Post on 04-Jun-2018
THE BEHAVIOR OF STEEL I BEAM-CONCRETE FILLED STEEL
TUBES COLUMN CONNECTIONS USING CIRCULAR
DIAPHRAGM PLATES DUE TO THE CYCLIC LOAD
Thesis Summary
To meet some requirements
to obtain Graduate degree (S-2)
Graduate Study Program of Civil Engineering
Department of Civil and Environmental Engineering
Submitted by:
MUHAMMAD HAYKAL
13/355440/PTK/09089
To
GRADUATE PROGRAM OF FACULTY OF ENGINEERING
GADJAH MADA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
ii
iii
LIST OF CONTENTS
APPROVAL .................................................................................................. ii
LIST OF CONTENTS ................................................................................... iii
CHAPTER I INTRODUCTION
1.1 Background ........................................................................................... 1
1.2 Formulation of The Problem ................................................................. 1
1.3 Research Purposes ................................................................................. 2
1.4 Research Benefits .................................................................................. 2
1.5 Research Limitations ............................................................................. 2
CHAPTER II LITERATURE REVIEW
2.1 Concrete Filled Steel Tube Connections ............................................... 3
CHAPTER III RESEARCH METHOD
3.1 Research Material ................................................................................. 3
3.2 The Research Flowchart ....................................................................... 4
3.3 Test Object Preparation ........................................................................ 4
3.4 Testing of Beam-Column Connections ................................................. 5
CHAPTER IV RESULTS AND DISCUSSIONS
4.1 General Requirements of Earthquake Resistant Steel Structures .......... 6
4.2 Load and Displacement Relationships ................................................. 6
4.3 Acceptance Criteria .............................................................................. 7
4.4 Criteria of Reliability of Structure Systems .......................................... 9
CHAPTER V CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS
5.1 Conclusions ........................................................................................... 9
5.2 Suggestions ............................................................................................ 10
REFERENCES ............................................................................................... 10
1
CHAPTER I
INTRODUCTION
1.1 Background
The use of Concrete Filled Steel Tube (CFST) has many advantages
than normal concrete column and reinforced concrete column. Some of the
advantages are: steel tube also serves as formwork for concrete core filled in
steel tube, the compressive strength of steel tube or pipe on the axial force will
increase. Moreover, steel tube or pipe also serves to prevent cracks on
concrete, and composite column further increases signifncat stiffness and
strength. However, the use of concrete filled steel tube column is still limited
due to lack of experience in the application and the complexity of the form of
the joint in this composite column. Moreover, the joint in the CFST system
must have strength which is deep enough to withstand earthquakes and meet
acceptance criteria.
Based on the description above, an experimental research was
conducted to study the behavior of the circular diaphragm plate joint on steel
beam and steel tube column. This study was considered necessary because it
could be used as a reference and is a development from previous analytical and
experimental researches.
1.2 Formulation of The Problem
Composite steel column which consists of steel tube filled with
concrete is more efficient than normal steel column or reinforced concrete, but
problem in the joint hamper the usage of this type of structural element.
Therefore, the selection of strong, stiff, and easy to implement joint type is
important. This study was expected to produce efficient joint form, so that the
usage of beam structure and composite steel pipe column will be used more
widely.
2
1.3 Research Purposes
To verify the joint type suitable for earthquake in accordance with
Indonesian standard and to get efficient and easy to use joint in steel beam and
steel tube columns with and without concrete filling.
1.4 Research Benefits
The expected benefits of this study are :
1. Discovering hysteresis behavior, strength and stiffness of diaphragm plate
joint on steel beam and steel tube columns with and without concrete
filling in accordance with Indonesian standard.
2. Discovering suitable joint for seismic condition in accordance with
Indonesian standard.
3. Providing an alternative of usage of efficient and easy to use steel beam
and composite steel tube column.
1.5 Research Limitations
The problem limitations are as follows :
1. The concrete filler of steel tube column used was normal concrete with
force fc’ 20 MPa. Meanwhile, the quality of steel profile and steel bolt type
used was the same as materials in the market.
2. This study referred to ACI Standard (ACI T.1-01) and acceptance criteria
of joint testing based on ACI Standard (ACI T.1-01).
