Journal homepage: http://iptek.its.ac.id/index.php/jats
Performa  Aksial  Tekan  pada  Aplikasi Fibre  Reinforced  Polymer (FRP)  terhadap Perkuatan Kolom Concrete Filled Steel Tube (CFST) menggunakan Metode Elemen Hingga
Ida Ayu Saraswati 1,* , Budi Suswanto 1 , Ahmad Basshofi Habieb 1
Departemen Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 1 Koresponden*, Email: ida.saraswati@ymail.com
Info Artikel Abstract
Diajukan                05 Juni 2022
Diperbaiki             25 Juli 2022 Disetujui                25 Juli 2022 Keywords: CFST-CFRP column, bearing capacity, ABAQUS, local buckling.
Concrete  Filled  Tubes  (CFT)  steel  tube  columns  are  widely  applied  in  various  structural systems that have long spans and many levels such as buildings and bridges. In this thesis, we will  discuss  strengthening  the  CFT  column  by  installing  a  3-layer  carbon-type  FRP  stripe (CFRP) in the area where there is a potential for a plastic joint that is assumed to be at the lower end of the CFT column. The specimen test parameters are in the form of steel thickness from the CFT column and the effect of CFRP restraint on the column. Modeling due to cyclic lateral loads is modeled with the ABAQUS auxiliary program. From the modeling results, it was  analyzed  that  CFRP  significantly  increased  bearing  capacity  and  reduced  the  level  of crushing of core concrete and inhibited the occurrence of buckling in steel tubes on the CFT column. The brittle behavior of CFRP materials is still able to work well on CFT columns by showing a trend of stiffness degradation that is not sharp. In addition, thickening the CFT- CFRP column from 3 mm to 5 mm and 10 mm can slow down buckling, increase bearing axial capacity, initial stiffness, increase energy dissipation and ductility.
Kata kunci: kolom CFST-CFRP, kapasitas tahanan, ABAQUS, tekuk lokal
Abstrak
Kolom  tabung  baja  terisi  beton  atau Concrete  Filled  Tubes (CFT)  banyak  diaplikasikan dalam berbagai sistem struktur yang memiliki bentang panjang dan jumlah tingkat yang banyak seperti gedung dan jembatan. Dalam tesis ini akan dibahas perkuatan kolom CFT dengan  pemasangan  FRP  tipe  karbon  (CFRP)  sejumlah  3  lapis  pada  daerah  yang berpotensi  terjadi  sendi  plastis  yang  diasumsikan  berada  di  ujung  bawah  kolom  CFT. Parameter uji spesimen yaitu berupa tebal baja dari kolom CFT dan pemasangan CFRP. Pemodelan akibat beban lateral siklik dimodelkan dengan software ABAQUS. Dari hasil pemodelan  dianalisis  bahwa  CFRP  signifikan  meningkatkan bearing  capacity aksial  dan mengurangi tingkat crushing beton inti dan menghambat terjadinya buckling pada tabung baja pada kolom CFT. Perilaku material CFRP yang getas masih mampu bekerja dengan baik pada kolom CFT dengan menunjukkan tren degradasi kekakuan yang tidak tajam. Selain itu, dengan mempertebal kolom CFT-CFRP dari 3 mm menjadi 5 mm dan 10 mm dapat  memperlambat  buckling,  menambah  bearing  capacity  aksial, initial  stiffness , meningkatkan disipasi energi dan daktilitas
1. Pendahuluan Kolom tabung baja terisi beton atau Concrete Filled Steel Tube (CFST) umumnya lebih diminati daripada kolom beton bertulang  atau Reinforced  Concrete (RC)  dan  kolom  baja konvensional  karena  beberapa  keunggulannya  seperti kekuatan,  daktilitas,  dan  kekakuan  yang  lebih  tinggi  [1]. Beton  inti  dapat  meningkatkan  kekakuan  tabung  baja  dan mengurangi risiko tekuk global maupun tekuk lokal. Ketika kolom  menerima  kompresi,  pengekangan  oleh  tabung  baja menahan  deformasi  beton  ke  arah  lateral  [2].  Kolom  tidak hanya mengalami beban aksial tekan tetapi juga beban lateral seperti  beban  angin  dan  seismik.  Akibat  pembebanan berulang  tersebut,  tekuk  lokal  terbentuk  pada  area  dimana momen  paling  besar  dihasilkan  sehingga  mengurangi
efisiensi pengekangan beton inti yang disediakan tabung baja [3].  Selain  itu,  untuk  tabung  baja  persegi  yang  memiliki dinding  tipis  dengan  material  mutu  tinggi  sangat  rentan terhadap  tekuk  lokal  [4].  Meskipun  tekuk  ke  arah  dalam tabung baja dicegah oleh beton inti, tekuk lokal ke arah luar yang  terjadi  dapat  menyebabkan  penurunan  sifat  mekanis kolom  [5].  Kolom  CFST  dengan  pembebanan  tinggi  juga tidak menunjukkan kinerja seismik yang baik kecuali tabung baja yang digunakan sangat tebal. Fenomena tersebut lebih eksplisit ketika kolom CFST yang digunakan berpenampang persegi  atau Rectangular  Concrete  Filled  Steel  Tube (RCFST) yang mana bentuk penampang tersebut cenderung lebih  diaplikasikan  pada  berbagai  struktur  bangunan  [6]. Umumnya,  perkuatan  bangunan  meliputi  pengelasan,
Saraswati dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (311-322) 312
pembautan pengaku pelat baja maupun elemen bresing [7]. Akan  tetapi,  akibat  pengelasan  pelat  baja,  perubahan distribusi  tegangan  dan  sifat  material  terjadi  di  dalam struktur, sehingga menimbulkan tegangan sisa [8].
Oleh  karena  itu,  pada  daerah  kritis  tersebut  dibutuhkan rotasi  plastis  yang  besar  tanpa  terjadi  penurunan  kekakuan dan  kekuatan  yang  signifikan.  Alternatif  perkuatan  lainnya yaitu  menambahkan  material Fibre  Reinforced  Polymer (FRP).  FRP  menunjukkan  keunggulan  karakteristik  seperti berikut: [9]
a. Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi dan modulus yang spesifik tinggi.
b. Sifat material yang sesuai dengan segala desain kolom.
c. Ketahanan korosi yang sangat baik.
d. Koefisien muai panas mendekati dengan material beton. Pengujian  kolom  CFST  yang  terkekang  FRP  terhadap kinerja  seismiknya  telah  dilakukan  sebelumnya  oleh beberapa  peneliti.  Investigasi  kolom  CFST  menggunakan beton  yang  terbuat  dari  campuran  air  laut  dan  pasir  atau Seawater  and  Sea  Sand  Concrete (SWSSC)  yang  dilapisi oleh  tabung  FRP  menunjukkan  respon  yang  serupa  antara tegangan-regangan  aksial  tabung  FRP  dengan  tegangan- regangan  aksial  keseluruhan  bagian  kolom  [10].  Hal  ini menunjukkan bahwa tabung FRP dapat bekerja dengan baik bersama  tabung  baja  dan  menghasilkan  deformasi  yang sinkron. Selain itu, pengujian kolom SWSSC yang dikekang FRP lainnya terhadap beban tekan aksial siklik menunjukkan efek  pengekangan  dari  FRP  yang  secara  efektif meningkatkan kondisi ultimit spesimen. Sehingga membuat kolom  CFST  mencapai  kekuatan  yang  lebih  tinggi  dan memiliki  daktilitas  yang  baik  [11].  Pengujian  terhadap  36 kolom  SWSSC  yang  dikekang  FRP  menunjukkan  bahwa FRP  bagian  dalam  dan  luar  kolom  mampu  menunda  tekuk lokal  dari  tabung  baja.  Selain  itu,  tabung  FRP  dapat meningkatkan  daya  dukung  dan  deformabilitas  dari  kolom CFST  tersebut  [12].  Perilaku  tegangan-regangan  dari  6 kolom  CFST  dengan  berbagai  ketebalan  FRP  akibat pembebanan aksial siklik menunjukkan, dengan bertambahnya  jumlah  lapisan  FRP,  performa  FRP  dalam memulihkan regangan, kondusif terhadap susut beton selama unloading dan  secara efektif memperlambat perkembangan regangan  plastis  [13].  Perilaku  kolom  CFST  yang menggunakan beton mutu tinggi atau High Strength Concrete (HSC) dan baja mutu tinggi atau High Strength Steel (HSS) akibat beban seismik juga diinvestigasi secara eksperimental. Didapat bahwa efek dari ketebalan tabung FRP pada kolom CFST  tidak  signifikan  [14].  Analisis  kolom  CFST-FRP menggunakan  beton  tipe Recycled  Concrete  Lumps (RCL)
didapat bahwa untuk spesimen dengan FRP 6 lapis, tegangan aksial  berkurang  secara  signifikan  karena  adanya  material RCL tersebut. Namun, untuk spesimen dengan FRP 9 lapis, tegangan aksial kolom menjadi tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa  efek  negatif  terkait  penggunaan  RCL  dapat dieliminasi  dengan  menyediakan  pengekangan  FRP  yang cukup.  Perilaku  pasca-elastis  dari  kolom  CFST  yang memiliki  tabung  baja  ganda  atau Double  Skin  Tubular Column (DSTC)  dan  dikekang  FRP  menunjukkan  perilaku tekan  DSTC  meningkat  hingga  sekitar  43%  dalam  hal kapasitas  beban  aksial  [16].  Selain  itu,  dampak  dari parameter yang berbeda pada kapasitas beban aksial kolom DSTC  menunjukkan,  ketika  rasio  panjang  kolom  terhadap diameter tabung eksternal lebih rendah dan diameter tabung internal  konstan,  kapasitas  beban  aksial  meningkat  sebesar 44,1% hingga 65,4%. Kapasitas beban aksial menjadi turun sebesar 12,6% ketika dimensi tabung baja luar konstan [17].
Merujuk pada latar belakang tersebut, penelitian ini akan dibahas  terkait  ketebalan  tabung  baja  yang  efektif  dapat memperlambat buckling pada  ujung  bawah  kolom  CFST- CFRP.  Selain  itu,  signifikansi  degradasi  kekakuan  kolom CFST tanpa CFRP maupun diperkuat CFRP ketika fase pasca elastis  akan  dipaparkan.  Perfoma  seismik  kolom  juga dievaluasi  seperti  daktilitas,  disipasi  energi, initial  stiffness dan kapasitas tahanan setelah elemen struktur baja menjadi kesatuan material komposit FRP akibat pembebanan lateral.

