model perancangan disturbed region balok girder jembatan...
Post on 24-Dec-2020
16 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 84
MODEL PERANCANGAN DISTURBED REGION BALOK GIRDER JEMBATAN DENGAN MENGGUNAKAN METODA STRUT AND TIE
Christanto Yudha Saputra
Satuan Kerja Pelaksanaan Jalan Nasional I Jawa Tengah Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional VII
Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat
ABSTRAK
Blok ujung dari Balok Girder Jembatan memiliki konsentrasi tegangan Tarik dan tekan yang cukup Tinggi sehingga tidak dapat dilakukan analisis elastis tetapi dengan menggunakan analisis batas komponen. Perancangan penulangan pada daerah ini dilakukan dengan metoda Strut-And-Tie dengan mengkategorikan balok berperilaku DisturbedRegion sedangkan pada daerah dimana analisis elastic dapat bekerja hukum Bernoulli dapat diterapkan. Peraturan SNI 1827 03-2847-2012 telah mengakomodasi kebutuhan ini. Pada daerah terganggu gaya geser dominan sehingga pengaruh gaya geser tidak dapat diabaikan begitu saja. Pada tulisan ini dipaparkan kasus balok girder sederhana yang dibebani beban terpusat ditengah bentang.
Model perancangan yang dipilih yaitu model Strut-And-Tie yang terdiri dari 3 macam komponen yaitu komponen batang yang menerima gaya aksial tekan disebut Strut diwakili oleh beton, komponen batang yang menerima gaya aksial tarik yaitu Tie diwakili oleh tulangan baja, serta Nodal yaitu daerah tempat bertemunya komponen Strut dan komponen Tie sehingga daerah ini memiliki gaya-gaya yang bersifat multi aksial. Hasil permodelan Strut and Tie menghasilkan variasi model sebanyak lima variasi yaitu model a/d = 0.857 ; model a/d = 1.2 ; kombinasi a/d = 1.2, a/d= 0.857 dan a/d 0.571; dan model beban merata serta model statis tak tentu. Kelima model Strut and Tie balok adalah model yang diharapkan mampu menahan beban beban layan dan ultimit diatas strukturnya.
Kata Kunci : Balok Tinggi, Strut and Tie, Nodal
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 85
PENDAHULUAN
Penerapan metoda limit analisis pada pelat
sudah banyak dilakukan dan dipahami dengan baik
seperti diungkapkan oleh Johansen (1962) dan oleh
Park, Robert, Gamble dan William (1980).
Penerapan metoda pada limit analisis pada balok
beton bertulang secara keseluruhan belum
diketahui secara baik, terutama yang didasarkan
pada “lower bound”.
Berbagai penelitian terus berlangsung dan
berkembang serta berbagai model yang rasional
yang dianggap cukup sederhana dan cukup akurat
dalam aplikasinya sudah banyak diusulkan.
Sampai saat ini model yang dianggap konsisten
dan rasional adalah pendekatan melalui “Strut-
And-Tie Model”.
Untuk pertama kalinya pada tahun 1902
Morsch (Stuttgart) dan Ritter (Zurich)
memperkenalkan Truss Analogi sebagai dasar
untuk perancangan struktur balok beton bertulang
dalam memikul gaya melintang V. Sejak 20 tahun
lalu, atas inisiatif Sclaich dan Schafer (Stuttgart),
truss analogi ini dikembangkan ke dalam suatu
bentuk yang lebih umum dan konsisten, dan
kemudian dikenal sebagai model penunjang dan
pengikat (Strut-And-TieModel). Untuk pertama
kalinya mereka secara sistematik mengembangkan
langkah perancangan struktur beton bertulang
dengan Strut-And-TieModel, yaitu dengan
membagi struktur dalam daerah B dan D dan
menggambarkan alur gaya (load path) sebagai
transfer gaya yang terjadi pada struktur beton
bertulang pada kondisi retak dari sumber
pembebanannya sampai tumpuan. Kini Strut-And-
Tie model sudah menjadi bagian dalam berbagai
standar peraturan di banyak negara, antara lain:
Euro Code 2 (EC2), Apendix A-ACI 318 (2002),
Canadian Code, Practical Design of Structural
Concrete, fib (1999).
