THE BEHAVIOR OF STEEL I BEAM-CONCRETE FILLED STEEL

TUBES COLUMN CONNECTIONS USING CIRCULAR

DIAPHRAGM PLATES DUE TO THE CYCLIC LOAD

Thesis Summary

To meet some requirements

to obtain Graduate degree (S-2)

Graduate Study Program of Civil Engineering

Department of Civil and Environmental Engineering

Submitted by:

MUHAMMAD HAYKAL

13/355440/PTK/09089

To

GRADUATE PROGRAM OF FACULTY OF ENGINEERING

GADJAH MADA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015

ii

iii

LIST OF CONTENTS

APPROVAL .................................................................................................. ii

LIST OF CONTENTS ................................................................................... iii

CHAPTER I INTRODUCTION

1.1 Background ........................................................................................... 1

1.2 Formulation of The Problem ................................................................. 1

1.3 Research Purposes ................................................................................. 2

1.4 Research Benefits .................................................................................. 2

1.5 Research Limitations ............................................................................. 2

CHAPTER II LITERATURE REVIEW

2.1 Concrete Filled Steel Tube Connections ............................................... 3

CHAPTER III RESEARCH METHOD

3.1 Research Material ................................................................................. 3

3.2 The Research Flowchart ....................................................................... 4

3.3 Test Object Preparation ........................................................................ 4

3.4 Testing of Beam-Column Connections ................................................. 5

CHAPTER IV RESULTS AND DISCUSSIONS

4.1 General Requirements of Earthquake Resistant Steel Structures .......... 6

4.2 Load and Displacement Relationships ................................................. 6

4.3 Acceptance Criteria .............................................................................. 7

4.4 Criteria of Reliability of Structure Systems .......................................... 9

CHAPTER V CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS

5.1 Conclusions ........................................................................................... 9

5.2 Suggestions ............................................................................................ 10

REFERENCES ............................................................................................... 10

1

CHAPTER I

INTRODUCTION

1.1 Background

The use of Concrete Filled Steel Tube (CFST) has many advantages

than normal concrete column and reinforced concrete column. Some of the

advantages are: steel tube also serves as formwork for concrete core filled in

steel tube, the compressive strength of steel tube or pipe on the axial force will

increase. Moreover, steel tube or pipe also serves to prevent cracks on

concrete, and composite column further increases signifncat stiffness and

strength. However, the use of concrete filled steel tube column is still limited

due to lack of experience in the application and the complexity of the form of

the joint in this composite column. Moreover, the joint in the CFST system

must have strength which is deep enough to withstand earthquakes and meet

acceptance criteria.

Based on the description above, an experimental research was

conducted to study the behavior of the circular diaphragm plate joint on steel

beam and steel tube column. This study was considered necessary because it

could be used as a reference and is a development from previous analytical and

experimental researches.

1.2 Formulation of The Problem

Composite steel column which consists of steel tube filled with

concrete is more efficient than normal steel column or reinforced concrete, but

problem in the joint hamper the usage of this type of structural element.

Therefore, the selection of strong, stiff, and easy to implement joint type is

important. This study was expected to produce efficient joint form, so that the

usage of beam structure and composite steel pipe column will be used more

widely.

2

1.3 Research Purposes

To verify the joint type suitable for earthquake in accordance with

Indonesian standard and to get efficient and easy to use joint in steel beam and

steel tube columns with and without concrete filling.

1.4 Research Benefits

The expected benefits of this study are :

1. Discovering hysteresis behavior, strength and stiffness of diaphragm plate

joint on steel beam and steel tube columns with and without concrete

filling in accordance with Indonesian standard.

2. Discovering suitable joint for seismic condition in accordance with

Indonesian standard.

3. Providing an alternative of usage of efficient and easy to use steel beam

and composite steel tube column.

1.5 Research Limitations

The problem limitations are as follows :

1. The concrete filler of steel tube column used was normal concrete with

force fc’ 20 MPa. Meanwhile, the quality of steel profile and steel bolt type

used was the same as materials in the market.

2. This study referred to ACI Standard (ACI T.1-01) and acceptance criteria

of joint testing based on ACI Standard (ACI T.1-01).