## 2. Metode
Data  geometri,  konfigurasi,  material  dan  skema pembebanan yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada  pengujian  kolom  CFST-CFRP  skala  besar  [5]. Pendekatan  analisis  menggunakan  metode  elemen  hingga dengan  program  bantu  ABAQUS.  Hubungan  tegangan- regangan  tabung  baja  Q550  disimulasikan  menggunakan model  trilinear  yang  ditunjukkan  pada Gambar 1 dan berdasarkan perumusan pada Persamaan 1.
ϵ =
⎩ ⎪ ⎨ ⎪ ⎧           , 0 < f ≤ 730 MPa
, 730 < f ≤ 825 MPa
1,25 ϵ  , f > 825 MPa
(1)
Parameter plastis Concrete Damage Plastic (CDP) dalam model  ABAQUS  ditunjukkan  pada Tabel  1 .  Sedangkan pendekatan  kurva tegangan-regangan  tekan dan tarik beton confined akibat  efek  pengekangan  tabung  baja ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3. Pendefinisian kurva tersebut
= ⎩ ⎪ ⎨ ⎪ ⎧ − , 0 < ϵ ≤ ϵ , , , ϵ > ϵ (2) 𝜖 = (1300 + 12.5𝑓 ) + 1330 + 760
− 1 𝜉 . (3) σ = 1 + (−0.0135ξ + 0.1ξ)
. f (4) ϵ = 0.0000431σ (5) σ = 0.26(1.25f ) / (6)
β = , . (7)
ξ =
(8)
menggunakan rumus empiris penelitian  [17] yang dijabarkan pada  Persamaan  2  hingga  8.  Variabel  kerusakan  beton digunakan  untuk  menentukan  degradasi  kekakuan  beton akibat  aksial  tekan  dan  tarik  yang  didefinisikan  pada Persamaan 9 hingga Persamaan 10.
d = 1 − (9) d = 1 − (10)
Perilaku  elastis  CFRP  didefinisikan  menggunakan Modulus  Young sebesar  236400  MPa.  Sedangkan  perilaku plastis didefinisikan dengan  kurva tegangan-regangan yang ditunjukkan  pada Gambar  4 .  Pemodelan  kolom  CFST- CFRP terdiri dari module part solid beton, part shell tabung baja  dan part shell CFRP.  Pada  bagian  kolom  yang berpotensi mengalami sendi plastis ukuran mesh lebih halus daripada mesh bagian kolom lainnya. Tools pada ABAQUS yaitu partition cell digunakan untuk membagi bagian kolom CFST  yang  terlapisi  CFRP  kemudian  dilakukan seed  part dengan  ukuran mesh 30  mm  x  30  mm.  Sedangkan  bagian kolom lainnya menggunakan ukuran mesh 75 mm x 30 mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 . Step pembebanan yang  diaplikasikan  yaitu  beban  horizontal  siklik  dengan durasi  30  detik  berdasarkan  skema  pembebanan  yang ditunjukkan  pada Gambar  6 .  Perilaku bonding dan slip antara permukaan dalam tabung baja dengan permukaan luar beton  inti  dimodelkan  pada interaction  contact ABAQUS yang mana arah normal menggunakan hard contact dan arah tangensial  mengadopsi  koefisien  friksi  sebesar  0,25  untuk mencegah permukaan yang  saling bersentuhan mengelupas dan sliding satu sama lain. Sedangkan untuk mengikat nodal- nodal  serta  permukaan  pada  kolom  CFST-CFRP  dengan Untuk memastikan analisis elemen hingga tidak mengalami
Gambar  1. Grafik  Hubungan  Tegangan-Regangan  Baja Q550
Gambar 2. Kurva Tegangan – Regangan Model Konstitutif Tekan Beton
Gambar 3. Kurva Model Konstitutif Tarik Beton
Tabel 1. Data Material Perilaku Beton dalam ABAQUS
Parameter Nilai Berat Jenis (ton/mm 3 ) 2,2 x 10 -9 Modulus Elastisitas (MPa) 39000 Poisson Ratio 0,2 Sudut Dilatasi 39 Eksentrisitas 0,1 Fb0/fc0 1,16 K 0,6667 Parameter Viskositas 0,0001
0 200 400 600 800 1000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 T eg an g an ( M P a) Regangan 0 10 20 30 40 50 60 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 T eg an ga n ( M P a) Regangan 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 0 0.0003 0.0006 0.0009 0.0012 0.0015 0.0018 T eg an ga n ( M P a) Regangan
Saraswati dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (311-322) 314
error maka  harus  dipastikan  menggunakan  permukaan sebagai slave surface dalam setiap constraint yang berbeda. Loading  plate baja  dan  dengan base  plate digunakan tie constraint .
3. Hasil dan Pembahasan Gambar 7 hingga Gambar 9 menunjukkan distribusi tega- ngan  kolom  CFST unconfined dan confined menggunakan CFRP akibat pembebanan lateral.
