## br

## KAJIAN KINERJA STRUKTURAL ELEMEN BRESING SRBK DENGAN TIPE PENAMPANG TUNGGAL DAN GANDA TERHADAP BEBAN SIKLIK
Arief Panjaitan a,* , Purwandy Hasibuan a , Muhammad Haiqal b a Jurusan Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh 23111, Indonesia
b Jurusan Arsitektur, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh 23111, Indonesia *Corresponding author, email address: arief_panjaitan@unsyiah.ac.id
A R T I C L E     I N F O

## A B S T R A C T
Article History: The  seismic-resistant  structure  is  required  for  the  earthquake-hazard area. One of the seismic-resistant systems is the Concentrically Braced Frame (CBF), which was established to diminish seismic damage.  At the  time  of  implementation,  the  CBF  reduces  the  horizontal deformations of the building so that failure as well as heavy damage to the  building  can  be  avoided.  In  CBF,  the  brace  is  the  energy dissipator,  whose  performance  needs  to  be  enhanced.  This  study discussed  the  structural  performance  of  several  modified  bracings  to obtain  a  better  configuration  due  to  the  seismic  action,  i.e.,  single bracing  (BR1),  double  bracing  with  batten  plates  (BR2),  and  double bracing  with  lacings  (BR3).  All  specimens  were  600  mm  in  length. This  study  was  established  on  the  principle  of  replaceable  bracing, which  means  that  the  bracing  can  be  removed  and  replaced  by  new bracing.  Accordingly,  the  connection  between  the  gusset  plate  and bracing was constructed to be a bolted connection. Experimental work was  carried  out  by  employing  the  cyclic  load  and  considering  yield displacement control (dy). The magnitude of the displacement control was  gradually  increased  at  a  rate  of  1  dy.  During  the  test,  the observations  were  emphasized  in  the  load-displacement  parameter, from  which  the  specimen's  performance  can  be  described  and revealed. The results showed that adding the sectional area in BR2 and BR3  effectively  escalated  the  performance  parameters,  i.e.,  strength, stiffness,  and  dissipation  energy.  Furthermore,  the  lacing  installation in BR3 increased the efficiency of dissipation energy and contributed to a higher cumulative dissipation energy in BR3 than in BR2.
Received 24 September 2022
Accepted 19 October 2022 Online 30 December 2022 Keywords: Concentrically braced frames Bracing Structural performance
Single section Double sections
©2022 Magister Teknik Sipil USK. All rights reserved

## 1. PENDAHULUAN
Sistem Rangka Baja Berpengaku Konsentrik (SRBK) adalah sistem struktur yang memiliki kekakuan yang  baik  dan  disarankan  pada  daerah  rawan  gempa.  Pada  SRBK  terdapat  bresing,  dimana  elemen  ini berfungsi sebagai disipator energi gempa sekaligus memberikan tambahan kekakuan. Sehubungan dengan pentingnya  SRBK,  beberapa  studi  telah  dilakukan.  Leon  dan  Yang  (2003)  mengkaji  SRBK  yang diperkuat  dengan  kolom Zipper (ZBF)  dan  menggunakan suspended  strut untuk  bresingnya.  Kajian menunjukkan  implementasi suspended  strut secara  efektif  meningkatkan  daktilitas  dan  kekuatan dibandingkan konfigurasi zipper frame biasa dalam memikul gempa. English dkk (2018) melakukan studi komparasi  SRBK  tipe inverted yang  dikaji  terhadap Eurocode 8  (EC8)  dan New  Zealand  Standard (NZS). Studi menunjukkan EC8 mengakibatkan kegagalan prematur pada bresing sedangkan NZS secara umum menghasilkan desain yang lebih konservatif terhadap gempa.

