Identifikasi frekuensi alami struktur kabel (cabel stayed) dan kaitannya pada gaya-gaya dalam (model laboratorium)

PICAULY, Paulus Fredy, Ir. Hrc. Priyosulistyo, M.Sc., Ph.D

2009 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Pengukuran getaran pada struktur jembatan kabel adalah merupakan salah satu bagian dari evaluasi dan pemeliharaan jembatan yang berkaitan dengan keamanan dan kenyamanan pemakai jembatan. Dari hasil pengukuran getaran ini dapat diketahui frekuensi alami dari masing – masing elemen kabel dan dengan mengetahui frekuensi alami, dapat dievaluasi besarnya gaya-gaya dalam yang terjadi pada masing-masing elemen kabel, selanjutnya dapat diketahui apakah suatu elemen kabel masih kencang atau sudah kendor sehingga dapat diambil tindakan untuk mengencangkannya. Penelitian ini dilakukan untuk mengidentifikasi frekuensi alami pada struktur kabel (cable stayed) dari struktur jembatan kabel yang dimodelkan secara eksperimen di laboratorium dengan menggunakan model yang tidak proporsional dengan prototipenya. Dek dan pilon dimodelkan dengan baja solid berukuran 25 x 25 mm, dengan panjang dek 75 cm dan tinggi pilon 35 cm, sedangkan kabel dimodelkan dengan plat baja ukuran 24 x 2,75 mm. Konfigurasi kabel dibuat mengikuti sistim modifikasi kipas dimana ujung kabel disebar pada bagian puncak pilon dengan jarak antar kabel 2,5 cm, dan ujung lainnya disebar sepanjang bentang dek. Kabel very long (VL) dipasang pada ujung dek terjauh dari pilon kemudian kabel long (L), dan kabel short (S) dengan jarak antar kabel 18,75 cm. Massa pada dek diidealisasikan dengan variasi beban seberat 10, 30 dan 50 kg pada titik-titik pertemuan kabel dan dek kemudian model digetarkan dan pengukuran dilakukan. Hasil penelitian menujukkan bahwa semakin besar tegangan kabel, frekuensi alaminya akan semakin besar. Untuk pengujian steady state, bila dibandingkan dengan beban 10 kg, kenaikan beban 30 kg dan 50 kg, akan meningkatkan frekuensi alami masing-masing untuk kabel S, sebesar 8,87 % dan 28,61 %, kabel L sebesar 23,32 % dan 38,16 %, kabel VL sebesar 20,00 % dan 36,73 %. Sedangkan pada pengujian getaran bebas, untuk kabel S sebesar 11,40 % dan 31,36 %, kabel L sebesar 24,54 % dan 44,24 %, kabel VL sebesar 23,77 % dan 38,52 %. Pada panjang kabel semakin pendek, frekuensi alami kabel akan membesar. Untuk pengujian steady state, bila dibandingkan dengan kabel VL, frekuensi alami kabel L dan S berbeda sebesar 15,510 % dan 88,572 % untuk beban 10 kg, 18,707 % dan 71,088 %, untuk beban 30 kg, 16,716 % dan 77,368 % untuk beban 50 kg. Sedangkan pada pengujian getaran bebas, berbeda sebesar 10,927 % dan 86,885 % untuk beban 10 kg, 10,927 % dan 68,212 %, untuk beban 30 kg, 14,793 % dan 77,219 % untuk beban 50 kg. Peningkatan frekuensi alami kabel, akan menurunkan rasio redamannya. Prediksi gaya dalam dari frekuensi alami pada pengujian steady state, getaran bebas dan hasil eksak menunjukan bahwa ada keserasian hasil dari kabel S tetapi pada kabel L dan VL terdapat perbedaan yang signifikan.

The measurement of vibration is one of the activities of evaluation and maintenance of cable-stayed bridge structures, which are performed in order to ensure safety and comfort of its users. Natural frequency, as the output of measurement, relates to internal forces which occur in each cable element. These internal forces will later give information about cable tightness, thus a proper action of cable tightening can be taken. This research was conducted to identify natural frequency of a cablestayed bridge structure model. Solid steel was used in this model of 75-cm deck in length and 35-cm-pylon in height. Cables were modelled by 24 x 2,75 mm cross section of steel plate and configured after the fan modification system, where one of their ends were distributed at top of pylon in 2.5 cm interspaces and other along deck length. Very long (VL) cable was mounted at farthest point from pylon, followed by long (L) and short (S) cables in 18.75 cm interspaces. The mass of deck was modelled by applying 10, 30 and 50 kg load at cable-deck joints. Measurements were conducted after vibrating the model. The result showed that the greater the cable stress occurred, the greater the natural frequency obtained. In steady-state experiment, 10, 30 and 50 kg load applications effected in frequency raising of 8.87% and 28.61% in S-cable; 23.32% and 38,16% in L-cable; 20.00% and 36.73% in VL-cable. In freevibration experiment, the same load applications effected in frequency raising of 11.40% and 31.36% in S-cable; 24.54% and 44,24% in L-cable; 23.77% and 38.52% in VL-cable. Larger natural frequencies were experienced by shorter cables. In comparison to VL cables, frequency difference of L and S-cables in steady-state experiment were 15.510% and 88.572% for 10 kg load; 18.707% and 71.088% for 30 kg load; 16.716% and 77.368% for 50 kg load, while in freevibration experiment were 10.927% and 86.885% for 10 kg load; 10.927% and 68.212% for 30 kg load; 14.793% and 77.219% for 50 kg load. These frequency raisings would lower damping ratio. Experiments of steady-state, free-vibration and exact solution showed concordant internal force prediction in S-cable but significantly differed ones in L and VL-cables.

Kata Kunci : Frekuensi alami kabel,Jembatan kabel,Getaran kabel, cable natural frequency, cable-stayed bridge, cable vibration