Gambar 4. Grafik Hubungan Tegangan-Regangan CFRP
Gambar 5. Ukuran Mesh pada Kolom CFST- CFRP
Gambar 6. Grafik Input Beban siklik pada ABAQUS
Secara keseluruhan untuk kolom CFST unconfined , tegangan paling  tinggi  terkonsentrasi  pada  ujung  bawah  kolom. Tegangan von  mises dari  tabung  baja  lebih  besar  dari tegangan  leleh  bahannya,  hal  ini  mengindikasikan  bahwa kolom  cenderung  mengalami buckling pada  daerah  sendi plastis meskipun tabung baja sudah dipertebal hingga 10 mm. Sedangkan  untuk  kolom  CFST confined tegangan  paling tinggi  yang  terjadi  tidak  lebih  besar  dari  tegangan  tarik ultimit  CFRP,  maka  CFRP  tersebut  mampu  menghambat buckling dan serat CFRP juga tidak putus ( rupture ) hingga
Gambar 7. Kontur Tegangan Kolom CFST-3 dan CFST-3- CFRP
Gambar 8. Kontur Tegangan Kolom CFST-5 dan CFST-5- CFRP
Gambar 9. Kontur Tegangan Kolom CFST-10 dan CFST- 10-CFRP
0 800 1600 2400 3200 4000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 T eg an ga n (M P a) Regangan -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25 30 P er p in d ah an ( ∆ ) (m m ) Waktu (detik)
(a) Kolom CFST-3 (b) Kolom CFST-3-CFRP
(c) Kolom CFST-5
(d) Kolom CFST-5-CFRP
(e) Kolom CFST-10 (f) Kolom CFST-10-CFRP
Gambar 10. Perbandingan Kurva Histeresis Kolom CFST Unconfined dan Confined oleh CFR
-45000 -30000 -15000 0 15000 30000 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 G a ya R ea k si ( N ) Perpindahan (mm) -45000 -30000 -15000 0 15000 30000 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 G a y a R ea k si ( N ) Perpindahan (mm) -51000 -36000 -21000 -6000 9000 24000 39000 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 G ay a R ea k si ( N ) Perpindahan (mm) -46000 -31000 -16000 -1000 14000 29000 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 G ay a R ea k si ( N ) Perpindahan (mm) -67000 -52000 -37000 -22000 -7000 8000 23000 38000 53000 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 G ay a R ea k si ( N ) Perpindahan (mm) -67000 -52000 -37000 -22000 -7000 8000 23000 38000 53000 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 G ay a R ea k si ( N )
Perpindahan (mm)
Saraswati dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (311-322) 316
akhir pembebanan. Gambar 10 menunjukkan perbandingan berbagai  kurva  histeresis  kolom  CFST unconfined dan confined menggunakan CFRP. Secara umum, kolom CFST confined memiliki puncak bearing capacity yang lebih tinggi daripada  kolom  CFST unconfined .  Hal  ini  bersesuaian dengan analisa distribusi tegangan kolom CFST sebelumnya, dimana  CFRP  dapat  menghambat  deformasi buckling pada casing baja. Material CFRP sendiri memiliki perilaku getas, namun  dari  kurva-kurva  histeresis  tersebut  terlihat bearing capacity mengalami  degradasi  secara  perlahan  setelah mencapai peak  load .  Sehingga  dapat  disimpulkan  material CFRP mampu bekerja secara daktail pada kolom CFST.
Perbandingan  kurva  skeleton  berbagai  model  kolom CFST  ditunjukkan  pada Gambar  11 .  Untuk  kolom  CFST- CFRP dengan tebal baja 3 mm, kapasitas tahanan pada tahap akhir  pembebanan  dapat  mencapai  5309,44  N.  Sedangkan untuk  kolom  CFST  tanpa  CFRP,  kapasitas  tahanan  hanya mencapai  4.313,44  N  sebelum failure terjadi.  Hal  ini  juga terjadi pada kolom CFST dengan ketebalan tabung baja lebih dari  3  mm,  dimana  terdapat  perbedaan  yang  cukup  jelas untuk kapasitas tahanan antara kolom CFST unconfined dan confined ketika  fase failure .  Maka  dapat  disimpulkan, penambahan  lapisan  CFRP  dapat  memperlambat  kolom CFST mengalami keruntuhan ( failure ).
Untuk membandingkan tahapan kerusakan kolom CFST yang diperkuat dan tidak diperkuat CFRP, kontur tegangan untuk  kolom  CFST  yang  menggunakan  tebal  baja  3  mm ditampilkan pada Gambar 12 dan Gambar 13 . Untuk kolom yang  tidak  diperkuat  CFRP,  ketika  tabung  baja  leleh, ditemukan buckling pada  daerah  sudut  kolom  yang berlokasikan 0-90 mm dari bawah kolom (Gambar 12(a)). Ketika  mencapai  beban  puncak,  tabung  baja fracture dan beton  mulai  terlihat crushing .  Sedangkan  pada  tahap pembebanan  akhir, tegangan baja meningkat  namun belum mencapai  tegangan  ultimitnya  dan crushing beton  semakin terlihat jelas dengan area kerusakan yang lebih besar. Untuk kolom  yang  diperkuat  CFRP  ( Gambar  13 )  ketika  tabung baja  mencapai  tegangan  lelehnya,  CFRP  belum menunjukkan  tanda-tanda  kerusakan  serat.  Kemudian  saat mencapai  beban  puncak,  beton  inti  mulai crushing dan tingkat  kerusakannya  tidak  signifikan  seperti  kolom  CFST yang  tidak  diperkuat  CFRP  pada Gambar  12(c) .  Ketika mencapai  kondisi  ultimit,  area  tengah  bawah  kolom  mulai kehilangan  efek confinement dari  CFRP,  sehingga  retak CFRP semakin melebar dan beton semakin hancur.
