## STUDI PERILAKU PADA SAMBUNGAN RECTANGULAR CONCRETE FILLED TUBES (RCFT) DENGAN METODE FINITE ELEMENT
Cintantya Budi Casita a dan Budi Suswanto b
Abstract:  This research presents  the result  of  two  rectangular  filled  tube  column-to-beam  connections  under  cyclic loading using  finite  element  analysis.  Connections  of  all  two  models  were  using  weld  connection  and  shear  tab  attached  to  beam webs.  In  this  study,  2  models  were  made:  RR-1  and  RB-2,  which  are  RCFT  connection  with  RBS  and  RCFT  connection without  RBS.  This  study  is  conducted  to  learn,  the  advantages  of  RCFT  connection  with  RBS  against  RCFT  connection without RBS. The analysis results observed that cyclic performance of the RBS moment connection was much superior to the connection  without  RBS.  The  highest  regions  of  stress  occur  in  vicinity  of  beam  bottom  flange  near  column  face  for connection without RBS. For connection with RBS, the highest regions of stress occur in reduced beam section of the beam.
Keywords: Concrete filled tubes; Connection; Finite element; Monotonic load; Reduced beam section;
Abstrak : Studi ini membahas tentang perilaku dari dua tipe sambungan kolom Rectangular Concrete Filled Tubes  (RCFT) dengan balok baja saat diberi beban monotonik dengan menggunakan  software berbasis metode elemen hingga. Pemodelan ini meliputi pemodelan sambungan RCFT dengan jenis sambungan las menggunakan shear tab. Terdapat 2 tipe sambungan yang meliputi sambungan RCFT dengan dan tanpa Reduced Beam Sections (RBS), yaitu model sambungan NRBS (Non RBS) dan  WRBS  (With  RBS).  Hasil  yang  diperoleh  dari  studi  ini  menunjukkan  bahwa  sambungan  dengan  menggunakan  RBS memiliki performa yang lebih baik. Karena dengan adanya RBS, letak sendi plastis dapat direncanakan dan dapat dipastikan bahwa  sendi  plastis  pertama  terjadi  lebih  dulu  dan  dapat  menjamin  bahwa  sendi  plastis  terbentuk  di  daerah  RBS  yang letaknya jauh dari daerah kolom.
Kata Kunci: Beban monotonk; Concrete filled tubes; Finite element; Reduced beam section; Sambungan.

## PENDAHULUAN
Runtuhnya  bangunan  saat  terjadi  gempa  akan menimpa orang didalamnya sehingga dapat menimbulkan luka-luka  bahkan  kematian.  Maka  dari  itu,  diperlukan struktur  bangunan  tahan  gempa,  sehingga  jumlah  korban jiwa akibat adanya gempa dapat diminimalkan.
Contohnya, kejadian gempa Northridge, California (1994) dan  gempa  Kobe,  Jepang  (1995)  yang  menunjukkan bahwa runtuhnya struktur-struktur baja saat itu disebabkan oleh kegagalan pada sambungan.
Struktur  komposit  baja-beton  telah  banyak  digunakan pada  berbagai  macam  konstruksi  bangunan.  Penggunaan baja  komposit  memungkinkan  pemanfaatan  seluruh penampang  dalam  menerima  beban,  karena  adanya interaksi  antara  komponen  struktur  baja  dan  beton  yang karakteristik  dasar  masing-masing  bahan  dimanfaatkan secara  optimal,  sehingga  didapat  kinerja  struktur  yang lebih  efektif  dalam  meningkatkan  kapasitas  pembebanan dan kekakuan bangunan. [1]
Pengurangan sebagian penampang sayap balok dengan RBS (Reduced  Beam  Section) bertujuan  untuk  menjamin terjadinya  sendi  plastis  lebih  dulu  di  daerah  RBS  yang letaknya jauh dari daerah kolom. [2]
Dengan  adanya  studi  ini  diharapkan  pemodelan sambungan-sambungan  kolom  CFT  –  balok  baja  yang memenuhi syarat dapat diperoleh.