3. The load applied for this experiment was cyclic load positioned at the end
of the beam.
4. Moment and rotation behaviors of columns due to cyclic loading on beams
were ignored.
5. This study was focused on the joint of exterior steel beam and steel tube
column using circular diaphragm plate.
3
CHAPTER II
LITERATURE REVIEW
2.1 Concrete Filled Steel Tube Connections
Studies on the behaviors of the joint of steel beam and concrete-filled
steel tube column have been conducted by previous researchers. Schneider &
Alostaz (1998) make several forms of large scale joints tested using ATC-24
guide for cyclic testing. The research result shows that welded joint piece
directly to the surfaces of steel tubes causes large deformation on the tube
walls. The size of the deformation on the tube walls made of flans girder,
welded flans, make the tube walls very prone to failure. Inelastic cyclic
behavior improves when external diaphragm is used to distribute the strength
of flans around the tube and the joint can develop the flexural strength of the
main beam. Extending girder joint pieces through all concrete filled steel tube
columns is quite good to improve the flexible elastic strength of connected
girders, and shows beneficial inelastic cyclic performance. Meanwhile,
minimum sized diaphragm isn’t efficient in reducing large shear force in
concrete tube column wall. Joints with additional minimum sized diaphragm
based on that study can be used in regions with low seismic risk.
CHAPTER III
RESEARCH METHOD
3.1 Research Material
The materials used in this study were :
1. Steel profile of IWF 200.100.5,5.8 serves as a beam.
2. Profile of steel pipes, with a diameter of 213.9 mm and 5.3 mm thick,
serves as a column.
3. 5,8 mm thick steel plate as circular diaphragm plate.
4. The bolt type used was UNS 4.6 with 19 mm diameter.
5. Concrete filling of steel tube column used was normal concrete with
conventionally-made force (K250).
4
3.2 The Research Flowchart
The study started from literature study, material planning, and test object
modeling to drawing conclusion, as seen in Figure 3.1.
Figure 3.1 Research Flowchart
3.3 Test Object Preparation
Test objects were made based on the capacity of the equipments of
Mechanics of Material Laboratory of Engineering Science Study Center of Gadjah
Mada University, as well as the expansion of previous studies. In this study, 2 test
objects were made, i.e. 1 steel beam-column joint test object without concrete
filling (BKD-T) as a comparison, and 1 steel beam-column joint test object with
concrete filling (BKD-K). Detail of test object is shown in Figure 3.2, and Figure
3.3.
5
Figure 3.2 Side View of Test Object
Figure 3.3 Top View of Test Object
3.4 Testing of Beam-Column Connections
Test object testing was conducted in the Mechanics of Material Laboratory
of Engineering Science Study Center of Gadjah Mada University. The test was
conducted after concrete filing in the steel tube column was 28 days old. Both
ends of the column were given joint-roll support. The upper side of the block was
left free for cyclic loading. Cyclic loading was performed with controlled
displacement as required in ACI TI. 1-01.
1850 mm
1800
mm
213.9 mm
Steel Pipe Diameter 213,9 mm, Thickness = 5,3 mm
IWF Beam 200.100. 5,5. 8
Bolt Ø 19 mm
Diaphragm Plate Thickness = 5.8 mm
IWF 200
Welded
Welded Joint Thickness = 3 mm
3 mm
Welded 3 mm
Diaphragm Plate Thickness = 5.8 mm
65mm
100 mm
100
mm
Welded
Welded
Empty (BKD-T)
Bolt Ø 19 mm
Concrete (BKD-K)
3 mm
5,8 mm
6
Figure 3.4 Testing Setup (Top View)
CHAPTER IV
RESULTS AND DISCUSSIONS
4.1 General Requirements of Earthquake Resistant Steel Structure
BKD-T and BKD-K test objects didn’t meet the requirements of beam-
column joint which can be used in earthquake resistant steel and composite
concrete structure system which supports certain moments because based on
the testing result, BKD-T and BKD-K test objects didn’t have enough
ductility.
4.2 Load and Displacement Relationships
The relation between load and displacement of testing result can be
seen in the hysteretic loops curves in Figure 4.1, and Figure 4.2.
