Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana ... · Pengembangan . Kurva Kerapuhan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGEMBANGAN KURVA KERAPUHAN BERBASIS

INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS UNTUK EVALUASI

KINERJA SEISMIK JEMBATAN RANGKA BAJA

DEVELOPMENT OF FRAGILITY CURVE BASED ON INCREMENTAL DYNAMIC

ANALYSIS FOR SEISMIC PERFORMANCE EVALUATION OF STEEL TRUSS

BRIDGE

SKRIPSI

Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Disusun oleh :

DEAN HADI WARDANA

I 0112026

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016


commit to user

LEMBAR PERSETUttAN

PENGEMBANGAN KURVA KERAPUHAN BERBASIS″Ⅵ跡憂張燿い燿ИL D… 盤 Zys・S・INTUK EVALUASI

KINEttA SEISMIK JEMBATAN RANGKA BAJA

DE7EZOPル匿ⅣT θFJRИG″ σ駅閣以 SED aV″Ⅵ刃υttθ〕″ИZDttZ滋二ySIS FOR SE賢昴″C PEMORMИ NCE E″ ZしИttOⅣ OF STEEZ rR酬

BttG二

Disusun oleh:

DEAN HADI WARDANA

10112026

Telah disettui llntuk dipciahankan dihadapan Tim Peng可 i

Pcndadaran Prograln Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik l」 niversitas

Sebelas Maret Surakarta

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Dr.Senot Sangadiio S.T..M.T.NIP。 197208072000031002

Pro■ S.A.聰istiawane S.T。 .PII.Sc.Ph.DNIP.19690501 1995121001


commit to user


commit to user

iv

MOTTO

“Fa-inna ma’al ‘usri yusran”

“Karena sesungguhnya, sesudah kesulitan itu ada kemudahan,” – (QS.94:5)

PERSEMBAHAN

Saya persembahkan karya ini untuk:

Bapak dan almarhumah ibu yang telah membuat saya bisa menjadi seperti ini

Seseorang yang terkasih yang selalu mensupport dalam keadaan apapun

Teman-teman yang selalu memberikan bantuan, dukungan dan semangat

Terima kasih kepada:

Pembimbing yang selalu mengarahkan dengan sabar serta membagi ilmunya

Seluruh dosen dan staf Program Studi Teknik Sipil yang telah memberi banyak bekal


commit to user

v

ABSTRAK

Dean Hadi Wardana, 2016. Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis

Incremental Dynamic Analysis untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan

Rangka Baja. Skripsi. Program Studi Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

Dampak yang ditimbulkan akibat gempa bumi sangat luas. Salah satunya adalah

kegagalan pada infrastruktur jembatan. Untuk mengantisipasi kegagalan tersebut

dibutuhkan suatu parameter serta metode untuk mengevaluasi kinerja seismik dari

struktur. Kurva kerapuhan merupakan parameter kinerja seismik yang cukup baik

untuk mengevaluasi suatu struktur khususnya jembatan. Metode yang digunakan

untuk membentuk kurva kerapuhan adalah incremental dynamic analysis yang

menggunakan analisis riwayat waktu yang dilakukan secara increment.

Penelitian ini menggunakan jembatan rangka baja hypothetic 1 span dengan

panjang 80m yang dimodelkan dalam bentuk 3D. Beban gravitasi dihitung

berdasarkan SNI T-03-2005 tentang perencanaan struktur baja untuk jembatan.

Beban gempa menggunakan 12 ground motion records yang disesuaikan dengan

target respon spektra daerah Semarang. Analisis dilakukan secara dinamis dengan

menjalankan analisis riwayat waktu. Setiap ground motion records dianalisis secara

increment hingga struktur collapse. Hasil analisis berupa 12 kurva IDA yang

menggambarkan perilaku linier dan nonlinier struktur pada arah x dan y.

Kurva kerapuhan berupa fungsi probabilistik dianalisis berdasarkan 12 kurva IDA

pada arah x dan y dengan menggunakan tingkat kerusakan berdasarkan definisi

Hazus (slight, moderate, extensive dan complete). Aleatory randomness dan

epistemic uncertainty digunakan untuk menghitung ketidakpastian total dari fungsi

probabilistik kurva kerapuhan. Berdasarkan kurva kerapuhan pada arah x dan y,

kerusakan struktur jembatan rangka baja untuk tiap batas kerusakan pada arah

sumbu x lebih besar daripada arah y. Hal ini menunjukkan bahwa arah x lebih rapuh

daripada arah y. Probabilitas kerusakan complete damage struktur jembatan rangka

baja mencapai 100% jika terjadi gempa dengan PGA sebesar 4 g untuk arah x dan

6,2 g untuk arah y. Namun dalam kenyataan, probabilitas terjadinya gempa dengan

PGA lebih dari 2 g kecil sekali. Ini menunjukkan bahwa desain kolom terlalu kuat.