Alasan Melakukan Penelitian
Studi mengenai struktur balok Tinggi
dibahas dalam tulisan tahun 1995 yang berjudul
‘Perancangan Komponen Struktur Balok Tinggi
Dari Beton Mutu Tinggi’oleh Dr. Bambang
Budiono dan Dr. Dicky R. Munaf. Tulisan ini
berisi konsep perancangan balok tinggi dengan
metoda dasar yang akhirnya berkembang menjadi
metoda Strut-And-Tie, didalamnya terdapat
prediksi pola keruntuhan dan trayektori tegangan
dengan metode Finite Element. Studi kedua
mengenai Strut-And-Tie juga pernah dilakukan
oleh Benny Attisa dan Marie Hamidah 2004
berjudul Tinjauan Penerapan Metode Strut and Tie
pada perencanaan daerah-D (Disturbed Region)
dengan studi kasus struktur Konsol Beton
Bertulang.
Pada kenyataannya proses desain daerah-D
dengan menggunakan metode Strut-And-Tie
membutuhkan proses iterasi untuk mendapatkan
hasil perancangan yang baik. Dalam studi kali ini
akan dicoba dilakukan perancangan daerah-D
struktur Balok Tinggi meliputi proses iterasi pada
struktur balok untuk mendapatkan model Strut-
And-Tie.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari studi ini adalah:
1. Merancang struktur balok tinggi girder beton
bertulang terhadap beban statis terpusat dan
merata dengan metoda Strut-And-Tie.
2. Analisa trajektori tegangan Tarik dan tekan
pada struktur balok.
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 86
Metoda Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan sebagai berikut:
1. Melakukan studi pustaka mengenai balok
tinggi meliputi definisi, dan perilaku.
2. Melakukan studi perancangan pada daerah
terganggu (Disturbed Region) kasus balok
tinggi dengan menggunakan metoda Strut-
And-Tie.
3. Melakukan verifikasi dan desain Balok Tinggi
Girder dengan pada komponen Strut Tie dan
Nodal.
Untuk menjamin perilaku daktail struktur
dilakukan pembatasan kekuatan elemen struktur
pada level tertentu. Perhatian utama ditujukan pada
keadaan tiap komponen yaitu Strut, Tie, dan Nodal
Zone ; dan mekanisme keruntuhan yang terjadi.
Ada banyak konsep pembatasan yang diusulkan
para ahli baik berdasarkan hasil pengamatan
eksperimen atau studi analitis. Bagan alir
perancangan balok girder dapat diamati melalui
gambar 1 berikut. FL O W C H A R T P R O G R A M
C A ST (C o m pu ter A id ed S tru t-an d-T ie)
PR A D E S A IN
U nit sa tua nfil e ba rujen is struk tur Dfc ’fy tfy
D E SA IN G E O M E TR I
B U K A A NG E O M E T RI
M em bu a t g ar is p a nd ua nM em bu a t g eo m e tr i lua rs truk tur
M e m b u at ge om etr ilua r s tru k tur
Ya
S tru t b e to n N od al T ie tu lan g ann o np ra teg a ng
T id akE LE M E N T ST M
M e m b ua t M od e lS tru t-a nd -T ie
K e k ak u anS k a la le ba r k om po n enJ en is strut : A C I B ott le, A C IP r is m ale ba r s tru tN o n- line a r pro pe rt i : - k urv a teg a ng an - re ga n ga n - s k ala ku rva
A S TM P ilih D tu la ng an
La pi s tula n ga nJu m la h tu lan g antin g gi d ae ra h ta rik be tonfov e rs tre ng th y ie ldzo n a tar ikprop e rt i no n lin e ar :- k urv a teg a ng an re ga n ga n- s ka la k u rv a
Lu as tula ng a n
J u m la h tota l tu la ng anl eb ar efe ktifte ga n ga n b ata s t iek u at ba tas t ie
- T ip e n od a l :CC C ,C CT ,C T T;M a rti,S c laic h ,M c.G reg o r- S k ala Te ba l
K o nd is i be ba nD im e ns i b ea r ing
5
P E R H ITU N G AN
B a tas teg an g an no da l
B atas teg an g an strut
M U L A I
1
2
4
3
L e ba r m ele bih ib ata s g eo m e tri
Y a
T idak
Y a
T ida k
Gambar 1. Bagan Alir Metoda Strut and Tie Model (STM)
Pembahasan
Kekuatan Material Compression Strut
Strut adalah elemen beton yang berada
pada daerah tegangan tekan dan diidealisasikan
sebagai medan tegangan tekan uniaksial. Kekuatan
material Strut berhubungan dengan kekuatan
maksimum beton pada daerah tegangan tekan
diagonal. Agar dapat menentukan kekuatan
maksimum Strut, harus diketahui lebih dahulu
kekuatan maksimum yang dapat disediakan oleh
beton untuk mencegah kehancuran yang
disebabkan oleh tegangan tekan diagonal (web
crushing).
