Analisis Time History menggunakan SAP2000 atau ETABS

Indonesia adalah negara yang dilalui 2 jalur seismik. Oleh karenanya gempa bumi sering terjadi di negara ini. Bagi seorang insinyur teknik sipil khususnya struktur, beban gempa bumi harus menjadi aspek penting yang perlu diperhitungkan dalam mendesain bangunan dari aspek struktural. Ada 2 pendekatan yang digunakan untuk memperhitungkan beban lateral (gempa bumi) yang bekerja pada suatu struktur, yaitu analisis secara statik ekivalen dan analisis dinamik (respon spektra atau time history). Kali ini saya mau berbagi cara menganalisis beban lateral time history dengan menggunakan bantuan software SAP2000 atau ETABS. Sengaja saya tulis di blog saya, dengan harapan dapat bermanfaat bagi orang lain dan saya juga semakin mengerti dengan menuliskannya di sini 🙂

Adapun analisis ini saya bagi menjadi 3 tahapan, yaitu:

1.      Download recorded accelerograms dari the PEER database

2.      Upload accelerogram yang telah didownload ke SAP2000

3.      Run “time-history analysis: dan menampilkan hasil analisis

Download recorded accelerograms dari the PEER database

Salah satu intitusi yang bernama “The Pacific Earthquake Engineering Research (PEER)”, yang berpusat di University of California at Berkeley, mempunyai koleksi lebih dari 10,000 rekaman strong ground motion yang terdiri dari 173 data gempa yang berbeda yang dapat diakses publik secara online.

Alamat websitenya adalah:  http://peer.berkeley.edu/

Keseluruhan database ini dapat dicari di alamat: http://peer.berkeley.edu/nga/

Sebagai contoh, misalnya kita ingin mendownload accelerogram recorded the Imperial Valley 1940 earthquake. Silakan ikuti langkah seperti pada gambar berikut.

Saat event telah terpilih di top drop-down list, kita harus memilih menu DISPLAY the results “In Table” daripada “On Map”.Lalu SEARCH!

Mencari accelerogram:

Dengan meng-klik data yang diinginkan dalam hal ini NGA0006, halaman baru akan muncul dengan beberapa informasi terkait gempa tersebut. Apabila kita me-scroll down,  links menuju 3 komponen dari accelerogram (180°, 270° and vertical) akan muncul.

Dengan right-click pada satu dari link tersebut (misal komponen pertama horizontal ditandai dengan IMPVALL/I-ELC180), halaman baru berupa kumpulan data angka-angka akan terbuka yang berisi time history of the ground acceleration yang dipilih.

Empat baris pertama data di atas adalah berupa keterangan mengenai gempa tersebut, yaitu:

• Location: “Imperial Valley”
• Date: 19th May 1940
• Time: 4:39am
• Station: “El Centro Array #9”
• Direction: Horizontal, 180°
• Units of acceleration: g= 9.81 m/s2 (acceleration of gravity)
• Number of time instants: 4,000
• Sampling time: Δt= 0.01 s (f= 100 Hz)

Save data dalam format TXT atau anda dapat mengganti ekstensinya secara manual.

Adapun cara membaca data gempa tersebut adalah dari dari kiri ke kanan per baris lalu ganti ke baris selanjutnya hingga baris terakhir.

Upload accelerogram yang telah didownload ke SAP2000

Ikuti langkah-langkah seperti yang ditunjukkan oleh anak panah pada gambar.

Definisikan Time History Function.

Upload accelerogram dengan memilih menu upload from file.

Isi data-data berikut:

Dalam contoh ini data yang  diisi adalah,

• Name of the function (e.g. EL_CENTRO_1940)
• Location of the file by using the button BROWSE…
• Number of lines to skip (4 for the PEER database)
• Number of points per line (5 for the PEER database

Agar data yang telah dimasukkan dapat digunakan dalam analisis, makan data tersebut harus didefinisikan secara benar dalam menu ANALYSIS CASE. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memilih  SELECT pada menu bar, kemudian DEFINE → ANALYSIS CASES. Analysis case dari accelerogram tadi adalah TIME HISTORY, yang dapat dipilih dari menu drop-down list setelah mengklik ADD NEW CASE…

Definisikan analysis case type dan isi data-data lainnya yang sesuai

• The load type is an ACCELeration of the ground (pilihan pertama di drop-down list)
• Untuk model planar, biasanya gempa diasumsikan terjadi pada arah X, misal Load name U1 (drop-down list kedua)
• Data gempa dari website PEER masih menggunakan satuan g atau gravitasi, jadi scale factor diisi dengan 9.81 m/s2 atau 981 cm/s2, tergantung unit yangs edang digunakan pada SAP2000 atau ETABS.
• The number of time steps harus diberikan berdasarkan durasi dari accelerogram dibagi dengan sampling time: dalam contoh ini: 40 s / 0.01 s = 4,000 steps

Run “time-history analysis: dan menampilkan hasil analisis

Run program (lihat gambar di bawah ini)

Contoh hasil analisis berupa diagram gaya aksial dan diagram momen

Kita juga dapat mengetahui gaya-gaya dalam yang terjadi pada waktu tertentu seperti berikut:

Dalam kasus seperti di atas, gaya-gaya dalam adalah yang terjadi pada saat t=1 detik. Selain itu, diagram berwarna merah pada gaya aksial berarti tekan sedangkan yang berwarna kuning adalah tarik.

Selain itu, kita juga dapat menampilkan output lainnya dengan memilih menu DISPLAY lalu SHOW PLOT FUNCTION.

Dalam contoh ini akan ditampilkan displacement dalam arah X joint no. 23, dengan selang waktu 0 hingga 40 detik. Hasilnya adalah sebagai berikut: