modul sap2000 jembatan penyeberangan

SAP2000 V.10 - ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR KOMPOSIT 3D

Studi Kasus

Untuk menghubungkan dua bangunan gedung, direncanakan dibuat jembatan penyeberangan, seperti pada Gambar 1. Panjang jembatan penyeberangan 20 meter. Balok-balok memanjang dari jembatan, direncanakan dari profil baja IWF yang ditumpu oleh 4 buah portal beton dengan jarak antara portal 8m dan 6m. Potongan melintang dari jembatan penyeberangan seperti pada Gambar 2.

Gambar 1. Konfigurasi jembatan penyeberangan

Gambar 2. Potongan melintang struktur jembatan penyeberangan

Lab. Komputasi Teknik Sipil UNDIP 1

6m 8m 6m

Jembatan Penyeberangan

PenutupLantai

Profil IWFPelat Beton 12cm

Dinding bata1,25m

Kolom Beton50x35cm

Balok Beton50x25cm

4m

+ 4m

-1 m

+ 0,0

Lantai jembatan dari pelat beton tebal 12 cm, dan diatasnya terdapat lapisan penutup lantai. Berat penutup lantai diperhitungkan sebesar 50 kg/m2.

Gambar 3. Penempatan profil baja IWF, balok & kolom beton (perhatikan posisi kolom)

Sepanjang tepi dari jembatan dipasang dinding pasangan bata setinggi 1,25 m. Beban hidup di atas jembatan penyeberangan diperhitungkan sebesar 250 kg/m2.

Profil baja IWF mempunyai dimensi sbb. :

Tinggi badan (h) = 30 cmLebar sayap (b) = 15 cmTebal badan (tw) = 0,8 cmTebal sayap (tf ) = 1 cm

Untuk keperluan desain perlu dilakukan analisis struktur dengan menggunakan SAP2000. Struktur akan didesain dengan metode LRFD, kombinasi pembebanan (load combination) yang ditinjau pada desain struktur adalah :

U = 1,2.D + 1,6.L, dimana D = beban mati, L = beban hidup

Karakteristik Bahan Beton :

Modulus elastisitas beton = 210190 kg/cm2, Angka Poisson = 0,20, berat jenis beton = 2,4 ton/m3 = 0,0024 kg/cm3. Mutu tulangan pokok fy. 400 MPa (tulangan ulir/deform), mutu tulangan sengkang fy. 240 MPa (tulangan polos/plain), dan mutu beton f’c. 20 MPa (K.250).

Untuk desain struktur beton digunakan faktor reduksi kekuatan bahan () sesuai SNI Beton 2002 yaitu : Momen = 0.,8, Geser = 0,75, Tekan (Spiral) = 0.7, Tekan (Sengkang) = 0.65.

Karakteristik Bahan Baja :

Modulus elastisitas baja = 2100000 kg/cm2, Angka Poisson = 0,30, berat jenis baja = 7,85 ton/m3 = 0,00785 kg/cm3. Mutu profil baja BJ.37, dengan tegangan leleh (Fy) = 2400 kg/cm2 dan tegangan ultimate (Fu) = 3700 kg/cm2.

Beban mati pada jembatan penyeberangan terdiri dari :

Berat sendiri pelat, profil baja IWF, balok dan kolom portal beton (diinput secara otomatis dengan masukan berupa ukuran penampang dan berat jenis bahan)

Penutup lantai sebesar 50 kg/m2 = 0,005 kg/cm2 (diinput sebagai beban merata persatuan luas). Beban dinding bata sebesar : 1,25x250 kg/m = 312,5 kg/m = 3,125 kg/cm (diiput sebagai beban merata persatuan panjang)

Beban hidup pada jembatan penyeberangan terdiri dari :

Beban sebesar 250 kg/m2 = 0,025 kg/cm2 (diinput sebagai beban merata persatuan luas)


h

b

tf

tw

Data Masukan SAP2000 V.10

1. Memilih Sistem Satuan Pada kotak sistem satuan yang tersedia, pilih sistem satuan yang akan digunakan di dalam

analisis struktur ( untuk perhitungan ini digunakan sistem satuan : kg-cm ).