Kekuatan Nominal Strut dengan tulangan
longitudinal adalah :
sscucns fAfAF
Dengan :
cA = Luas penampang beton pada ujung dari
daerah Strut
sA = Luas penampang tulangan pada daerah
Strut
sf = Tegangan tulangan baja yang memikul
tekan
cuf = Tegangan tekan efektif beton pada daerah
Strut
Secara umum, faktor-faktor yang
mempengaruhi kekuatan beton pada daerah
tegangan tekan diagonal adalah:
1. Keberadaan retakan dan arah orientasi retak.
2. Besarnya regangan tarik pada arah tegak lurus
tegangan tekan rata-rata.
3. Keberadaan tegangan tarik pada arah tegak
lurus tegangan tekan rata-rata.
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 87
Besarnya pengaruh dari ketiga kondisi di
atas dinyatakan dalam faktor reduksi dari kekuatan
karakteristik beton terhadap tekan uniaksial (fc’)
yaitu:
Dimana adalah faktor reduksi yang
besarnya kurang dari 1.
Kekuatan Strut Sebagai Fungsi Dari
Keberadaan Retak
Metode Strut-And-Tie dirumuskan
terhadap keadaan batas (ultimate limit state) karena
itu adanya retak elemen beton pada daerah tekan
akan mengurangi kekuatan beton. Faktor reduksi
kemudian digunakan untuk menyatakan besarnya
kekuatan efektif yang dapat digunakan. Besarnya
faktor reduksi ini bervariasi menurut hasil
eksperimen yang dilakukan beberapa ahli. Berikut
ini disajikan beberapa nilai kekuatan efektif yang
memperhitungkan keberadaan retak dan arahnya.
Appendix A-ACI Building Code 2002
'85.0 cscu ff
Dengan :
'cf = Tegangan tekan karakteristik beton
s = Faktor reduksi berdasarkan kondisi-kondisi
sebagai berikut :
1. Untuk Strut yang memiliki penampang yang
seragam s = 1.
2. Untuk Bottle-shaped Strut
a. Dengan tulangan yang cukup s = 0.75
b. Tanpa tulangan yang cukup s = 0.60
3. Untuk Strut dalam bagian tarik s = 0.4
4. Untuk kasus lainnya s = 0.6
dimana:
λ = Faktor densitas beton
1. λ = 1 untuk beton densitas normal
2. λ = 0.85 untuk beton densitas menengah
3. λ = 0.75 untuk beton densitas tinggi
Kekuatan Strut Sebagai Fungsi Dari Regangan
Tarik
Collins (1978) mengemukakan bahwa
kekuatan efektif beton retak pada daerah tekan
adalah fungsi dari regangan tarik pada arah tegak
lurus tegangan tekan tersebut. Metode ini
didasarkan pada Teori Medan Tekan (Compression
Field Theory) dengan anggapan:
'ccu ff
bahwa sudut inklinasi dan retakan adalah identik
dengan sudut inklinasi dari Medan Tekan
(Compression Field).
Wagner(1929) mengamati perilaku
postbuckling shear resistance dari badan gelagar
yang tipis. Wagner beranggapan, setelah
mengalami tekuk, badan web yang tipis tidak
mampu menahan tekan dan geser yang kemudian
dipikul oleh medan tarik diagonal (field diagonal
tension), seperti pada Gambar2.
Gambar 2. Medan tarik dari badan gelagar
baja yang tipis akibat geser
Di sini diasumsikan bahwa sudut inklinasi
tegangan tarik diagonal adalah sama dengan sudut
inklinasi dari regangan tarik utama. Pendekatan ini
dinamakan juga Tension Field Action Theory.
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 88
Pendekatan Wagner kemudian diterapkan
pada struktur beton dengan asumsi bahwa setelah
retak, beton tidak memikul tarik dan geser akan
dipikul oleh medan tekan diagonal.