Pada  dasarnya,  kapasitas  tahanan  kolom  tanpa  CFRP dapat  meningkat  secara  signifikan  seiring  bertambahnya ketebalan tabung  baja  yaitu  12,8%-34,05%.  Pada Tabel  2 didapat  bahwa  perpindahan  leleh  ( yield  displacement )  dari
kolom  CFST  yang  tidak  dilapisi  CFRP  ( unconfined )  dan kolom  CFST  yang  dilapisi  CFRP  ( confined )  saling mendekati. Akan tetapi, kapasitas tahanan ( bearing capacity ) dari  kolom  CFST  dapat  meningkat  ketika  dikekang  oleh CFRP.  Pada  stase  elastis,  ketika  arah  pembebanan  lateral negatif,  kapasitas  tahanan  kolom unconfined dan confined dengan  tebal  tabung  baja  3  mm  yaitu  masing  –  masing 31040,9  N  dan  32486,4  N  atau  meningkat  sebesar  4,66% ( Tabel 2 ). Hal ini menunjukkan bahwa penambahan CFRP pada kolom tidak memperlambat pelelehan kolom CFST-3- CFRP,  melainkan  hanya  menambah  kemampuan  tahanan kolom.
(a) Tebal Tabung Baja 3 mm
(b) Tebal Tabung Baja 5 mm
(c) Tebal Tabung Baja 10 mm
Gambar  11. Perbandingan  Kurva  Kurva  Hubungan  Gaya Reaksi  Aksial  vs  Displacement  Kolom  CFST Unconfined dan Confined oleh CFRP
-45000 -28000 -11000 6000 23000 40000 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 P ( N ) ∆ (mm) CFT-3 CFT-3-CFRP -62000 -44000 -26000 -8000 10000 28000 46000 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 P ( N ) ∆ (mm) CFT-5 CFT-5-CFRP -75000 -56000 -37000 -18000 1000 20000 39000 58000 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 P ( N ) ∆ (mm) CFT-10 CFT-10-CFRP
Tabel 2. Titik-Titik Karakteristik dari Kurva Skeleton Model Arah Pembebanan Titik Leleh Titik Puncak Titik Ultimit P y (N) ∆ y (mm) P m (N) ∆ m (mm) P u (N) ∆ u (mm) CFST-3 + 33739,47 16,67 35571,64 18,84 30235,89 21,34 - -31040,90 -12,29 -35615,00 -18,84 -30272,80 -33,64 CFST-5 + 37631,95 16,73 40126,40 18,84 34107,44 22,16 - -44619,00 -16,89 -47742,80 -18,84 -40581,40 -33,07 CFST-10 + 50364,58 18,07 51800,00 18,84 44030,00 25,78 - -58414,40 -20,02 -60156,80 -23,55 -51133,30 -35,12 CFST-3-CFRP + 34732,34 16,78 36668,96 18,84 31168,62 21,62 - -32486,40 -13,02 -36935,10 -23,55 -31394,90 -39,71 CFST-5-CFRP + 34831,09 15,53 36533,96 18,84 31053,87 21,35 - -40304,00 -16,06 -43370,00 -18,84 -36864,50 -12,93 CFST-10-CFRP + 47909,67 16,52 52301,60 18,84 31053,87 21,35 - -59072,70 -19,98 -60929,60 -23,55 -36864,50 -12,93
(a) Ketika baja leleh pertama (b) Ketika peak load (c) Ketika kondisi ultimit
Gambar 12. Mode Kegagalan Kolom CFST
Saraswati dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (311-322) 318
Tabel 3. Titik-Titik Karakteristik dari Kurva Skeleton Model Arah ∆ y ∆ u µ Pembebanan (mm) (mm) CFST-3 + 16,67 21,34 1,280 – -12,29 -33,64 2,738 CFST-5 + 16,73 22,16 1,325 – -16,89 -33,07 1,957 CFST-10 + 18,07 25,78 1,427 – -20,02 -35,12 1,754 CFST-3-CFRP + 16,78 21,62 1,288 – -13,02 -39,71 3,051 CFST-5-CFRP + 15,53 21,35 1,375 – -16,06 -12,93 0,805 CFST-10-CFRP + 16,52 21,35 1,293 – -19,98 -12,93 0,647
(a) Ketika baja leleh pertama (b) Ketika peak load (c) Ketika kondisi ultimit
Gambar 13. Mode Kegagalan Kolom CFST-CFRP
CFRP Fracture dan Beton hancur
(a) Tebal Tabung Baja 3 mm
(b) Tebal Tabung Baja 5 mm
(c) Tebal Tabung Baja 10 mm
Gambar  14 .  Perbandingan  Deteriorasi  Kekakuan  Kolom CFST Unconfined dan Confined oleh CFRP
Namun  hal  tersebut  tidak  berlaku  khususnya  untuk  kolom diperkaku  menggunakan  CFRP  dengan  ketebalan  tabung baja yang digunakan 5-10 mm. Untuk kolom CFST dengan tebal tabung baja lebih dari 3 mm, kapasitas tahanan menurun ketika  diperkaku  CFRP  mencapai  4,87%-9,67%.  Hal  ini ditunjukkan  dengan  kapasitas  tahanan  ketika  fase  elastis- plastis ( Tabel 2 ) untuk kolom CFST dan kolom CFST-CFRP dari  35.571,64  N  menjadi  36.668,96  N  atau  meningkat sebesar  3,71%.  Namun  jika  dibandingkan  dengan  kolom CFST-3,  kolom  CFST-5  memiliki  kinerja  seismik  yang buruk. Terutama ketika fase elastis-plastis dan fase failure , kapasitas  tahanan  kolom  CFST-CFRP  menurun  8,95%- 9,16% dari kapasitas tahanan kolom CFST dan failure terjadi lebih  cepat.  Maka  dapat  disimpulkan  bahwa  CFRP  dapat
bekerja  secara  efektif  menaikkan  kapasitas  tahanan  kolom jika tebal baja yang digunakan yaitu 3 mm.
