mencari konfigurasi batang komponen strut & tie

analisa dan desain balok tinggi atau dinding geser dengan metode Strut & Tie perlu menentukan konfigurasi batang sebelumnya, dari susunan bangun segitiga. hal tersebut menjadikan desain penulangan tersebut akan berbeda tiap seorang perencana, walau dimensi dan beban rencananya adalah sama. biasanya seorang perencana didasarkan pengalaman baik itu pribadi maupun orang lain, meniru/mencontek permasalahan sejenis. jika lebih dari sekedar mengikuti, ada perhitungan yg mempunyai landasan teoritis yaitu ditempuh analisa 2D dgn FE jenis elemen plane stress untuk mengetahui alur tegangan (stress path) pada jalur daerah mana terjadi tegangan tekan (strut) dan jalur lain mana terjadi tegangan tarik (tie).

(sumber: Mahmoud, 2007)

berbagai konfigurasi berikut berbagai contoh (1 s/d  10) diambil dari penelitian oleh Mahmoud (2007) yg mana sedang membandingkan hasil desain metode Strut & Tie dengan hasil simulasi numerik metode elemen hingga FE nonlinear dengan damage material sampai rupture/cracking.

(sumber: Fu, 2001)

dari grafik diatas (Design 6-c dan 6-a) terlihat memungkinkan jika terjadi kesalahan dalam penentuan konfigurasi batang komponen strut & tie tsb akan dapat menyebabkan kegagalan di kekuatan/strength dgn tidak tercapainya beban rencana ultimit dan/atau hal lain yaitu gagal karena kemampuan-layan/serviceability terjadi retak lebar dan lendutan berlebih.

.

menggunakan program bantu lain dari RMIT University (Zou, 2012) hasilnya sebagai berikut, input data cukup akurat kerena menggunakan grid dan properties material serta besaran beban. namun hasil keluaran tampilannya kurang menekankan pemisahan komponen strut dan tie.

.

diatas adalah pengantar kegunaan structure topology optimization untuk penentuan konfigurasi batang komponen strut & tie pada masalah sederhana balok tinggi jenis kantilever, terlihat konfigurasi yg didapat dan dgn sedikit modifikasi penyederhanaan masuk dalam kategori konfigurasi yg baik walau pembesian yg dihasilkan nantinya tidak orthogonal membuat sedikit kesulitan dlm pelaksanaan.

.

desain beton dgn metode STM dapat optimal (kuat & kaku) jika konfigurasi batang tersebut sejajar dekat dengan garis lajur tegangan utama. beberapa peraturan beton (ACI/FIB) juga membatasi sudut minimal dan maksimal yg digunakan dalam model antara komponen strut & tie.

(sumber: Fu, 2001)

saya mencoba mencari konfigurasi lain dengan metode structure optimization dgn program dari Lund Univeristy (Lindemann, 2014) karena program tersebut berbasis sket untuk tujuan pembelajaran maka hasil hanyalah merupakan insight gambaran pendekatan saja.

contoh (1)

.

contoh (2)

.

contoh (3)

.

contoh (4)

.

contoh (5)

.

contoh (6)

.

contoh (7)

.

contoh (8)

.

contoh (9)

.

contoh (10)

.

contoh lainnya,

(a)

(b)

.

(c)

(c)

.

(d)

(e)

(f)

(g)

.

(h)

.

(h)

.

(i)

.

(j)

.

(k)

.

(l)

.

(m)

(n)

.

(o)

(p)

 

.
(q)

(r)

.

hasil dari konfigurasi batang metode diatas masih perlu disederhanakan lagi (ditambahkan atau dikurangi) membentuk rangka batang yg terdiri dari bangun segitiga, lainnya juga perlu tambahan batang hanya untuk stabilisasi numerik/equilibrium.

ada yg masih menjadi pertanyaan bagi sya yaitu batasan mengenai sudut (min/max) antara komponen strut dgn tie, beberapa konfigurasi menghasilkan sudut >60deg. hal lain adalah jumlah komponen yg bertemu pada satu titik simpul (node) yang memperlihatkan lebih dari 3 batang/komponen. apakah hal tersebut bersifat keharusan atau bukan (mandatory), ini perlu menelusuri dasar theory dari batasan tersebut.

berikut sedikit pengantar mengenai prinsip komponen dari metode Strut and Tie, yg mana pada paragraph terakhir menekankan bahwa kualitas desain (strength & serviceability) dengan metode tsb sangat tergantung seberapa baik penentuan konfigurasi batang yg diterapkan/ditentukan.

