Comparison study on the accuracy of reinforced concrete T-Beam analyzed by using plane stress and solid finite elements

IBRAHIM, El-Sharif Mohammed, Prof.Ir. Bambang Suhendro, MSc.,Ph.D

2004 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Penelitian ini mempelajari ketelitian analisis elemen hingga untuk balok beton bertulang tampang T menggunakan idealisasi tegangan bidang (plane stress 2- D) dan solid (3-D). Masalah ini muncul karena banyak peneliti mengasumsikan bahwa perilaku balok beton bertulang dapat diidealisasikan sebagai elemen tegangan bidang. Suatu elemen dapat diidealisasikan sebagai elemen tegangan bidang jika tebal elemen tersebut sangat tipis (t << a dan t << b) dan tidak ada beban yang bekerja sejajar dengan arah sumbu tebal elemen. Berdasarkan definisi di atas, maka balok beton bertulang tampang T lebih tepat dimodelkan sebagai elemen 3D jika ditinjau dari ukuran elemen, distribusi tegangan, tebal elemen, dan pemodelan tulangannya. Pra analisis linier untuk balok beton tanpa tulang berpenampang T untuk model 2D dan 3D dilakukan dengan menggunakan program SAP 2000 versi 8.08 guna mengetahui konvergensi dan melakukan validasi respon dari dua model tersebut kemudian hasilnya dibandingkan dengan hasil perhitungan manual dan hasil uji eksperimental (Lely, dan, Agnes, 2004). Kemudian analisis nonlinier dilakukan menggunakan program ATENA versi 2.1.8. Pengamatan dilakukan terhadap bebanlendutan, beban-tegangan, beban-regangan, beban retak pertama, beban pada saat runtuh dan pola retak. Hasil yang diperoleh dari analisis elemen hingga linier dan nonlinier untuk model 2D dan 3D terhadap beban-lendutan, beban-tegangan tarik tulangan pokok, beban-regangan tarik tulangan pokok, dan beban-tegangan tekan beton menunjukkan kecenderungan yang sama. Kekakuan balok yang diidealisasikan dengan model 2D 10- 15% lebih besar dibandingkan dengan balok yang diidealisasikan dengan model 3D. Beban retak pertama untuk model 2D adalah 126 kN sedangkan untuk model 3D adalah 102 kN, sementara beban runtuh untuk model 2D dan 3D adalah 357 dan 363kN masing-masing. Retak yang terjadi pada model 3D menunjukkan pola yang sama dibandingkan retak yang terjadi pada model 2D. kerusakannya untuk dua model tersebut adalah akibat beban lentur.Hasil yang diperoleh dari model 2D dan 3D menunjukan akurasi yang baik dengan hasil yang diperoleh dari uji eksperimental dan hasil perhitungan manual.

This study deals with the accuracy of (RC) reinforced concrete T-beam analyzed by using (2D) plane stress and (3D) three dimensional finite element idealization. This problem arose because numerous investigators assumed that the behavior of RC T-beams can be described as a plane stress field. A state of plane stress is said to exist when elastic body is very thin and there are no loads applied in the coordinate direction parallel to the Thickness. On the basis of the above definition, and from the point of view of the element dimension, stress distribution, plane stress element thickness, and reinforcement modeling, the plane element is assumed to be not suitable for the T-beam modeling due to its wide flange, therefore the 3D element was assumed instead. In this study a preliminary 2D and 3D FE linear analysis has been carried out for plain concrete T-beam, with the aid of SAP2000 v.8.08 software for convergence study and for checking the validations of some response of the two models and comparing it with analytical hand calculation (beam theory), and experimental results (Lely, and Agnes, 2004). Then a nonlinear finite element analysis for the two models for the RC beam was conducted using ATENA v.2.1.8 software. The following comparisons were made: loaddeflection plots at midspan; load-stresses plots; load-strain plots, first cracking load, load at failure, and crack patterns. The results obtained from linear and nonlinear finite element analysis for the 2D and 3D models showed an excellent correlation in load-tensile stresses and strains for main steel reinforcement, a good correlation in load-deflection and load-compressive stresses in concrete, and a fair agreement in load-compressive strain in concrete. In general the 2D model is stiffer than 3D model by approximately 10% and 15-20% for plain and reinforced concrete respectively. The high stiffness of the 2D model caused by the large flange thickness due to plane stress idealization led to shear cracks which occurred at load 240kN, reducing the 2D stiffness. The first cracking load for the 2D model was 120 kN, and for the 3D model was 102 kN, the failure loads were 357 and 363 kN for 2D and 3D models respectively. The crack patterns from the 2D an 3D models correspond well with the experimental observation, although, a shear cracks appear in the 2D model. Finally the 2D and 3D results agree well with the experimental and analytical results.

Kata Kunci : Balok Beton Bertulang,Tegangan Bidang,Analisis Non Linier,Nonlinear analysis,Plane stress,3D Problem,constitutive model,smeared cracks.