Hasilnya diekspresikan dengan hubungan sebagai
berikut :
2
22tan
t
x (3.28)
Dimana :
εx = regangan longitudinal dari badan gelagar,
tension positif
εt = regangan transversal, tension positif
ε2 = regangan induk tekan negatif
Untuk nilai θ tertentu, persamaan di atas
dapat dipandang sebagai konsisi kompatibilitas
yang berhubungan dengan regangan-regangan εx,
εt, dan ε2. Jika ketiga arah tegangan tersebut
diketahui, maka secara geometri regangan lain
dalam semua arah dapat ditentukan. Lingkaran
Mohr untuk kondisi regangan-regangan bidang
ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Tegangan dan Regangan Mohr Analisis Kekuatan Material Tension Tie
Kekuatan batas Tension Tie yang
digunakan adalah kekuatan leleh tulangan baja
yang terdefinisi sebagai tegangan leleh baja (fsy).
Karena perilaku daktail yang diasumsikan terjadi,
maka dalam perencanaan struktur diusahakan
berada dalam kondisi under-reinforced.
Kekuatan Nominal Tie adalah :
)( psepsystnt ffAfAF Dengan :
stA = Luas penampang tulangan pada daerah Tie
yf = Tegangan leleh tulangan baja
psA = Luas penampang tendon pada beton
prategang
psA = 0 untuk beton non-prategang
)( pse ff = Tegangan pada tendon beton
prategang yang tidak boleh melebihi pyf .
Kekuatan Nominal Tie ( ntF ) sama pada seluruh
peraturan beton bertulang dan usulan para ahli.
Analisis Kekuatan Material Nodal Zone
Kegagalan yang terjadi pada Nodal Zone
diasumsikan oleh kehancuran beton. Proses
kehancuran ini terjadi akibat tegangan pada daerah
nodal melebihi kapasitas tegangan efektif yang
mampu ditahan.
Kekuatan Tekan Nominal Nodal Zone adalah :
cunnn fAF
Dengan :
nA = Luas terkecil dari:
a. Luas pada muka Nodal Zone dimana Fu
bekerja
b. Luas penampang pada Nodal Zone yang tegak
lurus dengan gaya resultan pada penampang
cuf = Tegangan tekan efektif beton pada Nodal
Zone
Rumus dan faktor reduksi untuk cuf berbeda untuk
setiap peraturan beton bertulang dan usulan dari
para ahli.
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 89
Gambar 4. Mekanisme transfer gaya beton
dan tulangan
Menurut Mac Gregor (1899), gaya ini akan
menimbulkan tegangan yang disebut tegangan
splitting dan dapat mengakibatkan kegagalan pada
bidang pertemuan beton dan tulangan.
Untuk menentukan kekuatan batas material di
Nodal Zone, beberapa usulan metode disajikan.
Kapasitas Nodal Zone dinyatakan sebagai tegangan
efektif dengan mempertimbangkan ketiga faktor
yang mempengaruhi kekuatan Nodal di atas.
Ada dua metode yang dipakai untuk menentukan
kekuatan batas material di Nodal Zone yaitu:
1. Dengan membatasi tegangan yang terjadi pada
tiap sisi Nodal dalam tingkat tertentu
(tegangan efektif).
2. Dengan menentukan besarnya tegangan
biaksial dalam Nodal dan kemudian
menentukan kekuatan batasnya.
Berikut ini akan diuraikan rumus dan faktor
reduksi untuk tegangan tekan efektif nodal ( cuf )
berdasarkan beberapa peraturan beton bertulang
dan usulan beberapa ahli sebagai berikut:
'85.0 cncu ff
Dengan :
'cf = Tegangan tekan efektif beton / mutu beton
n = Faktor reduksi berdasarkan kondisi-kondisi
sebagai berikut :
1. Pada Nodal Zone yang dikelilingi Strut n = 1
2. Pada Nodal Zone yang diangkur satu Tie n =
0.8.
3. Pada Nodal Zoneyang diangkur dua Tie atau
lebih n = 0.6.
Tegangan tekan efektif beton pada Nodal Zone
( cuf ) dibagi menjadi dua yaitu:
1. Untuk Nodal Zone yang hanya dibentuk oleh
Strut.
cdc
cu fff
250
'185.0
2. Untuk Nodal Zone yang dibentuk oleh Strut
dan Tie
cdc
cu fff
250
'16.0
Dengan :
'85.0 c
cdff
= 1.5 yaitu angka keamanan beton.
