UJI AKSIAL DAN LATERAL SIKLIK
Standar : ACI 374.1-05 (Acceptance Criteria for Moment Frames
Based on Structural Testing and Commentary)
Laboratorium Struktur Universitas Kristen Maranatha
anang.kristianto@eng.maranatha.edu
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
1
Standar Pengujian
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
2
Standar Pengujian
Berdasarkan perilaku material nonlinear terdapat perilaku hysteresis yang terjadi pada struktur. Pada
pembebanan siklik hubungan antara beban dan deformasi ditunjukkan oleh garis lengkung yang
membentuk suatu siklus tertutup yang disebut dengan hysteresis loops. Terdapat empat pola hysteresis
loops yang mungkin terjadi, pada Gambar dapat dilihat pola hysteresis loops pada material nonlinear.
Hysteris Loops pada Material Nonlinear
Sumber: CSI America, 2019
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
3
Standar Pengujian
Parameter yang dianalisis adalah :
1. Beban lateral puncak dalam suatu siklus (Emax), Perilaku beban lateral puncak pada setiap siklus
memperlihatkan degradasi kekuatan yang semakin menurun pada drift rasio yang tinggi, ACI
membatasi dengan nilai maksimum degradasi hingga 25% dari beban lateral maksimum seluruh
siklus.
2. Rasio relatif energi disipasi (β), Rasio relatif energi disipasi memperlihatkan kemampuan disipasi
energi dari elemen struktur, ACI membatasi hingga rasio 1/8 untuk masing-masing siklus sebagai
persyaratan minimum.
3. Kekakuan sekan (Ki). Kekakuan sekan memperlihatkan perilaku kurva histerisis dari kolom pada
saat menerima beban lateral siklis, parameter ini memperlihatkan degradasi kekakuan dari kolom
pada drift rasio yang meningkat. ACI membatasi penurunan maksimum hingga 0,05 dari kekakuan
sekan awal.
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
4
Standar Pengujian
Standar pengujian dilakukan berdasarkan ACI 374.1-05 (Acceptance Criteria for Moment
Frames Based on Structural Testing and Commentary)
❑ Beban aksial konstan diberikan terlebih dahulu sebesar 584 kN(0,3Po) atau 986
kN(0,5Po) sesuai dengan level rasio beban aksial.
❑ Selama beban aksial bekerja maka beban lateral diberikan dalam 2 tahap, yaitu
diawali dengan tahap kontrol beban kemudian dilanjutkan dengan tahap
berikutnya yaitu kontrol perpindahan
❑ Tahap kontrol beban diberikan hingga sebesar 75% dari beban leleh hasil
perhitungan teoritis, setelah titik ini dicapai dilanjutkan dengan tahap
pembebanan lateral dengan kontrol perpindahan.
❑ Perhitungan perpindahan leleh pertama (first yield) dilakukan secara
eksperimental dengan merata-ratakan nilai ekstrapolasi perpindahan (Δy) pada
0,75 Hu dan -0,75 Hu (nilai Hu adalah nilai teoritis gaya lateral yang
mengakibatkan leleh pertama pada benda uji kolom, Watson and Park 1994
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
5
Standar Pengujian
4
3
2
Drift Rasio (%)
❑ Berdasarkan rata-rata perpindahan hasil ekstrapolasi pada titik
leleh gaya geser nya didapatkan perpindahan leleh dari benda
uji sebesar Δy = 0,5(Δy1+ Δy2).
❑ Pembebanan siklis dilanjutkan dengan kontrol perpindahan
dimulai dari perpindahan pada saat awal leleh tulangannya
seperti yang telah didapatkan dari hasil rata-rata ekstrapolasi
sebelumnya
❑ Beban siklis lateral diberikan mengikuti siklus pembebanan
seperti terlihat pada Gambar
❑ Beban lateral siklis diberikan hingga benda uji mengalami
penurunan sebesar 20% terhadap gaya lateral maksimumnya
atau terjadi kegagalan pengekangan yang ditandai dengan
putusnya tulangan pengekang dilanjutkan dengan tertekuknya
tulangan longitudinal
1
0
-1
0
10
20
30
-2
-3
-4
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
Siklus Pembebanan
6
Standar Pengujian
Pengolahan Data Hasil Pengujian Aksial dan Lateral Siklis
Beban lateral dan momen yang terjadi pada benda uji ditentukan
berdasarkan idealisasi gaya-gaya
yang bekerja seperti pada Gambar
Gambar 2.16 Hysteris Loops pada Material Nonlinear
Sumber: CSI America, 2019
berikut.