Selain itu, probabilitas kerusakan complete damage pada arah y dengan nilai PGA

diatas 3,5 g tidak relevan dengan batas kerusakan yang dipakai karena terdapat

komponen struktur yang rusak terlebih dahulu yaitu LRB daripada komponen yang

ditinjau yaitu pier. Alasan ini juga yang menguatkan pernyataan bahwa adalah

kolom yang menjadi tinjauan terlalu kuat.

Kata Kunci: aleatory randomness, epistemic uncertainty, ground motion records,

incremental dynamic analysis, jembatan rangka baja, kurva

kerapuhan, kinerja seismik.


commit to user

vi

ABSTRACT

Dean Hadi Wardana, 2016. Development of Fragility Curve Based on

Incremental Dynamic Analysis for Seismic Performance Evaluation Steel Truss

Bridge. Thesis. Civil Engineering Department of Engineering Faculty of Sebelas

Maret University, Surakarta.

Earthquakes give so much impact. One of the impact is failure of bridge

infrastructure. To anticipate the failure, it needs a parameter and method to

evaluate seismic performance of structure. Fragility curve is a good parameter of

seismic performance to evaluate a structure, especially bridge. Method used to

create fragility curve is incremental dynamic analysis which uses time history

analysis incrementally.

This research uses 1 span hypothetic steel truss bridge with length 80m in 3D

modeling. Gravitation load is calculated based on SNI T-03-2005 “tentang

perencanaan struktur baja untuk jembatan”. Seismic load uses 12 ground motion

records which are matched with target response spectra in Semarang. Analysis is

conducted dynamically by time history analysis. Every ground motion record is

analysed incrementally till the structure was collapse. The result is 12 IDA curves

which describe linearity and non-linearity of structure in axis x and y.

Fragility curve which in the form of probabilistic function, is analysed based on 12

IDA curves in axis x and y using Hazus’s damage state (slight, moderate, extensive

dan complete). Aleatory randomness and epistemic uncertainty is used to calculate

uncertainty from probabilistic function of fragility curve. Based on fragility curve

to axis x and y, damage of steel truss bridge structure for every damage state on

axis x is higher than axis y. It indicates that the structure on axis x is more fragile

than on axis y. If earthquake occurs with PGA 4 g on axis x and 6,2 g on axis y, the

probability of complete damage on steel truss bridge structure reach 100%. But

probability of earthquake which its PGA over than 2 g is very low. Besides,

probability of complete damage on axis y which its PGA over than 3,5 g is irrelevant

to used damage state. It caused by earlier damaged component structure (LRB)

than the observed component (pier). This reason also strengthens the statement

above that observed pier is too strong.

Keyword: aleatory randomness, epistemic uncertainty, ground motion records,

incremental dynamic analysis, jembatan rangka baja, fragility

curve, seismic performance


commit to user

vii

PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah

melimpahkan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Skripsi dengan

judul Pengembangan Kurva Kerapuhan Berbasis Incremental Dynamic Analysis

untuk Evaluasi Kinerja Seismik Jembatan Rangka Baja. Skripsi ini merupakan

salah satu persyaratan akademik untuk menyelesaikan Program Sarjana pada

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun

miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu

penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.

Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca

umumnya.

Surakarta, Agustus 2016

Penyusun


commit to user

viii

DAFTAR ISI

JUDUL ............................................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN............................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ..................................................................... iv

ABSTRAK ......................................................................................................... v

ABSTRACK ........................................................................................................ vi

PENGANTAR ................................................................................................... vii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xiv

DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xv

BAB 1 PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 2

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah .................................................................................. 3

1.5 Manfaat ................................................................................................ 4

BAB 2 LANDASAN TEORI

2.1 Struktur Jembatan ................................................................................ 5

2.1.1 Jembatan .............................................................................................. 5

2.1.2 Jembatan Rangka Baja ......................................................................... 6

2.1.3 Pembebanan Jembatan ......................................................................... 6

2.2 Analisis Riwayat Waktu ...................................................................... 12

2.2.1 Akselerogram ....................................................................................... 13

2.2.2 Target Respon Spektra ......................................................................... 14


commit to user

ix

2.2.3 Menentukan Ground Motion Record dalam Analisis Riwayat Waktu 15

2.2.4 Penyesuaian Ground Motion Record dengan Target Respon Spektra

Analisis Riwayat Waktu ...................................................................... 17