Koefisien daktilitas seluruh kolom CFST tersedia dalam Tabel  3 .  Dari  tabel  tersebut  terlihat  koefisien  daktilitas berkisar  1,28  –  1,427  ketika  pembebanan  arah  positif  dan 0,647  –  3,051  ketika  pembebanan  arah  negatif.  Koefisien daktilitas rata – rata untuk kolom CFST mutu normal pada umumnya lebih besar dari 3 [17] yang menunjukan daktilitas kolom  CFST  mutu  tinggi  dalam  pemodelan  ABAQUS  ini sangat  kecil.  Faktor  utama  yang  mempengaruhi  daktilitas kolom yaitu tebal selongsong baja, kuat tekan beton dan kuat leleh  baja.  Penggunaan  kolom  CFST  dengan  beton  mutu tinggi dan baja mutu tinggi dengan dinding yang tipis dapat melemahkan daktilitas. Namun adanya perkuatan dari CFRP ini  kondusif  terhadap  daktilitas.  Koefisien  daktilitas  untuk kolom  CFST  tanpa  CFRP  dibandingkan  dengan  kolom CFST-CFRP meningkat mencapai 0,63% – 11,43%. Namun untuk kolom CFST yang menggunakan tebal tabung baja 10 mm, koefisien daktilitas menurun sebesar 9,38% ketika arah pembebanan  positif  dan  63,10%  ketika  arah  pembebanan negatif.  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  penggunaan CFRP  tidak  meningkatkan  daktilitas displacement pada kolom CFST yang menggunakan tebal tabung baja 10 mm. Pengekangan  CFRP  pada  kolom  CFST  lebih  signifikan meningkatkan  daktilitas  spesifik  pada  kolom  CFST  yang menggunakan tebal tabung baja sebesar 3 mm. Dari analisis kurva  skeleton  sebelumnya  juga  sudah  disimpulkan  bahwa performa  seismik  untuk  kolom  CFST-CFRP  dengan  tebal tabung baja 3 mm lebih efektif daripada kolom kolom CFST- CFRP dengan ketebalan tabung baja lainnya.
Perbandingan deteriorasi kekakuan berbagai kolom CFST ditunjukkan pada Gambar 14. Grafik kekakuan setiap model kolom  CFST  menunjukkan  tren  yang  serupa, dimana  dete- riorasi  kekakuan  semakin  signifikan  seiring  bertambahnya perpindahan ( displacement ). Namun pada 3 siklus pertama, kekakuan  masih  mengalami  kenaikan.  Sedangkan  pada siklus  selanjutnya  hingga  akhir  siklus  pembebanan,  degra- dasi kekakuan antara kolom CFST-CFRP dan kolom CFST menunjukkan tren yang sangat mirip terutama untuk kolom CFST  dengan  tabung  baja  setebal  10  mm.  Sedangkan  tren degradasi kekakuan untuk kolom CFST yang menggunakan tabung  baja  10  mm,  kekakuan  kolom  ketika  fase  awal pembebanan jauh lebih tinggi, sehingga deteriorasi kekakuan kolom terlihat seperti turun lebih tajam. Sedangkan pada fase elastis-plastis atau ketika rentang perpindahan lateral antara 10  mm–25  mm,  kolom  CFST-CFRP  yang  menggunakan tebal baja 3 mm memiliki kekakuan yang lebih besar berkisar 3,7-18,65% dari kolom.
-400 100 600 1100 1600 2100 2600 3100 3600 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 K ek a k u an ( N /m m ) ∆ (mm) CFT-3-CFRP CFT-3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 K ek a k u a n ( N /m m ) ∆ (mm) CFT-5-CFRP CFT-5 -500 500 1500 2500 3500 4500 5500 6500 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 K e k a k u a n ( N /m m ) ∆ (mm) CFT-10-CFRP CFT-10
Saraswati dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (311-322) 320
Gambar  15 .  Perbandingan  Disipasi  Energi  Kolom  CFST Unconfined dan Confined oleh CFRP
(a) Tebal Tabung Baja 3 mm
(b) Tebal Tabung Baja 5 mm
(d) Tebal Tabung Baja 10 mm
Gambar  16 .  Perbandingan  Disipasi  Energi  Kolom  CFST Unconfined dan Confined oleh CFRP
CFST unconfined .  Sedangkan  kolom  CFST  dengan  tabung baja  10  mm,  kekakuan  kolom  CFST-CFRP  lebih  besar berkisar  0,66%-7,83%  daripada  kolom  CFST unconfined . Namun untuk kolom CFST yang menggunakan tebal baja 5 mm, performa yang dimiliki kolom CFST unconfined justru lebih baik daripada kolom CFST-CFRP. Hal ini ditunjukkan ketika fase elastis-plastis, kolom CFST dengan tabung baja 5 mm unconfined memiliki kekakuan lebih besar berkisar 2,01- 13,62%  daripada  kolom  CFST confined .  Hal  ini  sejalan dengan analisa kurva skeleton dimana kinerja seismik kolom CFST-CFRP lebih efektif untuk ketebalan tabung baja 3 mm dibandingkan kolom CFST dengan tebal baja 5-10 mm.
