Pengertian Analisis Struktur Menggunakan Metode LRFD dan ASD

  

Bameswarablogs -- Dalam perencanaan struktur biasanya para Civil Engineer sering menggunakan metode LRFD dan ASD, lalu munculah pertanyaan apa sih yang dimaksud LRFD dan ASD? Baik, pada postingan ini sedikit membahas sesuatu yang berhubungan dengan Analisa Struktural dimana pokok pembahasannya mengenai LRFD dan ASD.

ASD (Allowable Strength Design) dan LRFD (Load and Resistance Factor Design) adalah metodologi atau filosofi yang menyediakan alur kerja umum untuk desain elemen struktural. Perancangan elemen struktur bertujuan untuk menjaga kesehatan masyarakat, keselamatan, dan kesejahteraan umum penghuni struktur dan struktur itu sendiri. Tujuan ini terpenuhi ketika unsur-unsur dalam struktur diproporsikan sedemikian rupa sehingga, pada beban tertentu, unsur-unsur tersebut tidak mencapai keadaan batas.

Di satu sisi, LRFD adalah singkatan dari Load and Resistance Factor Design. Singkatnya, ini terdiri dari proporsi elemen struktur menggunakan beberapa faktor untuk mengurangi ketahanannya sedemikian rupa sehingga tidak ada keadaan batas yang dapat diterapkan ketika struktur dikenai beberapa kombinasi beban LRFD yang sesuai. Kombinasi beban tersebut merupakan hasil pemfaktoran beban aktual (nominal) dengan faktor lain untuk mendapatkan kondisi pembebanan ultimate state. Dalam desain struktur baja dan kayu, istilah "LRFD" digunakan untuk merujuk pada metode ini, namun untuk desain struktur beton dan pasangan bata, istilah "desain kekuatan" lebih disukai ketika mengacu pada metode ini.

Di sisi lain, ASD adalah singkatan dari Allowable Stress Design (Terkadang juga disebut sebagai Permissible Stress Design). Singkatnya, ini terdiri dari bagian struktural yang proporsional sedemikian rupa sehingga tegangan yang dihitung secara elastis pada tahap analisis di bawah beban nominal tidak melebihi beberapa tegangan izin yang ditentukan. Metode ini juga dikenal sebagai "desain stres kerja". Beban nominal, di mana tegangan elastis dihitung, berasal dari kombinasi beban ASD.

Apa perbedaan antara Kemudahan Servis (Serviceability) dan Kekuatan (Strength) ?

Ada dua jenis status batas; kemudahan servis dan kekuatan. Keadaan batas layan tercapai ketika struktur dinilai tidak berguna untuk fungsi yang dimaksudkan, hal ini biasanya terkait dengan batas defleksi atau perpindahan. Definisi AISC tentang Kemudahan Servis adalah “keadaan di mana fungsi bangunan, penampilan, pemeliharaan, daya tahan, dan kenyamanan penghuninya dipertahankan dalam penggunaan normal.” Keadaan batas kekuatan tercapai ketika struktur menjadi tidak aman, sebelum keruntuhan akhir ketika kekuatan material terlampaui.

Secara umum, kemudahan layan harus dipenuhi sedangkan batas kekuatan memastikan keamanan struktur dan harus dipenuhi. Cara yang baik untuk melihat ini adalah apa hasil atau efek dari keadaan batas yang terlampaui ini? Jika Batas Kekuatan tercapai, struktur kemungkinan akan mengalami beberapa konsekuensi serius seperti tekuk, ketidakstabilan, luluh atau kegagalan total. Jika masalah Kemudahan Servis terlampaui, hal ini umumnya memengaruhi orang dan penggunaan bangunan, misalnya penghuni mungkin merasa tidak nyaman jika terjadi deformasi atau getaran yang berlebihan di dalam bangunan. Hal ini bukan untuk mengabaikan tingkat keparahan atau keseriusan dalam memenuhi pemeriksaan kelayakan servis, karena hal ini umumnya diwajibkan dalam kontrak, memengaruhi penggunaan bangunan, dan sangat mahal untuk memperbaikinya jika terjadi kegagalan.

Lalu Perbedaan utama antara ASD dan LRFD ?