3. The load applied for this experiment was cyclic load positioned at the end

of the beam.

4. Moment and rotation behaviors of columns due to cyclic loading on beams

were ignored.

5. This study was focused on the joint of exterior steel beam and steel tube

column using circular diaphragm plate.

3

CHAPTER II

LITERATURE REVIEW

2.1 Concrete Filled Steel Tube Connections

Studies on the behaviors of the joint of steel beam and concrete-filled

steel tube column have been conducted by previous researchers. Schneider &

Alostaz (1998) make several forms of large scale joints tested using ATC-24

guide for cyclic testing. The research result shows that welded joint piece

directly to the surfaces of steel tubes causes large deformation on the tube

walls. The size of the deformation on the tube walls made of flans girder,

welded flans, make the tube walls very prone to failure. Inelastic cyclic

behavior improves when external diaphragm is used to distribute the strength

of flans around the tube and the joint can develop the flexural strength of the

main beam. Extending girder joint pieces through all concrete filled steel tube

columns is quite good to improve the flexible elastic strength of connected

girders, and shows beneficial inelastic cyclic performance. Meanwhile,

minimum sized diaphragm isn’t efficient in reducing large shear force in

concrete tube column wall. Joints with additional minimum sized diaphragm

based on that study can be used in regions with low seismic risk.

CHAPTER III

RESEARCH METHOD

3.1 Research Material

The materials used in this study were :

1. Steel profile of IWF 200.100.5,5.8 serves as a beam.

2. Profile of steel pipes, with a diameter of 213.9 mm and 5.3 mm thick,

serves as a column.

3. 5,8 mm thick steel plate as circular diaphragm plate.

4. The bolt type used was UNS 4.6 with 19 mm diameter.

5. Concrete filling of steel tube column used was normal concrete with

conventionally-made force (K250).

4

3.2 The Research Flowchart

The study started from literature study, material planning, and test object

modeling to drawing conclusion, as seen in Figure 3.1.

Figure 3.1 Research Flowchart

3.3 Test Object Preparation

Test objects were made based on the capacity of the equipments of

Mechanics of Material Laboratory of Engineering Science Study Center of Gadjah

Mada University, as well as the expansion of previous studies. In this study, 2 test

objects were made, i.e. 1 steel beam-column joint test object without concrete

filling (BKD-T) as a comparison, and 1 steel beam-column joint test object with

concrete filling (BKD-K). Detail of test object is shown in Figure 3.2, and Figure

3.3.

5

Figure 3.2 Side View of Test Object

Figure 3.3 Top View of Test Object

3.4 Testing of Beam-Column Connections

Test object testing was conducted in the Mechanics of Material Laboratory

of Engineering Science Study Center of Gadjah Mada University. The test was

conducted after concrete filing in the steel tube column was 28 days old. Both

ends of the column were given joint-roll support. The upper side of the block was

left free for cyclic loading. Cyclic loading was performed with controlled

displacement as required in ACI TI. 1-01.

1850 mm

1800

mm

213.9 mm

Steel Pipe Diameter 213,9 mm, Thickness = 5,3 mm

IWF Beam 200.100. 5,5. 8

Bolt Ø 19 mm

Diaphragm Plate Thickness = 5.8 mm

IWF 200

Welded

Welded Joint Thickness = 3 mm

3 mm

Welded 3 mm

Diaphragm Plate Thickness = 5.8 mm

65mm

100 mm

100

mm

Welded

Welded

Empty (BKD-T)

Bolt Ø 19 mm

Concrete (BKD-K)

3 mm

5,8 mm

6

Figure 3.4 Testing Setup (Top View)

CHAPTER IV

RESULTS AND DISCUSSIONS

4.1 General Requirements of Earthquake Resistant Steel Structure

BKD-T and BKD-K test objects didn’t meet the requirements of beam-

column joint which can be used in earthquake resistant steel and composite

concrete structure system which supports certain moments because based on

the testing result, BKD-T and BKD-K test objects didn’t have enough

ductility.

4.2 Load and Displacement Relationships

The relation between load and displacement of testing result can be

seen in the hysteretic loops curves in Figure 4.1, and Figure 4.2.

Steel pipe

900

900 mm

IWF. 200.100.5,5.8

Plate 70x70 cm, Thickness 20 mm

Load Cell

Strain gage LVDT

LVDT

LVDT

1850 mm

Hydraulic Jack giving axial Force to the column

Hydraulic Actuator Giving cyclic load To the end of the block

7

Figure 4.1 Hysteretic Loop of BKD-T Joint

Figure 4.2 Hysteretic Loop of BKD-K Joint

Comparison of the amount of lateral load and lateral displacement for

crack, yield, ultimate and failure conditions is presented in Table 4.1.

Table 4.1 Load and Deflection of Crack, Yield, Peak and Failure

No Test

Object

Crack Yield Peak Failure Ductility

P ∆ P ∆ P ∆ P ∆

(kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (µ)

1 BKD-T 10,98 12,26 26,08 28,84 27,45 65,96 21,96 102,41 3,55

2 BKD-K 11,84 10,98 24,48 22,73 29,61 46,51 23,68 72,43 3,19

4.3 Acceptance Criteria

From the curves in Figure 4.1 and Figure 4.2, and based on criteria of

acceptance established by ACI T1.1-01, the result was :

a. BKD-T and BKD-K test objects must meet minimum lateral resistance En

= 31,84 kN before drift ratio 2%. Lateral load for test object before 2% for

BKD-T test object was 22,72 kN, BKD-K test object was 28,87 kN.

8

b. Maximum lateral resistance Emax recorded in testing can’t exceed the value

of λEn (1,25 x 31,84 = 39,8 kN) for BKD-T and BKD-K test objects. For

BKD-T test object, it was 28,61 kN, and BKD-K test object Emax was

31,98 kN. BKD-T and BKD-K test objects had smaller lateral force than

planned lateral force. ( λ is overstrength factor of the column used in test

module, λ = 1,25).

c. Maximum drift which must be reached as a reference for the acceptance of

test result, where the value shouldn’t be below 0,035, the third full cyclic

characters at the drift level should fulfill the following:

a) Peak force at load direction shouldn’t be below 0,75 Emax at the same

load direction. Test result can be seen in Table 4.2.

Table 4.2 0,75 Emax

Third Cycle

(+)

Third Cycle

(-)

0,75 Emax

(+)

0,75 Emax

(-)

BKD-T 23,77 -27,87 20,11 -21,42

BKD-K 20,56 -24,82 20,59 -24,33

b) Relative energy dissipation shouldn’t be less than 1/8. Relative

dissipation (β) is ratio of third cycle hysteretic loops (Ah) area (drift

ratio no less than 0,75 Emax) with an area of (E1+E2)(θ1’+θ2’) shown

with dotted lines in Figure 4.1, and Figure 4.2. Relative energy

dissipation in each test object can be seen in Table 4.3.

Table 4.3 Relative Energy Dissipation

No Test Object Drift Ah E1 E2 θ1' θ2'

Β (%) (kN.mm) (kN) (kN) (mm) (mm)

1 BKD-T 5,46 2509,76 20,56 23,82 121,93 121,58 0,23

2 BKD-K 3,50 2506,14 20,56 24,83 76,20 77,22 0,36

c) Secant stiffness of the line connecting ratio drift point -0,0035 to ratio

drift point 0,0035 must not be less than 0,05 times initial stiffness. The

stiffness of each test object can be seen in Table 4.4.

9

Table 4.4 Comparison of Stiffness Values

No Test

Object

Stiffness 0,05 Initial Stiffness

(-0,35%-0,35%)

(kN/mm) (kN/mm)

1 BKD-T 0,895 0,050

2 BKD-K 1,042 0,052

Based on the analysis of the result of criteria of acceptance above,

BKD-T and BKD-K test objects didn’t meet one of the requirements above,

i.e. the requirement of criterion of acceptance a. However, they met

requirements b and c in drift ratio being above 3,5%. So, BKD-T and BKD-K

test objects can be used on normal moment resisting steel and composite

concrete frame structure systems with B and C seismic design categories with

maximum R values (response modification factor) which can be taken being

3 and 3,5.

4.4 Criteria of Reliability of Structure Systems

Criteria of reliability of structure system can be seen in Table 4.5 below.