Steel pipe
900
900 mm
IWF. 200.100.5,5.8
Plate 70x70 cm, Thickness 20 mm
Load Cell
Strain gage LVDT
LVDT
LVDT
1850 mm
Hydraulic Jack giving axial Force to the column
Hydraulic Actuator Giving cyclic load To the end of the block
7
Figure 4.1 Hysteretic Loop of BKD-T Joint
Figure 4.2 Hysteretic Loop of BKD-K Joint
Comparison of the amount of lateral load and lateral displacement for
crack, yield, ultimate and failure conditions is presented in Table 4.1.
Table 4.1 Load and Deflection of Crack, Yield, Peak and Failure
No Test
Object
Crack Yield Peak Failure Ductility
P ∆ P ∆ P ∆ P ∆
(kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (µ)
1 BKD-T 10,98 12,26 26,08 28,84 27,45 65,96 21,96 102,41 3,55
2 BKD-K 11,84 10,98 24,48 22,73 29,61 46,51 23,68 72,43 3,19
4.3 Acceptance Criteria
From the curves in Figure 4.1 and Figure 4.2, and based on criteria of
acceptance established by ACI T1.1-01, the result was :
a. BKD-T and BKD-K test objects must meet minimum lateral resistance En
= 31,84 kN before drift ratio 2%. Lateral load for test object before 2% for
BKD-T test object was 22,72 kN, BKD-K test object was 28,87 kN.
8
b. Maximum lateral resistance Emax recorded in testing can’t exceed the value
of λEn (1,25 x 31,84 = 39,8 kN) for BKD-T and BKD-K test objects. For
BKD-T test object, it was 28,61 kN, and BKD-K test object Emax was
31,98 kN. BKD-T and BKD-K test objects had smaller lateral force than
planned lateral force. ( λ is overstrength factor of the column used in test
module, λ = 1,25).
c. Maximum drift which must be reached as a reference for the acceptance of
test result, where the value shouldn’t be below 0,035, the third full cyclic
characters at the drift level should fulfill the following:
a) Peak force at load direction shouldn’t be below 0,75 Emax at the same
load direction. Test result can be seen in Table 4.2.
Table 4.2 0,75 Emax
Third Cycle
(+)
Third Cycle
(-)
0,75 Emax
(+)
0,75 Emax
(-)
BKD-T 23,77 -27,87 20,11 -21,42
BKD-K 20,56 -24,82 20,59 -24,33
b) Relative energy dissipation shouldn’t be less than 1/8. Relative
dissipation (β) is ratio of third cycle hysteretic loops (Ah) area (drift
ratio no less than 0,75 Emax) with an area of (E1+E2)(θ1’+θ2’) shown
with dotted lines in Figure 4.1, and Figure 4.2. Relative energy
dissipation in each test object can be seen in Table 4.3.
Table 4.3 Relative Energy Dissipation
No Test Object Drift Ah E1 E2 θ1' θ2'
Β (%) (kN.mm) (kN) (kN) (mm) (mm)
1 BKD-T 5,46 2509,76 20,56 23,82 121,93 121,58 0,23
2 BKD-K 3,50 2506,14 20,56 24,83 76,20 77,22 0,36
c) Secant stiffness of the line connecting ratio drift point -0,0035 to ratio
drift point 0,0035 must not be less than 0,05 times initial stiffness. The
stiffness of each test object can be seen in Table 4.4.
9
Table 4.4 Comparison of Stiffness Values
No Test
Object
Stiffness 0,05 Initial Stiffness
(-0,35%-0,35%)
(kN/mm) (kN/mm)
1 BKD-T 0,895 0,050
2 BKD-K 1,042 0,052
Based on the analysis of the result of criteria of acceptance above,
BKD-T and BKD-K test objects didn’t meet one of the requirements above,
i.e. the requirement of criterion of acceptance a. However, they met
requirements b and c in drift ratio being above 3,5%. So, BKD-T and BKD-K
test objects can be used on normal moment resisting steel and composite
concrete frame structure systems with B and C seismic design categories with
maximum R values (response modification factor) which can be taken being
3 and 3,5.
