Pengembangan Kerapuhan Seismik untuk Menara Seluler Kisi Baja Stasiun Pangkalan

Analisis kerapuhan seismik merupakan aspek penting untuk memastikan ketahanan struktural menara seluler kisi baja stasiun pangkalan. Menara-menara ini sangat penting untuk menjaga komunikasi selama dan setelah kejadian seismik. Analisis komprehensif ini melibatkan pemahaman perilaku seismik, melakukan pemodelan struktural, dan mengembangkan kurva kerapuhan yang mengukur kemungkinan mencapai atau melampaui berbagai tingkat kerusakan pada berbagai tingkat intensitas seismik.

Menara Seluler Kisi Baja

Parameter Produk untuk Menara Seluler Kisi Baja Stasiun Pangkalan

1. Desain

• Kode desain: / Yang-222-G / F

2. struktur Baja

Menara ini dapat dibangun menggunakan baja ringan atau baja tarik tinggi, sesuai dengan berbagai standar internasional:

• Baja ringan:
  • Standar Cina: GB / T 700: Q235B, Q235C, Q235D
  • Standar Amerika: ASTM A36
  • Standar Eropa: EN10025: S235JR, S235J0, S235J2
• Tinggi tarik Baja:
  • Standar Cina: GB / T 1591: Baja ringan, Q345C, Q345D
  • Standar Amerika: ASTM A572 Gr50
  • Standar Eropa: EN10025: S355JR, S355J0, S355J2

3. Desain Kecepatan Angin

• Kecepatan Angin Maksimum: Hingga 250 km / jam

4. Lendutan yang Diijinkan

• Rentang Lendutan: 0.5 untuk 1.0 derajat pada kecepatan operasional

5. Peralatan mekanis

• Daya tarik (MPa):
  • Baja ringan: 360 untuk 510
  • Tinggi tarik Baja: 470 untuk 630
• yield Strength (t ≤ 16mm) (MPa):
  • Baja ringan: 235
  • Tinggi tarik Baja: 355
• Pemanjangan (%):
  • Baja ringan: 20
  • Tinggi tarik Baja: 24
• Kekuatan Dampak KV (J):
  • Baja ringan:
    • 27 (20° C) — Q235B (S235JR)
    • 27 (0° C) — Q235C (S235J0)
    • 27 (-20° C) — Q235D (S235J2)
  • Tinggi tarik Baja:
    • 27 (20° C) — Q345B (S355JR)
    • 27 (0° C) — Q345C (S355J0)
    • 27 (-20° C) — Q345D (S355J2)

6. baut & Gila

• Kelas: 4.8, 6.8, 8.8
• Standar Sifat Mekanik:
  • baut: ISO 898-1
  • Gila: ISO 898-2
  • mesin cuci: ISO 6507-1
• Standar untuk Dimensi:
  • baut: DARI 7990, DARI 931, DARI 933
  • Gila: ISO 4032, ISO 4034
  • mesin cuci: DARI 7989, DIN 127B, ISO 7091

7. welding

• metode: Pengelasan Busur Terlindung CO₂ & Terendam Arc Welding (GERGAJI)
• Standar: AWS D1.1

8. penilaian

• Metode Menandai Anggota: Hydraulic Press Stamping

9. Galvanizing

• Standar Galvanisasi untuk Bagian Baja: ISO 1461 atau A123 ASTM
• Standar Galvanisasi untuk Baut dan Mur: ISO 1461 atau A153 ASTM

10. Pengujian

• Tes Pabrik:
  • Tes keregangan
  • Analisis Elemen
  • Tes Charpy (Uji Dampak)
  • dingin Bending
  • Tes Preece
  • Tes Palu

 

Parameter ini memastikan menara memenuhi standar integritas struktural yang ketat, daya tahan, dan kinerja dalam berbagai kondisi lingkungan. Dengan mengikuti spesifikasi tersebut, menara ini dirancang untuk menahan kecepatan angin tinggi dan beban seismik, memberikan dukungan yang andal untuk infrastruktur komunikasi.

1. Pengantar Analisis Kerapuhan Seismik

Analisis kerapuhan seismik menilai kemungkinan suatu struktur akan mencapai atau melampaui kondisi kerusakan tertentu pada berbagai tingkat intensitas seismik.. Untuk menara seluler kisi baja stasiun pangkalan, ini melibatkan:

• Mendefinisikan kondisi potensi kerusakan.
• Melakukan analisis bahaya seismik.
• Memodelkan respon seismik menara.
• Mengembangkan kurva kerapuhan berdasarkan analisis probabilistik respon menara terhadap beban gempa.