Table 4.5 Criteria of Reliability of Structure System

BKD-T BKD-K

Elastic Stiffness 0,92 1,077

Hysteretic Energy 2345,80 kN.mm 1483,83 kN.mm

Potential energy 2492,43 kN.mm 1599,02 kN.mm

EVDR 3,16%-31,58% 1,63%-22,54%

Pattern of Collapse fatigue failure fatigue failure

CHAPTER V

CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS

5.1 Conclusions

From the results of test, discussion, and analysis, the following

conclusions were drawn :

1. Based on the relation between load and displacement, average lateral load

capacity for BKD-T test object was 27,32 kN on 65,98 mm displacement

(drift ratio 3,57%) and BKD-K test object was 29,66 kN reached at 40,97

mm displacement (drift ratio 2,2%). The values above show that the lateral

10

load capacity of BKD-K test object was bigger than the lateral load

capacity of BKD-T test object.

2. The pattern of collapse of BKD-T and BKD-K test object was fatigue

collapse type where cracks grow longer at every loading cycle, reducing

the capacity of joint element to support load.

3. Based on ACI T1.1-01 criteria of acceptance, BKD-T test object could be

used in normal moment resisting steel frame structure system with B and

C seismic design categories with maximum R values (response

modification factor) which can be taken being 3,5. Meanwhile, BKD-K

test object could be used on normal moment resisting steel and composite

concrete frame structure systems with B seismic design category with

maximum R value (response modification factor) which can be taken

being 3.

5.2 Suggestions

The suggestions in this study are as follows:

1. The capacity and amount of LVDT should be noted, especially for tests

with long span, so there’s no need to change the position of LVDT. It’s

related to the precision in testing.

2. There should be numeric analysis modeling on the form of the joint of

steel beam and concrete filled steel tube column.

REFERENCES

ACI T1.1-01 Innovation Task Group 1 and Collaborators, 2001, Commentary on

Acceptance Criteria for Moment Frames based on Struktural Testing,

American Concrete Institute.

Alostaz, Y. M. and Schneider, S. P., 1998, Experimental Behavior of Connections

to Concrete-Filled Steel Tubes. Journal of Constructional Steel Research,

Vol. 45, No. 3, pp. 321–352.

ASTM, 2003. Annual Books of ASTM Standards. In E 2126-02a, Standard Test

Methods for Cyclic (Reversed) Load Test for Shear Resistance of Walls for

Building Designation, USA.

SNI 03-1726-2002, 2012, Earthquake resistance Planning Procedures for

Buildings, Badan Standarisasi nasional, Jakarta.

PERILAKU SAMBUNGAN BALOK BAJA DAN KOLOM

TABUNG BAJA DENGAN ISIAN BETON MENGGUNAKAN

PELAT DIAFRAGMA MELINGKAR AKIBAT BEBAN SIKLIK

Ringkasan Tesis

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Strata Dua (S-2)

Program Studi S2 Teknik Sipil

Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan

Diajukan oleh:

MUHAMMAD HAYKAL

13/355440/PTK/09089

Kepada

PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015

ii

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... ii

DAFTAR ISI ................................................................................................... iii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 1

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 2

1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................ 2

1.5 Batasan Penelitian ......................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sambungan Balok-Kolom Tabung Baja ....................................... 3

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Bahan Penelitian ............................................................................ 3

3.2 Bagan Alir Penelitian .................................................................... 4

3.3 Pembuatan Benda Uji .................................................................... 4

3.4 Pengujian Sambungan Balok-Kolom ............................................ 5

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Persyaratan Umum Struktur Baja Tahan Gempa ........................... 6

4.2 Hubungan Beban dan Displacement ............................................. 6

4.3 Kriteria Penerimaan ...................................................................... 7

4.4 Kriteria Kehandalan Sistem Struktur ............................................ 9

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .................................................................................... 9

5.2 Saran ............................................................................................... 10

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 10

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penggunaan kolom tabung baja diisi beton (CFST - Concrete Filled