(Sumber: Kuchma, 2004)

... to be add

studi perbandingan beberapa metode pada model yg sama (Strut & Tie, SAP2000 Concrete Shell Reinforcement, Toronto 2D NLFEARC, Abaqus/CalculiX 3D Nonlinear)

Read More

labs betonnya apa sudah cukup besar(?)

keterbatasan ruang dan equipment pada laboratorium struktur beton bertulang menjadikan benda uji yg biasanya akan di skala lebih kecil dari aktualnya, tentunya berbeda dgn labs virtual dgn simulasi numeric FE nonlinear yg tanpa batas dapat bebas sesuai keinginan seorang analyst, yg membatasinya hanya resource computer.

(sumber: Collins et al, 2015)

sebenarnya hal tersebut sudah lama disampaikan oleh Kani (1967) yg mempertanyakan keterbatasan benda uji yg kecil dibandingkan dgn actual dilaksanakan dilapangan, seberapa perbedaan angka amannya?

ditinjau balok yg diteliti oleh Collins et al (2015) diatas, dari rasio dimensi dan jarak beban terlihat seperti balok biasa. gaya geser terbesar adalah sisi tumpuan kiri, sedangkan yg tumpuan kanan lebih kecil sehingga secara teoritis tsb kegagalan geser akan terjadi di sisi pendek (kiri) jika dipasang tulangan geser merata sepanjang bentang. namun setelah diperhatikan ulang dimensi dan konfigurasi beban dan tumpuan masuk mendekati kategori balok tinggi (deep beams).

kapasitas geser beton biasanya dihitung dgn rumus pendekatan dari peraturan beton seperti ACI318 namun sya tertarik, mengapa saat diuji kegagalan beban ultimit jauh lebih rendah (diff~47%). pola retak dominasi berada pada sisi panjang bagian kanan seperti yg diperlihatkan berikut, apakah hal tersebut sudah sesuai karena penempatan tulangan geser hanya pada sisi pendek bagian kiri (?) walau hanya minimum.

sya berusaha mereproduksi ulang masalah diatas dgn input masukan pada program analisa penampang beton Universitas Toronto, data masukan dan hasilnya sebagai berikut:

walau pola retak dan besarnya lendutan berbeda namun kapasitas beban ultimit terlihat hasilnya lebih mendekati aktual dgn selisih hanya ~9% lebih besar, berbeda halnya dgn peraturan beton yg over-estimated sampai ~47% lebih besar yg kemungkinan dapat membahayakan.

pola retak dgn dominasi kegagalan yg sesuai aktual yaitu berada di sisi kanan tumpuan serta akurasi lendutan yg terjadi hanya dapat diprediksi dengan analisa FE nonlinear seperti oleh Cervenka (ATENA 3D)

observasi dengan diterapkannya shear studs sepanjang bentang,

observasis lain dgn dipasang shear studs pada sisi kanan balok,

lainnya observasi dgn tanpa adanya shear studs,

review awal FE linear elastis untuk mengetahui distribusi tegangannya pada setinggi balok,

dari grafik distribusi tegangan lentur setinggi balok menunjukan masih cukup linear dgn artian daerah tersebut tidak masuk dalam daerah tegangan tidak kontinu atau daerah terganggu/acak (disturbed regions) walau tidak linear sempurna.

mesh masih manual terlihat mesh quality skew berlebihan daerah tumpuan luar, walau ini terlihat tidak masalah karena diluar area yg sdg ditinjau namun tetap mungkin perlu meshing yg otomatis unstructured quads untuk keseragaman.

