Penjelasan Singkat Desain Seismic Isolation dengan Natural Rubber Bearing (NRB)

Posted on Updated on

Update : 08-05-2015

Natural Rubber Bearing (NRB)

Jenis seismic isolation yang paling sederhana, biaya lebih murah karena menggunakan tipe karet standar. Memiliki restoring force yang baik. Terdiri dari dua jenis yaitu menggunakan inner steel plate dan yang tidak menggunakannya. Inner steel plate digunakan untuk meningkatkan kekakuan vertikal namun tetap mempertahankan kekakuan lateral. Karakteristik diagram kekakuan NRB adalah linear dengan nilai equivalent damping ratio yang rendah (2%-3%). Biasanya digunakan bersamaan dengan damping device atau dikombinasikan dengan High Damping Rubber Bearing (HDRB) atau Lead Rubber Bearing (LRB) untuk mengurangi deformasi lateral yang berlebih.

1 NRB

——Klik untuk memperbesar—–

Kekakuan vertikal (Kv)

Nilai kekakuan vertikal (Kv) ditentukan oleh rumus berikut :

2 Nilai Kv

Keterangan

Nilai vertical stiffness bergantung kepada efektif area untuk deformasi lateral yang terjadi. Semakin tinggi nilai deformasi lateral yang terjadi, nilai efektif area semakin rendah dan vertical stiffness semakin kecil. Namun hasil eksperimen menandakan bahwa untuk deformasi lateral sama dengan diameter rubber bearing (Ar = 0), nilai kekakuan dengan deformasi tertentu terhadap kekakuan awal (Kv/Kvo) masih tersisa sekitar 20% (Gordon P. Warn et. Al 2007).

3 Ilustrasi Ar——Klik untuk memperbesar—–

Nilai efektif area dari seismic isolation terhadap deformasi yang terjadi adalah :

4 Rumus Ar

Dengan Bb = bounded plan dimension of bearing, B = overall plan dimension of bearing, Ab = bounded area of bearing, dan Δ = applied or assumed lateral displacement.

Kekakuan lateral (Kr)

Nilai kekakuan lateral (Kr) ditentukan oleh rumus berikut :

5 Nilai Kr

Nilai shear modulus (Gy) untuk natural rubber bearing diasumsikan independen terhadap strain yang terjadi, sehingga nilainya diasumsikan konstan.

6 Gs vs Strain——Klik untuk memperbesar—–

Insinyur tetap harus memperhatikan report dari supplier untuk nilai toleransi manufacture, pengaruh temperature, dan umur karet. Nilai kekakuan bisa berubah dan mungkin perlu mempertimbangkan efek lower dan upper bound parameter untuk melihat emplove karakteristik respon struktur.

7 Performance Variation Bridgestone

——Klik untuk memperbesar—–

Diagram Kekuatan Dari NRB

Kekuatan dari seismic isolation digambarkan oleh oleh kurva interaksi tegangan kompresi vs regangan geser (σ vs γ), dimana diagram kurva dibatasi oleh garis tegangan kompresi maksimum (σmax = σL ), regangan geser maksimum (γmax = γL = Δmax . n . ts), dan tegangan kompresi akibat bukling (σcr).

8 Tipikal Diagram InteraksiUntuk kapasitas limit buckling di diagram interaksi ditentukan oleh persamaan berikut ini (standar ISO 22762 dan JIS K 6410) :

9 Rumus Qcr

Dimana nilai αc adalah faktor yang dipengaruhi oleh bentuk isolation yang nilainya adalah 1.0 untuk circular dan 2/(3)^0.5 untuk rectangular.

Pada prakteknya di Jepang (Toshio NISHI et al. 2013), nilai tegangan kompresi nominal (σnom) dibatasi sampai 33% dari tegangan maksimum bukling atau hasil eksperimen supplier diambil yang terkecil (σnom = σcr x 0.33 atau σnom = σult x 0.33), sementara itu JIS K 6410 juga membatasi nilai tegangan kompresi nominal yaitu maksimum 15 Mpa. Nilai tegangan kompresi nominal disini adalah tegangan pada seismic isolation akibat beban longterm. Sementara itu untuk beban kondisi ekstrem (akibat gempa), prakteknya di Jepang adalah dengan membatasi tegangan kompresi kurang dari 66% tegangan maksimum bukling atau hasil eksperimen supplier diambil yang terkecil (σmaxcr x 0.66 atau σnom = σult x 0.66).