## KEPENTINGAN RISET
Penggunaan    elemen  struktur  komposit  seperti  kolom CFT akan memberikan beberapa  keuntungan, antara lain: kekuatan  per  satuan  luas    lebih  besar  dibanding  kolom konvensional  beton  bertulang  sehingga  dimensi  kolom bisa  lebih  kecil,  tidak  memerlukan  bekisting  lagi  untuk pengecoran  beton,  kombinasi  kekuatan  dari  dua  material baja  dan  beton  membuat  kolom  CFT  cocok  untuk bangunan tingkat tinggi [3]. Namun, penggunaan struktur CFT  ini  masih  terbatas  karena  kurangnya  pengalaman pelaksanaan dan kerumitan pada sambungan. [4]

## METODOLOGI

## Reduced Beam Section (RBS)
Reduced  Beam  Section (RBS)  merupakan  sebuah metode  pengurangan  luasan  sayap  dari  penampang  balok dengan  jarak  tertentu  dari  tumpuan,  sehingga  memaksa sendi  plastis  agar  terjadi  pada  bagian  RBS  yang  berada jauh dari kolom [5]. Sambungan tanpa menggunakan RBS memiliki  performa yang  kurang  baik  dibanding sambungan  menggunakan  RBS.  Hal  ini  disebabkan  retak yang muncul pada bagian sayap balok. [6]
Konsep  ini  semakin  berkembang  setelah  terjadinya gempa  Northridge  dan  gempa  Kobe.  Terdapat  lima  tipe RBS,  yaitu Straight  Cut  RBS,  Drilled  Holes  RBS (Straight),  Drilled  Holes  RBS  (Zig-zag),  Tapered  Cut RBS, dan Radius Cut RBS [7]. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1 .
a Student in the Department of Civil Engineering, Sepuluh Nopember Institute  of  Technology  (ITS),  ITS  Campus,  Sukolilo,  Surabaya  60111, Indonesia. Email: cintantya.budi15@mhs.ce.its.ac.id
b Lecturer  in  the  Department  of  Civil  Engineering,  Sepuluh Nopember  Institute  of  Technology  (ITS),  ITS  Campus,  Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia. Email: budi_suswanto@ce.its.ac.id
Note.  The  manuscript  for  this  paper  was  submitted  for  review  and possible  publication  on  January  01,  2017.  This  paper  is  part  of  the  ITS Journal of Civil Engineering, Vol. 32, No. 1, May 2017. © ITS Journal of Civil Engineering, ISSN 2579-9029/2017.
Desain  sambungan  RBS  mengacu  pada  peraturan American  Institute  of  Steel  Construction  (ANSI/AISC) 341-10,358-10,360-10  dan  AISC  Steel  Design  Guide Series–13 [8-11]. Detail geomteri RBS dapat dilihat pada Gambar 2 dan Tabel 1 .

## Model Sambungan
Studi  analisis  ini  meliputi  pemodelan  sambungan dengan program bantu finite element dengan tujuan untuk mendapatkan  parameter  yang  mempengaruhi  perilaku sambungan. Tabel  2 menyajikan  detail  sambungan  yang digunakan  pada  pemodelan.  Terdapat  2  tipe  sambungan: NRBS dan WRBS,  yang  meliputi pemodelan  sambungan RCFT  dengan  jenis  sambungan  las  menggunakan shear tab di bagian balok dengan RBS (WRBS) dan tanpa RBS (NRBS).  Untuk  lebih  jelasnya  dapat  dilihat  pada Gambar  3 dan Gambar  4. Kedua  tipe  sambungan tersebut  diberi  beban  monotonik  dengan  menggunakan software berbasis metode elemen hingga, yaitu ABAQUS 6.14.

