa Park Field ................................................ 68Gambar 4.23 Respon Acceleration Gempa Park Field ......................................... 68Gambar 4.24 Respon Histeretik Gempa Park Field ............................................. 71Gambar 4.25 Respon Histeretik Gempa San Fernando ........................................ 71Gambar 4.26 Respon Histeretik Gempa Kobe ..................................................... 72Gambar 4.27 Siklus ke-1 Kurva Respon Histeretik Gempa Park Field ................ 73Gambar 4.28 Siklus ke-2 Kurva Respon Histeretik Gempa Park Field ................ 74Gambar 4.29 Siklus ke-3 Kurva Respon Histeretik Gempa Park Field ............... 75Gambar 4.30 Kondisi Material Pilar Jembatan pada (a) Siklus ke-1, (b) Siklus

  ke-2, dan (c) Siklus ke-3 Gempa Park Field ................................... 76