Nilai ultimate regangan geser ditentukan oleh structure engineer atau hasil tes dari supplier (ISO 22762). Nilai maksimum regangan geser sangat bergantung kepada material karet dan second shape factor (S2) dimana nilainya bervariasi dari 300% ~ 400%. Prakteknya di Jepang nilai regangan geser nominal (γnom) dibatasi sampai 100% (JIS K 6410) sementara untuk regangan geser maksimum (γmax) dibatasi sampai 250%. Perlu dicatat disini bahwa di Jepang nilai gempa yang digunakan untuk mendesain bangunan dengan seismic isolation adalah berdasarkan gempa level 2 atau ekuivalen dengan periode ulang 500 tahunan.

10 Interaksi Prakteknya

Perbandingan Standar ISO dan JIS

Nobuo MUROTA et. al 2010 merangkum beberapa perbedaan dari standar ISO dan JIS untuk seismic isolation. Terlihat bahwa ketentuan JIS lebih jelas mengatur mengenai seismic isolation dan lebih menekankan pada hasil tes supplier seismic isolation dibandingkan menyerahkannya kepada structure engineer.

11 ISO vs JIS——Klik untuk memperbesar—–

Ketentuan Periode Ulang Gempa Untuk Desain Seismic Isolation

Beberapa negara memiliki ketentuan masing – masing untuk mendesain bangunan dengan seismic isolation. Periode ulang gempa yang digunakan serta batasan untuk drift superstruktur untuk beberapa Negara ditunjukan oleh tabel berikut :

12 Komparasi Beberapa Negara——Klik untuk memperbesar—–

Pada tabel diatas terlihat ada perbedaan desain terutama untuk di Jepang dan di US. Di Jepang level ground motion untuk pengecekan bangunan dengan seismic isolation yaitu untuk periode ulang 50 tahunan (service level) dan 500 tahunan (DBE level), sementara di US menggunakan periode ulang 50 tahunan (service level) dan 2500 tahunan (MCE level).

International Council for Research and Innovation in Building and Construction (CIB) juga mengeluarkan publikasi yaitu CIB/W114 – International Project on Performance-based Design of Seismically Isolated Buildings. Publikasi ini mengatur desain seismic isolation yang diperuntukkan secara internasional. Berbeda dengan ISO 22762, CIB/W114 juga mengatur mengenai teknik desain gempa dan periode ulang gempa yang digunakan untuk bangunan dengan seismic Isolation. Beberapa ketentuannya ditunjukkan oleh tabel berikut :

13 Performace Target CIB——Klik untuk memperbesar—–

Referensi :

Murota, N., Kani, N., Muramatsu, Y., Kaneko, S., Yoshizawa, T., & Nishi, T. “Development of JIS Standard of Laminated Rubber Bearings for Seismic Isolation”, (Powerpoint file in PDF), 1st Kashiwazaki International Symposium on Seismic Safety of Nuclear Installations, Nov.2010

Nishi, T., Murota, N., Kelly, J. M., Fuller, K., Zhou, F. L, “A Survey of Specifications for Design and Testing of Seismic Isolators – Comparison of ISO 22762, EN 15129, and JIS K 6410”. 13th World Conference on Seismic Isolation, Sept.2013

Higashino, M., S. Okamoto, 2006, “Response Control and Seismic Isolation of Buildings”, Taylor & Francis ICC, 2009, 2009 International Building Code, (Falls Church, VA: International Code Council)

Warn, G. P. Whittaker, A. S. Constantinou, M. C. “Vertical Stiffness of Elastomeric and Lead–Rubber Seismic Isolation Bearings”. Journal Of Structural Engineering ASCE, Sept. 2007

Kelly, J.M., Skinner, R.I.& Robinson, B. (2007), “Seismic Isolation for Designers and Structural Engineers”, Robinson Seismic LTD and Holmes Consulting Group

Feng, D., etc., “A Comparative Study of Seismic Isolation Codes Worldwide”, 15 WCEE, Lisboa.2012

BRIDGESTONE Set of Catalogues in seismic isolators

Versi PDF :

https://www.academia.edu/12137821/Penjelasan_Singkat_Desain_Seismic_Isolation_dengan_Natural_Rubber_Bearing_NRB_

 

Advertisements

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