... to be add

review berdasarkan metode perhitungan kekuatan balok tinggi Strut & Tie Methods (STM) dan 2D/3D nonlinear FEA

Read More

kolom beton dgn gaya geser bekerja dua arah

pada perencanaan sengkang kolom hal ini biasanya tidak ditempuh perhitungan resultannya karena sengkang yg digunakan jenis closed stirrups direncanakan terhadap gaya geser terbesar pada tahap pertama. karena mutu, luas dan tulangan sengkang sama kedua arah sumbu menjadikan kapasitas geser pada arah lemahnya meningkat {Vs;u min(x/y) > Vs;u max(x/y)} pada desain dgn jumlah kaki sengkang minimum, sedangkan kondisi lain perlu lebih sesuai gaya geser ultimit yg bekerja.

(sumber: Maekawa et al, 2003)

Kuat geser kontribusi penampang effektif beton,

Vc = 0.17 * SQRT(f'c) * bw * d

Kuat geser kontribusi tulangan sengkang,

Vs = Av * fys * d/s

contoh pada kolom K30x50cm dgn mutu beton f'c 30MPa,

.

grafik dgn pendekatan fungsi ellipse,

.

merujuk ke peraturan beton dari Jepang (JSCE, 2007)

.

suatu perbandingannya dgn hasil uji experimental oleh Saad etal (2014),

.

dari tabel hasil diatas menunjukan ACI318 paling konservatif (boros/aman) atau dikatakan under-estimated jika dibandingkan dgn hasil uji eksperimental.

bagaimana perbandingannya dgn peraturan Indonesia (SNI) dan simulasi numerik 3D NLFEARC?

... to be add

Read More

prediksi kuat geser balok beton tanpa tulangan sengkang

kelanjutan postingan sya dulu jauh sebelumnya yg mana ditinjau kekuatan geser balok beton tanpa tulangan sengkang

.

analisa dengan pilhan analisa balok secara keseluruhan,

.

perbandingan hasilnya dengan hasil uji laboratorium experimental oleh Perkins (2011)

.

hasil keluaran program untuk beban merata ultimit cukup kecil selisihnya atau cukup mendekati (diff~5.6%), namun pada defleksi ultimit menunjukan lebih kecil dgn perbedaan selisih cukup besar (diff~65%).

.

observasi lain, dengan diterapkan ulang incremental beban momen dan gaya geser tinjauan hanya pada analisa penampang.

.

hasilnya berbeda cukup jauh (diff~37.5%) dengan hasil uji eksperimental,

observasi lain dgn tinjauan analisa interaksi gaya geser dan momen lentur (MV-interaction)

hasilnya juga berbeda cukup jauh (diff~28.6%) dengan hasil uji eksperimental, perlu dicari penyebab perbedaan tersebut(?)

.

terlihat pada kondisi ini peraturan beton ACI318M-08 nilainya over estimated dalam penentuan kapasitas geser, namun tidak terlalu besar atau cukup kecil (diff~4.6%) dan nilai tersebut pastinya sudah ter cover angka aman dari faktor beban kombinasi ultimit yg direncanakan.

karena jenis analisa yg mendekati adalah full member response, maka sya melakukan observasi lain dengan diberikannnya konfigurasi sengkang kecil dgn jarak yg sangat jarang sampai dengan sangat rapat, mutu baja tulangan dibuat sama dgn tulangan pokok.

Berikuh hasil keluaran dari program prediksi beban merata ultimit, defleksi dan pola retaknya,

.

.

.

grafik hasil perbandingannya untuk nilai beban merata ultimit (kN/m),

grafik hasil perbandingannya untuk nilai defleksi kondisi ultimit (mm),

sebagai tambahan informasi saat dipasangkan tulangan sengkang yg rapat (s-100mm), peningkatan beban merata ultimit (kN/m) sebagai berikut

.

terlihat pembesaran diameter sengkang tidak berpengaruh besar (?) agak berbeda dengan desain beton bertulang merujuk textbook/codes, apakah disebabkan konfigurasi beban, dimensi dan/atau mutu tulangan sengkangnya. perlu dicari tahu penyebabnya, walau kemungkinan besar disebabkan dari kegagalan tulangan pokok yg sdh putus/rupture.

... to be add

using 2D and 3D nonlinear FE

Read More