2. Analisis Bahaya Seismik

Analisis bahaya seismik melibatkan penentuan ukuran intensitas seismik (IM) relevan dengan lokasi menara. Langkah-langkah kuncinya meliputi:

• Zonasi Seismik: Mengidentifikasi zona seismik dan memperoleh data seismik yang relevan seperti percepatan puncak tanah (PGA), percepatan spektral (pada), dan catatan gerakan tanah.
• Periode Pengembalian: Mendefinisikan periode pengembalian (misalnya, 50, 100, 475, 2475 tahun) untuk menilai berbagai tingkat bahaya seismik.
• Analisis Spesifik Lokasi: Melakukan analisis bahaya seismik spesifik lokasi jika menara berlokasi di wilayah dengan geologi kompleks.
• 

3. Definisi Status Kerusakan

Status kerusakan mewakili tingkat kerusakan struktural yang berbeda. Untuk menara seluler kisi baja, negara-negara kerusakan khas mungkin termasuk:

• Kerusakan Sedikit (DS1): Deformasi kecil dan tidak ada kerusakan struktural yang signifikan.
• Kerusakan Sedang (DS2): Deformasi yang nyata, hasil kecil dari anggota, dan beberapa kerusakan koneksi.
• Kerusakan Luas (DS3): Deformasi yang signifikan, menghasilkan banyak anggota, dan kerusakan pada sambungan kunci.
• Runtuh (DS4): Kegagalan struktural total atau keruntuhan.

4. Pemodelan Struktural dan Analisis Respon Seismik

4.1 3D Pemodelan Struktural

Membuat model 3D detail menara seluler menggunakan analisis elemen hingga (FEA) perangkat lunak seperti SAP2000, ANSYS, atau OpenSees. Modelnya harus mencakup:

• Anggota Struktural: Anggota kisi, yg menguatkan, dan koneksi.
• Dasar: Memodelkan pondasi untuk memperhitungkan interaksi tanah-struktur.
• Distribusi Massal: Representasi akurat dari distribusi massal, termasuk antena dan perlengkapannya.

4.2 Pemuatan Seismik

Penerapan beban gempa pada model melibatkan::

• Catatan Gerakan Tanah: Menggunakan rekaman gerakan tanah nyata atau sintetis yang mewakili bahaya seismik di lokasi.
• Analisis Sejarah Waktu: Melakukan analisis riwayat waktu nonlinier untuk menangkap respons dinamis menara.
• Analisis Spektrum Respon: Melakukan analisis spektrum respon untuk perbandingan dan validasi.

4.3 Analisis Nonlinier

Analisis nonlinier penting untuk menangkap perilaku inelastis menara akibat pembebanan seismik. Ini melibatkan:

• Nonlinier Materi: Memodelkan perilaku hasil dan pasca hasil dari anggota baja.
• Nonlinier Geometris: Mengingat deformasi besar dan efek P-Delta.
• Perilaku Koneksi: Pemodelan kekakuan dan kekuatan sambungan yang akurat.

5. Perkembangan Kurva Kerapuhan

Kurva kerapuhan dikembangkan melalui analisis statistik respon menara terhadap beban gempa. Langkah-langkahnya antara lain:

5.1 Parameter Permintaan Seismik

Mengidentifikasi parameter permintaan seismik (misalnya, simpangan antar lantai maksimum, geser dasar) yang berkorelasi dengan keadaan kerusakan.

5.2 Model Permintaan Seismik Probabilistik (PSDM)

Mengembangkan PSDM yang menghubungkan parameter permintaan seismik dengan ukuran intensitas seismik (IM). Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan analisis regresi pada hasil analisis sejarah waktu nonlinier.

5.3 Matriks Probabilitas Kerusakan

Membangun matriks probabilitas kerusakan yang memberikan probabilitas mencapai atau melampaui setiap kondisi kerusakan pada tingkat intensitas seismik tertentu.

5.4 Formulasi Fungsi Kerapuhan

Menyesuaikan fungsi kerapuhan dengan data probabilitas kerusakan. Fungsi kerapuhan sering dinyatakan sebagai fungsi distribusi kumulatif lognormal (CDF):

[≥∣]=F(dalam⁡()−ln⁡())P[DS≥ds∣SAYAM]=Phi(Bds​ln(SAYAM)-ln(SAYAMds​)​)

Dimana:

• $P[DS\ge ds\mid SAYAM]$ = Kemungkinan mencapai atau melampaui kondisi kerusakan $ds$ ukuran intensitas yang diberikan $SAYAM$.
• $Phi$ = Fungsi distribusi kumulatif normal standar.
• SAYAMds​ = Nilai median dari ukuran intensitas yang menyebabkan keadaan kerusakan $ds$.
• Bds​ = Deviasi standar logaritmik yang mewakili ketidakpastian IM untuk status kerusakan $ds$.