Menurut CSA 1984, terdapat tiga kondisi tegangan
efektif Nodal.Pembagian ini didasarkan pada ada
tidaknya Tie yang membentuk Nodal. Keberadaan
Tie ini dapat mengurangi kekuatan Nodal akibat
efek diskontinuitas regangan. Untuk menjaga agar
Nodal terhindar dari kehancuran maka kekuatan
tiap sisinya dibatasi sampai pada nilai tertentu,
yaitu:
1. '85.0 ccu ff ; untuk Nodal Zone yang
dibentuk oleh Strut dan daerah perletakan
(Nodal tipe CCC)
2. '75.0 ccu ff ; untuk Nodal Zone yang
dibentuk oleh Tie pada satu arah saja (Nodal
tipe CCT)
3. '65.0 ccu ff ; untuk Nodal Zone yang
dibentuk oleh Tie lebih dari dua arah (Nodal
tipe CTT)
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 90
Menurut CSA 1984, selain tegangan pada tiap sisi
Nodal tidak boleh melebihi kekuatan batas yang
disyaratkan di atas, tulangan pada Tie juga harus
terdistribusi merata sepanjang daerah efektif
pengangkuran dan lebar daerah ini juga tidak
ditentukan oleh kekuatan batas sisi Nodal, atau
dapat dinyatakan sebagai :
cew
ia fb
Th.
Dengan ha adalah tinggi efektif pengangkuran Tie.
Seperti CSA 1984, Mac Gregor juga mendasarkan
kekuatan batas Nodal menurut keberadaan Tie.
Selain itu diikutsertakan juga faktor reduksi
kekuatan beton ν2 yang besarnya tergantung pada
kekuatan karakteristik beton.
Menurut Mac Gregor kekuatan efektif pada tiap
sisi Nodal adalah:
'21 ccu ff
Dengan :
1 = Koefisien reduksi yang tergantung dari
keadaan Nodal Zone yaitu:
1. Untuk Nodal Zone yang dibentuk oleh Strut
dan daerah perletakan 1 = 1
2. Untuk Nodal Zone yang dibentuk oleh Tie
pada satu arah saja 1 = 0.85
3. Untuk Nodal Zone yang dibentuk oleh Tie
pada dua arah berbeda 1 = 0.75
2 =Faktor reduksi akibat beton menjadi semakin
getas (brittle) jika kekuatannya meningkat.
'25.15.02
cf
Analisis kekuatan batas material yang dilakukakan
terhadap 5 model variasi Strut and Tie. Variasi
model-model Strut and Tie dapat diamati melalui
tabel 1. berikut :
Tabel 1. Variasi Model Strut And Tie
P (kN) Model Strut and Tie
Variasi
7000 a/d =0.857 Tanpa Tulangan Tarik Vertikal, Tulangan vertikal 1 set, 2 set, 3 set dan 4 set.
7000 a/d = 1.4 Tanpa Tulangan Tarik Vertikal, Tulangan vertikal 1 set, 2 set,
2 x 3500
a/d = 1.2; 0.857; 0.571
Tanpa Tulangan Tarik Vertikal, Tulangan vertikal 1 set, 2 set,
700 Beban Merata Tulangan vertikal 1 dan 2 set
7000/3 Statis tak
tentu Balok Girder diatas tiga tumpuan
Permodelan Pertama )857,0( da
Deskripsi : Model diterapkan untuk perancangan
struktur balok tinggi dengan rasio 857,0da
beban pada jarak 3000 mm dari perletakan J,
berupa beban terpusat 7000 kN. Optimasi akan
dilakukan dengan mencari kebutuhan banyak
komponen vertikal yang dibutuhkan. Model
optimasi berjumlah 5 buah yaitu:
1. Tanpa Tulangan Tarik Vertikal
Deskripsi : Model terdiri dari 2 komponen
Major Strut dan dan sebuah Tulangan Tarik
Longitudinal.