2. Menyusun Bentuk Stuktur

Dari menu File, pilih New Model. Pada kotak New Model, klik struktur portal 3 dimensi ( 3D Frames ). Pada kotak 3D Frames masukkan data konfigurasi struktur :

3D Frame Type = Beam Slab BuildingNumber of Stories = 1 Number of Bays, X = 2Number of Bays, Y = 3Story Height = 500Bay Width, X = 200Bay Width, Y = 800Number of Divisions X = 2Number of Divisions Y = 6Klik OK.

Dengan memasukkan data-data ini, akan didapatkan model konfigurasi dari struktur seperti pada Gambar 4.

Gambar 4. Model awal dari konfigurasi struktur sebelum diedit.

Untuk mendapatkan konfigurasi struktur tanpa adanya kolom-kolom tengah seperti yang direncanakan, maka kolom-kolom tengah dari struktur pada model awal struktur harus di hapus. Untuk menghapus dilakukan dengan cara, klik semua kolom tengah yang akan dihapus, pilih menu Edit, kemudian klik menu Cut.

Pada model awal dari struktur, jarak antara kolom pada arah sumbu y adalah 800 cm. Untuk mendapatkan jarak-jarak portal 800 cm dan 600 cm seperti yang direncanakan, dapat dilakukan dengan cara menggeser portal-portal tepi pada arah sumbu y dengan menggunakan menu Edit dan menu Move. Model konfigurasi struktur setelah di edit, diperlihatkan pada Gambar 5.


Gambar 5. Model konfigurasi struktur setelah diedit

3. Mendefinisikan Karakteristik Material

Untuk melakukan desain elemen beton (balok dan kolom) dan elemen baja (profil IWF) perlu didefinisikan karakteristik dari material beton dan baja yang digunakan. Untuk mendefinisikan material beton, dilakukan sbb. :

Dari menu Define, pilih Material. Pada kotak Define Materials pilih CONC, dan klik Modify/Show Material. Pada kotak Material Property Data masukkan data material :

Analysis Property Data :

Mass per unit Volume = 0Weight per unit Volume = 0.0024Modulus of Elasticity = 210190Poisson Ratio = 0.20Coeff of Thermal Expansion = 0

Design Property Data :

Specified Conc Comp Strength, f’c = 200Bending Reinf Yield Stress, fy = 4000Shear Reinf Yield Stress, fys = 2400Klik OK.

Gambar 6. Data material beton bertulang


Untuk mendefinisikan material baja, dilakukan sbb. :

Dari menu Define, pilih Material. Pada kotak Define Material. pilih STEEL dan klik Modify/Show Material. Pada kotak Material Property Data masukkan data :

Analysis Property Data :

Mass per Unit Volume = 0 Weight per Unit Volume = 0.00785 Modulus of Elasticity = 2100000 Poisson Ratio = 0.30Coef of thermal expansion = 0

Design Property Data :

Minimum Yield Stress, Fy = 2400Minimum Tensile Stress, Fu = 3700Klik OK.

Gambar 7. Data material baja

4. Mendefinisikan Dimensi Elemen

Dari menu Define, pilih Frame Sections. Pada kotak Frame Properties klik Add Rectangular, klik Add New Property. Pada kotak Rectangular Section, masukkan data balok beton :

Section Name : BALOKDimension : - Depth = 50

: - Width = 25Material : CONC

Klik Concrete Reinforcement. Pada kotak Reinforcement Data masukkan data :

Design Type : BeamConcrete Cover to Rebar Center : Top = 4

Bottom = 4Klik OK

Pada kotak Frame Properties klik Add Copy of Property. Pada kotak Rectangular Section masukkan data :

Section Name : KOLOMDimension : - Depth = 50

: - Width = 35Material : CONC


Klik Concrete Reinforcement. Pada kotak Reinforcement Data masukkan data :

Design Type : ColumnConfiguration of Reinforcement : RectangularLateral Reinforcement : Ties

Cover to Rebar Center : 4Number of Bars in 3-dir : 0Number of Bars in 2-dir : 0

Check/Design : Reinforcement to be DesignedKlik OK.

