Analisis Performa Seismik dari Balok Kopling Beton Bertulang dengan Metode Elemen Hingga Nonlinier

Krisnajana, Joshua Felix (2023) Analisis Performa Seismik dari Balok Kopling Beton Bertulang dengan Metode Elemen Hingga Nonlinier. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6012211093-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 September 2025. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Sifat gempa bumi telah diketahui dapat menyebabkan kerusakan struktural yang cukup besar, dan kerusakan yang paling menonjol sering ditemukan pada gedung-gedung bertingkat tinggi karena tuntutan gempa yang berlebihan yang diakibatkan oleh massa struktur. Salah satu pilihan yang paling disukai untuk mengatasi beban lateral akibat gempa adalah penggunaan dinding geser berpasangan. Secara teknis, ini adalah bagian dari sistem dinding geser konvensional di mana dua dinding geser dihubungkan secara kaku melalui balok kopling. Perilaku balok kopling telah diteliti selama beberapa tahun melalui eksperimen laboratorium serta pemodelan komputasi tiga dimensi. Melakukan eksperimen laboratorium menjadi semakin sulit karena dibutuhkan usaha yang besar dalam hal fabrikasi, penyiapan spesimen yang rumit, prosedur yang memakan waktu, dan biaya yang mahal. Penelitian yang dilakukan dalam tesis ini menyediakan analisis praktis kepada para insinyur dengan menggunakan analisis elemen hingga tiga dimensi yang nonlinier untuk secara akurat menangkap respons aktual dari balok kopling beton bertulang dengan menggunakan paket perangkat lunak ATENA Science yang dibebani secara siklik, serta menyediakan perbandingan langsung dengan kode desain yang tersedia, yang dalam penelitian ini menggunakan ACI 318-19. Analisis verifikasi dilakukan untuk memastikan akurasi model konstitutif yang digunakan dalam paket perangkat lunak sebelum memodelkan lebih lanjut faktor-faktor parametrik. Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini diambil dari dua literatur yang tersedia yaitu oleh Seo dan rekan-rekannya (2017) serta Lim dan rekan-rekannya (2016). Spesimen verifikasi untuk balok Lim terdiri dari empat balok dengan perbandingan bentang-kedalaman dan penulangan yang berbeda, termasuk keberadaan tulangan diagonal. Sementara itu, balok Seo juga terdiri dari empat balok dengan penulangan yang berbeda, termasuk keberadaan headed bars dan U-bars. Studi parametrik dibatasi pada dua balok Lim yang terdiri dari beberapa mutu beton, ukuran agregat yang lebih besar, dan jarak sengkang yang lebih lebar. Hasil analisis meliputi evaluasi beban-defleksi, mekanisme yang mendasari, pola retak, dan mode kegagalan dari balok kopling. Dari hasil analisis nonlinier, analisis verifikasi dilakukan dan kesesuaian yang baik diamati dalam hal respons beban-defleksi, pola retak, dan mode kegagalan untuk kedua balok Lim dan Seo. Rata-rata rasio beban puncak dan defleksi maksimum antara eksperimen dan ATENA adalah 1,00 dan 1,15 masing-masing untuk balok Lim. Sementara rasio rata-rata beban puncak dan defleksi maksimum untuk balok Seo masing-masing adalah 0,94 dan 1,12. Prediksi kekuatan geser dari ACI 318-19 untuk balok dengan batang diagonal menunjukkan nilai yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan hasil prediksi eksperimen dan ATENA sekitar 50%, dan juga mengabaikan kekuatan lentur balok. Setelah itu, spesimen parametrik dianalisis dan dibandingkan dengan balok kontrol yang bersesuaian. Perbedaan mutu beton mempengaruhi kapasitas beban geser dari balok kopling, dengan mutu beton yang lebih tinggi menghasilkan kekuatan geser yang lebih tinggi dengan pola retak dan mode kegagalan yang serupa. Kenaikan kekuatan geser berkisar antara 8% hingga 45%, tergantung pada jenis balok. Ukuran agregat yang lebih besar tidak menunjukkan perbedaan yang mencolok pada perilaku seismik balok penghubung dalam hal respons beban-regangan, pola retak, dan mode kegagalan. Sementara itu, jarak sengkang yang lebih lebar menghasilkan kekuatan geser yang lebih rendah sekitar 8% untuk kedua spesimen parametrik dibandingkan dengan spesimen kontrol. Nilai regangan utama maksimum yang lebih tinggi di bagian tengah balok juga dapat diamati, dan mode kegagalan balok tersebut didominasi oleh geser.
=====================================================================================================================================