P
M
V
M=Vh/2
V
h =1500 mm
δ
V
M
P
Defleksi
Momen
Geser
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
7
Spesifikasi Benda Uji
Kode
P/Po
Tulangan
Longitudinal
ρl(%)
fy(Mpa)
Tulangan Transversal
s(mm)
fys(MPa)
Konfigurasi sengkang
kait
(Ash)/(s.hc),%
E90-2P2-0.3
0.3
45
0.9
Kait 90+pen-binder
plastik
E90-2P1-0.3
0.3
45
0.9
Kait 90 +pen-binder baja
E90A-4P1-0.3
0.3
45
0.9
Pengekang [ ] +penbinder baja 4 sisi
E135-0-0.3
0.3
45
0.9
Kait 135
E90-2P1-0.6
0.5
45
0.9
Kait 90 +pen-binder baja
E135-0-0.6
0.5
45
0.9
Kait 135
1.054
414
336
1000
500
Momen (kN.m)
0
-100
Beban Aksial (kN)
Contoh Pengujian
-50
0
-500
-1000
-1500
-2000
-2500
50
100
Contoh Pengujian
Benda uji berupa beton kolom pendek dengan dimensi 260
x 260 dan panjang 1500 mm, 6 buah
Pen-Binder
Tul.pengekang dg kait 900
260 mm
Tulangan longitudinal D10
260 mm
Potongan A-A
1
2
6
4
3
5
Arah beban lateral
Contoh Pengujian
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
10
Contoh Pengujian
Pembuatan Benda Uji
Contoh Pengujian
Pengecoran Benda Uji
Contoh Pengujian
Persiapan Pengujian
Contoh Pengujian
Setup Alat Pengujian
Proses Pengujian
Standar pengujian dilakukan berdasarkan
ACI 374.1-05 ( Acceptance Criteria for
Moment Frames Based on Structural
Testing and Commentary
4
3
2
Drift Rasio (%)
Contoh Pengujian
1
0
-1 0
10
20
-2
-3
-4
Siklus Pembebanan
Load Control
0.75 Hu
0.5 Hu
Displacement Control
30
Contoh Pengujian
Perilaku Umum Benda Uji
10
15
8
-10
6
5
0
-5
0
-5
5
10
Momen (tonf.m)
B
Lateral Force (tonf)
10
-0.5
4
2
0
-0.25
-2
0
-4
-6
-10
-15
Drift Ratio(%)
-8
-10
Curvature ( rad/m)
0.25
0.5
Contoh Pengujian
Hasil Pengujian Benda Uji dengan Kait 90 + Pen-binder Baja
15
8
10
-10
6
5
0
-5
0
-5
5
10
Momen (tonf.m)
Lateral Force (tonf)
D
10
-0.5
4
2
0
-0.25
-2 0
0.25
-4
-10
-6
-15
-10
-8
Drift Rasio (%)
Curvature (rad/m)
0.5
Contoh Pengujian
Hasil Pengujian Benda Uji dengan Kait 90 + Pen-binder Plastik
15
10
8
-10
5
0
-5
0
-5
-10
-15
Drift rasio (%)
5
10
Momen (tonf.m)
D
Lateral Force (ton)
10
-0.5
6
4
2
0
-0.25
-2 0
0.25
-4
-6
-8
-10
Curvature (rad/m)
0.5
Hasil Pengujian Benda Uji dengan Kait 90 + Pen-binder Baja
15
10
8
10
-10
6
5
0
-5
0
-5
-10
5
10
Momen (tonf.m)
Lateral Force (tonf)
Contoh Pengujian
-0.5
4
2
0
-0.25
-2 0
0.25
-4
-6
-8
-15
Drift Rasio (%)
-10
Curvature (rad/m)
0.5
Hasil Pengujian Benda Uji dengan Modifikasi Tulangan
Sengkang + 4 Pen-binder Baja
-10
15
10
10
5
5
-0.5
0
-5
Momen (tonf.m)
Lateral Load (tonf)
Contoh Pengujian
0
5
-5
10
0
-0.25
0
-5
-10
-10
-15
-15
Drift Rasio (%)
0.25
Curvature (rad/m)
0.5
Contoh Pengujian
Hasil Pengujian Benda Uji dengan Kait Standar 135
10
15
8
-10
6
5
0
-5
0
-5
-10
5
10
Momen (tonf.m)
B
Lateral Load (tonf )
10
-0.5
4
2
0
-0.25
-2
0
0.25
-4
-6
-8
-15
Drift Rasio (%)
-10
Curvature (rad/m)
0.5
Contoh Pengujian
Hasil Pengujian Benda Uji dengan Kait 90 + Pen-binder Baja
15
10
8
-10
6
5
0
-5
0
-5
-10
5
10
Momen (tonf.m)
D
Lateral Force (tonf)
10
-0.5
4
2
0
-0.25
-2 0
0.25
-4
-6
-8
-15
Drift Ratio (%)
-10