2.3 Incremental Dynamic Analysis (IDA) .................................................. 18

2.3.1 Konsep Dasar Incremental Dynamic Analysis (IDA) .......................... 18

2.3.2 Limit State ............................................................................................ 20

2.3.3 Pengaplikasian Incremental Dynamic Analysis ................................... 22

2.4 Kurva Kerapuhan ................................................................................. 23

2.4.1 Metode Penurunan Kurva Kerapuhan .................................................. 24

2.4.2 Kurva Kerapuhan untuk Struktur Jembatan ......................................... 25

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Tahapan Penelitian ............................................................................... 28

3.1.1 Studi Literatur ...................................................................................... 28

3.1.2 Pengumpulan Data ............................................................................... 28

3.1.2.1 Struktur Jembatan ................................................................................ 28

3.1.2.2 Lokasi Jembatan................................................................................... 29

3.1.3 Pemodelan Struktur .............................................................................. 30

3.1.4 Perhitungan Pembebanan ..................................................................... 31

3.1.5 Analisis Struktur dengan Metode Incremental Dynamic Analysis ...... 31

3.1.6 Analisis Hasil Incremental Dynamic Analysis ..................................... 32

3.1.7 Analisis dan Penggambaran Kurva Kerapuhan ................................... 32

3.2 Diagram Alir Penelitian ....................................................................... 33

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Pemodelan Struktur .............................................................................. 35

4.2 Perhitungan Beban Mati dan Beban Hidup ......................................... 35

4.2.1 Perhitungan Beban Mati ...................................................................... 35

4.2.2 Perhitungan Beban Hidup .................................................................... 36

4.2.2.2 Perhitungan Beban Truk (T) ............................................................... 37

4.3 Pembebanan Gempa............................................................................. 37

4.3.1 Target Respon Spektrum...................................................................... 37

4.3.2 Pemilihan Ground Motion Records ..................................................... 38


commit to user

x

4.3.3 Perhitungan Scale Factor ..................................................................... 39

4.3.4 Penyesuaian Ground Motion Records dengan Target Respon Spektra

Menggunakan SeismoMatch ................................................................ 41

4.4 Analisis Incremental Dynamic Analysis .............................................. 46

4.5 Hasil Analisis Incremental Dynamic Analysis ..................................... 47

4.6 Analisis Kurva Kerapuhan ................................................................... 50

4.7 Hasil Analisis Kurva Kerapuhan ......................................................... 53

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan .......................................................................................... 60

5.2. Saran .................................................................................................... 61

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 63

LAMPIRAN


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jumlah lajur lalu lintas rencana... ....................................................... 10

Tabel 2.2 Deskripsi batas kerusakan (Limit State) berdasarkan HAZUS... ........ 21

Tabel 2.3 Definisi limit state untuk pier jembatan... .......................................... 21

Tabel 4.1 Perhitungan beban perkerasan jalan dan pelat... ................................. 36

Tabel 4.2 Perhitungan beban trotoar... ................................................................ 36

Tabel 4.3 Ground motion records yang digunakan... ......................................... 39

Tabel 4.4 Nilai scale factor setiap gempa untuk arah x dan arah y .................... 41

Tabel 4.5 Penambahan scale factor... ................................................................. 47

Tabel 4.6 Nilai ground motion parameter sesuai limit state, λ (rata-rata dari ln(x)

dengan x adalah ground motion parameter), ketidakpastian total,

aleatory serta epistemic untuk arah x... .............................................. 51

Tabel 4.7 Nilai ground motion parameter sesuai limit state, λ (rata-rata dari ln(x)

dengan x adalah ground motion parameter), ketidakpastian total,

aleatory serta epistemic untuk arah y... .............................................. 52

Tabel 4.8 Perbandingan gaya aksial aktual dengan kapasitas gaya aksial LRB... 58


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jembatan rangka .......................................................................... 6

Gambar 2.2 Beban “D” : BTR vs panjang yang dibebani ............................... 8

Gambar 2.3 Beban lajur “D” ........................................................................... 9

Gambar 2.4 Penyebaran pembebanan pada arah melintang ............................ 10

Gambar 2.5 Pembebanan truk “T” (500 kN) ................................................... 11

Gambar 2.6 Akselerogram Hospital de Curico ............................................... 14

Gambar 2.7 Desain Respon Spektra ................................................................ 15