## Jurnal Arsip Rekayasa Sipil dan Perencanaan (JARSP)
Journal of Archive in Civil Engineering and Planning
E-ISSN: 2615-1340; P-ISSN: 2620-7567
Journal homepage: http://www.jurnal.unsyiah.ac.id/JARSP/index
Georgiev  dkk  (2017)  melakukan  kajian  beban  siklik  terhadap  SRBK    tipe X-bracing dengan beberapa  tipe  sambungan  balok-kolom  yaitu  sambungan  kaku,  semi  kaku  dan  sendi  dimana  tipe sambungan  ditemukan  memiliki  pengaruh  yang  besar  terhadap drift dan  daktilitas.  Naxine  dan  Prasad (2016)  meneliti  pengaruh  konfigurasi  bresing  SRBK  yaitu  tipe  V, inverted V,  K,  dan  X  melalui  kajian analisis.  Studi  menunjukkan  konfigurasi  X  dan  V  mengurangi  efek  deformasi  akibat  gempa  dan meminimalkan gaya geser dan momen pada kolom.
Pourbaba  dkk  (2013) melakukan  kajian  analisis  SRBK  tipe Zipper (ZBF)  dan  SRBK  tipe Chevron terhadap  beban  siklik  dan  pushover,  yang  menunjukkan  ZBF  memiliki  daktilitas  yang  lebih  baik  dan lendutan  balok  yang lebih  kecil  dibandingkan  SRBK  tipe  Chevron.  Deghan  dkk  (2017),  mengobservasi perilaku  struktur  balok  pada  SRBK  terhadap  beban  siklik  melalui  kajian  analisis.  Studi  menunjukkan kapasitas lentur yang tidak mencukupi pada balok mengurangi kekakuan lateral dan kekuatan balok yang memicu terjadinya perilaku weak story. Patil dan Sangle (2015) menginvestigasi pengaruh sistem bresing, tinggi  bangunan,  dan  pola  pembebanan  lateral  dari  beberapa  tipe  SRBK  dan  Sistem  Rangka  Pemikul Momen (SRPM), dan menunjukkan bahwa SRBK menunjukkan kinerja yang baik dalam story drift , gaya geser dan titik kinerja. Chen dkk (2020) mengkaji kinerja struktural dari kombinasi Buckling-Restrained Braces (BRBs) dan Self-Centering Braces (SCB)  dalam konfigurasi  SRBK dan menunjukkan bangunan dapat mengambil keunggulan dari kombinasi kedua sistem tersebut.
Eghtesadi dkk (2011) melakukan kajian analisis terhadap beberapa tipe SRBK dan Struktur Rangka Bresing  Eksentrik  (SRBE)  dimana  SRBK  tipe  diagonal  menunjukkan  disipasi  energi  yang  paling  baik, namun memiliki berat struktur yang besar. Sangle dkk (2012) mengevaluasi kinerja beberapa tipe SRBK dan  SRPM  pada  bangunan  tinggi  dan  menunjukkan  bahwa  SRBK  dapat  meningkatkan  gaya  geser  dan menurunkan top  displacement .  Chimeh  dan  Homami  (2012)  melakukan    studi  analisis  terhadap  SRBK tipe X braced frames , Chevron braced frames , Zipper columns dan SRBE dengan link panjang dan link pendek  dimana  SRBE  tipe link pendek menunjukkan  hasil  yang lebih  daktail  dan  disipasi  energi  paling baik  dibandingkan  tipe  portal  yang  lain.  Khademi  dan  Rezaie  (2017)  menginvestigasi  persamaan  dan perbedaan  perilaku  seismik  dari  SRBK  dan  SRBE  yang  didesain  menurut Provision dari  AISC.  Kajian terhadap  dampak  bahaya  gempa  terhadap  struktur  juga  dilakukan  Mahfuz  dkk  (2020).  Penelitian menunjukkan gempa dapat memicu terjadinya tsunami yang diobservasi pada jembatan Krueng Raba dan melalui analisis, jembatan terindikasi mampu menahan tsunami dengan ketinggian muka air 14 meter.