Curvature (rad/m)
0.5
Kapasitas Geser dan Lentur Benda Uji
Contoh Pengujian
15
15
P=0.5Po
P=0.3Po
10
10
5
V (tonf)
V (tonf)
5
0
-8
-6
-4
-2
0
-5
2
4
6
8
0
-8
-6
-4
-2
0
6
E90-2P1-0.5
E90A-4P1-0.3
-10
E135-0-0.3(kait standar)
-15
Drift Rasio (%)
4
-5
E90-2P1-0.3
E90-2P2-0.3
-10
2
-15
Drift rasio (%)
E135-0-0.5 (kait standar)
8
Kapasitas Geser dan Lentur Benda Uji
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
-2
-4
-6
-8
-10
Kurvatur (rad/m)
E135-0-0.3
E90-2P1-0.3
E90-2P2-0.3
E90A-4P1-0.3
0.5
momen (tonf.m)
Momen (tonf.m)
Contoh Pengujian
0
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
-2
-4
E135-0-0.5 (kait standar)
-6
E90-2P1-0.5
-8
-10
Kurvatur (rad/m)
0.5
Contoh Pengujian Rangkuman kapasitas geser dan momen untuk tiap spesimen
Benda Uji
Ash/shc
Ash/Ash(ACI)
Vmax
Drift
0.8Vmax
Mmax
Kurvatur
0.8 Mmax
(tonf)
(%)
(tonf.m)
(rad/m)
7.55
*
P/Po
E135-0-0.3
0.3
9.13
E90-2P1-0.3
0.3
9.46
4.58
7.70
*
0.3
9.51
4.23
7.81
*
E90A-4P1-0.3
0.3
10.85
6.27
9.07
*
E135-0-0.5
0.5
11.25
2.80
9.06
0.203
E90-2P1-0.5
0.5
10.97
2.93
9.13
0.305
E90-2P2-0.3
0.9
1.495
Keterangan : * pada akhir pengujian nilai momen belum mencapai penurunan hingga 20%
4.40
Contoh Pengujian
Pengaruh Berbagai Variabel terhadap Perilaku Histerisis
Kolom
Pengaruh Level Beban Aksial
12
10
12
8
10
6
Momen (tonf.m)
6
-0.5
4
2
-0.5
0
-0.25
-2
0
-4
-6
-8
-10
-12
Momen (tonf.m)
8
Kurvatur(rad/m)
0.25
0.5
4
2
0
-0.25
-2
0
-4
-6
P=0.3Po
P= 0.5Po
0.25
-8
-10
-12
Kurvatur (rad/m)
P=0.3Po
P=0.5Po
0.5
Contoh Pengujian
Daerah kerusakan dan panjang sendi plastis
143
137.5
147.5
E135-0-0.3
148.5
152.5
140
E90-2P1-0.3
149.5
E90-2P2-0.3
112.5
E90A-4P1-0.3
E135-0-0.5
365
335
250
287
E90-2P1-0.5
Panjang daerah kerusakan rata-rata :
level beban aksial 0.3Po adalah 141.4
mm atau 0.5h
level beban aksial 0.5Po adalah 309.3
mm atau 1.2h.
Contoh Pengujian
Rangkuman hasil pengujian spesimen dengan level beban aksial 0,3P0
berdasarkan kriteria minimum ACI
E135-0-0.3
E90-2P1-0.3
E90-2P2-0.3
E90A-4P1-0.3
Siklus
Drift
β
Ki/K1
E i/
Emax
β
Ki/K1
E i/
Emax
β
Ki/K1
E i/
Emax
β
Ki/K1
E i/
Emax
3--5
1,2
0,16
0,53
0,92
0,15
0,54
0,98
0,15
0,55
0,99
0,14
0,57
0,95
6--8
1,8
0.23
0,34
0,91
0,20
0,35
0,95
0,18
0,35
O,97
0,17
0,39
0,98
9--11
2,7
0.27
0,22
0,93
0,26
0,22
0,94
0,25
0,22
0,92
0,27
0,24
0,97
12--14
3,5
0.29
0,14
0,84
0,31
0,15
0,85
0,30
0,14
0,85
0,27
0,18
0,88
0,125
0,05
0.75
0,125
0,05
0.75
0,125
0,05
0,75
0,125
0,05
0,75
Nilai minimum
berdasarkan ACI
374.1-05
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
28
Contoh Pengujian
Rangkuman hasil pengujian spesimen dengan level beban aksial 0,5P0
berdasarkan kriteria minimum ACI
E135-0-0.5
E90-2P1-0.5
Siklus
Drift
β
Ki/K1
E i/
Emax
β
Ki/K1
E i/
Emax
3--5
1,2
0,17
0,49
0,91
0,21
0,62
0,93
6--8
1,8
0,21
0,34
0,864
0,24
0,38
0,88
9--11
2,7
0,42
0,16
0,74
0,40
0,21
0,76
12--14
3,5
0,79
0,09
0,61
0,125
0,05
0,75
Nilai minimum
berdasarkan ACI 374.105
Tidak menyelesaikan siklus pada
drift 3,5%
CE 852 TOPIK KHUSUS REKAYASA STRUKTUR
29