4.4 Criteria of Reliability of Structure Systems
Criteria of reliability of structure system can be seen in Table 4.5 below.
Table 4.5 Criteria of Reliability of Structure System
BKD-T BKD-K
Elastic Stiffness 0,92 1,077
Hysteretic Energy 2345,80 kN.mm 1483,83 kN.mm
Potential energy 2492,43 kN.mm 1599,02 kN.mm
EVDR 3,16%-31,58% 1,63%-22,54%
Pattern of Collapse fatigue failure fatigue failure
CHAPTER V
CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS
5.1 Conclusions
From the results of test, discussion, and analysis, the following
conclusions were drawn :
1. Based on the relation between load and displacement, average lateral load
capacity for BKD-T test object was 27,32 kN on 65,98 mm displacement
(drift ratio 3,57%) and BKD-K test object was 29,66 kN reached at 40,97
mm displacement (drift ratio 2,2%). The values above show that the lateral
10
load capacity of BKD-K test object was bigger than the lateral load
capacity of BKD-T test object.
2. The pattern of collapse of BKD-T and BKD-K test object was fatigue
collapse type where cracks grow longer at every loading cycle, reducing
the capacity of joint element to support load.
3. Based on ACI T1.1-01 criteria of acceptance, BKD-T test object could be
used in normal moment resisting steel frame structure system with B and
C seismic design categories with maximum R values (response
modification factor) which can be taken being 3,5. Meanwhile, BKD-K
test object could be used on normal moment resisting steel and composite
concrete frame structure systems with B seismic design category with
maximum R value (response modification factor) which can be taken
being 3.
5.2 Suggestions
The suggestions in this study are as follows:
1. The capacity and amount of LVDT should be noted, especially for tests
with long span, so there’s no need to change the position of LVDT. It’s
related to the precision in testing.
2. There should be numeric analysis modeling on the form of the joint of
steel beam and concrete filled steel tube column.
REFERENCES
ACI T1.1-01 Innovation Task Group 1 and Collaborators, 2001, Commentary on
Acceptance Criteria for Moment Frames based on Struktural Testing,
American Concrete Institute.
Alostaz, Y. M. and Schneider, S. P., 1998, Experimental Behavior of Connections
to Concrete-Filled Steel Tubes. Journal of Constructional Steel Research,
Vol. 45, No. 3, pp. 321–352.
ASTM, 2003. Annual Books of ASTM Standards. In E 2126-02a, Standard Test
Methods for Cyclic (Reversed) Load Test for Shear Resistance of Walls for
Building Designation, USA.
SNI 03-1726-2002, 2012, Earthquake resistance Planning Procedures for
Buildings, Badan Standarisasi nasional, Jakarta.
PERILAKU SAMBUNGAN BALOK BAJA DAN KOLOM
TABUNG BAJA DENGAN ISIAN BETON MENGGUNAKAN
PELAT DIAFRAGMA MELINGKAR AKIBAT BEBAN SIKLIK
Ringkasan Tesis
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Strata Dua (S-2)
Program Studi S2 Teknik Sipil
Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan
Diajukan oleh:
MUHAMMAD HAYKAL
13/355440/PTK/09089
Kepada
PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2015
ii
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 1
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 2
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................ 2
1.5 Batasan Penelitian ......................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sambungan Balok-Kolom Tabung Baja ....................................... 3
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Bahan Penelitian ............................................................................ 3
3.2 Bagan Alir Penelitian .................................................................... 4
3.3 Pembuatan Benda Uji .................................................................... 4
3.4 Pengujian Sambungan Balok-Kolom ............................................ 5
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Persyaratan Umum Struktur Baja Tahan Gempa ........................... 6
4.2 Hubungan Beban dan Displacement ............................................. 6
4.3 Kriteria Penerimaan ...................................................................... 7
4.4 Kriteria Kehandalan Sistem Struktur ............................................ 9
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 9
5.2 Saran ............................................................................................... 10
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 10
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan kolom tabung baja diisi beton (CFST - Concrete Filled
Steel Tube) memberikan banyak keuntungan dibandingkan dengan kolom
baja dan kolom beton bertulang biasa. Beberapa keuntungan antara lain :
tabung baja berfungsi juga sebagai bekisting untuk inti beton, dengan adanya
material pengisi beton pada tabung baja, kuat tekan tabung baja atau pipa
terhadap gaya aksial juga akan meningkat. Selain itu tabung baja atau pipa
juga berfungsi untuk mencegah keretakan pada beton, dan kolom komposit
jauh meningkatkan kekakuan dan kekuatan yang signifikan. Namun,
penggunaan kolom tabung baja diisi beton masih terbatas karena kurangnya
pengalaman pelaksanaan dan kerumitan bentuk sambungan pada kolom
komposit ini. Selain itu sambungan pada sistem CFST harus memiliki
kekuatan yang cukup dalam menahan beban gempa, serta memenuhi kriteria
penerimaan.