Steel Tube) memberikan banyak keuntungan dibandingkan dengan kolom

baja dan kolom beton bertulang biasa. Beberapa keuntungan antara lain :

tabung baja berfungsi juga sebagai bekisting untuk inti beton, dengan adanya

material pengisi beton pada tabung baja, kuat tekan tabung baja atau pipa

terhadap gaya aksial juga akan meningkat. Selain itu tabung baja atau pipa

juga berfungsi untuk mencegah keretakan pada beton, dan kolom komposit

jauh meningkatkan kekakuan dan kekuatan yang signifikan. Namun,

penggunaan kolom tabung baja diisi beton masih terbatas karena kurangnya

pengalaman pelaksanaan dan kerumitan bentuk sambungan pada kolom

komposit ini. Selain itu sambungan pada sistem CFST harus memiliki

kekuatan yang cukup dalam menahan beban gempa, serta memenuhi kriteria

penerimaan.

Dari uraian diatas, akan dilakukan penelitian secara eksperimental

untuk mempelajari perilaku sambungan pelat diafragma melingkar pada balok

baja dan kolom tabung baja. Penelitian ini dianggap perlu, karena bisa

digunakan sebagai referensi dan merupakan pengembangan dari penelitian

analisis dan eksperimental sebelumnya.

1.2 Perumusan Masalah

Kolom baja komposit yang terdiri atas tabung baja yang diisi beton

sangat efisien dibandingkan kolom baja atau beton bertulang biasa, tetapi

problem pada sambungan menjadikan penggunaan elemen struktur jenis ini

terkendala. Oleh karena itu pemilihan tipe sambungan yang kuat, kaku dan

mudah dilaksanakan menjadi hal yang penting. Dari penelitian ini diharapkan

bentuk sambungan yang efisien tersebut dapat dihasilkan, sehingga

2

penggunaan struktur balok dan kolom pipa baja komposit akan lebih luas

digunakan.

1.3 Tujuan Penelitian

Untuk memverifikasi bentuk sambungan yang cocok untuk kondisi

gempa sesuai standar Indonesia, serta mendapatkan bentuk sambungan pada

balok baja dan kolom tabung baja tanpa isian beton maupun dengan isian

beton yang efisien dan mudah dilaksanakan di lapangan.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diharapkan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui perilaku histerisis, kekuatan dan kekakuan dari sambungan

pelat diafragma pada balok baja dan kolom tabung baja tanpa isian beton

maupun dengan isian beton sesuai standard Indonesia.

2. Mengetahui sambungan yang cocok untuk kondisi seismik sesuai standard

Indonesia.

3. Dapat memberikan salah satu alternatif penggunaan sambungan balok

baja dan kolom tabung baja komposit yang efisien dan mudah

dilaksanakan di lapangan.

1.5 Batasan Penelitian

Batasan-batasan masalah sebagai berikut :

1. Beton pengisi kolom tabung baja yang digunakan adalah beton normal

dengan kekuatan rencana fc’ 20 MPa. Adapun profil baja dan tipe baut baja

yang digunakan dengan mutu sesuai bahan yang diperoleh di pasaran.

2. Penelitian ini mengacu pada ACI Standard (ACI T.1-01), serta kriteria

penerimaan pengujian sambungan berdasarkan ACI Standard (ACI T.1-

01).

3. Beban yang diaplikasikan untuk eksperimen ini adalah beban siklik,

dengan posisi pembebanan terletak di ujung balok.

4. Perilaku momen dan rotasi yang terjadi pada kolom akibat pembebanan

siklik pada balok diabaikan.

3

5. Penelitian ini hanya terfokus pada sambungan balok baja dan kolom

tabung baja eksterior menggunakan pelat diafragma melingkar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sambungan Balok-Kolom Tabung Baja

Penelitian mengenai perilaku sambungan balok baja dan kolom tabung

baja dengan isian beton telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Schneider

& Alostaz (1998) membuat beberapa bentuk sambungan skala besar yang

diuji dengan menggunakan pedoman ATC-24 untuk pengujian siklik. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa pengelasan potongan sambungan langsung ke

permukaan tabung baja mengakibatkan terjadinya deformasi yang besar pada

dinding tabung. Besarnya deformasi pada dinding tabung yang terbuat dari

flens girder, las flens, dinding tabung tersebut sangat rentan terhadap

kegagalan. Perilaku siklik inelastis membaik ketika diafragma eksternal

digunakan untuk mendistribusikan kekuatan flens di sekitar tabung, dan

sambungan mampu mengembangkan kekuatan lentur dari balok utama.

