dalam perencanaan untuk balok tinggi beton bertulang atau khusus berlubang dan adanya coakan biasanya digunakan pendekatan perencanaan dengan metode strut & tie (STM) dari Jerman yg mana tahap awal adalah menentukan konfigurasi batang berdasarkan tegangan prinsipal elastis yg terjadi. Perbedaan posisi dan geometri serta rujukan atau pengalaman perencana akan menjadikan konfigurasi yg berbeda satu dgn lainnya, hal tersebut menjadikannya tidak konsisten pada model. Sebelumnya sya banyak menulis untuk perencanaan balok jenis tersebut berdasarkan elemen hingga pendekatan three layers sandwich yg mana gaya geser ditahan oleh aksi strut diagonal, rujukan khusus untuk itu terlihat kurang sehingga perlu validasi lanjut dgn elemen hingga yg meninjau nonlinearitas materal beton dan baja tulangan.
.
.
(source: Hoogenboom P. J. C., and Blaauwendraad J., 1996)
.
(designed by STM)
.
.
.
dulu sekitar tahun 2005 sya pernah membaca suatu artikel dan laporan metode lain yaitu Stringer Panel Methods (SPM) dari Belanda beserta program aplikasi SPanCAD (link) yg mana analisa didekati dengan elemen tegangan bidang (panel beton bertulang) dan batang tarik untuk pembesian. Pada metode tersebut dilakukan dengan dua tahapan yaitu cara elastis untuk menentukan kebutuhan tulangan dan nonlinear untuk kapasitas ultimit dari hubungan beban defleksi, adjust pembesian untuk perbaikan secara bertahap. Saat itu sya download dan install plugin tersebut di AutoCAD versi lama dan berjalan lancar, disayangkan versi selanjutnya dan terbaru tidak kompatibel lagi.
.
.
linear eleastic analysis CalculiX solid element (incompatible)
.
.
.
.
.
.
.
(linear elastic SAP2000 shell element, reinforcement design)
.
.
,
.
.
.
.
.
.
,
.
.
.
.
secara prinsip hasil pembesian SAP2000 hampir sama dengan perencanaan berdasarkan SPM dan STM bahkan sedikit lebih besar 1btg, jika meninjau kedua sisi bagian maka untuk D20mm dibutuhkan 6.51+1.54=8.05btg dengan pemasangan merujuk posisinya output pembesian maka akan menjadikan kegagalan yg lebih daktail dan kuat.
.
.
Pada elemen hingga dengan menggunakan elemen 2D tegangan bidang (plane stress) juga sebenarnya biasa digunakan pendekatan tersebut dengan pembagian mesh yg dibutuhkan cukup rapat untuk akurasi, berbeda dengan SPM yg jauh lebih sederhana dan konsisten walau hanya dengan satu buah elemen saja yg digunakan untuk dinding geser suatu lantai gedung, pembagian elemen juga masih dapat ditingkatkan. Kekurangan dari SPanCAD dapat terlihat jelas dari namanya, sangat bergantung pada program CAD yg ada karena sejenis plugins, dapat pada AutoCAD atau Rhino 3D, kelebihan dibanding metode strut-te adalah dapat untuk geometri tiga dimensi seperti flanged shear wall dan box girder, konsisten dan lebih advanced dgn nonlinearitas, sedangkan kekurangan dibandingkan shell-sandwich (elastik) adalah kondisi beban lentur keluar bidang.
.
.
diatas adalah contoh aplikasi stringer panel methods yg diambil dari laporan oleh Hoogenboom, P.C.J., (1998) yg dilakukan perbandingannya dengn analisa elemen hingga (elastik) program SAP2000 beserta desain pembesian metode layered sandwich models dan analisa lanjut inelastik dengan Abaqus/CalculiX.
.
(preliminary design: elastic)
.
(final design: inelastic/nonlinear)
(A) standard mesh at both surfaces of Ø12-150 = 1508 mm2/m
.
.
(SPanCAD results)
.
