tegangan pada tulangan sengkang akibat pengekangan

fungsi utama tulangan sengkan adalah untuk menahan gaya geser, lainnya adalah untuk tujuan pengekangan beton untuk mecapai daktilitas. Berikut diambil contontoh sederhana untuk mengetahui besarnya tegagan yg terjadi dgn berbagai model material beton. Digunakan mutu beton fc = 31MPa, baja tulangan poko fy = 400MPa, dan sengkang fys = 240MPa

.

.

.

materiial beton dan baja linear elastik.

.

.

.

.

.

materiial beton Compression_Only dan baja linear elastik.

.

.

.

.

.

materiial beton Compression_Only dan baja elastoplastik dgn strain hardening

.

.

.

.

.

materiial beton MohrCoulomb dan baja elastoplastik dgn strain hardening

.

.

.

.

.

solver CalculiX gagal mencapai konvergensi untuk penerapan beban defleksi sebesar 1.0mm (hanya sekitar separuhnya), gaya reaksi tumpuan memang kelihatan cukup besar yaitu 1279kN dengan penampang seluas 20x20cm maka nilai Pn=1240kN (0.8*Pn=992kN). Ketidakberhasilan solver ini memang menunjukkan kolom telah gagal akibat tekan, berdasarkan grafik dibawah batas beban defleksi sekitar 0.4mm

.

.

dilakukan analisa ulang sesuai kriteria diatas, solver cukup cepat mencapai konvergensi dan beban masih memnungkinan ditingkatkan lagi. Sebagai gambaran kondisi ini menunjukan tegangan tulangan sengkang akibat pengekangan sekitar 10% tegangan lelehnya.

.

.

.

.

.

.

.

dengan model material beton plastisitas Mohr Coulomb adanya pemisah jarak antara tulangan pokok dan sengkang tidak menimbulkan masalah numerik pada CalculiX. Penggunaan material lanjut dengan libraray TFEL/MFront untuk model material plastisitas beton yg lain seperti Drucker-Prager with Cap atau tahap kerusakan (damage) seperti  Mazars dan Fichant La Borderie jika diperlukan untuk mempelajari lebih teliti ampai pola retak.

.

.

.

.

.

.

.

diatas menunjukan hasil penggunaan material plastisitas model dari Drucker-Pragger with Cap yg lebih teliti karena daerah tarik dibatasi kapasitasnya. Ada perbedaan pada hasil keluaran yg lebih rendah, untuk itu beban defleksi yg sebelumnya hanya sebesar 0.475mm perlu ditingkatkan, memang banyak diketahui material model Mohr-Coulomb sering menimbulkan masalah karena bidang runtuk tiga dimensinya yg mempunyai sudut pada bentuk octagonal, metode lain dikembangkan adalah penghalusan atau smoothing untuk menghindari keadaan tersebut. Hasil dgn model lain yaitu damage dari Fichant La Borderie dgn paramater yg belum disesuaikan mesh, ditetapkan beban defleksi sebesar 0.75mm namun tidak mencapai konvergensi.

.

.

.

.

.

.

.

.

walau tidak mencapai konvergensi namun hasil kondisi terakhir iterasi yg berhasil yaitu pada tahap 35 dapat membantu memberikan gambaran, beban sebesar 1277.6kN maksimum, distribusi retak dari tingkat kerusakan damage scale atau index kurang realistis dsebabakan faktor pengaruh mesh yg belum menyesuaiakan, kendala lain biasanya model ini digunakan untuk mesh hexahedral yg berukuran hampir seragam untuk mencapai akurasi.

.

program bantu analisa struktur untuk penelitian

sebelumnya sya menulis mengenai program bantu untuk pembelajaran yaitu LESM yg cukup sederhana, lingkup penelitian analisa struktural sangat luas jika dikembangkan lebih lanjut mengenai stabilitas, kerusakan retak, leleh material, susut atau rangkak, kontak bidang, pngearuh suhu, interaksi dgn tanah atau fluida, dll. Saat ini banyak program opensource untuk solver yg mempunyai kemampuan tersebut, namun sya lihat yg menyediakan pre dan processor dgn grafis interakyif sangat lengkap adalah Code_Aster dari EDF. Pelatihan secara profesional berbayar banyak diadakan seperti di negara China, Itali, Swedia, Jerman dll, tetapi software itu sendiri adalah opensource dan masih ada dukungan komunitas secara cuma-cuma.

.

.

sya dulu juga sempat menggunakannya terutama pada modelisasi dan meshing Salome CAD/CAE, sedangkan untuk solver Code_Aster hanya sebatas elastis linear itupun bantuan wizard. Saat itu kesulitan karena dokumentasi dalam bahasa Perancis, jika diterjemahkan dengan mesin translate bahasanya agak membingungkan. Keadaan berbeda dgn sekarang, hasil terjemahan cukup baik, tutorial semakin banyak, dukungan komunitas dgn forum. Pekerjaan full time sys sebagai perencana struktural di kantor juga menjadi kendala untuk mempunyai dedikasi khusus mempelajarinya, beruntung ada pilihan lain yg opensource juga yaitu CalculiX beserta konversi mesh hasil Salome CAD/CAE. Solver elemen hingga CalculiX menggunakan bahasa yg sama dgn Abaqus, sedangkan Abaqus sendiri mirip dengan SAP90 yg pernah sya ikuti suatu pelatihan atau kursus sehingga lebih memungkinkan bagi sya saat itu untuk lebih cepat memahami dan menggunakannya. Perusahaan tempat sya bekerja adalah berfokus pada design-build struktur baja, jadi CalculiX dgn kemampuan kontak, plastisitas daktail dan deformasi besar (stabilitas) dipandang lebih dari cukup untuk membantu memberikan semacam panduan desain khusus yg sya hadapi. Belakangan dukungan untuk material plastisitas getas seperti beton dan tanah lebih baik dan juga adanya library MFront.

.

(source :  S. Michel-Ponnelle - EDF, 2024)

.

.

OpenSees juga solver yg advanced untuk bidang teknik sipil/struktural namun untuk interface grafis pre-post processor kurang memadai dan memang kelihatannya berfokus pada solver saja. Seabagai contoh balok/kolom beton bertulang dengan pemodelan elemen one dimensional (beam) model fiber diatas, diterapkan kepemilikan material nonlinear juga tersedia pada Code_Aster, belum lagi plot tingkat kerusakan (damage index) untuk menampilkan pola retak pada model solid element tiga dimensi, pembesian tulangan tertanam (embeded) dan juga strand prategang. Pembesian elemen shelll, balok dan kolom beton bertulang biaxial juga belakangan tersedia untuk peraturan Eropa. Kiranya bahasa bukan menjadi kendala, karena sifatnya adalah kata kunci saja atau keyword, pesan kesalahan di solver juga masih dapat diterjemahkan. Sistem operasi Windows tersedia belakangan, improvisasi solver dengan multi-core didukung (link)

.

.

.

.

.

.

.

yg cukup banyak berbeda dengan dulu sebelumnya adalah module Shaper pengganti Geom untuk modeling secara parametrik penuh dan AsterStudy untuk penentuan kondisi batas, beban, bidang kontak dan definisi material. Data blok masukan (sisi kiri atas) dapat diakses dan dilakukan editing secara manual typing (sisi kiri bawah) atau dengan menu (sisi kanan). Feature tambahan dan perbaikan terus dilakukan setiap tahunnya oleh EDF karena memang proyek yg berkelanjutan dgn dukungan pendanaan pemerintah.

.

.

.

contoh test case bawaan instalasi yg jumlahnya ribuan dapat dibuka dan dijalankan untuk melihat steps dan keyword apa saja yg digunakan untuk masalah yg sedang ditinjau, sangat berguna untuk pembelajaran mandiri dalam menghindari kesalahan ketik data blok masukan yg ketat (syntax errors)

.

.

kemampuan lain yg jarang dimiliki solver opensource adalah interaksi struktur dengan fluida (fluid structure interaction) dan untuk ini perlu program lain yaitu Code_Saturne yg sama-sama dikembangkan oleh EDF sehingga lebih menjamin kompatibilitasnya. Analisa jenis interaksi struktur dgn tanah (soil structure interaction) masih dapat dilakukan sendiri cukup dengan Code_Aster.

.

.

kedua program bantu analisa struktur (mekanika teknik dan  interaksi fluida) tersebut sudah sangat lengkap bahkan kompleks atau rumit sekali didalamnya, hasil pengembangan sejak awal tahun milenium yg kemudian dibagikan secara cuma-cuma dan digunakan secara bebas oleh Électricité de France sebuah perusahaan resmi milik pemerintahan di negara Perancis. EDF berfokus pada design-build sedangkan untuk software lebih cenderung memanfaatkan dan mengembangkan teknologi opensource yg ada untuk kembali dibagikan kepada publik. Walaupun judut tulisan ini adlah program bantu untuk penelitian, namun dapat juga untuk perencanaan maksudnya desain yg dilaksanakan lebih teliti analisanya seperti tujuan software ini dibuat untuk perencanaan dan pembangunan proyek penting atau kritis.