SIMULASI NUMERIK PERKUATAN LENTUR BALOKstripT DENGAN PENAMBAHAN CFRP (CARBON FIBER REINFORCED POLYMER)

ANDHIKA MAHENDRA, Dr. Ir. H. Muslikh, M.Sc., M.Phil.

2021 | Tesis | MAGISTER TEKNIK SIPIL

Pemeliharaan struktur yang buruk dan bencana alam dapat membuat struktur bangunan menjadi rusak. Namun, banyak struktur yang masih dapat digunakan kembali walaupun, tingkat keamanan dan kapasitas beban yang dapat dipikul struktur tersebut menurun. Disamping itu, banyak struktur bangunan di Indonesia menggunakan standar peraturan pembangunan lama namun, jika struktur tersebut dibandingkan dengan peraturan terbaru maka struktur menjadi tidak aman. Sehingga, struktur perlu diberi perkuatan untuk meningkatkan keamanan dan kapasitas beban. Salah satu solusi yang paling banyak diterapkan adalah penggunaan Carbon Fiber Reinforced Polymeric (CFRP). CFRP merupakan material dari fiber dan karbon yang mampu memperbaiki struktur dengan meningkatkan kekuatan serta menambah kapasitas beban. Oleh karena itu, simulasi numerik perkuatan balokstripT dengan penambahan CFRP sangat perlu dilakukan khususnya pada perkuatan lentur. Hal ini dikarenakan simulasi numerik yang mampu tervalidasi baik dengan pengujian eksperimental dapat mengurangi biaya pengujian yang sangat besar dimana, simulasi numerik dapat menjadi alat untuk melakukan studi parameter selanjutnya tanpa membuat benda uji lainnya. Tujuan penelitian ini adalah melakukan simulasi numerik yang tervalidasi dengan pengujian eksperimental balokstripT yang diperkuat CFRP dari Tudjono dkk. (2015) dan Mulyanto (2020) serta mengetahui karakteristik parameter properties CFRP dan interaksi antara CFRP dengan beton secara numerik. Simulasi numerik menggunakan bantuan software ABAQUS. Idealisasi elemen meliputi balok beton, beban, dan tumpuan dimodelkan sebagai solid element 3D. Baja tulangan dianggap sebagai elemen truss dan CFRP dimodelkan sebagai conventional shell element. Dimensi dan pembebanan pada model mengikuti pengujian eksperimental. Beberapa variasi digunakan untuk mendekati hasil eksperimental antara lain kuat tekan dan tarik beton, mutu baja tulangan, jumlah lapisan composite layup, dan interaksi antara beton dengan CFRP. Hasil analisis menunjukkan bahwa simulasi numerik tervalidasi dengan baik dari pengujian eksperimental. Hal ini terlihat dari beban saat leleh dan beban ultimit memiliki perbedaan kurang dari 5% serta perilaku peningkatan dan penurunan dari daktilitas, kekakuan lentur, dan disipasi energi akibat penambahan perkuatan CFRP memiliki kemiripan dengan eksperimental. Pengaruh kuat tekan dan tarik beton serta mutu baja tulangan dapat meningkatkan maupun menurunkan kapasitas beban tergantung peningkatan atau penurunan pada material tersebut. Pemodelan lebih lanjut perlu untuk dilakukan agar hasil simulasi numerik mendekati hasil eksperimental tanpa perlu melakukan variasi pada mutu material yang digunakan. Pemodelan CFRP yang mampu mendekati hasil eksperimental adalah hashin damage dan composite layup serta interaksi betonnya adalah cohesive behavior.

Poor structural maintenance and natural disasters can damage the structure of the building. However, many structures can still be reused even though the level of safety and load capacity that can be carried by these structures decreases. In addition, many building structures in Indonesia use the standards of the old building regulations but, if the structure is compared with the latest regulations, the structure becomes unsafe. Thus, the structure needs to be strengthened to increase safety and load capacity. One of the most widely applied solutions is the use of Carbon Fiber Reinforced Polymeric (CFRP). CFRP is a material made of fiber and carbon that can improve the structure by increasing strength and increasing load capacity. Therefore, numerical simulation of T-beam reinforcement with the addition of CFRP is very necessary, especially for flexural reinforcement. This is because numerical simulations that can be well-validated by experimental testing can reduce the cost of testing very large where numerical simulations can be a tool to carry out further parameter studies without making other test objects. The purpose of this study was to perform a numerical simulation which was validated by experimental testing of the CFRP-reinforced T-beam from Tudjono et al. (2015) and Mulyanto (2020) as well as knowing the characteristics of CFRP properties parameters and the interaction between CFRP and concrete numerically. Numerical simulation using ABAQUS software. Idealized elements include concrete beams, loads, and supports modeled as 3D solid elements. The reinforcing steel is considered as a truss element and CFRP is modeled as a conventional shell element. Dimensions and loading on the model following experimental testing. Several variations were used to approach the experimental results, including the compressive and tensile strength of concrete, the quality of reinforcing steel, the number of layers of composite layup, and the interaction between concrete and CFRP. The results of the analysis show that the numerical simulation is well validated from the experimental test. This can be seen from the yield load and the ultimate load having a difference of less than 5% and the behavior of increasing and decreasing ductility, flexural stiffness, and energy dissipation due to the addition of CFRP reinforcement is similar to the experimental one. The effect of the compressive and tensile strength of concrete and the quality of reinforcing steel can increase or decrease the load capacity depending on the increase or decrease in the material. Further modeling needs to be done so that the numerical simulation results are close to the experimental results without the need to vary the quality of the material used. The CFRP modeling that can approach the experimental results is hashin damage and composite layup and the concrete interaction is cohesive behavior.

Kata Kunci : simulasi numerik, CFRP, balokstripT