Memperpanjang potongan sambungan girder melalui seluruh kolom tabung

baja diisi beton cukup baik untuk meningkatkan kekuatan plastis lentur dari

girder yang terhubung, dan menunjukkan kinerja siklik inelastis yang

menguntungkan. Adapun diafragma berukuran minimum tidak efisien dalam

mengurangi gaya geser yang besar pada dinding kolom tabung baja.

Sambungan dengan tambahan diafragma berukuran minimum berdasarkan

penelitian tersebut dapat digunakan di daerah resiko gempa rendah.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :

1. Profil baja IWF 200.100.5,5.8 mm yang berfungsi sebagai balok.

4

2. Profil baja pipa diameter 213,9 mm dengan tebal 5,3 mm yang berfungsi

sebagai kolom.

3. Pelat baja tebal 5,8 mm yang berfungsi sebagai pelat diafragma melingkar.

4. Tipe baut yang digunakan yaitu UNS 4.6 dengan diameter 19 mm.

5. Beton pengisi kolom tabung baja yang digunakan adalah beton normal

dengan kekuatan rencana yang di buat secara konvensional (K250).

3.2 Bagan Alir Penelitian

Pelaksanaan penelitian dimulai dari studi literatur, perencanaan material

dan pemodelan benda uji hingga penarikan kesimpulan yang dapat dilihat pada

Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian

3.3 Pembuatan Benda Uji

Pembuatan benda uji dibuat berdasarkan kapasitas peralatan Laboratorium

Mechanics of Material Pusat Studi Ilmu Teknik Universitas Gadjah Mada serta

pengembangan dari hasil penelitian-penelitian sebelumnya. Pada penelitian ini

dibuat 2 buah benda uji, yaitu 1 buah benda uji sambungan balok-kolom tabung

baja tanpa isian beton (BKD-T) sebagai pembanding, dan 1 buah benda uji

5

sambungan balok-kolom tabung baja dengan isian beton (BKD-K). Detail benda

uji dapat dilihat pada Gambar 3.2, dan Gambar 3.3.

Gambar 3.2 Tampak Samping Benda Uji

Gambar 3.3 Tampak Atas Benda Uji

3.4 Pengujian Sambungan Balok-Kolom

Pengujian benda uji dilakukan di Laboratorium Mechanics of Material

Pusat Studi Ilmu Teknik Universitas Gadjah Mada. Pengujian dilakukan setelah

beton pengisi pada kolom tabung baja mencapai umur 28 hari. Pada kedua ujung

kolomnya diberi tumpuan sendi-rol. Sedangkan pada balok bagian atas dibiarkan

bebas untuk dilakukan pembebanan bolak-balik atau siklik. Pembebanan bolak-

balik dilakukan dengan displacement controlled seperti yang disyaratkan dalam

ACI TI. 1-01.

1850 mm

1800

mm

213.9 mm

Pipa Baja diameter 213,9 mm, Tebal = 5,3 mm

Balok IWF 200.100. 5,5. 8

Baut Ø 19 mm

Pelat Diafragma Tebal = 5.8 mm

IWF 200

Las

Tebal Sambungan Las = 3 mm

3 mm

Las3 mm

Pelat Diafragma Tebal = 5.8 mm

65mm

100 mm

100 m

m

Las

Las

Kosong (BKD-T)

Baut Ø 19 mm

Concrete (BKD-K)

3 mm

5,8 mm

6

Gambar 3.4 Sett Up Pengujian (Tampak Atas)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Persyaratan Umum Struktur Baja Tahan Gempa

Benda uji BKD-T dan BKD-K tidak memenuhi kaidah sambungan

kolom-balok yang dapat dipakai di sistem struktur baja dan beton komposit

tahan gempa pemikul momen khusus. Karena berdasarkan hasil pengujian,

benda uji BKD-T dan BKD-K belum memenuhi sambungan yang

mempunyai kemampuan daktilitas yang cukup.