(deformed model and cracked location)
.
tinjauan awal analisis elastik dengan program bantu elemen hingga CalculiX, digunakan elemen linear hexahedral (incompatible) dan tumpuan hanya tekan.
.
,
.
.
.
.
.
.
dibawah adalah hasil SAP2000 dengan elemen shell dan pembesian metode sandwich, dalam hal ini biasa disebut Sandwich Shell Models (SSM) yg merujuk banyak penelitian dan peraturan di Eropa.
.
.
.
,
.
.
.
.
(pembesian horisontal / datar)
.
.
(pembesian vertikal / tegak)
.
.
.
.
.
.
.
.
ditinjau pembesian horisontal bagian bawah dekat tumpuan sisi kiri, hasil metode layered shell-sandwich (elastik) kebutuhan luas tulangannya hampir sama dengan Stringer Panel Methods (SPM)
.
.
contoh perbandingan lain yg diambil dari makalah jurnal oleh Mello A. F. A., and Souza. R. A., (2016) yg mana dalam penelitiannya dibandingkan antara perencanaan berdasarkan Strut & Tie Methods (STM) program bantu CAST, Stringer Panel Methods (SPM) program bantu SPanCAD dan elemen hingga nonlinear program bantu ATENA 2D. Pada contoh ini hasil pembesian elemen shell dgn SAP2000 menunjukan sedikit lebih kecil dari rujukan SPM, namun melihat grafik hasil analisa elemen hingga nonlinear masih dibawah beban ultimit. Hal tersebut disebabkan karena desain pendekatan SPM sudah dilakukan adjustment penambahan tulangan untuk tujuan kemampuan layan (serviceability) yaitu batasan lebar retak dan defleksi.
.
.
(designed by SPM)
.
.
.
(ATENA 2D Results Type-A and Type-B)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
berikut contoh lain aplikasi strut-tie (STM) yg telah diterapkan secara aktual dilapangan, tahap final masih ditempuh analisa nonlinear dengan metode elemen hingga program bantu ATENA 3D.
.
(source Issa M. S., etal, 2021)
.
(designed by STM and ATENA results)
.
berikut hasil analisa elemen hingga (elastik) program bantu CalculiX
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
contoh lain dibawah adalah balok tinggi dengan coakan dan lubang (dapped beams with holes) yg diambil dari rujukan El-Metwally S. E., etal (2020) dengan acuan perencanan metode strut-tie dan adanalisa lanjut dengan Non Linear Finite Element Analysis (NLFEA) dgn plog gafik beban penurunan kapasitas ultimit ditampilkan dibawah.
.
.
.
.
tinjauan awal analisa elastik FE dengan program bantu CalculiX dan PrePoMax, elemen linear hexahedral (incompatible) element, tumpuan pegas hanya tekan.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ada perbedaan cukup signifikan yg mana hasil metode strut-tie membutuhkan dua kali lipatnya, untuk itu sya melihat hasil NLFEA yg sudah ditempuh terlampir pada rujukan. Hasil keluaran tegangan pembesian kriteria plastisitas von Mises pada daerah tersebut (T9=1893kN) hanya sekitar 200MPa atau separuh nilai lelehnya. Dalam hal ini metode pendekatan concrete shell reinforcement design SAP2000 lebih mewakilkan dan sesuai cukup konsisten dgn analisa elemen hingga nonlinear.
.
.
Tampilan keluaran diatas menunjukkan tegangan leleh tertinggi yg terjadi adalah pada pembesian vertikal atau tegak yg mana metode stru-tie tidak mencakupnya (hanya praktis tulangan minimum) sedangkan shell-sandwich dapat memberikan panduan untuk arah tegak tersebut. Metode stut-tie hanya memasang tulangan minimum D13-450 sedangkan metode shell-sandwich memerlukan pemasangan D13-150 untuk arah tegak daerah tersebut.
.
.