 

 

6. Studi kasus: Analisis Kerapuhan Seismik Menara Seluler Kisi Baja Stasiun Pangkalan

Untuk menggambarkan perkembangan kerapuhan seismik, kami menyajikan studi kasus menara seluler berkisi baja yang terletak di wilayah yang aktif secara seismik.

6.1 Deskripsi Menara

• Tinggi: 40 meter
• Konfigurasi: Menara kisi dengan empat kaki dan penyangga silang
• tempat: Urban area in a seismic zone with high seismic activity

6.2 Seismic Hazard Data

• Seismic Zone: Zone IV (high seismicity)
• Design Spectra: Based on the local building code
• Catatan Gerakan Tanah: Selected from a database to match the seismic hazard at the site

6.3 Structural Modeling

A detailed 3D finite element model is created using OpenSees, incorporating the following elements:

• Anggota Struktural: Steel legs, horizontal and diagonal bracing members
• Connections: Bolted/welded connections modeled with appropriate stiffness and strength characteristics
• Dasar: Modeled as fixed supports for simplicity, with a note that a more detailed soil-structure interaction model could be used

6.4 Seismic Loading and Analysis

Ground Motion Selection:

• 10 ground motion records, scaled to match the design spectra at different intensity levels (misalnya, 0.1g, 0.2g, 0.3g, …)

Nonlinear Time-History Analysis:

• Performed using the selected ground motions
• Parameter keluaran utama: simpangan antar lantai maksimum, geser dasar, dan kekuatan anggota

6.5 Kriteria Negara Kerusakan

Mendefinisikan kondisi kerusakan berdasarkan penilaian teknik dan kriteria kinerja struktural:

• Kerusakan Sedikit (DS1): Penyimpangan antar lantai maksimum < 0.5%
• Kerusakan Sedang (DS2): Penyimpangan antar lantai maksimum 0.5% – 1.5%
• Kerusakan Luas (DS3): Penyimpangan antar lantai maksimum 1.5% – 3%
• Runtuh (DS4): Penyimpangan antar lantai maksimum > 3%

6.6 Parameter Permintaan Seismik

Parameter permintaan seismik utama diidentifikasi sebagai:

• Pergeseran Antar Cerita Maksimum (PERTENGAHAN)
• Geser Dasar (BS)

6.7 Model Permintaan Seismik Probabilistik (PSDM)

Analisis regresi dilakukan terhadap hasil analisis riwayat waktu nonlinier untuk mengembangkan PSDM untuk setiap kondisi kerusakan. Sebagai contoh:

TENGAH=⋅(PGA)PERTENGAHAN=Sebuah⋅(PGA)b

Dimana $Sebuah$ dan $b$ adalah koefisien regresi yang diperoleh dari analisis.

6.8 Perkembangan Kurva Kerapuhan

Matriks Probabilitas Kerusakan:

• Dibangun untuk setiap kondisi kerusakan berdasarkan parameter permintaan seismik dan intensitas seismik yang sesuai.

Fungsi Kerapuhan:

• Dipasang menggunakan distribusi lognormal terhadap data probabilitas kerusakan.

Contoh fungsi kerapuhan untuk kerusakan sedang (DS2):

[≥2∣]=F(dalam⁡(PGA)−ln⁡(PGA2)2)P[DS≥DS2∣halSEBUAH]=Phi(BDS2​ln(PGA)-ln(PGADS2​)​)

Dimana:

• PGA2PGADS2​ = Median PGA menyebabkan kerusakan sedang
• 2BDS2​ = Deviasi standar logaritmik untuk kerusakan sedang

6.9 Hasil

Kurva kerapuhan untuk setiap kondisi kerusakan diplot, menunjukkan kemungkinan terlampauinya setiap status kerusakan sebagai fungsi PGA. Contoh hasil mungkin termasuk:

• DS1: PGA median = 0,15g, 1=0,3BDS1​=0.3
• DS2: PGA rata-rata = 0,30g, 2=0,35BDS2​=0.35
• DS3: PGA rata-rata = 0,45g, 3=0,4BDS3​=0.4
• DS4: PGA rata-rata = 0,60g, 4=0,45BDS4​=0.45

7. Diskusi dan Interpretasi

Kurva kerapuhan yang dikembangkan memberikan ukuran probabilistik mengenai kerentanan menara terhadap kejadian seismik. Pengamatan utama meliputi:

• Kerusakan Sedikit (DS1): Menara ini kemungkinan akan mengalami sedikit kerusakan pada tingkat PGA yang relatif rendah.
• Kerusakan Sedang (DS2): Kemungkinan kerusakan sedang meningkat secara signifikan melebihi PGA sebesar 0,3g.
• Kerusakan Luas (DS3): Kerusakan besar mungkin terjadi pada nilai PGA yang lebih tinggi, menunjukkan perlunya langkah-langkah desain yang kuat.
• Runtuh (DS4): Kemungkinan keruntuhannya rendah namun signifikan pada nilai PGA yang sangat tinggi, menyoroti ambang batas intensitas kritis untuk kegagalan struktural.