Dari uraian diatas, akan dilakukan penelitian secara eksperimental
untuk mempelajari perilaku sambungan pelat diafragma melingkar pada balok
baja dan kolom tabung baja. Penelitian ini dianggap perlu, karena bisa
digunakan sebagai referensi dan merupakan pengembangan dari penelitian
analisis dan eksperimental sebelumnya.
1.2 Perumusan Masalah
Kolom baja komposit yang terdiri atas tabung baja yang diisi beton
sangat efisien dibandingkan kolom baja atau beton bertulang biasa, tetapi
problem pada sambungan menjadikan penggunaan elemen struktur jenis ini
terkendala. Oleh karena itu pemilihan tipe sambungan yang kuat, kaku dan
mudah dilaksanakan menjadi hal yang penting. Dari penelitian ini diharapkan
bentuk sambungan yang efisien tersebut dapat dihasilkan, sehingga
2
penggunaan struktur balok dan kolom pipa baja komposit akan lebih luas
digunakan.
1.3 Tujuan Penelitian
Untuk memverifikasi bentuk sambungan yang cocok untuk kondisi
gempa sesuai standar Indonesia, serta mendapatkan bentuk sambungan pada
balok baja dan kolom tabung baja tanpa isian beton maupun dengan isian
beton yang efisien dan mudah dilaksanakan di lapangan.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diharapkan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui perilaku histerisis, kekuatan dan kekakuan dari sambungan
pelat diafragma pada balok baja dan kolom tabung baja tanpa isian beton
maupun dengan isian beton sesuai standard Indonesia.
2. Mengetahui sambungan yang cocok untuk kondisi seismik sesuai standard
Indonesia.
3. Dapat memberikan salah satu alternatif penggunaan sambungan balok
baja dan kolom tabung baja komposit yang efisien dan mudah
dilaksanakan di lapangan.
1.5 Batasan Penelitian
Batasan-batasan masalah sebagai berikut :
1. Beton pengisi kolom tabung baja yang digunakan adalah beton normal
dengan kekuatan rencana fc’ 20 MPa. Adapun profil baja dan tipe baut baja
yang digunakan dengan mutu sesuai bahan yang diperoleh di pasaran.
2. Penelitian ini mengacu pada ACI Standard (ACI T.1-01), serta kriteria
penerimaan pengujian sambungan berdasarkan ACI Standard (ACI T.1-
01).
3. Beban yang diaplikasikan untuk eksperimen ini adalah beban siklik,
dengan posisi pembebanan terletak di ujung balok.
4. Perilaku momen dan rotasi yang terjadi pada kolom akibat pembebanan
siklik pada balok diabaikan.
3
5. Penelitian ini hanya terfokus pada sambungan balok baja dan kolom
tabung baja eksterior menggunakan pelat diafragma melingkar.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sambungan Balok-Kolom Tabung Baja
Penelitian mengenai perilaku sambungan balok baja dan kolom tabung
baja dengan isian beton telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Schneider
& Alostaz (1998) membuat beberapa bentuk sambungan skala besar yang
diuji dengan menggunakan pedoman ATC-24 untuk pengujian siklik. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa pengelasan potongan sambungan langsung ke
permukaan tabung baja mengakibatkan terjadinya deformasi yang besar pada
dinding tabung. Besarnya deformasi pada dinding tabung yang terbuat dari
flens girder, las flens, dinding tabung tersebut sangat rentan terhadap
kegagalan. Perilaku siklik inelastis membaik ketika diafragma eksternal
digunakan untuk mendistribusikan kekuatan flens di sekitar tabung, dan
sambungan mampu mengembangkan kekuatan lentur dari balok utama.
