Analisis lentur balok beton bertulang pascabakar yang diperkuat dengan carbon fiber strips (CFS) menggunakan metode elemen hingga non linier

ANANDA, Rizky, Prof. Ir. Bambang Suhendro, M.Sc., Ph.D

2009 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Kebakaran atau sengaja dibakar mengakibatkan perubahan sifat fisik dan mekanik beton, yang secara langsung akan mempengaruhi karakteristik elemen-elemen struktur tersebut. Pada penelitian ini dilakukan analisis lentur balok beton bertulang pascabakar yang diperkuat dengan Carbon Fiber Strips (CFS) menggunakan metode elemen hingga nonlinier dengan software ATENA V.2.1.10 dan GID sebagai Pre-Processor. Tujuan dilakukan penelitian ini adalah untuk mendapatkan model balok pascabakar pada suhu 8000C yang diperkuat dengan Carbon Fiber Strips di bagian bawah balok tersebut berdasarkan finite elemen method non linier material yang tersedia pada program ATENA V.2.1.10 dan GID, mengetahui hubungan beban – tegangan dan beban – regangan yang terjadi di nodal – nodal elemen balok yang diperkuat dengan CFS baik di ½ dan 1/3 bentang, untuk mengetahui pola retak yang terjadi pada berbagai tahap pembebanan, untuk megetahui hubungan beban dan lendutan balok perkuatan dengan CFS, perbandingan kekakuan dan daktilitas antara hasil eksperimen dan numeris. Penelitian ini hanya memodelkan nonlinierity dari material sedangkan geometrinya masih diasumsikan linier. Benda uji yang digunakan berupa balok beton bertulang yang berukuran 150 x 250 mm dan panjangnya 1500 mm. Panjang Carbon Fiber Strips yang digunakan adalah 1000 mm. Pada penelitian ini akan dilakukan pemodelan balok beton bertulang berupa balok normal yang tidak dibakar (BN), balok pascabakar pada suhu 8000C (BPB) dan balok pascabakar pada suhu 8000C yang diperkuat dengan CFS pada bagian lenturnya (BFS). Hasil Pengujian dapat dilihat bahwa dengan perkuatan menggunakan Carbon Fiber Strip (CFS) pada balok pascabakar terjadi penurunan daktilitas dan peningkatan kekakuan, baik numeris dan eksperimen. Sehingga tidak dapat menghambat banyaknya retak miring yang terjadi dan mengakibatkan terjadi keruntuhan yang bersifat getas. Nilai lendutan saat beban ultimit di 1/3 bentang untuk BN, BPB dan BFS hasil eksperimen lebih besar dibandingkan dengan balok hasil numeris. Hal ini mempengaruhi kekakuan dan daktillitasnya. Nilai kekakuan yang diperoleh BN, BPB dan BFS eksperimen lebih kecil dibandingkan dengan benda uji hasil numeris yaitu masing – masing sekitar 57%, 64%, 45%. Sedangkan nilai daktilitas yang diperoleh BN, BPB dan BFS hasil eksperimen juga lebih kecil sekitar 59%, 41%, dan 17% dibandingkan dengan hasil numerisnya. Nilai regangan saat beban ultimit di 1/3 bentang pada balok BFS masing – masing sebesar 0,0066076 dan 0,007758 lebih besar daripada BPB yaitu masing – masing 0,0007 dan 0,000079 baik arah x dan arah y. Sedangkan nilai tegangan saat beban ultimit di 1/3 bentang yang diperoleh pada BFS numeris juga lebih besar daripada BPB numeris baik arah x dan arah y. S-Beta material dalam program ATENA cukup sensitive terhadap perubahan modulus elastisitasnya. Meskipun parameter – parameter materialnya telah divariasikan, balok hasil numeris tetap masih lebih kaku dibandingkan dengan balok eksperimen.

Fire or exposed to fire can cause physical and mechanical changes of concrete which will directly affect characteristic of its structure element. In this research, the analysis of flexural reinforced concrete beam conducted after fire strengthened with CFS by using method of element resulting nonlinearity with ATENA V.2.1.10 software and GID as Pre-Processor. The primary purpose of this research is to obtain the beams model after fire exposed to 800°C heat strengthened with CFS underneath based on finite element method of non linier material that is provided by ATENA V.2.1.10 and GID, to find out the relationship among load - stress and load-strain happened in beam nodal element strengthened with CFS both at ½ and 1/3 span, this research is also intended to know the patterns of cracks happened in each level of loading, know the relationship between load - deflection beam strengthened with CFS, as well as the degree of comparison of stiffness and ductility in experimental and numerical level. This research merely modeled nonlinearity of the material, yet its geometrical is assumed to be linier. The specimen was concrete beam with 150 x 250 mm and, 1500 mm length. The length of CFS as used in this research was 1000 mm. In this research the modelling of the concrete beam in the form of unburned normal beam (BN), beam after fire at 800°C and after fire beam at 8000C strengthened with CFS in its flexural part (BFS). The result showed that the after fire modelling of flexural strengthening beam by using ATENA V.2.1.10 programme, it could be seen that the increasing power using Carbon Fiber Strip (CFS) on after fire beam could decrease ductility and at the same time increasing stiffness numerically and experimentally. Thus, it could not block a number of diagonal crack that happened and caused brittle failure. The deflection value at the ultimate loading at 1/3 for BN, BPB, and BFS in the experiment was higher than in numeric. The value of stiffness obtained BN, BPB, and BFS in experiment was smaller than the sample from the numeric result namely 57%, 64%, 45%. While the ductility value obtained BN, BPB, and BFS from the experiment was also smaller about 59%, 41%, and 17% in comparison to its numerical. The strain values when the ultimate loading at 1/3 span on beam BFS respectively 0,0066076 and 0,007758 was bigger than BPB namely 0,0007 and 0,000079 both X and Y direction, while ductility value of stress at the ultimate loading at 1/3 span obtained on BFS numeric was also bigger than BPB numeric both x and y direction. S- Beta material in ATENA programme was sensitive enough towards elasticity modulus. Eventhough, the material parameters varied, resulting numeric beam was still more stiff if compared to the experimental beam.

Kata Kunci : Balok pasca bakar, perkuatan, Carbon Fiber Strips, analisis lentur, metode elemen hingga, ATENA dan GID, Beam afterfire, strengthening, CFS, flexural analysis, finite element method, Atena and GID