Beberapa  studi  terdahulu  telah  menyajikan  kinerja  bresing  dari  penampang  tunggal  dan  ganda. Namun pengaruh penambahan kekangan pada bresing ganda terhadap kinerja  masih belum terklarifikasi. Studi  ini  mengkaji  dampak  peningkatan  luas  penampang  bresing  yang  diharapkan  dapat  meningkatkan kinerjanya. Kajian juga dilakukan dengan memvariasikan tipe pelat  penghubung seperti  pelat kopel  dan lacing, untuk mengobservasi kontribusi kekangan terhadap performa bresing.

## 2. PROGRAM PENELITIAN
Terdapat  tiga  tipe  penampang  bresing  yang  diuji  di  laboratorium  yaitu  penampang  tunggal  (BR1), penampang  ganda  dengan  penghubung  pelat  kopel  (BR2)  dan  penampang  ganda  dengan  penghubung lacing (BR3). Keseluruhan benda uji bresing memiliki panjang 600 mm.
Bresing yang diuji memiliki tegangan leleh (F y ) sebesar 224 MPa dan tegangan ultimit (F u ) sebesar 324  MPa.  Secara  detail  konfigurasi  bresing,  diilustrasikan  pada  Gambar  1  dan  2.  Persiapan  pengujian diperlihatkan  pada  Gambar  3.  Untuk  pengujian,  benda  dipasang pada  loading  frame dan  beban  siklik diberikan  melalui hydraulick  jack di  sisi  bawah  perletakan  benda  uji.  Pembebanan  siklik  dilakukan dengan skematik kontrol perpindahan leleh (  y ) seperti ditunjukkan pada Gambar 4.  Pengujian dilakukan hingga  15  siklus  disebabkan  sisi  bawah  pelat  dudukan  dilas  tipis  ke  ujung hydraulick  jack ,  dan dikhawatirkan  akan  gagal  jika  diberikan  deformasi  tarik  yang  besar. Transducer ditempatkan  pada  sisi bawah pelat dudukan untuk mengukur deformasi vertikal untuk setiap siklusnya.
Gambar 1. Benda uji (unit: mm)
Gambar 2. Karakteristik penampang (unit: mm)
`
Gambar 3. Setting up pengujian Gambar 4. Pola pembebanan siklik

## 3. ANALISA DATA DAN DISKUSI
Kurva histerisis hubungan beban-perpindahan untuk ketiga benda uji diperlihatkan pada Gambar 5. Gambar  menunjukkan  BR3  memberikan  luasan  histerisis  yang  paling  besar  yang  berarti  BR3  memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan BR1 dan BR2. Kinerja yang lebih baik ini dimungkinkan mengingat
Tranducer Beban siklik Bresing Load cell Pelat dudukan
BR3  telah  menggunakan  penampang  ganda,  dimana  penambahan  penampang  akan  meningkatkan kekuatan  dan  kekakuan bresing  yang  memberikan  performa  luasan  histerisis  yang paling  besar dan stabil.
Gambar 5. Kurva histerisis beban-perpindahan
(a) Arah tarik (b) Arah tekan
Gambar 6. Kekuatan per siklus
Selain  itu,  BR3  juga  menunjukkan  luasan  histerisis  beban-perpindahan  yang  lebih  besar dibandingkan dengan BR2 yang mengindikasikan bahwa kekangan yang berasal dari penghubung lacing dapat  meningkatkan  kinerja  benda  uji.  Gambar  6  mendeskripsikan  kekuatan  benda  uji  untuk  setiap siklusnya.  Pada  gambar,  BR2  dan  BR3  menunjukkan  selisih  nilai  kekuatan  yang  cukup  signifikan terhadap BR1. Pada siklus ke-15, BR1 memiliki kekuatan ultimit (P u ) untuk arah tarik (P u tarik = 29730 kN) dan dalam arah tekan (P u tekan = 28123.6 kN). Jika nilai ini dibandingkan dengan BR2 dan BR3, BR2 dan BR3  memiliki  kekuatan  lebih  besar  sekitar  112  %  dan  108  %  dibandingkan  dengan  BR1.  Selain  itu, terlihat dari gambar bahwa kekuatan dalam arah tarik tidak memiliki perbedaan yang terlalu jauh terhadap kekuatan dalam arah tekan untuk ketiga benda uji, yang mengilustrasikan bahwa Bauschinger Effect tidak terindikasi untuk pembebanan siklik yang dilakukan.