.
terlihat pembesian arah tegak / vertikal dekat sisi kanan tumpuan juga menunjukkan hasil STM berlebihan, dapat dilihat dari analisa elemen hingga nonlinear pada laporan yg menunjukan tegangan masih cukup rendah (biru) sedangkan hasil pembesian shell-sandich hanya membutuhkan D13-350. Model balok tinggi berlubang dengan coakan ini banyak mengindikasikan metode STM dapat tidak menjangkau masalah walau semua strut, ties dan nodal zone sudah dilakukan perhitungan dan memenuhi, plot beban kapasitas analisa nonlinear juga menunjukkan konfigurasi pembesiaa kurang mempunyai angka aman lebih serta jenis keruntuhan yg tidak daktail
.
.
.
berikut konfigurasi strut-tie yg lain terlihat lebih baik secara kinerja, diambil dari pustaka Zechmann R., and Matamoros A. B., (2002) dapat dilihat dari rasio gaya batang ties: antara T5/T1=0.53 dan juga menunjukkan nilai T2 tidak lebih besar dari T1 dengan rasio sebesar 0.84 nilainya. Pembesian arah tegak /vertikal daearah tumpuan tidak berbeda jauh dgn rasio T4/T3=0.78 nilainya. Hal ini kemungkinannya akan konsisten jika diterpakan dan dianalisa lanjut dgn metode elemen hingga nonlinear, jenis kegagalan juga akan lebih daktail.
.
.
kendala perencanaan dengan program elemen hingga linear elastik adalah peninjauan tegangan prinsipal beton yg akan terkonsentrasi dekat titik tumpuan atau beban. Sebagai acuan awal dapat diambil nilai maksimum tidak lebih besar dari 0.85*f'c uji tekan silinder beton, jika lebih besar maka ketebalan balok atau mutu beton perlu ditambah atau ditingkatkan. Sebagai catatan perhitungan tegangan prinsipal hasil SAP2000 metode three layered shell sandwich kelihatannya hanya cocok untuk dominasi lentur keluar bidang, untuk kondisi tegangan bidang dapat mengacu hasil keluaran elastik biasa Disisi lain kontur kebutuhan pembesian yg terputus-putus membutuhkan pengelompokan berdasarkan panjang penyaluran tulangan tarik, kombinasi dengan arrea terdekatnya dan juga tinjauan kemudahan pelaksanaan. Kendala lain adalah rotasi tumpuan, apakah benar-benar bebas atau tidak karena pada aktualnya mungkin sebagian tertahan namun ini dapat diwakilkan dengan tumpuan pegas atau diambil kondisi tumpuan yg paling menentukan.
.
(source: ACI 318-14)
.
.
jadi setelah sekian banyak contoh dan perbandingannya dipilih pendekatan yg mana? itu semua dikembalikan kepada perencana struktural. Seperti sebelumnya yg saya banyak mengulas, sya pribadi lebih memilih pendekatan atau estimasi dengan layered-shell element (sandwich) karena banyak kelebihan seperti yg sudah dijelaskan. Hal lain yg cukup besar adalah kombinasi pembebanan pada perbedaan posisi atau leak dan arahnya, metode strut-tie akan kesulitan sedangkan metode shell-sandwich akan cukup mudah dengan mengambil nilai envelopes dari berbagai kombinasi beban. Optimalisasi desain untuk komponen dgn jumlah cukup bantak dan seragam masih dapat ditempuh dengan program elemen hingga non-linear Abaqus/CalculiX untuk mengetahui kapasitas ultimit dan pola kegagalan dari hubungan beban-defleksi.
.
sebagai catatan analisa nonlinear elemen solid dengan CalculiX perlu pemodelan tulangan pokok dan sengkang yg terpisah agar perilaku pengekangan dan dan gagal tekuk tulangan lebih mendekati sebenarnya. Ekuivalensi dimensi berdasarkan kesetaraan luasan juga perlu diterapkan seperti yg sudah dijelaskan
posting an
sebelumnya .
.
.
.
.
.
%20by%20Australian%20Steel%20Institute%20-%20Issuu%20and%2018%20mor.png)