Pada kotak Frame Properties klik Add I/Wide Flange, klik Add New Property. Pada kotak I/Wide Flange Section, masukkan data profil IWF seperti pada gambar di bawah :

Section Name : IWFMaterial : STEEL

Dimensions :

Outside height ( t3 ) : 30Top flange width (t2 ) : 15Top flange thickness ( tf ) : 1Web thickness : 0.8Bottom flange width ( t2b ) : 15Bottom flange thickness ( tfb ) : 1

Klik OK.

Gambar 8. Data masukan untuk profil baja IWF

Dari menu Define, pilih Area Sections. Pada kotak Area Sections klik Add New Section. Pada kotak Shell Section Data, masukkan pelat :

Section Name : PELATType : Plate-ThinMaterial Name : CONCMaterial Angle : 0

Thickness : Membrane : 12Bending : 12Klik OK.


5. Penempatan Elemen Pada Sistem Struktur

Untuk menampilkan joint-joint pada struktur, pilih menu View, klik Set Display Options. Pada kotak Display Options For Active Window pilih Joint, kemudian klik Invisible.

Untuk menyusun elemen balok dan kolom pada struktur, dilakukan sbb. :

Klik semua balok arah sumbu Y dari struktur. Pilih menu Assign, Frame/Cable/Tendon dan Frame Section. Pada kotak Frame Property, pilih IWF, klik OK.

Klik semua balok arah sumbu X dari struktur. Pilih menu Assign, Frame/Cable/Tendon dan Frame Section. Pada kotak Frame Property, pilih BALOK, klik OK.

Klik semua kolom dari struktur. Pilih menu Assign, Frame/Cable/Tendon dan Frame Section. Pada kotak Frame Property, pilih KOLOM, klik OK.

Untuk menyusun elemen pelat pada struktur, dilakukan sbb. :

Klik semua elemen pelat pada struktur. Pilih menu Assign, klik Area dan Section. Pada kotak Area Sections, klik PELAT, klik OK.

Untuk melihat konfigurasi perspektif dari struktur dan elemen-elemennya, gunakan menu View, Set Display Options. Pada kotak Display Options For Active Window klik Extrude View pada kotak General.

Untuk mengatur posisi dari kolom-kolom struktur seperti yang direncanakan, dapat dilakukan dengan menggunakan menu Assign, Frame/Cable/Tendon, dan Local Axes untuk memutar sumbu kolom.

6. Mendefinisikan Jenis Tumpuan

Klik semua joint yang merupakan tumpuan struktur. Pilih menu Assign, kemudian Joint dan Restraints. Di dalam kotak Joint Restraints, pada Fast Joint Restraints, klik tumpuan jepit, klik OK.

7. Mendefinisikan Kasus Beban, Kasus Analisis, Dan Kombinasi Pembebanan

Beban yang ditinjau bekerja pada struktur adalah kombinasi antara beban mati dan beban hidup dengan faktor beban sebesar 1,2 dan 1,6. Untuk mendefinisikan kasus beban (load case), kasus analisis (analysis case), dan kombinasi pembebanan yang ditinjau bekerja pada struktur, dilakukan sbb. :

Dari menu Define, pilih Load Cases. Pada kotak Defines Load masukkan data :

Load Name = DEADType = DEADSelf Weight Multiplier = 1

Load Name = LIVE Type = LIVESelf Weight Multiplier = 0Klik OK.

Dari menu Define, pilih Analysis Cases. Pada kotak Analysis Case masukkan data :

Case Name = DEADCase Type = Linear Static

Load Name = LIVECase Type = Linear Static


Hapus Case Name (MODAL) dengan menggunakan Delete Case.

Dari menu Define, pilih Combinations. Pada kotak Define Respons Combinations, klik Add New Combo. Pada kotak Respons Combination Data masukkan data :

Respons Combination Name : COMB 1

Combination Type : Linear AddCase Name : DEADCase Type : Linear StaticScale Factor : 1.2Klik Add

Combination Type : Linear AddCase Name : LIVECase Type : Linear StaticScale Factor : 1.6Klik OK.