Akumulasi disipasi energi setiap kolom CFST ditunjuk- kan pada Gambar 15. Secara umum, dari grafik bar tersebut dapat  disimpulkan  pengekangan  CFRP  secara  efektif  me- ningkatkan  kapasitas  disipasi  energi.  Untuk  kolom  CFST yang memiliki tebal baja 3 mm, akumulasi energi bertambah ketika diperkuat CFRP yaitu dari 23,41 kJ menjadi 27,93 kJ atau  meningkat  sebesar  19,34%.  Sedangkan  untuk  kolom CFST  yang  memiliki  tebal  baja  5  mm,  akumulasi  energi bertambah  ketika  diperkuat  CFRP  yaitu  dari  29,51  kJ menjadi  32,25  kJ  atau  meningkat  sebesar  9,28%.  Pening- katan  akumulasi  energi  juga  berlaku  untuk  kolom  CFST dengan  tebal  baja  10 mm, dimana  disipasi  energi  37,66 kJ menjadi 48,06 kJ atau meningkat sebesar 27,59%.
Disipasi  energi  pada  setiap  tingkat  pembebanan  dapat dihitung  berdasarkan  luas  dari loop kurva  histeresis  pada setiap siklus pembebanan  tersebut. Gambar 16 menunjuk- kan  kurva  hubungan  disipasi  energi  terhadap  perpindahan lateral.  Secara  keseluruhan,  energi  setiap  model kolom CFST-CFRP dan kolom CFST tanpa CFRP bertambah secara linear seiring bertambahnya perpindahan lateral. Oleh karena efek Bauschinger dari materal baja ketika proses loading dan unloading tidak  sepenuhnya  dipertimbangkan  dalam ABAQUS.  Maka,  disipasi  energi  terlihat  naik  signifikan hanya  ketika  kolom  CFST  memasuki  fase  pasca  leleh (perpindahan lateral 15 mm).
Meskipun  efek  pengekangan  CFRP  tidak  dapat memperlambat  tekuk  lokal  kolom  CFST,  kekakuan  elastis ( initial  stiffness )  dapat  meningkat  seperti  yang  ditunjukkan dalam Tabel 4 , dimana ketika kolom CFST dibebani secara lateral arah positif, untuk kolom dengan tebal tabung baja 10 mm, kekakuan elastis kolom CFST dan kolom CFST-CFRP yaitu  2.787,20  N/mm  meningkat  menjadi  2.900  N/mm. Sedangkan kekakuan elastis kolom CFST dan kolom CFST- CFRP  dengan  tebal  tabung  baja  5  mm  menurun  0,33%  - 4,97%. Pada stase elastis-plastis, tekuk lokal mulai terbentuk dan CFRP memiliki peran penting dalam menghambat tekuk lokal tersebut.
Tabel 4. Kekakuan pada Stase Elastis ( Initial Stiffness ) Model Arah Pembebanan Kekakuan Elastis (N/mm) CFST-3 + 2023,49 - 2526,40 CFST-5 + 2249,60 - 2641,32 CFST-10 + 2787,20 - 2917,38 CFST-3-CFRP + 2069,91 - 2496,00 CFST-5-CFRP + 2242,22 - 2509,98 CFST-10-CFRP + 2900,92 - 2955,98

## 4. Simpulan
Dari  hasil  dan  analisa  yang  dilakukan  dalam  penelitian dengan pemodelan ABAQUS ini, dapat disimpulkan sebagai berikut:
1.  Kolom   CFST yang tidak diperkaku CFRP ( unconfined ) dengan  tebal  tabung  baja  3  mm  memiliki yield displacement 16,67  mm.  Sedangkan  selisih yield displacement ketika  tabung  baja  dipertebal  menjadi  5 mm, hanya sebesar 0,06 mm.  Maka, dengan mempertebal tabung baja tidak memperlambat pelelehan atau potensi buckling pada kolom CFST.
2.  Kolom CFST dengan tebal tabung baja lebih dari 3 mm, kapasitas  tahanan  menurun  ketika  diperkaku  CFRP mencapai 4,87% - 9,67%.
3.  Degradasi  kekakuan  ketika  fase  elastis-plastis  kolom CFST-CFRP  yang  menggunakan  tebal  baja  3  mm memiliki kekakuan yang lebih besar berkisar 3,7-18,65% dari  kolom  CFST  tanpa  CFRP.  Namun  untuk  kolom CFST yang menggunakan tebal baja 5 mm, kolom CFST CFST  tanpa  CFRP  memiliki  kekakuan  lebih  besar berkisar 2,01-13,62% daripada kolom CFST-CFRP.
4.  Kolom  CFST  dengan  tebal  baja  10  mm  memiliki peningkatan akumulasi energi terbesar yaitu dari 23,41 kJ menjadi 27,93 kJ atau meningkat sebesar 19,34%.
5.  Perkuatan  CFRP  menaikkan  daktilitas  kolom  CFST- CFRP  hanya pada pemodelan  dengan  tebal  baja 3  mm, yaitu 0,63%–11,43%. Namun untuk kolom CFST dengan tebal  baja  10  mm,  koefisien  daktilitas  menurun  9,38% ketika arah pembebanan positif dan 63,10% ketika arah pembebanan negatif.

## Daftar Pustaka
[1] M. Ansari, M. Z. Jeddi, W. H. W. Badaruzzaman, M. M.  Tahir,  S.  A.  Osman,  and  E.  Hosseinpour,  “A numerical  investigation  on  the  through  rib  stiffener beam to concrete-filled steel tube column connections subjected to cyclic loading,” Engineering Science and Technology, an International Journal , vol. 24, no. 3, pp.  728–735,  Jun.  2021,  doi:  10.1016/j.jestch.2020. 10.004.