Load Combinations (Combinasi Pembebanan)

Saat menggunakan ASD, faktor kombinasi beban tidak meningkatkan nilai beban layanan yang digabungkan tetapi mewakili beban layanan aktual. Sebagian besar kombinasi dalam ASD menyertakan beban mati dengan faktor satuan, dan bila digabungkan dengan beban dinamis seperti angin, salju, dan gempa bumi, beban mati dikalikan dengan angka kurang dari satu, memperhitungkan keseimbangan antara probabilitas alam, ekonomi. , dan keamanan. Untuk informasi selengkapnya, periksa artikel kombinasi beban ASD.

Sebaliknya, kombinasi beban di LRFD meningkatkan nilai beban layanan, dengan menggunakan faktor lebih besar dari satu di sebagian besar kombinasi. Faktor-faktor ini menjelaskan ketidakpastian tentang beban dinamis, dan kemungkinan melampaui beban statis yang diharapkan selama siklus hidup struktur. Untuk informasi selengkapnya, periksa artikel kombinasi beban LRFD.

Batasi Ketidaksetaraan Keadaan (Limit State Inequalities)

Pada Metode ASD, ketidaksetaraan keadaan batas dinyatakan sebagai:

Ra≤Rn/Ω

Di mana Ra, adalah Kekuatan yang Diperlukan berdasarkan beban yang diterapkan sesuai kombinasi beban ASD. Rn adalah Kekuatan Nominal yang diberikan oleh elemen yang diperiksa, dan Ω adalah faktor keamanan. Fraksi di sebelah kanan sesuai dengan kekuatan yang diijinkan, yang merupakan batas atas yang secara teoritis dikenakan pada bahan struktur.

Pada Metode LRFD, ketidaksetaraan keadaan batas terlihat seperti ini:

Ra≤ϕ⋅Rn

Di mana Ra, adalah Kekuatan yang Dibutuhkan berdasarkan beban yang diterapkan sesuai dengan kombinasi beban LRFD. Rn adalah Kekuatan Nominal yang diberikan oleh anggota yang diperiksa, dan ϕ adalah faktor resistansi yang bervariasi tergantung pada keadaan batas yang diperiksa. Fraksi di sebelah kanan sesuai dengan kekuatan desain, yang merupakan batas atas yang secara teoritis dikenakan pada bahan struktur.

Kekuatan yang Tersedia

Di ASD, kekuatan yang tersedia disebut sebagai kekuatan yang diijinkan, sedangkan di LRFD disebut kekuatan desain. Dalam pertidaksamaan keadaan batas, itu adalah istilah di sisi kanan. Secara grafis, dalam kurva regangan-tegangan material generik, kekuatan yang tersedia terlihat seperti pada gambar di bawah ini, di mana kekuatan yang tersedia untuk ASD jelas lebih rendah daripada untuk LRFD. Namun, ini tidak berarti bahwa LRFD selalu kurang konservatif dibandingkan ASD karena kekuatan yang dibutuhkan (sisi kiri pertidaksamaan) juga ditingkatkan oleh beberapa faktor dalam LRFD.

Untuk Pendekatan Metode ASD, faktor keamanan dianggap konstan pada kombinasi beban yang berbeda, hanya bervariasi untuk kondisi keadaan batas yang berbeda: gaya aksial, momen lentur, momen torsi, dan gaya geser.

Faktor Keamanan (Factor Safety)

Untuk filosofi ASD, faktor keamanan dianggap konstan pada kombinasi beban yang berbeda, hanya bervariasi untuk kondisi keadaan batas yang berbeda: gaya aksial, momen lentur, momen torsi, dan gaya geser.

Untuk LRFD, faktor keamanan tidak eksplisit dalam pertidaksamaan keadaan batas, tetapi faktor keamanan yang efektif dapat diturunkan sebagai berikut:

Ra=U⋅(Rserviceloads)≤ϕ⋅Rn

Rserviceloads≤RnU/ϕ=RnΩeff,LRFD

Di mana U adalah faktor beban berbeda yang spesifik untuk setiap kombinasi beban, oleh karena itu faktor keamanan efektif dalam LRFD bervariasi tergantung pada kombinasi beban dan kondisi keadaan batas (tekuk, geser, aksial, torsi) yang dipertimbangkan. Yang mengatakan, LRFD memperhitungkan ketidakpastian beban yang diterapkan dan kekuatan yang tersedia dengan lebih baik, menyebarkan faktor dalam kombinasi beban yang berbeda dan kondisi keadaan batas.

Perbandingan Diagram Alir (Flowchart Comparison)

Untuk perbandingan lebih lanjut antara Limit State dan ASD (atau Permissible Stress), lihat diagram di bawah ini:

Semoga Bermanfaat.

Ditulis oleh Bameswara