model perancangan disturbed region balok girder jembatan...

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


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.


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.


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.


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.


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)


dibentuk oleh Tie pada satu arah saja (Nodal

tipe CCT)


dibentuk oleh Tie lebih dari dua arah (Nodal

tipe CTT)


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)


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


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


3. a/d = 1,2


Permodelan Keempat

mkNq /700

107000


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


Permodelan Kelima (statis tak tentu)


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


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


strutteganganrasio

MPaA

Ff H

00,1

936,07,3545,33

45,3340031410004201


c. Terhadap FV


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


strutteganganrasio

MPaA

Puf

00,1

75,063,4446,33

46,3340052310007000

2. Terhadap FC KIRI


strutteganganrasio

MPaA

Ff KIRIC

00,1

75,063,4446,33

46,334002.482

10006454

3. Terhadap FC KANAN


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


strutteganganrasio

MPaA

Ff KANANC

00,1

936,07,3545,33

45,3340035110008,4696

2. Terhadap FH


strutteganganrasio

MPaA

Ff H

00,1

936,07,3545,33

45,3340031410004201

3. Terhadap FV


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


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.

model perancangan disturbed region balok girder jembatan...

Documents