[2] Y.  Ouyang  and  A.  K.  H.  Kwan,  “Finite  element analysis of square concrete-filled steel  tube (CFST) columns under axial compressive load,” Engineering Structures ,  vol.  156,  pp.  443–459,  Feb.  2018,  doi: 10.1016/j.engstruct.2017.11.055.
[3] J. F. Hajjar, “Concrete-filled steel tube columns under earthquake  loads,” Progress  in  Structural  Engi- neering  and  Materials ,  vol.  2,  no.  1,  Jan.  2000, doi:10.1002/(SICI)1528-2716(200001/03)2:1<72::- AID-PSE9>3.0.CO;2-E.
[4] Z.  Zhou,  D.  Gan,  and  X.  Zhou,  “Cyclic-shear behavior  of  square  thin-walled  concrete-filled  steel tubular  columns  with  diagonal  ribs,” Engineering Structures ,  vol.  259,  p.  114177,  May  2022,  doi: 10.1016/j.engstruct.2022.114177.
[5] Z.  Chen, S. Dong, and Y. Du, “Experimental study and  numerical  analysis  on  seismic  performance  of FRP  confined  high-strength  rectangular  concrete- filled  steel  tube  columns,” Thin-Walled  Structures , vol. 162, May 2021, doi: 10.1016/j.tws.2021.107560.
[6] Y.  Xiao,  Wenhui  He,  and  K.-K.  Choi,  “Confined Concrete-Filled  Tubular  Columns,” Journal  of Structural  Engineering ,  pp.  488–497,  2005,  doi: 10.1061/ASCE0733-94452005131:3488.
[7] K. Sakino, H. Nakahara, S. Morino, and I. Nishiyama, “Behavior of Centrally Loaded Concrete-Filled Steel- Tube  Short  Columns,” Journal  of  Structural Engineering ,  vol.  130,  no.  2,  Feb.  2004,  doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2004)130:2(180).
[8] X.  Y.  Mao  and  Y.  Xiao,  “Seismic  behavior  of confined  square  CFST  columns,” Engineering Structures ,  vol.  28,  no.  10,  pp.  1378–1386,  Aug. 2006, doi: 10.1016/j.engstruct.2006.01.015.
[9] Z.  Dong et  al. ,  “A  review  of  the  research  and application progress of new types  of  concrete-filled FRP  tubular  members,” Construction  and  Building Materials ,  vol.  312,  p.  125353,  Dec.  2021,  doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125353.
[10]  Y.  Wei,  C.  Zhu,  K.  Miao,  K.  Zheng,  and  Y.  Tang, “Compressive  performance  of  concrete-filled  steel tube  columns  with  in-built  seawater  and  sea  sand
Saraswati dkk, Jurnal Aplikasi Teknik Sipil, Volume 20, Nomor 3, Agustus 2022 (311-322) 322
concrete-filled  FRP  tubes,” Construction  and Building  Materials ,  vol.  317,  p. 125933,  Jan. 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125933.
[11]  Y.  Zhang,  Y.  Wei,  K.  Miao,  and  B.  Li,  “A  novel seawater  and  sea  sand  concrete-filled  FRP-carbon steel  composite  tube  column:  Cyclic  axial compression behaviour and modelling,” Engineering Structures ,  vol.  252,  p.  113531,  Feb.  2022,  doi: 10.1016/j.engstruct.2021.113531.
[12]  G. Wang, Y. Wei, K. Miao, K. Zheng, and F. Dong, “Axial  compressive  behavior  of  seawater  sea-sand coral  aggregate  concrete-filled  circular  FRP-steel composite tube columns,” Construction and Building Materials ,  vol.  315,  p.  125737,  Jan.  2022,  doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125737.
[13]  Y. Zhang, Y. Wei, K. Zhao, M. Ding, and L. Wang, “Analytical  model  of  concrete-filled  FRP-steel composite  tube  columns  under  cyclic  axial compression,” Soil  Dynamics  and  Earthquake Engineering ,  vol.  139,  p.  106414,  Dec.  2020,  doi: 10.1016/j.soildyn.2020.106414.
[14]  J.-J. Zeng, S.-D. Liang, Y. Zhuge, J.-K. Zhou, and J. Liao,  “Seismic  behavior  of  FRP-concrete-steel double  skin  tubular  columns  with  a  rib-stiffened Q690  steel  tube  and  high-strength  concrete,” Thin- Walled  Structures ,  vol.  175,  p.  109127,  Jun.  2022, doi: 10.1016/j.tws.2022.109127.
[15]  J.  K.  Zhou,  G.  Lin,  and  J.  G.  Teng,  “Compound concrete-filled  FRP  tubular  columns  under  cyclic axial compression,” Composite Structures , vol. 275, p.  114329,  Nov.  2021,  doi:  10.1016/j.compstruct.- 2021.114329.
[16]  M. Zakir and F. A. Sofi, “Experimental and nonlinear FE  simulation-based  compressive  behavior  of stiffened  FRP-concrete-steel  double-skin  tubular columns with square outer and circular inner tubes,” Engineering  Structures ,  vol.  260,  p.  114237,  Jun. 2022, doi: 10.1016/j.engstruct.2022.114237.
[17]  Han, “Concrete-Filled Steel Tube Structure- Theory and Practice,” Science Press Beijing , 2016.