Jembatan Rangka, antara analisa dan aktual

Tulisan  ini disadur dari hasil analisa dan penelitian oleh Hickey, L. J.,2008. Jembatan yang diteliti adalah Hillsville truss bridge (VA) dibangun pada tahun 1941 mempunyai bentang total 846 ft (~260 m) dan bentang terbesar 300 ft (~90 m). Ditujukan olehnya untuk meninjau ulang asumsi-asumsi analisa struktur terhadap jenis jembatan yang telah runtuh akibat beban truk standar, jembatan tersebut adalah I-35W bridge, Minneapolis (Sungai Mississippi) pada bulan Agustus 2007  tahun lalu, dibangun pada tahun 1964-1967 mempunyai bentang total 1907 ft (~580 m) dan bentang terbesar 450 ft (~140 m) akibar gusset plate yang tidak memenuhi syarat fracture membuat gagal dan terjadi overall buckling of structures.



Jembatan rangka baja seperti diatas merupakan struktur yang dikategorikan rangka batang ruang (space truss). Dalam penerapan dilapangan tidak mudah untuk menentukan kondisi sendi atau roll. Kondisi sendi jika DOF's translasi horisontal dan vertikal dikekang, sedangkan pada kondisi roll DOF's translasi horisontal bebas, lepas/tidak dikekang.



Diatas gambar aplikasi rolled support yang diterapkan pada I-35W bridge, Minneapolis (Sungai Mississippi).

Tampak atas dan penampang jembatan

Analisa pertama yang dilakukan diasumsikan dua dimensi (plane truss) dengan berbagai macam kondisi tumpuan. Jenis element yang digunakan adalah truss dengan 2 translasi DOF tiap titik ujung join. Kekakuan elemen hanya aksial (AE/L),rotasi ujung member tidak ada (realese). Beban dari floor deck diterapkan menjadi beban titik pada buhul join rangka batang. Hasil pebandingan menunjukan perbedaan yang signifikan, overestimated terlalu besar dan dikategorikan tidak memenuhi.

Analisa kedua yang dilakukan diasumsikan dua dimensi (plane frame) dengan berbagai macam kondisi tumpuan. Jenis element yang digunakan adalah frame dengan 2 translasi dan 1 rotasi DOF's tiap titik ujung join. Kekakuan aksial (AE/L) dan lentur (EI/L), rotasi ujung member tidak  ada (realese).  Beban dari floor deck diterapkan menjadi beban titik pada buhul join rangka batang.



Analisa ketiga yang dilakukan diasumsikan dua dimensi (plane frame) dengan berbagai macam kondisi tumpuan. Sama dengan model analisa kedua, namun pada model ini dimasukkan pengaruh balok stringer begitu pula eksentrisitas yang dimodelkan dengan rigid links.



Balok stringer tersebut mempunyai kekakuan aksial dan lentur, namun tahanan rotasi ujung tidak ada.



Penentuan letak alat pengukuran strain gauges ditempatkan pada batang daerah tumpuan pier dan abutment. Berikut grafik perbandingan beberapa pemodelan tersebut diatas.

• Catatan: 1 Kips = 453,59 Kgf

Grafik hasil perbandingan Pemodelan Pertama (Truss)

Grafik hasil perbandingan Pemodelan Kedua (Frames)

Analisa pemodelan pertama dan kedua tidak berbeda signifikan karena jenis rangka batang dengan beban bekerja pada titik buhul join, rotasi ujung member juga di realese.

Grafik hasil perbandingan Pemodelan Kedua (Frames+Stringer)

Perbedan hasil terlihat saat beban truk bekerja pada titik daerah pier jembatan. Ada hasil yang mennjukan bahwa batang mengalami gaya tarik padahal aktualnya menerima gaya tekan, ini perlu perhatian karena pengaruh tekuk.

Pemodelan tumpuan yang cukup medekati adalah rol-sendi, mungkin ini dikarenakan kekakuan pergerakan translasi horisontal dari pier aktual mempunyai nilai yang besar. Sedangkan untuk pemodelan element dan analisa struktur yang paling mendekati adalah element frames+stringer, interaksi antara batang atas dengan balok stringer sangat mempengaruhi. Walaupun pemodelan analisa struktur yang digunakan hanya 2D namun hasilnya cukup reliable tanpa harus 3D karena jenis struktur adalah rangka truss simetri dan juga kekakuan puntir batang tegak lurusnya yaitu batang pengaku/diapragma dan bracing mempunyai nilai yang kecil, tidak memberikan kontribusi besar pada perilaku struktur keseluruhan. Namun pemodelan 3D lebih direkomendasikan untuk mengantisipasi keadaan lain.