4.2 Hubungan Beban dan Displacement

Hubungan antara beban dan displacement dari hasil pengujian dapat

dilihat pada kuva histeretic loops Gambar 4.1, dan Gambar 4.2.

Pipa baja

900

900 mm

IWF. 200.100.5,5.8

Pelat 70x70 cm, Tebal 20 mm

Load Cell

Strain gage LVDT

LVDT

LVDT

1850 mm

Hydraulic Jack memberikan gaya aksial pada kolom

Hydraulic Actuator memberikan beban siklik pada ujung balok

7

Gambar 4.1 Hysteretic Loop Join BKD-T

Gambar 4.2 Hysteretic Loop Join BKD-K

Perbandingan besarnya beban lateral dan displacement lateral untuk

kondisi crack, yield, ultimite dan failure disajikan dalam Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Beban dan Defleksi Crack, Yield, Peak dan Failure

No Benda

Uji

Crack Yield Peak Failure Daktilitas

P ∆ P ∆ P ∆ P ∆

(kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) (µ)

1 BKD-T 10,98 12,26 26,08 28,84 27,45 65,96 21,96 102,41 3,55

2 BKD-K 11,84 10,98 24,48 22,73 29,61 46,51 23,68 72,43 3,19

4.3 Kriteria Penerimaan

Dari kurva pada Gambar 4.1, dan Gambar 4.2 yang diperoleh, dan

berdasarkan kriteria penerimaan seperti yang telah ditetapkan oleh ACI T1.1-

01 didapatkan hasil sebagai berikut :

a. Benda uji BKD-T dan benda uji BKD-K harus mencapai tahanan lateral

minimum En = 31,84 kN sebelum drift ratio 2%. Beban lateral untuk

benda uji sebelum 2%, untuk benda uji BKD-T sebesar 22,72 kN, benda

uji BKD-K sebesar 28,87 kN.

8

b. Tahanan lateral maksimum Emax yang tercatat pada pengujian tidak boleh

melebihi nilai λEn (1,25 x 31,84 = 39,8 kN) untuk benda uji BKD-T dan

BKD-K. Untuk benda uji BKD-T sebesar 28,61 kN, dan benda uji BKD-K

rata-rata diperoleh Emax sebesar 31,98 kN. Benda uji BKD-T dan BKD-K

memiliki nilai gaya lateral yang lebih kecil dari gaya lateral yang

direncanakan. ( λ adalah faktor kuat lebih kolom yang digunakan pada

modul uji, λ = 1,25).

c. Drift maksimum yang harus dicapai sebagai acuan untuk hasil penerimaan

hasil tes, dimana nilainya tidak boleh kurang dari 0,035, karakteristik

siklus penuh ketiga pada level drift tersebut harus memenuhi hal-hal

sebagai berikut :

a) Gaya puncak pada arah beban yang diberikan tidak boleh kurang

daripada 0,75 Emax pada arah beban yang sama. Hasil pengujian dapat

dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 0,75 Emax

Siklus ke tiga

(+)

Siklus ke tiga

(-)

0,75 Emax

(+)

0,75 Emax

(-)

BKD-T 23,77 -27,87 20,11 -21,42

BKD-K 20,56 -24,82 20,59 -24,33

b) Disipasi energi relatif tidak boleh kurang daripada 1/8. Disipasi relatif

(β) merupakan ratio perbandingan antara luasan hysteretic loops (Ah)

putaran ketiga (drift ratio tidak kurang dari 0,75 Emax) dengan luasan

(E1+E2)(θ1’+θ2’) yang ditandai dengan garis putus-putus pada Gambar

4.1, dan Gambar 4.2. Disipasi energi relatif pada masing-masing benda

uji dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Disipasi Energi Relatif

No Benda Uji Drift Ah E1 E2 θ1' θ2'

Β (%) (kN.mm) (kN) (kN) (mm) (mm)

1 BKD-T 5,46 2509,76 20,56 23,82 121,93 121,58 0,23

2 BKD-K 3,50 2506,14 20,56 24,83 76,20 77,22 0,36

9

c) Kekakuan sekan garis yang menghubungkan titik ratio drift -0,0035 ke

ratio drift 0,0035 harus tidak kurang dari 0,05 kali kekakuan awal.