8. Kesimpulan

Analisis kerapuhan seismik pada menara seluler berkisi baja stasiun pangkalan memberikan wawasan berharga mengenai kerentanan seismiknya dan menginformasikan perbaikan desain dan strategi retrofit. Langkah-langkah yang diuraikan dalam proses ini memastikan pemahaman komprehensif tentang perilaku menara di bawah pembebanan seismik dan pengembangan kurva kerapuhan yang dapat diandalkan.. Kurva-kurva ini penting untuk penilaian risiko dan pengambilan keputusan dalam konteks ketahanan gempa.

9. Rekomendasi untuk Meningkatkan Ketahanan Gempa

Berdasarkan temuan analisis kerapuhan seismik, beberapa rekomendasi dapat dibuat untuk meningkatkan ketahanan gempa menara:

9.1 Penguatan Struktural

• Penguatan Anggota: Tingkatkan anggota penting (misalnya, kaki dan penyangga utama) untuk menahan kekuatan gempa yang lebih tinggi.
• Peningkatan Koneksi: Tingkatkan desain dan kekuatan sambungan untuk mencegah kegagalan pada pembebanan dinamis.
• Penguat yang Berlebihan: Perkenalkan penguat tambahan untuk menyediakan jalur beban alternatif dan meningkatkan stabilitas secara keseluruhan.

9.2 Perbaikan Fondasi

• Interaksi Struktur Tanah (SSI): Melakukan analisis SSI terperinci dan merancang fondasi untuk memitigasi kekuatan seismik secara efektif.
• Isolasi Dasar: Pertimbangkan penggunaan teknik isolasi dasar untuk memisahkan menara dari gerakan tanah dan mengurangi kebutuhan seismik.

9.3 Strategi Retrofit

• Sistem Redaman: Menerapkan sistem redaman (misalnya, peredam massa yang disetel, peredam kental) untuk menghilangkan energi seismik dan mengurangi getaran.
• Memperkuat Menara yang Sudah Ada: Terapkan teknik retrofit seperti menambahkan kawat gigi eksternal atau menggunakan polimer yang diperkuat serat (FRP) untuk meningkatkan kapasitas struktural.

9.4 Pemantauan dan Pemeliharaan

• Pemantauan Seismik: Pasang sensor untuk memantau respons menara selama kejadian seismik dan mengumpulkan data untuk penilaian berkelanjutan.
• Inspeksi Reguler: Melakukan inspeksi dan pemeliharaan rutin untuk mengidentifikasi dan mengatasi potensi kerentanan.

10. Arah Penelitian Masa Depan

Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan untuk menyempurnakan dan meningkatkan analisis kerapuhan seismik menara seluler kisi baja:

• Teknik Pemodelan Tingkat Lanjut: Memanfaatkan model elemen hingga dengan ketelitian tinggi dan metode analisis nonlinier yang canggih untuk menangkap perilaku kompleks dengan lebih akurat.
• Validasi Eksperimental: Lakukan pengujian tabel goyang pada model skala atau komponen untuk memvalidasi model analitis dan kurva kerapuhan.
• Desain Berbasis Kinerja: Mengembangkan pedoman desain berbasis kinerja khusus untuk menara seluler, menggabungkan wawasan kerapuhan seismik.
• Integrasi dengan Bahaya Lain: Pelajari dampak gabungan dari berbagai bahaya (misalnya, angin dan seismik) untuk mengembangkan strategi ketahanan yang komprehensif.

11. Kesimpulan

Pengembangan kerapuhan seismik untuk menara seluler kisi baja stasiun pangkalan merupakan langkah penting dalam memastikan integritas struktural dan kelangsungan operasional selama dan setelah peristiwa seismik.. Dengan mengikuti pendekatan sistematis terhadap analisis bahaya seismik, pemodelan struktural, dan pengembangan kurva kerapuhan, para insinyur dapat mengukur kerentanan menara dan menerapkan langkah-langkah mitigasi yang efektif. Upaya-upaya ini berkontribusi pada ketahanan infrastruktur komunikasi secara keseluruhan, yang penting untuk tanggap darurat dan pemulihan pasca gempa bumi.