ANALISA PUSHOVER Sekilas tentang analisa puhover atau lebih dikenal analisa beban dorong. Apa itu analisa puhover? Dilihat dari namanya namanya banyak kalangan kalangan teknik sipil mendengarnya mendengarnya serasa “sangar” di telinga, saya pun mendengar istilah ini 3 tahun setelah lulus sarjana atau mungkin dulu saya tidak memperhatikan saat dosen mengajar tentang analisa ini. Pushover analysis memang kurang popular (atau mungkin saya yang kurang gaul) di dunia kerja apalagi bagi insinyur yang bekerja di oil and gas yang lebih banyak menggunakan menggunakan analisis linear dan konservatif. Analisa pushover adalah analisa static nonlinear untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan bangunan atau struktur. Analisa dilakukan dengan memberikan suatu pola beban lateral static pada struktur, yang kemudian secara bertahap ditingkatkan dengan factor pengali sampai satu target perpindahan tercapai. Sudah Sudah jelas dengan pengertian diatas? Kalau belum gampangnya begini, suatu bangunan diberi gaya horizontal pada atapnya. Kemudian bebannya ditingkatkan tahap demi tahap sampai bangunan itu runtuh atau sesuai se suai target perpindahan yang ditentukan. Untuk lebih jelasnya bisa ditengok gambar dibawah ini.
Analisa pushover ini menghasilkan kurva pushover/kapasitas yang menggambarkan hubungan antara gaya geser (V) dan perpindahan pada atap (D). kalau kita lihat kurva pushover, perilaku struktur masih linear sampai batas elastic kemudian karena kekakuan struktur berkurang, kurva bergerak landau kemudian lebih landau lagi sampai runtuh. Secara keseluruhan kurva tidak berbentuk garis lurus, itulah kenapa disebut analisa nonlinear. Lalu, untuk apa analisa ini? Seperti dijelaskan di awal, yaitu untuk mengetahui perilaku keruntuhan structur. Dari kurva pushover dapat diperkirakan gaya maksimum dan deformasi deformasi yang terjadi pada struktur. Dalam Dalam praktiknya analisa pushover ini biasanya digunakan untuk investigasi bangunan terhadap gempa yang terjadi. Kinerja suatu bangunan dapat dilihat dari target perpindahan yang terjadi. Kalau kita lihat kurva pushover di atas terdapat tulisan IO, LS, dan CP. Apa itu? Itulah kinerja bangunan di masing-masing kriteria berdasarkan NEHRP dan dan Vision 2000.
Bagaimana cara menentukan kinerja bangunan? Gampang, berdasarkan target perpindahannya, apabila target perpindahannya terletak dalam range IO berarti bisa dikatakan bangunan dalam kriteria IO, begitulah seterusnya. Kemudian apa itu target perpindahan? Bagaimana menentukannya? Ini yang sulit, basically ada dua metode yang terkenal yakni metode koefisien perpindahan (FEMA 273/274) dan metode spectrum kapasitas (ATC 40). Keduanya sulit untuk dijelaskan. Gambar dibawah ini menunjukkan betapa sulitnya untuk menentukan target perpindahan. Tapi tenang dulu, kita hidup di jaman modern dimana dollar sudah lebih dari 10ribu, semua metode diatas sudah tersedia built in di SAP2000, jadi tinggal pilih metodenya kemudian bisa dibaca hasilnya. Ingat! harga satu kambing dari dulu sampai sekarang tetap 4gram emas, untuk itu sebelum menggunakan SAP2000 hendaknya menguasai konsep teori yang ada di peraturan (FEMA 273/274 dan ATC 40) Analisa statik nonlinier merupakan prosedur analisa untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa, dikenal pula sebagai analisa pushover atau analisa beban dorong statik. Analisa dilakukan dengan memberikan suatu pola beban lateral statik pada struktur, yang kemudian secara bertahap ditingkatkan dengan faktor pengali sampai satu target perpindahan lateral dari suatu titik acuan tercapai. Biasanya titik tersebut adalah titik pada atap, atau lebih tepat lagi adalah pusat massa atap.
Analisa pushover menghasilkan kurva pushover, kurva yang menggambarkan hubungan antara gaya geser dasar (V) versus perpindahan titik acuan pada at ap (D) . Pada proses pushover, struktur didorong sampai mengalami leleh disatu atau lebih lokasi di struktur tersebut. Kurva kapasitas akan memperlihatkan suatu kondisi linier sebelum mencapai kondisi leleh dan selanjutnya berperilaku non-linier. Kurva pushover dipengaruhi oleh pola distribusi gaya lateral yang digunakan sebagai beban dorong. Tujuan analisa pushover adalah untuk memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi serta untuk memperoleh informasi bagian mana saja yang kritis. Selanjutnya dapat diidentifikasi bagian-bagian yang memerlukan perhatian khusus untuk pendetailan atau stabilitasnya. Cukup banyak studi menunjukkan bahwa analisa statik pushover dapat memberikan hasil mencukupi (ketika dibandingkan dengan hasil analisa dinamik nonlinier) untuk bangunan regular dan tidak tinggi.
Analisa pushover dapat digunakan sebagai alat bantu untuk perencanaan tahan gempa , asalkan menyesuaikan dengan keterbatasan yang ada , yaitu : 1. Hasil analisa pushover masih berupa suatu pendekatan, karena bagaimanapun perilaku gempa yang sebenarnya adalah bersifat bolak-balik melalui suatu siklus tertentu, sedangkan sifat pembebanan pada analisa pushover adalah statik monotonik. 2. Pemilihan pola beban lateral yang digunakan dalam analisa adalah sangat penting. 3. Untuk membuat model analisa nonlinier akan lebih rumit dibanding model analisa linier. Model tersebut harus memperhitungkan karakteristik inelastik beban-deformasi dari elemen-elemen yang penting dan efek P-∆.
MODAL PUSHOVER ANALYSIS (PART 1) Pushover analisis memang bukan hal yang baru, metode i ni sudah banyak dikenal akhir tahun 90an dan banyak dipakai sekitar awal tahun 2000an, tentu setelah software sudah banyak yang memberikan fasilitas nonlinearitas. Metode pushover analisis banyak dipakai karena komputasinya lebih sederhana sehingga dapat difasilitasi oleh penggunaan computer. Metode lainnya yang lebih baik yaitu metode nonlinear dynamics masih sangat menguras resource computer (komputasinya bisa sangat lama), sehingga umumnya dihindari kecuali untuk research. Pada artikel ini, saya hanya akan menjelaskan mengenai modal pushover dimana yang saya jelaskan hanya general saja (garis besar). Untuk detailnya bisa dicoba sendiri dengan mencari source yang lain mengenai dasar – dasar analisisnya (terutama modelisasi nonlinearitas). Untuk yang mau belajar metode pushover dari awal, jujur saya rasa tidak perlu, bahkan kalau bisa skip saja langsung belajar metode Nonlinear Time History. Mengapa ?, sekarang prakteknya analisa nonlinearitas lebih sering digunakan metode Nonlinear Time History Analysis (NLTH) untuk analisis Performance-Based Design (PBD) atau yang lebih advanced yaitu Performance Based Earthquake Engineering (PBEE). Analisa pushover memang sudah “diramalkan” hanya akan menjadi analisis transisi saja sebelum NLTH dapat dengan mudah digunakan. Sekarang dengan majunya industri computer sehingga analisa NLTH tidak sesulit masa lalu. Selain itu, karena banyaknya teknik simplifikasi, analisa pushover malah menjadi lebih “menyulitkan” namun akurasinya tidak lebih baik dari NLTH. Modal pushover analysis (MPA) adalah analisa pushover yang sudah memperhitungkan distribusi gaya pada mode – mode tinggi pada analisa pushover konvensional. Metode ini mulai populer oleh Anil K. Chopra dan Rakesh K. Goel dari UC Kerkeley. Sebelumnya sudah banyak metode lainnya yang juga memperhitungkan pengaruh mode tinggi dalam analisis pushover. Namun yang paling banyak digunakan adalah MPA-nya Chopra. Banyak yang verifikasi kalau analisis ini lebih baik dari yang lannya. Berikut simple step – step yang digunakan, tentu penulis tidak menjamin analisis ini sudah benar 100 % karena saya juga baru – baru ini belajar metode pushover setelah sebelumnya kurang berminat karena hal – hal yang saya sampaikan sebelumnya. Yang akan saya jelaskan
menggunakan bantuan software ETABS/SAP2000 (selanjutnya etabs saja). Selain dari software tersebut banyak dipakai di kantor – kantor konsultan di Indonesia, tutorialnya juga banyak. 1. Modelisasi struktur Tentu model pada software harus sesuai dengan “realnya”. Beban – beban gravity perlu dimasukkan (LL, SIDL, SW, Partisi dan lainnya). Dimensi – dimensi elemen struktur juga harus sudah fix (setelah sebelumnya didesain dengan metode konvensional). Selanjutnya, pemodelan nonlinearitas pada elemen struktur dibedakan menjadi struktur baja dan beton. a. Baja Untuk elemen struktur baja, section harus sudah “fix” untuk setiap lantai. Modelisasi nonlinearitas pada balok baja dan kolom melalui plastic hinge method. Metode modelisasi dengan fiber hinge juga bisa digunakan, namun umumnya metode plastic hinge lebih direkomendasikan. Untuk SAP2000 modelisasinya masih menggunakan FEMA 356. Namun untuk ETABS versi terbaru sudah bisa menggunakan ASCE/SEI 41-06. Untuk balok, nonlinear hinge yang dimodelkan hanya M3 saja, namun untuk kolom harus PM2-M3. Perlu diperhatikan khusus untuk kolom, klasifikasi component class nya bisa forcecontrolled element atau deformation-controlled element bergantung dari nilai Pu yang terjadi. Jadi mohon diperhatikan lagi petunjuk di ASCE 41. b. Beton Mirip dengan baja, pemodelan juga bisa dengan FEMA 356 atau ASCE/SEI 41-06. Untuk balok dan kolom beton, kapasitasnya dihitung oleh software SAP2000/ETABS jika nilai tulangan sudah diberikan sebagai input atau sudah dilakukan proses design terlebih dahulu. Jika tidak, software akan menggunakan tulangan minimum sebagai input tulangan saat melakukan perhitungan kekuatan. Shearwall juga harus dimodelkan sebagai nonlinear layered shell elemen. Pemodelan harus mempertimbangkan efektif section untuk merepresentasikan crack pada struktur (simplifikasi linear elastik dari behaviour nonlinear elastik pada reinforced concrete sebelum baja tulangan leleh). Semua komponen yang dianggap berperilaku non-ductile dan kritikal (struktur yang dikalikan faktor kuat lebih) dapat dimodelkan sebagai force-controlled element. 2. Properti Dinamik Struktur Analisa modal dinamik struktur. Gunakan natural eigen analisis saja dibandingkan penggunaan ritz vector. Dapatkan properti dinamik struktur. 3. Analisis Pushover Sebelum melakukan analisa pushover, definisikan dulu load case nonlinear gravity load dimana nonlinearitas P-Delta diaktifkan, lalu di load case pushover pilih opsi melanjutkan menggunakan kekakuan dari analisa nonlinear gravity load. Hal ini dilakukan untuk memberikan pengaruh P-Delta ketika menganalisis analisa pushover.
Pada load case pushover, pilih load pattern berdasarkan mode yang digunakan. Misalnya untuk load case pushover mode 1 menggunakan load pattern mode 1 dan load case pushover mode 2 menggunakan load pattern mode 2 dan seterusnya. Perhatikan untuk memilih displacement control pada opsi load application dan menyimpan data sebanyaknya (minimal 10 step). Joint monitoring juga harus memperhatikan joint yang dipilih dan estimasi awal target deformasi (target deformasi ini yang nantinya akan dicari). Umumnya 3 mode load case sudah cukup, namun bisa juga dikurangi atau ditambahkan sesuai target. Perlu diperhatikan bahwa analisa pushover berbeda dengan analisa respon spectrum yang membutuhkan 90% partisipasi massa. 4. Dapatkan Nilai Target Deformasi Nilai target deformasi bisa didapatkan dari output pushover curve. ATC 40 Capacity Spectrum atau FEMA 440 Equivalent Linearization bisa digunakan (FEMA 440 Equivalent Linearization lebih dianjurkan). Parameter – parameter juga perlu di-input yaitu respon spektra (tanpa reduksi R) dan damping (lihat dokumen FEMA 440). Perlu diketahui bahwa SAP2000/ETABS tidak otomatis memunculkan kurva Family Design Spectra (MADRS) dan constant periode line sesuai dengan output curve pushover sa-sd. Jadi insinyur perlu mengambil nilai tersebut dari show table pada curve dan memasukkan nilai daktalitas dan periode bersesuaian dengan output tersebut. Hal ini sesuai dengan metode 3 FEMA 440 Equivalent Linearization. Target deformasi didapatkan dari performance point deformation output software. Catatan : Metode lainnya untuk mendapatkan target deformasi adalah dengan Uncouple Modal Response History (UMRH). Cara ini akan saya jabarkan pada tulisan berikutnya. 5. Lakukan Analisa Pushover Kembali Setelah semua target deformasi untuk masing – masing case pushover didapatkan, nilai tersebut dimasukkan kembali menjadi target deformasi pada load c ase masing – masing. Setelah itu run kembali analisisnya. 6. Kombinasi Respon Kombinasi respon untuk tiap – tiap mode bisa menggunakan metode SRSS atau CQC. Karena software SAP2000/ETABS hanya dapat memfasilitasi metode kombinasi SRSS, maka metode ini akan digunakan. Perlu di-ingat bahwa setiap respon perlu dikurangi dulu responnya akibat gaya gravitasi, yaitu dengan cara misalnya membuat combo pushover mode tertentu dikurangi gravitasi, lalu untuk tiap – tiap mode baru dilakukan kombinasi SRSS. Rgempa = [(Rmode1 – Rgravity)^2 + (Rmode1 – Rgravity)^2 + (Rmode1 – Rgravity)^2 +..]^0.5 Okay, sekian dulu tulisan part1 ini, analisanya sengaja dibikin general agar pembaca dapat lebih mendalaminya detailnya dari makalah – makalah dan jurnal – jurnal yang ada.