Gambar 5.Tanpa tulangan tarik vertical
2. Tulangan Tarik Vertikal 1 buah Deskripsi : Model terdiri dari 2 komponen
Major Strut dan 1 minor strut dan sebuah
Tulangan Tarik Longitudinal dan 1 tulangan
tie vertikal (sengkang). (detail perancangan
lampiran 2)
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 91
Gambar 6.Tulangan tarik vertikal 1 buah
3. Tulangan Tarik Vertikal 2 buah Deskripsi : Model terdiri dari 2 komponen
Major Strut dan 2 minor strut, sebuah
Tulangan Tarik Longitudinal dan 2 tulangan
tie vertikal (sengkang). (detail perancangan
lampiran 3)
Gambar 7.Tulangan tarik vertikal 2 buah
4. Tulangan Tarik Vertikal 3 buah Model terdiri dari 2 komponen Major Strut
dan3 minor strut, sebuah Tulangan Tarik
Longitudinal dan 3 tulangan tie vertikal
(sengkang).
Gambar 8.Tulangan Tarik 3 buah
5. Tulangan Tarik Vertikal 4 buah
Model terdiri dari 2 komponen Major Strut dan 4
minor strut, sebuah Tulangan Tarik Longitudinal
dan 4 tulangan tie vertikal sengkang dengan jarak
antar tulangan 0,5 m. Selanjutnya akan dilakukan
optimasi dengan menggeser keempat tulangan
vertikal tegak dengan jarak yang konstan antar
tulangan sebagai berikut: Minor strut pertama
bersudut 50o; Minor strut pertama bersudut 55o;
Minor strut pertama bersudut 45o.
Permodelan Kedua )4.1( da
Deskripsi: Model diterapkan untuk perancangan
struktur balok tinggi dengan rasio 40,1da beban
pada jarak 5000 mm dari perletakan J, berupa
beban terpusat 7000 kN. Optimasi akan dilakukan
dengan mencari kebutuhan banyak komponen
vertikal yang dibutuhkan. Model optimasi
berjumlah 3 buah yaitu :
Gambar 10. Permodelan kedua (a/d=1.4)
1. Tanpa tulangan vertikal
Deskripsi: Model terdiri dari 2 buah mayor
strut dan sebuah komponen Tarik tulangan
longitudinal.
2. Tulangan Tarik vertikal 1 buah tiap sisi dari
beban terpusat
Deskripsi: Model terdiri dari 2 komponen
Major Strut dan 2 minor strut dan1Tulangan
Tarik Longitudinal dan 2 tulangan tie vertikal
(sengkang). Gambar 9. Tulangan Tarik 4 buah
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 92
3. Minor strut bersudut 50o
Deskripsi: Komposisi dasar sama dengan
Model beban di tengah dengan 1buah
tulangan tarik vertikal tiap sisi beban terpusat,
namun divariasikan dengan besar sudut minor
strut sebesar 50 o.
Permodelan Ketiga
)571.0;857,0;2.1( da
da
da
Deskripsi : Model diterapkan untuk perancangan
struktur balok tinggi dengan
rasio )571.0;857,0;2.1( da
da
da dan
beban pada jarak berturut-turut mm dari perletakan
terdekat, berupa beban terpusat 7000 kN yang
dibagi menjadi 2 buah beban terpusat sama besar
masing-masing 3500 kN. Permodelan kali
dilakukan untuk mengetahui hubungan besar
kebutuhan perkuatan dengan perbandingan da .
Model terdiri dari 2 buah mayor strut dan sebuah
komponen tarik tulangan longitudinal:
1. a/d = 0,857
Gambar 11. Permodelan ketiga (a/d =0.857)
2. a/d = 0,571
Gambar 12. Permodelan ketiga (a/d =0.571)
3. a/d = 1,2
Gambar 13. Permodelan ketiga (a/d =1.2)
Permodelan Keempat
mkNq /700
107000
Deskripsi: Model diterapkan untuk perancangan
struktur balok tinggi dengan beban merata 700
kN/m. Model terdiri dari 2 buah yaitu model
dengan satu sengkang dan model dengan dua
sengkang. Sudut mayor strut masing-masing
sebesar:
1. Tulangan Tarik vertikal 1 buah tiap sisi
Gambar 14. Permodelan keempat -1
2. Tulangan Tarik vertikal 2 buah tiap sisi
Tulangan tarik 2 buah tiap sisi minor strut
sudut 54o.