Memperpanjang potongan sambungan girder melalui seluruh kolom tabung
baja diisi beton cukup baik untuk meningkatkan kekuatan plastis lentur dari
girder yang terhubung, dan menunjukkan kinerja siklik inelastis yang
menguntungkan. Adapun diafragma berukuran minimum tidak efisien dalam
mengurangi gaya geser yang besar pada dinding kolom tabung baja.
Sambungan dengan tambahan diafragma berukuran minimum berdasarkan
penelitian tersebut dapat digunakan di daerah resiko gempa rendah.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :
1. Profil baja IWF 200.100.5,5.8 mm yang berfungsi sebagai balok.
4
2. Profil baja pipa diameter 213,9 mm dengan tebal 5,3 mm yang berfungsi
sebagai kolom.
3. Pelat baja tebal 5,8 mm yang berfungsi sebagai pelat diafragma melingkar.
4. Tipe baut yang digunakan yaitu UNS 4.6 dengan diameter 19 mm.
5. Beton pengisi kolom tabung baja yang digunakan adalah beton normal
dengan kekuatan rencana yang di buat secara konvensional (K250).
3.2 Bagan Alir Penelitian
Pelaksanaan penelitian dimulai dari studi literatur, perencanaan material
dan pemodelan benda uji hingga penarikan kesimpulan yang dapat dilihat pada
Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian
3.3 Pembuatan Benda Uji
Pembuatan benda uji dibuat berdasarkan kapasitas peralatan Laboratorium
Mechanics of Material Pusat Studi Ilmu Teknik Universitas Gadjah Mada serta
pengembangan dari hasil penelitian-penelitian sebelumnya. Pada penelitian ini
dibuat 2 buah benda uji, yaitu 1 buah benda uji sambungan balok-kolom tabung
baja tanpa isian beton (BKD-T) sebagai pembanding, dan 1 buah benda uji
5
sambungan balok-kolom tabung baja dengan isian beton (BKD-K). Detail benda
uji dapat dilihat pada Gambar 3.2, dan Gambar 3.3.
Gambar 3.2 Tampak Samping Benda Uji
Gambar 3.3 Tampak Atas Benda Uji
3.4 Pengujian Sambungan Balok-Kolom
Pengujian benda uji dilakukan di Laboratorium Mechanics of Material
Pusat Studi Ilmu Teknik Universitas Gadjah Mada. Pengujian dilakukan setelah
beton pengisi pada kolom tabung baja mencapai umur 28 hari. Pada kedua ujung
kolomnya diberi tumpuan sendi-rol. Sedangkan pada balok bagian atas dibiarkan
bebas untuk dilakukan pembebanan bolak-balik atau siklik. Pembebanan bolak-
balik dilakukan dengan displacement controlled seperti yang disyaratkan dalam
ACI TI. 1-01.
1850 mm
1800
mm
213.9 mm
Pipa Baja diameter 213,9 mm, Tebal = 5,3 mm
Balok IWF 200.100. 5,5. 8
Baut Ø 19 mm
Pelat Diafragma Tebal = 5.8 mm
IWF 200
Las
Tebal Sambungan Las = 3 mm
3 mm
Las3 mm
Pelat Diafragma Tebal = 5.8 mm
65mm
100 mm
100 m
m
Las
Las
Kosong (BKD-T)
Baut Ø 19 mm
Concrete (BKD-K)
3 mm
5,8 mm
6
Gambar 3.4 Sett Up Pengujian (Tampak Atas)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Persyaratan Umum Struktur Baja Tahan Gempa
Benda uji BKD-T dan BKD-K tidak memenuhi kaidah sambungan
kolom-balok yang dapat dipakai di sistem struktur baja dan beton komposit
tahan gempa pemikul momen khusus. Karena berdasarkan hasil pengujian,
benda uji BKD-T dan BKD-K belum memenuhi sambungan yang
mempunyai kemampuan daktilitas yang cukup.