8. Mendefinisikan Beban Pada Struktur.

A. Beban Mati

Klik semua elemen pelat. Pilih menu Assign, kemudian Area Loads, dan Uniform (Shell) Distributed. Pada kotak Area Uniform Loads masukkan data beban penutup lantai 0.005 kg/cm2 :

Load Case Name : DEADUnit : Kg, cm, C

Uniform Load : Load : -0.005Coor System : GlobalsDirection : ZOptions : Replace Existing LoadsKlik OK.

Untuk memasukkan beban dinding pada struktur, dilakukan sbb. : Klik profil-profil IWF yang terletak ditepi, pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon Loads, klik Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban dinding sebesar 3,125 kg/cm sbb. :

Load Case Name : DEADUnit : Kg, cm, C

Load Type and Directions : ForcesCoord Sys : GLOBALDirection : ZOptions : Replace Existing LoadsUniform Load : -3.125Klik OK.

B. Beban Hidup

Klik semua elemen pelat. Pilih menu Assign, kemudian Area Loads, dan Uniform (Shell) Distributed. Pada kotak Area Uniform Loads masukkan data beban hidup merata 0.025 kg/cm2 :

Load Case Name : LIVE


Unit : Kg, cm, CUniform Load : Load : -0.025Coor System : GlobalsDirection : ZOptions : Replace Existing LoadsKlik OK.

9. Mendefinisikan Faktor Reduksi Kekuatan Dan Tipe Rangka/Portal Beton

Untuk melakukan desain struktur beton, perlu didefinisikan Faktor Reduksi Kekuatan Bahan (Strength Reduction Factors) yang akan digunakan di dalam proses desain sbb. :

Dari menu Options, klik Preferences, kemudian Concrete Frame Design. Pada kotak Concrete Frame Design Preferences, masukkan data :

Design Code : ACI 318-99Phi (Bending Tension) = 0,8Phi (Compression Tied) = 0,65Phi (Compression Spiral) = 0,7Phi (Shear) = 0,75Klik OK.

Gambar 9. Data masukan untuk desain struktur beton

Karena struktur portal beton direncanakan sebagai portal elastis (tidak daktail), maka untuk melakukan desain struktur, dilakukan sbb. :

Klik semua elemen dari struktur beton. Pilih menu Design, klik Concrete Frame Design, klik View/Revise Overwrite. Pada kotak Concrete Frame Design Overwrites for ACI 318-99, masukkan data :

Framing Type : Sway OrdinaryKlik OK.

10. Menentukan Metode Desain Struktur Baja

Sebelum melakukan desain struktur baja, terlebih dahulu harus ditentukan metode desain yang akan digunakan. Desain struktur baja dapat dilakukan dengan metode LRFD (Load Resistance Factor Design) atau metode ASD (Allowable Stress Design). Untuk stuktur jembatan penyeberangan ini akan didesain dengan metode LRFD.

Klik semua elemen dari struktur baja. Dari menu Options, pilih Preferences, kemudian Steel Frame Design. Pada kotak Steel Frame Design Preference, masukkan data : Lab. Komputasi Teknik Sipil UNDIP 9

Design Code : AISC-LRFD93Framing Type : Moment FramePhi (Bending) = 0,9Phi (Compression) = 0,85Phi (Tension) = 0,9Phi (Shear) = 0,9Consider Deflection : Yes Stress Ratio Limit = 1Klik OK.

Gambar 10. Data masukan untuk desain struktur baja

11. Mendefinisikan Kombinasi Pembebanan Yang Ditinjau Pada Desain Struktur

Sebelum melakukan analisis dan desain struktur, perlu terlebih dahulu ditentukan kombinasi pembebanan (load combination) yang akan ditinjau di dalam desain, sbb. : Pilih menu Design, klik Concrete Frame Design, klik Select Design Combos.

Pada Design Load Combination Selections, dari kotak List of Combo pilih kombinasi pembebanan yang akan dianalisis yaitu COMB1, kemudian klik Add. Dengan cara ini kombinasi pembebanan yang dipilih akan berpindah ke kotak Design Combos.

Kombinasi pembebanan lainnya yang tidak dianalisis harus dihilangkan dari kotak Design Combos. Pilih kombinasi pembebanan yang tidak dianalisis, klik Remove. Klik OK.