Degradasi  kekakuan  benda  uji  diperlihatkan  pada  Gambar  7.  Kekakuan  yang  diobservasi  adalah kekakuan  inelastik  dimana  kekakuan  ini  ditentukan  kekuatan  dan  deformasi  ultimit  bresing.  Gambar  7 menunjukkan bahwa pada siklus pertama, BR1 memiliki kekakuan arah tarik (K tarik = 5970,7 N/mm) dan
kekakuan  arah  tekan  (K tekan =  6058,2  N/mm).  Selain  itu,  juga  terlihat  bahwa  BR2  dan  BR3  memiliki kekakuan yang lebih  tinggi  dibandingkan  dengan BR1. Selisih kekakuan  masing-masing BR2 dan BR3 terhadap  BR1  diperoleh sebesar 112 %  dan  108 %.  Gambar  7  juga menginformasikan  bahwa  kekakuan berkurang  secara  perlahan,  yang  mengindikasikan  bahwa  seiring  berjalannya  siklus,  penyebaran kelelehan  telah  tejadi  pada  benda  uji  yang  mengakibatkan  kekuatan  tidak  meningkat  secara  signifikan. Dari  gambar,  juga  terlihat  bahwa  BR2  dan  BR3  tidak  memiliki  perbedaan  kekakuan  yang  signifikan untuk setiap siklusnya. Hal ini memberikan gambaran bahwa perbedaan penghubung untuk profil ganda tidak memiliki pengaruh yang konkrit terhadap kekakuan dan kekuatan ultimit bresing.
(a) Arah tarik (b) Arah tekan
Gambar 7. Kekakuan per siklus
Gambar 8. Energi kumulatif
Observasi  pada  energi  input  kumulatif  (E ik )  menunjukkan  bahwa  untuk  semua  siklus  pembebanan, E ik BR1  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  E ik BR2  dan  E ik BR3  seperti  yang  terlihat  pada  Tabel  1  dan Gambar 8. Pola yang sama juga tergambarkan untuk energi disipasi kumulatif (E dk ), dimana E dk BR1 lebih kecil  dibandingkan  dengan  E dk BR2  dan  E dk BR3  untuk  setiap  siklus,  dimana  penambahan  penampang secara efektif dapat meningkatkan energi input dan energi disipasi. Pada akhir siklus ke-15, diperoleh E dk untuk masing-masing yaitu E dk BR1 adalah 1,198 x 10 6 Nmm, E dk BR2 adalah 2,544 x 10 6 Nmm, dan E dk BR2  adalah  4,226  x  10 6 Nmm.  Dalam  pengamatan  ini,  BR2  menunjukkan  E dk lebih  besar  112,3  %  dan BR3 menunjukkan E dk lebih besar 252,7 % dibandingkan dengan BR1.