Kekakuan masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Perbandingan Nilai Kekakuan

No Benda Uji

Kekakuan 0,05 Kekakuan Awal

(-0,35%-0,35%)

(kN/mm) (kN/mm)

1 BKD-T 0,895 0,050

2 BKD-K 1,042 0,052

Berdasarkan analisis hasil kriteria penerimaan di atas, benda uji BKD-

T dan BKD-K tidak memenuhi salah satu persyaratan di atas, yaitu

persyaratan pada kriteria penerimaan a di atas. Tetapi memenuhi persyaratan

b dan c pada drift ratio di atas 3,5%. Sehingga benda uji BKD-T dan BKD-K

dapat digunakan pada sistem struktur rangka baja dan beton komposit

pemikul momen biasa dengan kategori disain seismik B dan C yang nilai R

(faktor modifikasi respon) maksimum dapat diambil 3, dan 3,5.

4.4 Kriteria Kehandalan Sistem Struktur

Kriteria kehandalan sistem struktur dapat dilihat pada Tabel 4.5 berikut.

Tabel 4.5 Kriteria Kehandalan Sistem Struktur

BKD-T BKD-K

Kekakuan elastik 0,92 1,077

Hysteretic Energy 2345,80 kN.mm 1483,83 kN.mm

Potential energy 2492,43 kN.mm 1599,02 kN.mm

EVDR 3,16%-31,58% 1,63%-22,54%

Pola Keruntuhan fatigue failure fatigue failure

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian, pembahasan dan analisis yang telah dilakukan,

maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Dari hubungan beban dan displacement, kapasitas beban lateral rata-rata

untuk benda uji BKD-T sebesar 27,32 kN pada displacement 65,98 mm

10

(drift ratio 3,57%), dan benda uji BKD-K sebesar 29,66 kN yang dicapai

pada displacement 40,97 mm (drift ratio 2,2%). Dari nilai di atas terlihat

bahwa kapasitas beban lateral benda uji BKD-K lebih besar dari kapasitas

beban lateral benda uji BKD-T.

2. Pola keruntuhan yang terjadi pada benda uji BKD-T dan BKD-K adalah

tipe keruntuhan lelah (fatigue failure), dimana retakan akan semakin

bertambah panjang untuk tiap siklus pembebanan sehingga mengurangi

kapasitas elemen sambungan untuk memikul beban.

3. Berdasarkan kriteria penerimaan ACI T1.1-01, benda uji BKD-T dapat

digunakan pada sistem struktur rangka baja pemikul momen biasa dengan

kategori disain seismik B dan C yang nilai R (faktor modifikasi respon)

maksimum diambil 3,5. Sedangkan benda uji BKD-K dapat digunakan

pada sistem struktur rangka baja dan beton komposit pemikul momen

biasa dengan kategori disain seismik B yang nilai R (faktor modifikasi

respon) maksimum diambil 3.

5.2 Saran

Adapun saran dalam penelitian ini sebagai berikut :

1. Kapasitas dan jumlah LVDT perlu diperhatikan, terutama untuk pengujian

dengan bentang yang panjang, sehingga tidak perlu mengubah posisi

LVDT. Hal ini terkait dengan ketelitian dalam pengujian.

2. Perlu dilakukan pemodelan analisis numerik terhadap bentuk sambungan

pada balok baja dan kolom tabung baja dengan isian beton.

DAFTAR PUSTAKA

ACI T1.1-01 Innovation Task Group 1 and Collaborators, 2001, Commentary on

Acceptance Criteria for Moment Frames based on Struktural Testing,

American Concrete Institute.

Alostaz, Y. M. and Schneider, S. P., 1998, Experimental Behavior of Connections

to Concrete-Filled Steel Tubes. Journal of Constructional Steel Research,

Vol. 45, No. 3, pp. 321–352.

ASTM, 2003. Annual Books of ASTM Standards. In E 2126-02a, Standard Test

Methods for Cyclic (Reversed) Load Test for Shear Resistance of Walls for

Building Designation, USA.

SNI 03-1726-2002, 2012, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk

Bangunan Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta.