MODAL PUSHOVER ANALYSIS (PART 1)

Posted on Updated on

Pushover analisis memang bukan hal yang baru, metode ini 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 P-M2-M3. Perlu diperhatikan khusus untuk kolom, klasifikasi component class nya bisa force-controlled 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.

  1. Properti Dinamik Struktur

Analisa modal dinamik struktur. Gunakan natural eigen analisis saja dibandingkan penggunaan ritz vector. Dapatkan properti dinamik struktur.

  1. 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.

  1. 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.

  1. Lakukan Analisa Pushover Kembali

Setelah semua target deformasi untuk masing – masing case pushover didapatkan, nilai tersebut dimasukkan kembali menjadi target deformasi pada load case masing – masing. Setelah itu run kembali analisisnya.

  1. 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.

  • Ryan Rakhmat Setiadi, ST
Advertisements

5 thoughts on “MODAL PUSHOVER ANALYSIS (PART 1)

    wawansipil2011 said:
    04/15/2015 at 10:51 AM

    Assalamualaikum.

    Perkenalkan saya Rahmat. Saya ingin menanyakan mengenai Pushover menggunakan SAP2000 pak.

    Kenapa yaa saya mencoba tapi selalu gagal pada step pertengahan proses analyze. Yang ingin saya ketahui adalah ada tidak pak persyaratan untuk menentukan jumlah Minimum step dan Maksimum steps yang diperbolehkan dalam analisisnya.

    dan apakah kita perlu membuat parameter pushiver terlebih dahulu pak. Terima Kasih

    Like

      Ryan Rakhmat Setiadi responded:
      04/15/2015 at 9:03 PM

      Dicoba pushover dengan load application displacement control – conjugate displacement, lalu tentukan joint yang ingin dimonitoring (biasanya joint di atap) dan target deformasinya, jika berhenti analisis di tengah2, coba liat kurva base shear vs deformasi-nya apakah terjadi penurunan kekuatan yang signifikan, jika iya ada kemungkinan model sudah tidak stabil sebelum target deformasi tercapai, jadi target deformasinya diturunkan lagi.

      Jumlah minimum number step semakin banyak semakin baik agar kurva yang dihasilkan lebih halus, untuk mendapatkan kurva yang bagus harus trial n error, jadi jika antara satu step dengan step yang selanjutnya terjadi perubahan sendi plastis di banyak tempat sekaligus, berarti jumlah step nya kurang, kira2 begitu menurut saya Pak Rahmat.

      Parameter pushover yang diperlukan utamanya fungsi distribusi beban lateral, dan tentu parameter dan lokasi sendi plastis di strukturnya. Jangan lupa untuk melihat juga pengaruh beban gravity dengan memilih Continue from State at End of Nonlinear Case.

      Like

    Gin said:
    10/12/2015 at 1:18 AM

    Pak apakah saya boleh request artikel tentang NLTH dari teori sampai designnya? terima kasih pak 🙂

    Like

      Ryan Rakhmat Setiadi responded:
      10/12/2015 at 8:10 AM

      Gin, untuk teori dan metode desain ada banyak di Buku – buku textbook, misal di buku Anil K. Copra “Dynamics of Structures” atau buku Farzad Neim “The Seismic Design Handbook”. Coba cari di Internet dulu 🙂

      Like

    Gin said:
    10/27/2015 at 9:00 PM

    kalau teori untuk analisis dinamik 3Dnya itu seperti apa yah? apakah ditinjau secara 2D dengan arah x dan y atau seperti apa? karena yang saya dapatkan dikuliah hanya yang 2D terimakasih 🙂

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s