Gambar 15. Permodelan keempat -2
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 93
Permodelan Kelima (statis tak tentu)
Deskripsi: Model diterapkan untuk perancangan
balok tinggi dengan beban merata dengan sifat
statik tak tentu.
Gambar 16. Permodelan Statis tak Tentu
Simulasi Grafis dan Perhitungan
Dalam simulasi digunakan satu permodelan dari
variasi permodelan diatas. Dalam hal ini digunakan
permodelan a/d= 0.857.
Besaran Strut digambarkan dengan garis
putus-putus didapatkan sebesar 6453,9 KN dan -
4696,8 kN sedangkan Ties sebesar 4201
kN.Dengan menyalurkan besaran gaya beban
kedalam komponen strut, tie dan nodal dapat
diambil besaran reaksi sebagai parameter desain
balok tinggi. Rasio Tegangan tepat di batas desain
sebesar 1,00 bahwa tegangan tekan strut berada
pada batas ultimit kapasitas.
Tabel 2. Kapasitas Strut , Tie dan Nodal
Strut
ID Fu (kN) s
fc = (0.85)sf'c (MPa)
Effective Width (mm)
Factor (mm)
Fns (kN)
E2 -6453.9 0.750 0.750 33.47 482.2 1.000 6455.5 E20 -7000.0 0.750 0.750 33.47 523.0 1.000 7001.7 E21 -4899.5 0.750 0.750 33.47 366.0 1.000 4899.8
Ties
Tie ID Fu (kN)
Required As (mm²)
Provided As (mm²)
Fns (kN)
E Regangan (kN-m)
E60 4201.0 14003.3 14003.3 0.750 4201.0 31.54
Nodes
ID Node Face
Fu (kN) n
fc = (0.85)nf'c
(MPa)
Effective Width (mm)
Effective Thickness
Scale Factor (mm)
Fnn (kN)
N2 E20 -7000.0 1.000 0.750 44.63 523.0 1.000 9335.6 N3 E2 -6453.9 1.000 0.750 44.63 482.2 1.000 8607.3 N3 E20 -7000.0 1.000 0.750 44.63 523.0 1.000 9335.6
Gambar 17. Kapasitas dan Rasio Tegangan
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 94
Desain Penulangan , Penulangan Minimum Dan
Tegangan Nodal
Perhitungan tulangan tie
Gaya yang bekerja pada komponen tie horizontal
J-L , FH = 4201 kN
Ast = 23
3,14003400*75.010*4201
*mm
fH
yt
Gunakan tulangan terpasang 5 lapis 3 32 dengan
Ast = 14475,5 mm2
Perhitungan tulangan minimum
Tulangan minimum berfungsi untuk memberikan
fungsi daktail pada beton sehingga pengaruh susut
dan rangkak dapat dikurangi selain itu juga
berfungsi sebagai tulangan penahan gaya
‘Bursting’ akibat gaya tekan strut beton yang besar
sehingga menimbulkan aksi regangan tarik. Besar
tulangan yang disediakan menurut ACI318-02-
A3.3.1 harus memenuhi syarat
003.0sin isi
bsiA yang berfungsi untuk
mengontrol retak.Untuk beton dengan fc’> 5000
psi atau setara dengan beton dengan fc’ 42 MPa
hanya cukup memenuhi syarat minimumnya saja
yaitu sebesar 0,003.
Besar tulangan badan vertikal:
Dicoba tulangan vertikal diameter 13mm dengan
jarak 250mm antar As tulangan tulangan vertikal
dibuat 2 kaki, desain tulangan ditulis dengan notasi
2D13-250.
Besar tulangan badan horizontal:
Dicoba tulangan vertikal diameter 13mm dengan
jarak 250mm antar As tulangan tulangan vertikal
dibuat 2 kaki, desain tulangan ditulis dengan notasi
2D13-250.
Kontrol retak : 003.0sin isi
bsiA
00359,0
)50sin(250400845.254)40sin(
250400845.254
xx
Jadi 003.0sin isi
bsiA syarat terpenuhi.
