Analisis geser balok beton bertulang pascabakar yang diperkuat dengan carbon fiber strip menggunakan metode elemen hingga nonlinier

JULIAFAD, Eka, Prof. Ir. Bambang Suhendro, M.Sc., Ph.D

2009 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Beton yang terkena suhu tinggi seperti pada kebakaran, akan mengalami degradasi kekuatan, kekakuan, dan stabilitas. Agar struktur dapat tetap digunakan tanpa menghancurkannya, maka diperlukan tindakan perkuatan, salah satunya menggunakan Carbon Fiber Strip (CFS). Selain secara eksperimental, penelitian dapat juga dilakukan secara numeris menggunakan metode elemen hingga nonlinier. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perilaku geser balok beton bertulang pascabakar yang diperkuat dengan CFS menggunakan metode elemen hingga nonlinier. Pada penelitian dimodelkan 4 jenis balok beton bertulang sederhana, yang terdiri dari balok beton bertulang yang tidak dibakar, Balok Pascabakar, Balok Pascabakar yang diperkuat dengan CFS di bagian lentur, dan Balok Pascabakar yang diperkuat di bagian lentur dan geser yang selanjutnya disebut sebagai BN, BPB, BFS dan BFSW. Dimensi balok beton bertulang adalah 250 mm x 150 mm x 1500mm, dengan 4 buah tulangan lentur dan sengkang sepanjang 450mm dari masing-masing tumpuan. Balok akan dianalisis menggunakan metode elemen hingga nonlinier dengan software ATENA v.2.1.10. Hasil analisis elemen hingga nonlinier akan dibandingkan dengan hasil ekperimen sebelumnya. Setelah divalidasi, dilakukan perhitungan kekakuan, daktilitas, pengamatan terhadap perkembangan retak dan jenis keruntuhan. Tegangan dan regangan geser juga diamati untuk melengkapi hasil penelitian sebelumnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat lentur balok beton bertulang yang dimodelkan dengan ATENA yaitu BN, BPB, BFS dan BFSW berturut-turut adalah 56 kN, 52 kN, 60 kN, dan 57 kN. Dengan kekakuan BN, BPB, BFS dan BFSW adalah : 1,49E+12 Nmm2, 1,04E+12 Nmm2, 1,12E+12 Nmm2 dan 1,419E+15 Nmm2. Faktor daktilitas BN, BPB, BFS dan BFSW adalah 4,73, 4,99, 3,87, dan 4,15. Pola retak yang terjadi pada BN, BPB, BFS dan BFSW berturut-turut adalah retak lentur, geser lentur, geser, dan geser lentur. Tegangan geser terbesar BN, BPB, BFS terjadi di daerah bentang geser, sedangkan pada BFSW, tegangan geser terbesar terjadi di CFS bagian badan balok. Kekakuan balok BN dengan modulus elastisitas (E) sesuai SNI 03-2847- 2003 mendekati BN dengan E S-Beta Material. Kekakuan BPB dengan E F.X Supartono lebih kecil dari BPB dengan E CEB-FIB. Kekakuan balok BBP E CEB-FIB lebih kecil dari BPB E S-Beta Material dan lebih mendekati kekakuan balok eksperimen, namun nilai Pu dan lendutan yang terjadi, lebih kecil dari BPB E-S Beta Material dan BPB Eksperimen. Debonding failure tidak dapat diketahui karena CFS dan balok dianggap lekat sempurna.

Concrete which exposed to high temperatures such as occur in a fire accident will affect its strength degradation, stiffness and stability. To keep this structure without destructing it, one of the solutions is strengthening it with Carbon Fiber Strip (CFS). Beside the experimental, research can be held with numerical method by using nonlinear finite element. This research was conducted to study shear behavior of reinforced concrete beam after fire which strengthened with CFS by using nonlinear finite element method. In this research 4 types of simply reinforced concrete beam are made. They are separated by 1 RC beam which is not exposed to fire, 1 RC beam after fire, 1 RC beam after fire strengthened in flexure and 1 RC beam after fire strengthened in flexure and shear, which is termed by BN, BPB, BFS, BFSW respectively. The whole models are 250 mm x 150 mm x 1500mm in dimension with 4 flexural reinforcements and stirrups in 450mm along in beam from each support. Models were analyzed by nonlinear finite element method using ATENA v.2.1.10 software. The FE model is calibrated against recent experimental results. Once validated, the model is used to examined stiffness, ductility, crack propagation and type of failure. To complete previous research’s results, shear strains and stresses are included. The numerical research results show that ultimate flexural strength of BN, BPB, BFS and BFSW are 56 kN, 52 kN, 60 kN, and 57 kN. While stiffness of each beam are 1,49E+12 Nmm2, 1,04E+12 Nmm2, 1,12E+12 Nmm2 and 1,419E+15 Nmm2. The ductility factor of BN, BPB, BFS and BFSW respectively are 4,73, 4,99, 3,87, and 4,15.. Crack patterns happened in BN, BPB, BFS and BFSW respectively are flexural, flexural shear, shear, and flexural shear cracks. Maximum shear stresses of BN, BPB and BFS happened in shear span, while for BFSW is on CFS at beams web. Stiffness of BN with elastic modulus based on SNI 03-2847-2002 equals with BN E S-Beta Material. Stiffness of BPB E F.X Supartono is smaller than BPB E CEB FIB. While BPB E CEB FIB’s stiffness is smaller than BPB E S-Beta Material, unfortunately the strength and deflection are smaller than BPB S Beta Material and experimental result. Debonding failure cannot be known caused of perfect bond assumption between CFS and concrete.

Kata Kunci : Metode elemen hingga nonlinier,ATENA,Analisis geser,Perkuatan CFS,Beton pascabakar,Perkembangan retak, Nonlinearity Finite Element Method, ATENA, Shear behavior, strengthened in flexure and shear, RC beam aster fire, crack propagation