## Material Properties
Baja Elastic  properties pada  baja  meliputi  Young  Modulus E dan  Poisson’s  ratio v ,  dimana  digunakan  nilai  sebesar 200000 MPa dan 0.3. Untuk plastic  properties ,  digunakan  rumus  tegangan- regangan  [12]. Gambar  5 menunjukkan  diagram tegangan-regangan material baja.
Es fy y =  (1)
Es fs s .  = (2)
Dengan  persamaan  diatas,  dapat  ditentukan  nilai tegangan-regangan  baja  (fy  250  MPa).  Untuk  lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 3 .
Gambar 1 . Macam tipe pada Reduced Beam Section (RBS)
Gambar 2 . Detail Geometri Reduced Beam Section (RBS)
WF 600x200x11x17 PL 16x95x470 RCFT 500x500x20
Gambar 3 . Detail Sambungan Antara Kolom RCFT – Balok WF (NRBS)
Nilai  modulus  elastisitas  pada  beton  dihitung  dengan rumus: [13]
' 043 . 0 5 . 1 fc w E c c = (3)
dengan, w c = 2400 kg/m 3 Nilai rasio poisson beton sebesar 0.2.
Sifat  plastis  material  beton  pada  pilihan property didefinisikan  kedalam  3  kategori,  yaitu plasticity, compressive behavior, dan tesile behavior . Plasticity untuk material beton yang digunakan berdasarkan persamaan [14], sebagaimana yang ditunjukkan  pada Tabel  4 .  Untuk compressive  behavior dan tensile  behavior pada  beton,  digunakan  persamaan [12].  Hubungan  tegangan-regangan  dari compressive behavior dan tensile  behavior pada  material  beton  dapat dilihat pada Gambar 6 .
Perumusan  untuk  c ompressive  behavior pada  material beton: [12]
3 1 ) 8 ' ( 5 . 9 + = c f Ecm , Ecm (GPa) and f’c (MPa)
(4)
1 c c n   = , dengan 0022 . 0 1 = c  (5) c f xEcmx k c ' 1 . 1 1  = (6)
c f n k n kn fc ' ) 2 ( 1 2       − + − = (7)
Perumusan untuk tensile behavior pada material beton:
c f f t ' 623 . 0 = (8)
Ec fr cr =  (9)
Dengan  persamaan  diatas,  dapat  ditentukan  nilai tegangan-regangan  plastis  beton  akibat  gaya  tekan  dan tarik.  Nilai  tegangan-regangan  plastis  beton  akibat  gaya tekan dan tarik yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 5 dan Tabel 6 .
WF 600x200x11x17 PL 16x95x470 RCFT 500x500x20
Gambar 4. Detail Sambungan Antara Kolom RCFT – Balok RBS (WRBS)
Gambar 5. Hubungan Tegangan-Regangan Baja
Gambar 6. Hubungan Tegangan-Regangan Beton akibat Gaya Tekan dan Tarik

## Boundary Condition dan Pembebanan
Boundary  condition yang  diterapkan  pada  model  ini adalah perletakan sendi pada ujung kolom bagian bawah, dan  perletakan  yang  ditahan  kearah  lateral  pada  ujung kolom  bagian  atas.  Untuk  bebannya,  digunakan  beban monotonik,  yaitu  dengan  diberi  beban  sebesar  P  diujung balok  tersebut.  Besarnya  nilai  P  yang  digunakan  dapat dilihat pada Tabel 7 .

## ANALISA DAN PEMBAHASAN

## Distribusi Tegangan
Distribusi  tegangan  yang  terjadi  pada  model sambungan  tanpa  RBS  (NRBS)  dan  model  sambungan dengan RBS (WRBS) dapat dilihat pada Gambar 7 . Pada gambar  tersebut,  dapat  dilihat  bahwa  model  sambungan tanpa  RBS  (NRBS)  mengalami  leleh  pertama  sebesar 250.155  MPa  di  daerah  ujung  sayap pada  balok. Sedangkan pada model sambungan dengan RBS (WRBS) mengalami leleh pertama di daerah RBS sebesar 258.303 MPa.