The nature of earthquakes has been known to cause considerable structural damage and prominent damages are more often found in high rise buildings due to excessive earthquake demands resulting from the mass of the structures. One of the most preferred options to resist the lateral load of earthquake is the application of coupled shear walls. It is technically part of a conventional shear wall system where two neighboring shear walls are rigidly connected by means of coupling beams. The behavior of coupling beams has been studied for several years through laboratory experiments as well as three-dimensional computational modelling. Undertaking laboratory experiments has become even less possible due to large efforts in terms of fabrication, complicated specimen setup, time-consuming procedures, and expensive budgeting. The work carried out in this thesis provides practical analysis to engineers by means of three-dimensional nonlinear finite element analysis to accurately capture the actual response of reinforced coupling beams using the ATENA Science software package under cyclic loading, as well as providing direct comparison to available design code which in this study ACI 318-19 was used. Before further modeling the parametric factors, verification analyses were conducted to ensure the accuracy of the constitutive model employed in the software package. The specimens used in this study were sourced from two available literature works by Seo and co-workers (2017) as well as Lim and co-workers (2016). For the Lim beams, the verification specimens consisted of four beams with varying span-to-depth ratios and reinforcement layouts, including the inclusion of diagonal bars. On the other hand, the Seo beams comprised four beams with different reinforcement layouts and detailing, incorporating headed bars and U-bars. The parametric studies were limited to two of the Lim beams and involved various concrete grades, larger aggregate size, and wider shear link spacing. The results of the analysis were the evaluation of load-drift, underlying mechanisms, crack patterns, and failure modes of coupling beams. From the nonlinear analysis results, verification analyses were done and good agreement was observed in terms of load-drift responses, crack patterns, and failure modes for both Lim and Seo beams. The mean of peak load and maximum drift ratio between experiment and ATENA are 1.00 and 1.15 respectively for Lim beams. Meanwhile the mean of peak load and maximum drift ratio of Seo beams are 0.94 and 1.12 respectively. Shear strength prediction from ACI 318-19 for beams with diagonal bars showed significantly lower value compared to experiment and ATENA prediction results by approximately 50%, and also neglected the flexural strength of the beams. Subsequently, the parametric specimens were analyzed and compared to corresponding control beams. The difference in concrete grades affects the overall load carrying capacity of coupling beams, higher concrete grades resulting in higher shear strength with similar crack patterns and failure modes. The increases of the shear strength were ranged from 8% to 45%, depending on the type of the beams. Larger aggregate size did not show any notable difference on the seismic behavior of coupling beams in terms of load-drift responses, crack patterns, and failure modes. Meanwhile, wider shear link spacing resulted in lower shear strength by approximately 8% for both parametric specimens compared to the corresponding control specimens. Higher maximum principal strain values at the center of the beams were also observed and the failure modes of the beams were primarily dominated by shear

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	balok kopling beton bertulang, mutu beton, ukuran agregat, jarak tulangan geser, rasio bentang dan tinggi, analisis elemen hingga nonlinier, ATENA, reinforced concrete coupling beams, concrete grades, aggregate size, shear link spacing, span-to-depth ratio, nonlinear finite element analysis
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA347 Finite Element Method
Divisions:	Faculty of Civil, Planning, and Geo Engineering (CIVPLAN) > Civil Engineering > 22101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Joshua Felix Krisnajana
Date Deposited:	03 Aug 2023 07:27
Last Modified:	03 Aug 2023 07:27
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/100427

Actions (login required)

View Item