analisa portal sederhana dgn berbagai jenis elemen

pada analisa struktur metode elemen hingga dengan program bantu CalculiX, pengguna diberikan pilihan menggunakan elemen jenis beam 3d continuum, shell continuum atau brick/solid. umumnya program analisa struktur frame lain yg ada menggunakan elemen beam/frame biasa one dimensional, namun jenis elemen tersebut mempunyai kekurangan diantaranya adalah stabilitas torsional dan lokal, distribusi tegangan inelastis pada penampang walau sudah ada beberapa program analisa frame yg advanced seperti sudah mampunya analisa penampang dgn nonlinear material menggunakan fiber beam section. namun disisi lain output program elemen hingga kurang sesuai dengan data masukan prosedur desain strukturalnya, sehingga perlu post processing seperti fasilitas section force agar dapat menampilkan gaya internal balok yg terjadi.



dibawah adalah portal sederhana yg diselesaikan dengan program analisa struktur frame biasa dua dimensi, akan dibandingkan terhadap beberapa  kemungkinan pemodelan lainnya.



meterial beton, dimensi kolom 40x40cm, balok kiri 20x40cm dan balok kanan 30x60cm.



defleksi vertikal: node (2), Dy=4.21 mm dan node (6) Dy=9.696 mm





tegangan lentur balok sisi kiri (f=2.4 N/mm^2) dan sisi kanan (f=3.6 N/mm^2), sedangkan untuk kolom besarnya tegangan lentur dan normal (f=6.29 N/mm^2)



tegangan geser balok sisi kiri (f=0.4 N/mm^2) dan sisi kanan (f=0.4 N/mm^2) sedangkan pada kolom menunjukkan null.

hasil elemen hingga dengan elemen beam 3d continuum,













terlihat sudah sesuai dan hasilnya mendekati sama, kecuali tegangan geser pada kolom dimana hasil analisa frame 2D menunjukan hasil sama dengan nol (0) pada analisa dgn element beam contiuum, tegangan geser terdistribusi linear dan maksimum di tumpuan/kekangan sebesar (f=0.42 N/mm^2) perlu ditinjau ulang kesesuaian dan penyebabnya (?).

dengan tampilan section force,

momen lentur (64462100N*mm = 64.46 kN*m)

gaya normal/aksial (103996 N = 103.99 kN)

gaya geser (71997 N = 71.99 kN)

model (2)



dalam tampilan section force,

momen lentur (64462100N*mm = 64.46 kN*m)

gaya normal/aksial (103996 N = 103.99 kN)

gaya geser (71997 N = 71.99 kN)

dalam tampilan tegangan 3d,











model (3)



 











masih terlihat adanya tegangan geser pada kolom yg cukup besar (fav=0.18 N/mm^2) , gaya geser tersebut terlihat cukup besar namun bertanda berlawanan pada sisi serat sumbu utama lentur, saat ditampilkan dengan section force menunjukan gaya geser adalah nol (0) dan ini hasilnya sama dengan analisa menggunakan one dimensional element diatas. hasil keluaran besarnya defleksi dan tegangan berbagai model tersebut menunjukkan mendekati sama satu dgn lainnya, tidak ada perubahan yg cukup berbeda signifikan.

**updates

model (4)



solid element type C3D20R



perbedaan mendasar terletak pada pengabaiannya daerah rigid end zone pertemuan balok dan kolom pada analisa sebelumnya dengan beam continuum element atau analisa frame biasa dgn one dimensional element.







zoom daerah kolom





zoom daerah kolom







zoom daerah kolom





tumpuan kolom dilihat dari sisi bawah,



pada tampilan hasil tegangan geser daerah tumpuan kolom menunjukkan tanda nilai yg sama dan berbentuk kurva parabolik hanya pada sisi tepi namun pada sisi dalam menunjukkan berlawanan, berbeda halnya dengan sebelumnya analisa dgn elemen beam continuum yang menunjukan tanda nilai yg berlawanan pada sisi tepi dan dalam. pada sisi keluar bidang juga menunjukkan adanya tegangan geser, keadaan ini terlihat akibat dari pengekangan ideal sempurna dan pengaruh nilai banding poison sesuai theory luas geser effektif. mungkin hasil nilainya akan berbeda signifikan jika tumpuan dimodelkan sebagai solid block yg besar dan tebal (?) perlu ditempuh model tsb.

pada titik pertemuan balok dan kolom (beam-column joint) terjadi konsentrasi tegangan geser yg besar. hal ini yg menyebabkan peraturan beton menetapkan perlunya tulangan daerah joint walau setidaknya dipasang minimum atau praktis. pada prosedur desain dengan prinsip daktilitas penuh (full ductility) perlu ada perhitungan khusus mengenai hal ini guna menghindari kegagalan getas pada daerah tersebut.

... to be added

• using shell continuum element