## Perbandingan Perpindahan dan Tegangan
Gambar  8 menyajikan  diagram  beban-perpindahan pada model sambungan NRBS dan WRBS. Dari Gambar 8(a) , dapat disimpulkan bahwa besarnya beban berbanding lurus dengan perpindahan. Hal ini ditunjukkan oleh  semakin  besarnya  nilai  perpindahan  seiring  dengan bertambahnya  beban.  Pada  model  NRBS,  leleh  pertama terjadi  pada  saat  mengalami  perpindahan  sebesar  14.041 mm,  dengan  tegangan  250.155  MPa.  Sedangkan  pada model  WRBS,  leleh  pertama  juga  terjadi  pada  saat mengalami  perpindahan  sebesar  6.029  mm,  dengan
tegangan  yang  lebih  besar  yaitu  258.303  MPa.  Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada Gambar 8(b) . Dari kedua gambar tersebut, dapat disimpulkan bahwa model  sambungan  dengan  RBS  memiliki  performa  yang lebih  baik  jika  dibandingkan  dengan  tanpa  RBS.  Karena dengan adanya  RBS dapat  menjamin bahwa sendi plastis terjadi  lebih  dulu  di  daerah  RBS  yang  letaknya  jauh  dari daerah kolom.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  analisa  yang  telah  dilakukan  dalam  penelitian ini,  maka  dapat  diambil  beberapa  kesimpulan  sebagai berikut:
1. Dengan  adanya  RBS,  letak  sendi  plastis  dapat direncanakan  dan  dapat  dipastikan  bahwa  sendi plastis pertama terjadi lebih dulu dibandingkan tanpa RBS.  RBS  dapat  menjamin  bahwa  sendi  plastis terbentuk  di  daerah  RBS  yang  letaknya  jauh  dari daerah kolom,
2. Besarnya  beban  yang  diterima  berbanding  lurus dengan  perpindahan.  Hal  ini  ditunjukkan  oleh semakin  besarnya  nilai  perpindahan  seiring  dengan bertambahnya  beban.  Model  sambungan  WRBS memiliki  nilai  perpindahan  sedikit  lebih  besar  jika dibandingkan dengan model sambungan NRBS.
Gambar 7. Hasil S Mises pada Model Sambungan NRBS dan WRBS
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 -10 0 10 20 30 40 Tegan gan (M Pa) Perpindahan (mm) Tegangan vs Perpindahan RB-1 RR-1 -500000 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 -10 0 10 20 30 40 B e b an D o ro n g ( kN ) Perpindahan (mm) Perpindahan vs Beban Dorong RB-1 RR-1 (a) (b)
Gambar 8. Kurva yang Dihasilkan akibat Beban Monotonik