Table 1. Energi kumulatif
(a) BR1 (b) BR2 Siklus ke-  y (mm) E dk E ik Rasio E dk /E ik Siklus ke-  y (mm) E dk E ik Rasio E dk /E ik (10 3 N.mm) (10 3 N.mm) (%) (10 3 N.mm) (10 3 N.mm) (%) 1 0.5 0.42 5.92 7.13 1 0.5 0.75 15.12 4.94 2 1 1.84 27.71 6.63 2 1 2.46 69.41 3.55 3 1.5 5.78 72.01 8.02 3 1.5 8.05 170.41 4.72 4 2 14.08 141.74 9.93 4 2 20.06 326.56 6.14 5 2.5 27.78 247.54 11.22 5 2.5 42.21 561.87 7.51 6 3 48.86 407.42 11.99 6 3 78.60 901.57 8.72 7 3.5 90.38 440.13 20.54 7 3.5 135.42 1372.64 9.87 8 4 133.09 708.55 18.78 8 4 218.71 1937.52 11.29 9 4.5 202.39 1051.11 19.26 9 4.5 340.67 2683.37 12.70 10 5 295.74 1430.40 20.68 10 5 507.11 3521.84 14.40 11 5.5 415.07 1926.34 21.55 11 5.5 734.53 4555.60 16.12 12 6 562.56 2510.72 22.41 12 6 1051.04 5732.43 18.34 13 6.5 749.63 3189.38 23.50 13 6.5 1446.12 7131.86 20.28 14 7 945.26 3966.58 23.83 14 7 1960.70 8742.87 22.43 15 7.5 1198.23 4845.96 24.73 15 7.5 2544.36 10575.94 24.06 (c) BR3 Siklus ke-  y (mm) E dk E ik Rasio E dk /E ik (10 3 N.mm) (10 3 N.mm) (%) 1 0.5 0.74 12.87 5.78 2 1 5.04 59.52 8.46 3 1.5 16.70 147.69 11.31 4 2 45.96 297.15 15.47 5 2.5 107.46 529.80 20.28 6 3 216.14 874.55 24.71 7 3.5 348.24 1335.45 26.08 8 4 546.19 1906.13 28.65 9 4.5 805.30 2629.81 30.62 10 5 1202.00 3511.57 34.23 11 5.5 1640.96 4556.76 36.01 12 6 2129.93 5768.73 36.92 13 6.5 2729.41 7178.22 38.02 14 7 3426.89 8812.52 38.89 15 7.5 4226.12 10682.24 39.56
Tabel 1 dan Gambar 8 juga mengindikasikan E ik BR2 dan E ik BR3 memiliki nilai yang hampir sama. Sementara  itu,  observasi  pada  E dk BR2  dan  E dk BR3  memberikan  informasi  E dk BR3  lebih  besar dibandingkan dengan E dk BR2, dimana pemanfaatan lacing teridentifikasi meningkatkan kekangan yang pada akhirnya meningkatkan efisiensi penyerapan energi gempa terhadap energi input. Efisiensi disipasi energi yang lebih baik pada BR3 dibandingkan dengan BR2, juga dapat dilihat melalui rasio E dk /E ik . Pada akhir siklus pembebanan di laboratorium, rasio E dk2 /Ei k2 dan E dk3 /E ik3 memiliki nilai berturut-turut 24.1 % dan  39.6 %.  Nilai  rasio  yang  lebih  besar  pada  BR3 memberikan informasi  bahwa  BR3  dapat  menyerap energi yang lebih banyak dibandingkan BR2 untuk energi input kumulatif yang sama.
Kurva  envelope  yang  dibentuk  dari  luasan  histerisis  beban-perpindahan  yang  terbesar  untuk  BR1, BR2,  dan  BR3  ditunjukkan  pada  Gambar  9,  dan menginformasikan  BR3  menunjukkan  luasan envelope yang terbesar atau memiliki disipasi energi yang lebih baik dibandingkan BR1 dan BR2.