Pilih menu Design, klik Steel Frame Design, klik Select Design Combos.

Pada Design Load Combination Selections, dari kotak List of Combo pilih kombinasi pembebanan yang akan dianalisis yaitu COMB1, kemudian klik Add. Dengan cara ini kombinasi pembebanan yang dipilih akan berpindah ke kotak Design Combos.

Kombinasi pembebanan lainnya yang tidak dianalisis harus dihilangkan dari kotak Design Combos. Pilih kombinasi pembebanan yang tidak dianalisis, klik Remove. Klik OK.


Gambar 11. Kombinasi pembebanan yang di desain (COMB1)

Sebelum melakukan analisis, file data masukan perlu terlebih dahulu disimpan. Penyimpanan data masukan dilakukan sbb. :

Pilih menu File, kemudian klik Save As. Pada kotak Save Model File As, ketikan nama file misal JEMBATAN, klik Save. Dengan cara ini file akan disimpan dengan nama JEMBATAN.SDB. Untuk melakukan analisis struktur, pilih menu Analyze, kemudian klik Run Analyze.

12. Desain Struktur Beton

Untuk desain dari struktur beton dilakukan sbb. :

Pilih menu Design, klik Concrete Design Frame, kemudian klik Start Design/Check of Structure. Untuk menampilkan tulangan lentur (longitudinal reinforcing), jumlah tulangan geser (shear reinforcing), atau tulangan torsi (torsion reinforcing), dilakukan sbb. :

Pilih menu Design, klik Concrete Design Frame, kemudian klik Display Design Info. Pada kotak Display Concrete Design Results (ACI 318-05), pilih Design Output, kemudian pilih Longitudinal Reinforcing, Shear Reinforcing, atau Torsion Reinforcing, klik OK.

13. Desain Struktur Baja

Untuk desain dari struktur baja dilakukan sbb. :

Pilih menu Design, pilih Steel Design, kemudian Start Design/Check of Structure. Hasil desain dari struktur baja akan ditampilkan dalam bentuk grafis berupa nilai rasio tegangan (stress ratio) dari masing-masing elemen struktur.

Untuk menampilkan nilai rasio tegangan (stress ratio) dari elemen struktur baja, dilakukan sbb. :

Pilih menu Design, klik Steel Design Frame, kemudian klik Display Design Info. Pada kotak Display Steel Design Results (AISC-LRFD93), pilih P-M Ratio Colors & Values, klik OK.


Gambar 12. Rasio tegangan P-M pada profil baja

14. Menampilkan Gaya Dalam Elemen (Local Element Forces)

a. Elemen Frame

Untuk menampilkan gaya-gaya dalam ( momen lentur, gaya geser, gaya aksial, dan torsi ), dari elemen Frame, dilakukan sbb. :

Pilih menu Display, kemudian Show Force Stresses, kemudian klik Frames/Cables.

Pada kotak Member Forces Diagram for Frames, pilih kasus atau kombinasi pembebanan yang akan ditampilkan.

Pada kotak Component, pilih salah satu gaya dalam elemen yang akan ditampilkan yaitu : Moment 3-3, Moment 2-2, Shear 3-3, Shear 2-2, Axial Force, atau Torsion, kemudian klik OK.

b. Elemen Shell

Untuk menampilkan momen lentur pada pelat, perlu ditampilkan terlebih dahulu sumbu lokal dari pelat, sbb. : pilih menu View, kemudian klik Set Display Options, Pada kotak Display Options For Active Window pilih Areas, klik Local Axes, klik OK.

Untuk menampilkan momen lentur pada pelat, dilakukan sbb. :

Pilih menu Display, kemudian Show Force/ Stresses, kemudian klik Shells. Pada kotak Member Forces Diagrams, masukkan data :

Case/Combo Name : COMB1 Component Type : Resultant Forces

Pada kotak Component, bisa dipilih momen M11 atau momen M22. M11 adalah momen lentur pada pelat pada arah sumbu lokal pelat 1 (arah panah warna merah), M22 adalah momen lentur pada pelat pada arah sumbu lokal pelat 2 (arah panah warna putih).


modul sap2000 jembatan penyeberangan

Documents