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Elremaily  A.;  Azizinamini  A.,  “Experimental Behavior  of  Steel  Beam  to  CFT  Column Connections”, Journal  of  Constructional  Steel Research , 2001, pp. 1099-1119.
[2]   Kulkarni  S.  A.;  Vesmawala  G.,  “Study  of  Steel Moment  Connection  with  and  without  Reduced Beam  Section”, Case  Studies  in  Structural Engineering , 2014, pp. 26-31.
[3]   Cheng  C.  T.;  Chung  I.  J.,  “Seismic  Performance  of Steel  Beams  to  Concrete-Filled  Steel  Tubular Column  Connections”, Journal  of  Constructional Research , 2003, 59(3): 405-26.
[4]   Schneider  S.P.;  Alostaz  Y.  M.,  “Experimental Behavior  Connections  to  Concrete  Filled  Steel Tubes”, Journal  of  Constructional  Research ,  1998, 45(3): 321-52.
[5]   Rahnavard  R.;  Hassanipour  A.,  “Analytical  Study on  New  Types  of  Reduced  Beam  Section  Momen
Connections  Affecting  Cyclic  Behavior”, Case Studies in Structural Engineering , 2015, pp. 33-51.
[6]   Ajay K. S.; Gaurang V., “A Study of Reduced Beam Section  Profiles  using  Finite  Element  Analysis”, Journal of Mechanical and Civil Engineering, 2013, pp. 01-06
[7]   Ajay  K.  S.;  Gaurang  V.,  “Study  of  Steel  Moment Connection  with  and  without  Reduced  Beam Section”, Case  Studies  in  Structural  Engineering, 2013, pp. 26-31
[8]   AISC  (2005a),  ANSI/AISC  341-05.  “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL. 2005.
[9]   AISC  (2005b),  ANSI/AISC  358-05.  “Prequalified Connections  for  Special  and  Intermediate  Steel Moment Frames for Seismic Applications including Supplement  No.1”, American  Institute  of  Steel Construction, Chicago, IL. 2005.
Tabel 1. Detail Geometri Reduced Beam Section (RBS)
AISC 358-05
a = (0.5 - 0.75)bf
b = (0.65 - 0.85)db
0.1 bf < c < 0.25 bf
Tabel 2. Rekapitulasi dari Masing-masing Tipe Sambungan
Model Column and Beam Size Length fy (MPa) fu (MPa) fc’ (MPa) RW-1 Column RCFT 500x500x20 3000 250 410 30 Beam WF 600x200x11x17 3500 NRBS Column RCFT 500x500x20 3000 250 410 30 Beam WF 600x200x11x17 3500 Tabel 3. Nilai Tegangan-Regangan Baja (fy 250 MPa) Tegangan (MPa) Regangan Regangan Inelastik 0 0 250 0.00125 0 410 0.2 0.19875 Tabel 4. Plasticity Material Beton Dilatation Angel Eccentricity fb0/fc K Viscosity Parameter 38 1 1.12 0.666 0
[10]  AISC  (2005c),  ANSI/AISC  360-05.  “Specification for  Structural  Steel  Buildings”, American  Institute of Steel Construction, Chicago, IL. 2005.
[11]  AISC Steel Design Guide Series-13, Stiffenening of Wide-Flange  Columns  at  Moment  Connections; Wind  and  Seismic  Applications, American  Institute of Steel Construction, Inc., Chicago, IL. 1999.
[12]  Khanouki  M.  M.  A.;  Shariati  M.,  “Investigation  of Through  Beam  Connection  to  Concrete  Filled
Circular  Steel  Tube  (CFST)  Column”, Journal  of Constructional Research , 2016, pp. 144-162.
[13]  SNI-2847-2013, Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan  Gedung .  Indonesia,  Badan  Standarisasi Nasional.
[14]  Jankowiak  T.;  Lodygowski  T.,  “Identification  od Parameters of Concrete Damage Plasticity Constitutive  Model”,  Foundation  of  Civil  and Environmental Engineering, 2005, No. 6.
Tabel 7 Beban Dorong yang Digunakan Step Beban (kN) 1 10 4 2 10 5 3 5x10 5 4 10 6 5 1.5x10 6
6
2x10 6
Tabel 5. Nilai Tegangan-Regangan Plastis Beton akibat Gaya Tekan Stress (MPa) Strain Plastic Strain 0.000 0.000 9.255 0.000 0.136 16.288 0.001 0.273 21.524 0.001 0.409 25.284 0.001 0.545 27.820 0.002 0.682 29.326 0.002 0.818 30.000 0.002 1.000 29.848 0.002 1.091 29.092 0.003 1.227 27.779 0.003 1.364 25.978 0.003 1.500 24.536 0.004 1.591
Tabel 6. Nilai Tegangan-Regangan Plastis Beton akibat Gaya Tarik Stress (MPa) Strain Plastic Strain 0.000 0.000000 3.412 0.000123 0.00000 2.877 0.000173 0.00005 2.817 0.000223 0.00010 2.766 0.000273 0.00015 2.721 0.000323 0.00020 2.680 0.000373 0.00025 2.643 0.000423 0.00030 2.610 0.000473 0.00035 2.578 0.000523 0.00040 2.549 0.000573 0.00045