4.2 Hubungan Beban dan Displacement
Hubungan antara beban dan displacement dari hasil pengujian dapat
dilihat pada kuva histeretic loops Gambar 4.1, dan Gambar 4.2.
Pipa baja
900
900 mm
IWF. 200.100.5,5.8
Pelat 70x70 cm, Tebal 20 mm
Load Cell
Strain gage LVDT
LVDT
LVDT
1850 mm
Hydraulic Jack memberikan gaya aksial pada kolom
Hydraulic Actuator memberikan beban siklik pada ujung balok
7
Gambar 4.1 Hysteretic Loop Join BKD-T
Gambar 4.2 Hysteretic Loop Join BKD-K
Perbandingan besarnya beban lateral dan displacement lateral untuk
kondisi crack, yield, ultimite dan failure disajikan dalam Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Beban dan Defleksi Crack, Yield, Peak dan Failure
No Benda
Uji
Crack Yield Peak Failure Daktilitas
P ∆ P ∆ P ∆ P ∆
(kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (µ)
1 BKD-T 10,98 12,26 26,08 28,84 27,45 65,96 21,96 102,41 3,55
2 BKD-K 11,84 10,98 24,48 22,73 29,61 46,51 23,68 72,43 3,19
4.3 Kriteria Penerimaan
Dari kurva pada Gambar 4.1, dan Gambar 4.2 yang diperoleh, dan
berdasarkan kriteria penerimaan seperti yang telah ditetapkan oleh ACI T1.1-
01 didapatkan hasil sebagai berikut :
a. Benda uji BKD-T dan benda uji BKD-K harus mencapai tahanan lateral
minimum En = 31,84 kN sebelum drift ratio 2%. Beban lateral untuk
benda uji sebelum 2%, untuk benda uji BKD-T sebesar 22,72 kN, benda
uji BKD-K sebesar 28,87 kN.
8
b. Tahanan lateral maksimum Emax yang tercatat pada pengujian tidak boleh
melebihi nilai λEn (1,25 x 31,84 = 39,8 kN) untuk benda uji BKD-T dan
BKD-K. Untuk benda uji BKD-T sebesar 28,61 kN, dan benda uji BKD-K
rata-rata diperoleh Emax sebesar 31,98 kN. Benda uji BKD-T dan BKD-K
memiliki nilai gaya lateral yang lebih kecil dari gaya lateral yang
direncanakan. ( λ adalah faktor kuat lebih kolom yang digunakan pada
modul uji, λ = 1,25).
c. Drift maksimum yang harus dicapai sebagai acuan untuk hasil penerimaan
hasil tes, dimana nilainya tidak boleh kurang dari 0,035, karakteristik
siklus penuh ketiga pada level drift tersebut harus memenuhi hal-hal
sebagai berikut :
a) Gaya puncak pada arah beban yang diberikan tidak boleh kurang
daripada 0,75 Emax pada arah beban yang sama. Hasil pengujian dapat
dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 0,75 Emax
Siklus ke tiga
(+)
Siklus ke tiga
(-)
0,75 Emax
(+)
0,75 Emax
(-)
BKD-T 23,77 -27,87 20,11 -21,42
BKD-K 20,56 -24,82 20,59 -24,33
b) Disipasi energi relatif tidak boleh kurang daripada 1/8. Disipasi relatif
(β) merupakan ratio perbandingan antara luasan hysteretic loops (Ah)
putaran ketiga (drift ratio tidak kurang dari 0,75 Emax) dengan luasan
(E1+E2)(θ1’+θ2’) yang ditandai dengan garis putus-putus pada Gambar
4.1, dan Gambar 4.2. Disipasi energi relatif pada masing-masing benda
uji dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Disipasi Energi Relatif
No Benda Uji Drift Ah E1 E2 θ1' θ2'
Β (%) (kN.mm) (kN) (kN) (mm) (mm)
1 BKD-T 5,46 2509,76 20,56 23,82 121,93 121,58 0,23
2 BKD-K 3,50 2506,14 20,56 24,83 76,20 77,22 0,36
9
c) Kekakuan sekan garis yang menghubungkan titik ratio drift -0,0035 ke
ratio drift 0,0035 harus tidak kurang dari 0,05 kali kekakuan awal.