Gambar 2.8 Kurva IDA dengan 30 rekaman gempa ....................................... 19

Gambar 3.1 Perspektif jembatan hypothetic rangka baja ................................ 29

Gambar 3.2 Lokasi jembatan hypothetic rangka baja ..................................... 29

Gambar 3.3 Diagram alir penelitian ................................................................ 34

Gambar 4.1 Model tiga dimensi jembatan rangka baja kelas B ...................... 35

Gambar 4.2 Susunan pembebanan truk “T” (500 kN) .................................... 37

Gambar 4.3 Target respon spektra daerah Semarang ...................................... 38

Gambar 4.4 Akselerogram unscaled gempa Kern Country arah x .................. 40

Gambar 4.5 Respon spektra gempa Kern Country arah x ............................... 40

Gambar 4.6 Respon spektra ground motion records arah x yang belum

disesuaikan (unscaled)................................................................. 42

Gambar 4.7 Respon spektra ground motion records arah y yang belum

disesuaikan (unscaled)................................................................. 42

Gambar 4.8 Hasil matching dengan SeismoMatch .......................................... 44

Gambar 4.9 Hasil matching dengan SeismoMatch .......................................... 44

Gambar 4.10 Respon spektra ground motion records arah x yang telah

disesuaikan .................................................................................. 45

Gambar 4.11 Respon spektra ground motion records arah y yang telah

disesuaikan .................................................................................. 45

Gambar 4.12 Artificial akselerogram gempa Kern Country arah x .................. 46

Gambar 4.13 Kumpulan 12 kurva IDA arah x .................................................. 48

Gambar 4.14 Kumpulan 12 kurva IDA arah y .................................................. 49


commit to user

xiii

Gambar 4.15 Kurva kerapuhan struktur jembatan rangka baja arah x berdasarkan

limit state Kim dan Shinozuka (2004) ......................................... 53

Gambar 4.16 Kurva kerapuhan struktur jembatan rangka baja arah y berdasarkan

limit state Kim dan Shinozuka (2004) ......................................... 54

Gambar 4.17 Kurva kerapuhan struktur jembatan rangka baja arah x dan y pada

kerusakan complete damage ........................................................ 57


commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Geometri, data properti dan pemodelan struktur .......... LA-1-8

LAMPIRAN B Analisis pembebanan gempa ........................................ LB-1-66

LAMPIRAN C Hasil analisis IDA dan Kurva Kerapuhan..................... LC-1-44

LAMPIRAN D Surat-surat ..................................................................... LD-1-15


commit to user

xv

DAFTAR NOTASI

Ф[.] = fungsi standar normal distribusi kumulatif

δ = displacement

h = tinggi kolom

δ/h = drift ratio

λ = rata-rata dari ln(x)

βR = ketidakpastian aleatory

βU = ketidakpastian epistemic

βRU = ketidakpastian total

Ā = spectral acceleration target respon spectra

A = spectral acceleration respon spectra yang akan diskala

Fa = koefisien situs untuk perioda pendek (pada perioda 0,2 detik)

Fv = koefisien situs untuk perioda panjang (pada perioda 1 detik)

L = Panjang total jembatan yang dibebani

ln 𝑥84% = ln dari percentile 84% dari nilai x

ln 𝑥16% = ln dari percentile 16% dari nilai x

M = magnitude

n = jumlah data

P = probabilitas kerusakan

PGA = peak ground acceleration

p = intensitas beban garis (BGT) dalam arah melintang jembatan

q = intensitas beban terbagi rata (BTR) dalam arah memanjang jembatan

S1 = parameter percepatan respons spektral MCE dari peta gempa pada

perioda 1 detik, redaman 5 persen

Sa = percepatan total maksimum

Sd = simpangan relatif maksimum

SD1 = parameter percepatan respons spektral pada periode 1 detik,

redaman 5 persen


commit to user

xvi

SDS = parameter percepatan respons spektral pada perioda pendek,

redaman 5 persen

SF = scale factor

Ss = parameter percepatan respons spektral MCE dari peta gempa pada

perioda pendek, redaman 5 persen

Sv = kecepatan relatif maksimum

T = period

X = ground motion parameter (PGA atau Sa)

x = ground motion parameter (PGA atau Sa) sesuai limit state

𝑥84% = percentile 84% dari nilai x

𝑥16% = percentile 16% dari nilai x

xi = ground motion parameter (PGA atau Sa) ke-i sesuai limit state

Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana ... · Pengembangan . Kurva Kerapuhan...

Documents

Transcript of Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana ... · Pengembangan . Kurva Kerapuhan...