Gambar 9. Envelope beban-perpindahan

## 4. KESIMPULAN
Studi ini mengkaji kajian eksperimental terhadap tiga buah elemen bresing Struktur Rangka Bresing Konsentrik  (SRBK)  yang  dimodifikasi  untuk  meningkatkan  kinerjanya  terhadap  beban  gempa. Pengamatan  variabel  kinerja  yaitu  kekuatan,  kekakuan,  dan  disipasi  energi  menunjukkan  bahwa penambahan  penampang  secara  efektif  dapat  meningkatkan  performa  seismik  bresing.  Hal  ini ditunjukkan  melalui  verifikasi  parameter  kinerja  BR2  (bresing  ganda  dengan  penghubung  pelat  kopel) dan  BR3  (bresing  ganda  dengan  penghubung lacing )  terhadap  BR1  (bresing  tunggal).  Selain  itu, pemanfaatan lacing diobservasi memiliki pengaruh yang dapat diabaikan terhadap peningkatan kekuatan dan kekakuan pada bresing ganda, namun memiliki dampak yang signifikan untuk meningkatkan disipasi energi di setiap siklusnya. Hal ini terkonfirmasi melalui verifikasi parameter kinerja BR3 terhadap BR2. Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan,  penambahan  penampang  dan  pemanfaatan  lacing  sebagai penghubung bresing ganda dapat dijadikan alternatif solusi untuk meningkatkan performa bresing SRBK terhadap beban gempa.

## DAFTAR PUSTAKA
Chen,  R.,  Qiu,  C.,  Hao,  D.  2019.  Seismic response  analysis  of  multi-story steel  frames using  BRB  and SCB hybrid bracing system. Applied Sciences , 10 (284), pp. 1-15.
Chimeh,  M.  N.,  Homami,  P.  2012.  Efficiency  of  bracing  systems  for  seismic  rehabilitation  of  steel structures. 15th World Conference in Earthquake Engineering , Lisboa, Portugal.
Eghtesadi, S., Nourzadeh, D., Bargi, K. 2011. Comparative study on different types of bracing systems in steel structures. World Academy of Science, Engineering and Technology , 73 (2011), pp. 1863-1867 English,  J.,  Goggins,  J.,  Salawdeh,  S.  2018.  Inverted-V  (Chevron)  Concentrically  Braced  Frames  – comparative study and verification analysis. 16th European Conference on Earthquake Engineering , June 18-21, 2018, Thessaloniki, Greece.
Georgiev, T. S., Zhelev, D. S., Raycheva, L. D. 2017. Performance assessment of Concentrically Braced Frames  with  modified  braces  depending  on  the  applied  beam-column  joints .  6th  ECCOMAS Thematic  Conference  on  Computational  Methods  in  Structural  Dynamics  and  Earthquake Engineering , June 15-17, 2017, Rhodes Island, Greece.
Khademi,  Y.,  Rezaie,  M.  2017.  Comparison  study  of  CBFs  and  EBFs  bracing  in  steel  structures  with nonlinear time history analysis. Civil Engineering Journal , 3(11), pp. 1157-1165.
Leon,  R.  T.,  Yang,  C.  S.  2003.  Special  Inverted-V-Braced  Frames  with  suspended  zipper  struts. International Workshop on Steel and Concrete Composite Construction , October 8-9, 2003, Taipei,
Taiwan
Mahfuz,  M.,  Afifuddin,  M.,  Anggraini,  R.  2020.  Tinjauan  gaya  tsunami  pada  jembatan  Krueng  Raba. Jurnal Arsip Rekayasa Sipil dan Perencanaan , 3(2), pp. 177-185.
Naxine,  D.,  Prasad,  R.V.R.K.  2016.  Review  paper  on  comparative  study  in  the  analysis  of  multistorey RCC  structure  by  using  different  types  of  concentric  bracing  system(by  using  software). International Journal of Scientific Development and Research , 1(6), pp. 432-433.
Patil, D., M., Sangle, K., K. 2015. Seismic behaviour of different bracing systems in High Rise 2-D steel buildings. Research Journal of The Institution of Structural Engineers , pp. 1-24
Pourbaba, M., Karimia, M. R. G., Zareib, B., Azar B. B. 2013. Behavior of Zipper Braced Frame (ZBF) compared  with  other  Concentrically  Braced  Frame  (CBF). International  Journal  of  Current Engineering and Technology , 3(4), pp. 1202-1208.
Sangle, K. K., Bajoria, K. M., Mhalungkar, V. 2012. Seismic analysis of High Rise Steel Frame Building with and without bracing. 15th World Conference in Earthquake Engineering , Lisboa, Portugal.