Pengecekan Nodal Zone
Nodal Zone J
Lb = 355 mm ; FV = 4900 kN
Wt = 314 mm ; FH = 4201 kN
WS = 482.22 mm ; FC = 5454 kN
Gambar 18.Gaya-Gaya pada Nodal J Jenis Nodal zone : CCT
Tegangan Batas Nodal zone jenis CCT :
'85,0 fcf scu
cuf 0,85x 0,8 x 70 = 35,7 MPa
a. Terhadap Fc
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Fcf
00,1
937,07,35
46,33
46,3340022.482
10006454
b. Terhadap FH
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Ff H
00,1
936,07,3545,33
45,3340031410004201
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 95
c. Terhadap FV
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Fvf
00,1
937,07,3547,33
47,3340036610004900
Nodal Zone K
Gambar 19.Gaya-gaya pada nodal K
Jenis Nodal zone : CCC
Tegangan Batas Nodal zone jenis CCC :
'85,0 fcf scu
cuf 0,85x 1,0 x 70 = 44,53 MPa
1. Terhadap Pu
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Puf
00,1
75,063,4446,33
46,3340052310007000
2. Terhadap FC KIRI
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Ff KIRIC
00,1
75,063,4446,33
46,334002.482
10006454
3. Terhadap FC KANAN
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Ff KANANC
00,1
75,063,4445,33
45,3340035110008,4696
Nodal Zone L
Gambar 20.Gaya-gaya pada nodal L
Jenis Nodal zone : CCT
Tegangan Batas Nodal zone jenis CCT :
'85,0 fcf scu
cuf 0,85x 0,8 x 70 = 35,7 MPa
1. Terhadap FC KANAN
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Ff KANANC
00,1
936,07,3545,33
45,3340035110008,4696
2. Terhadap FH
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Ff H
00,1
936,07,3545,33
45,3340031410004201
3. Terhadap FV
amanstrutteganganrasio
strutteganganrasio
MPaA
Ff V
00,1
936,07,3543,33
43,3340015710002100
Kesimpulan
Model Strut and Tie merupakan metoda
pendekatan desain struktur yang memiliki
konsistensi baik pada daerah terganggu maupun
Media Ilmiah Teknik Sipil, Volume 4, Nomor 4, Mei 2016 96
tidak terganggu struktur beton bertulang. Dengan
perpaduan grafis perkiraaan bidang trajektori
tegangan, Model ini digunakan pada desain daerah
terganggu yang umumnya berada di sekitar
perletakan, balok konsol, balok tinggi, pier
jembatan dan lokasi dimana terdapat penumpukan
tegangan Tarik dan Tekan. Desain dengan
menggunakan metoda Strut and Tiemerupakan
bagian dari metoda yang telah distandarkan dalam
peraturan Konstruksi Beton Indonesiadalam SNI
2847 tahun 2013 Peraturan Beton Bertulang
Struktural.
DAFTAR PUSTAKA
Bambang Budiono & Dicky R Munaf, 1995, Perancangan Komponen Struktur Balok Tinggi Dari Beton Mutu Tinggi, HAKI Conference, Jakarta.
Gerardo Aguilar et al, 2004, Experimental Evaluation of Design Procedures for Shear Strength of Deep Reinforced Concrete Beam, ACI Structural Journal.
Shyh-Jiann Hwang et al, 2003, Closure to Prediction for Discontinuity Regions by Softened Strut-and-Tie Model” ASCE Structural Journal March.
“Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-02) and Commentary (ACI 318R-02)”, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, USA, 2002.
Collins & Mitchell, “Prestressed Concrete Basics”, First Edition, Canadian Prestressed Concrete Institute (CPCI), Ottawa, Canada, 1987.
Hardjasaputra, H. dan Tumilar, S., ”Model Penunjang dan Pengikat (Strut-and-Tie Model) Pada Perancangan Struktur Beton”, Penerbit Universitas Pelita Harapan, Jakarta, Agustus 2002.
Mac Gregor, J.G., 1997, Reinforced Concrete : Mechanics and Design, Prentice Hall, Englewood, New Jersey.
Nawy, E.G., 1995, Reinforced Concrete : A Fundamental Approach, Third Edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey.
Gere and Timoshenko, 2000, Mekanika Bahan,, jilid 1 Edisi keEmpat Penerbit Erlangga.
Benny & Marie, 2003, Tinjauan dan Penerapan Metoda Strut-and-Tie Model pada perencanaan daerah D studi kasus Balok Konsol Beton Beton Bertulang, Depatemen Teknik Sipil ITB.
Rio & Edy, 2004, Kajian Penulangan geser Minimum pada Balok Beton Bertulang”, Departemen Teknik Sipil ITB.
top related