Dasar Teori Perkuatan Beton Bertulang
Artikel ini merangkum ketentuan TBDY 2018 mana yang diterapkan modul perkuatan StatiCAD dan bagaimana, asumsi yang dibuat, serta batas cakupannya. Rantai evaluasi itu sendiri (Bab 15, model serat penampang, keputusan 15.8) ada di artikel Dasar Teori Analisis Pushover; di sini hanya dijelaskan bagian yang ditambahkan perkuatan ke rantai tersebut.
1. Prinsip dasar: evaluasi yang sama, elemen yang diperkuat
Menurut TBDY 2018 15.9.1, keamanan gempa bangunan yang diperkuat ditentukan dengan kaidah perhitungan dan evaluasi yang diberikan untuk bangunan eksisting. Karena itu StatiCAD tidak membangun “perhitungan perkuatan” tersendiri: perkuatan adalah properti elemen, dan rantai evaluasi yang sama dijalankan sekali lagi dengan penampang, kekakuan, dan kapasitas yang telah diperkuat. Saat opsi utama nonaktif, perhitungan persis sama dengan kondisi sebelum perkuatan.
Menurut pembedaan TBDY 15.9.3, pembungkus FRP, selubung beton, pengekangan baja dan beton bertulang, sengkang eksternal, dan perkuatan dinding pengisi adalah perkuatan elemen; dinding geser beton bertulang baru adalah perkuatan sistem. Modul mengelola keduanya dengan opsi yang sama.
2. Pengekangan kolom (15.10.1)
Kalimat pertama 15.10.1 menetapkan batas yang tegas: dengan metode-metode ini kapasitas lentur kolom tidak dapat ditingkatkan. Modul menerapkannya pada ketiga metode pengekangan.
2.1 Pembungkus polimer berserat (FRP) — 15.10.1.3 dan EK 15B
| Besaran | Persamaan | Penerapan |
|---|---|---|
| Koefisien efektivitas κa | 15B.7 | Penampang lingkaran 1; elips b/h; persegi panjang 1 − [(b−2rc)² + (h−2rc)²]/(3bh). Pada penampang dengan rasio sisi melebihi 2,5 (elips 3), peningkatan aksial dan daktilitas tidak diterapkan. |
| Regangan FRP efektif εf | 15B.3 / 15B.4 | Untuk geser min(0,004; 0,50 εfu); untuk daktilitas dan aksial min(0,50 εfu; 0,01). |
| Tekanan lateral fl | 15B.6 | fl = ½ · κa · ρf · εf · Ef; ρf = 2·nf·tf·(b+h)/(b·h) · (wf/sf). |
| Kuat dan regangan terkekang | 15B.5, 15B.8 | fcc = fcm·[1 + 2,4·(fl/fcm)] ≥ 1,2·fcm; εcc = 0,002·[1 + 15·(fl/fcm)^0,75]. |
| Model beton | 15B.3(b) | σ–ε dua segmen garis lurus: (0, 0) → (0,002, fcm) → (εcc, fcc). Model FRP menggantikan pengekangan sengkang, bukan ditambahkan di atasnya. |
| Batas kerusakan | 15B.3(b) | GÖ = εcc (dengan batas atas 0,018), KH = 0,75·εcc, SH = 0,004. |
| Kontribusi geser Vf | 15B.1 / 15B.2 | Vf = 2·nf·tf·wf·Ef·εf·d/sf; pada pembungkus menerus wf = sf; pada strip, jika sf ≤ wf + d/4 tidak terpenuhi, kontribusi nol. Vr = Vc + Vw + Vf ≤ Vmax. |
| Pemeriksaan panjang sambungan lewatan | 15B.4: 15B.9–15B.11 | Jika panjang sambungan lewatan yang ada dimasukkan, total tebal FRP yang diperlukan dihitung, dibandingkan dengan yang disediakan, dan hasilnya ditulis ke label. Pada rasio dimensi penampang > 2 atau tulangan polos, label “uygulanamaz” (tidak dapat diterapkan) dicetak. Pemeriksaan ini tidak mengubah kapasitas. |
Pada kolom berpenampang poligon, κa tidak terdefinisi sehingga FRP tidak diterapkan dan peringatan diberikan.
2.2 Pengekangan beton bertulang — 15.10.1.1
Kuat geser dan tekan dihitung dari dimensi penampang bruto yang dikekang dan direduksi dengan 0,9; kapasitas lentur dan kekakuan tidak berubah. Efek pengekangan tetap dibaca dari inti eksisting.
2.3 Pembungkus baja — 15.10.1.2, Pers. 15.3
Vj = tj·b·d/s·fyw ditambahkan ke kuat geser (tj, b, s: tebal, lebar, dan jarak pelat horizontal). Lentur dan daktilitas tidak berubah.
3. Pembesaran penampang kolom (selubung beton) — 15.10.2
Ini adalah satu-satunya metode kolom yang meningkatkan kapasitas lentur. Menurut peraturan, kuat lentur, geser, tekan, dan kekakuan lentur dihitung dengan dimensi penampang bruto dan sifat desain beton yang ditambahkan, dan kekakuan serta kekuatan yang diperoleh dikalikan 0,9. Modul menerapkan koefisien ini di tiga tempat:
- Kekakuan elemen hingga: Digunakan properti penampang transformasi sesuai model yang dipilih pada tab Kolom (n = E_selubung / E_eksisting):
- Komposit (default): penampang eksisting + n × cincin selubung; pada selubung satu sisi, dengan suku sumbu paralel terhadap titik berat komposit,
- Huruf peraturan: penampang bruto dengan beton selubung,
- Hanya selubung: kolom eksisting diabaikan (kasus kolom eksisting yang rusak berat).
- Kapasitas penampang (model serat): Dimensi luar berselubung; inti adalah kolom eksisting (dengan beton eksisting dan pengekangan sengkang), cangkang adalah beton selubung. Tulangan longitudinal selubung ditempatkan dengan jarak sama di sepanjang sisi yang berselubung (lingkar tertutup pada 4 sisi, U pada 3 sisi, L pada 2 sisi, satu tepi pada 1 sisi) dan ikut dalam kapasitas lentur.
- Jalur linear: Kuat geser dan batas atasnya dari penampang berselubung; EI pada rotasi leleh dan panjang sendi plastis dari penampang berselubung. Jika sengkang selubung dimasukkan, ditambahkan ke kuat geser.
Pada selubung 1, 2, dan 3 sisi, karena penampang asimetris, digunakan yang lebih kecil dari kapasitas momen ± (sisi aman).
4. Pengekangan balok — 15.10.3
Kapasitas lentur balok tidak dapat ditingkatkan dengan pengekangan. Sengkang eksternal (15.10.3.1) ditambahkan hanya ke kuat geser sebagai kontribusi sengkang TS 500; tidak ada efek pengekangan. Pembungkusan dengan FRP (15.10.3.2) masuk ke model terkekang maupun kontribusi geser dengan kaidah EK 15B (pengekangan penuh; pada strip sf ≤ wf + d/4).
5. Dinding geser perkuatan beton bertulang cor di tempat — 15.10.5
Elemen yang digambar dalam model sebagai dinding geser beton bertulang biasa ditandai sebagai “dinding geser perkuatan baru”. Saat opsi utama nonaktif, dinding geser tidak ada dalam model elemen hingga: tidak memberi kekakuan dan kekuatan, berat sendiri dan beban tambahan yang ditetapkan dinolkan; dinding geser tidak menjadi tumpuan pelat dan beban sisi tersebut didistribusikan ke tumpuan yang tersisa. Saat aktif, sesuai 15.9.2 dinding dianggap elemen baru dan dievaluasi dengan kelas material yang diberikan pengguna, dengan koefisien tingkat informasi 1.
Angkur (15.10.5.1/.2): Aliran geser antara dinding geser dan portal eksisting diambil q = Vd/lw dengan asumsi panel geser murni; kapasitasnya adalah qr = μ·Asl·fyd menurut geser-friksi TS 500. Syarat Ø ≥ 16 mm, kedalaman ≥ 10Ø, dan jarak ≤ 400 mm diperiksa. Zona ujung (15.10.5.3): Jika terdapat kolom eksisting pada ujung dinding geser, kolom tersebut dapat dipakai sebagai zona ujung (jika perlu diberi selubung); jika tidak ada, zona ujung harus dibentuk. Modul memeriksa geometri dan menuliskan catatannya. Fondasi dinding geser berada di luar cakupan modul dan diingatkan dalam laporan.
6. Perkuatan dinding pengisi — 15.10.4 dan EK 15C
6.1 Model batang diagonal ekuivalen
| Persamaan | Ekspresi |
|---|---|
| 15C.2 | λd = [Ed·td·sin2θ / (4·Ec·Ik·hd)]^¼ |
| 15C.1 | ad = 0,175·(λd·hk)^−0,4 · rd |
| 15C.3 | kd = ad·td·Ed / rd (kekakuan aksial batang tekan) |
| 15C.4 | Vd = Ad·(τd + fyd·ρsh) ≤ 0,22·Ad·fd (plesteran bertulang kawat anyam baja) |
| 15C.6 / 15C.7 | Tf = 0,003·Ef·wf·tf; kt = wf·tf·Ef / rd; wf ≤ ad (batang tarik FRP) |
| 15C.5 | Nilai material dinding (bata pabrik berlubang, bata padat tradisional, beton ringan aerasi) |
Pada analisis linear (superposisi ragam), karena batang tekan satu arah tidak dapat dibentuk, kedua diagonal diberi kekakuan aksial yang sama; kekakuan horizontal total sama dengan kekakuan batang tekan tunggal dalam peraturan (pasangan batang pada FRP). Pada analisis pushover, karena setiap arah pushover merupakan model terpisah, batang bersifat satu arah bergantung arah; ketika gaya aksial batang mencapai kapasitasnya, batang dikeluarkan dari model dengan asumsi getas dan gaya didistribusikan ulang ke portal.
6.2 Evaluasi kinerja
Dinding pengisi yang diperkuat dihitung sebagai elemen vertikal. Zona kerusakan ditentukan berdasarkan sudut geser: γ = |simpangan antarlantai relatif| / tinggi lantai; batas TBDY Tabel 15.2 adalah SH 0,003 / KH 0,005 / GÖ 0,010. Selain itu, komponen horizontal gaya aksial batang diagonal akibat gempa dibandingkan dengan kapasitas geser; jika terlampaui, dinding dianggap getas. Syarat diagonal/tebal, rasio bukaan, rasio panjang/tinggi, dan batas lantai berupa peringatan; detail angkur dan baut tidak masuk perhitungan dan diingatkan dalam ringkasan.
7. Batas cakupan
- Perkuatan panjang sambungan lewatan dengan FRP berada pada tingkat pemeriksaan (tidak berpengaruh pada kapasitas); pada kolom berpenampang poligon FRP tidak diterapkan.
- Pada selubung satu sisi, sumbu batang elemen hingga tetap pada kolom eksisting (eksentrisitas diperhitungkan dalam kapasitas penampang); sengkang selubung diasumsikan dua kaki; tidak dihasilkan volume pekerjaan maupun gambar untuk selubung.
- Pada dinding geser baru, desain zona ujung tidak otomatis; fondasi dinding geser di luar cakupan.
- Pada dinding pengisi, modulus elastisitas komposit tidak diambil.
- Pemeriksaan tambahan jenis geser (pembungkus baja, sengkang eksternal, angkur) dilaporkan dalam evaluasi linear.
- Pelanggaran aturan tidak menghentikan perhitungan; masuk ke daftar periksa proyek sebagai kesalahan atau peringatan dan keputusan ada pada insinyur.