Kekakuan masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Perbandingan Nilai Kekakuan
No Benda Uji
Kekakuan 0,05 Kekakuan Awal
(-0,35%-0,35%)
(kN/mm) (kN/mm)
1 BKD-T 0,895 0,050
2 BKD-K 1,042 0,052
Berdasarkan analisis hasil kriteria penerimaan di atas, benda uji BKD-
T dan BKD-K tidak memenuhi salah satu persyaratan di atas, yaitu
persyaratan pada kriteria penerimaan a di atas. Tetapi memenuhi persyaratan
b dan c pada drift ratio di atas 3,5%. Sehingga benda uji BKD-T dan BKD-K
dapat digunakan pada sistem struktur rangka baja dan beton komposit
pemikul momen biasa dengan kategori disain seismik B dan C yang nilai R
(faktor modifikasi respon) maksimum dapat diambil 3, dan 3,5.
4.4 Kriteria Kehandalan Sistem Struktur
Kriteria kehandalan sistem struktur dapat dilihat pada Tabel 4.5 berikut.
Tabel 4.5 Kriteria Kehandalan Sistem Struktur
BKD-T BKD-K
Kekakuan elastik 0,92 1,077
Hysteretic Energy 2345,80 kN.mm 1483,83 kN.mm
Potential energy 2492,43 kN.mm 1599,02 kN.mm
EVDR 3,16%-31,58% 1,63%-22,54%
Pola Keruntuhan fatigue failure fatigue failure
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pengujian, pembahasan dan analisis yang telah dilakukan,
maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hubungan beban dan displacement, kapasitas beban lateral rata-rata
untuk benda uji BKD-T sebesar 27,32 kN pada displacement 65,98 mm
10
(drift ratio 3,57%), dan benda uji BKD-K sebesar 29,66 kN yang dicapai
pada displacement 40,97 mm (drift ratio 2,2%). Dari nilai di atas terlihat
bahwa kapasitas beban lateral benda uji BKD-K lebih besar dari kapasitas
beban lateral benda uji BKD-T.
2. Pola keruntuhan yang terjadi pada benda uji BKD-T dan BKD-K adalah
tipe keruntuhan lelah (fatigue failure), dimana retakan akan semakin
bertambah panjang untuk tiap siklus pembebanan sehingga mengurangi
kapasitas elemen sambungan untuk memikul beban.
3. Berdasarkan kriteria penerimaan ACI T1.1-01, benda uji BKD-T dapat
digunakan pada sistem struktur rangka baja pemikul momen biasa dengan
kategori disain seismik B dan C yang nilai R (faktor modifikasi respon)
maksimum diambil 3,5. Sedangkan benda uji BKD-K dapat digunakan
pada sistem struktur rangka baja dan beton komposit pemikul momen
biasa dengan kategori disain seismik B yang nilai R (faktor modifikasi
respon) maksimum diambil 3.
5.2 Saran
Adapun saran dalam penelitian ini sebagai berikut :
1. Kapasitas dan jumlah LVDT perlu diperhatikan, terutama untuk pengujian
dengan bentang yang panjang, sehingga tidak perlu mengubah posisi
LVDT. Hal ini terkait dengan ketelitian dalam pengujian.
2. Perlu dilakukan pemodelan analisis numerik terhadap bentuk sambungan
pada balok baja dan kolom tabung baja dengan isian beton.
DAFTAR PUSTAKA
ACI T1.1-01 Innovation Task Group 1 and Collaborators, 2001, Commentary on
Acceptance Criteria for Moment Frames based on Struktural Testing,
American Concrete Institute.
Alostaz, Y. M. and Schneider, S. P., 1998, Experimental Behavior of Connections
to Concrete-Filled Steel Tubes. Journal of Constructional Steel Research,
Vol. 45, No. 3, pp. 321–352.
ASTM, 2003. Annual Books of ASTM Standards. In E 2126-02a, Standard Test
Methods for Cyclic (Reversed) Load Test for Shear Resistance of Walls for
Building Designation, USA.
SNI 03-1726-2002, 2012, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk
Bangunan Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta.