4378-10968-1-pb
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
1/10
JURNAL TEKNIK SIPIL USU
ANALISA PENAHAN TEKUK LATERAL PADA BALOK BAJA PRORIL I
Michael MSN1
, Torang Sitorus2
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU MedanEmail:[email protected]
Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU
MedanEmail::[email protected]
ABSTRAK
Balok adalah bagian dari struktur yang umumnya mengalami tarik dan tekan . Balok umumnya dipandang sebagai
batang yang terutama memikul beban gravitas transversal , termasuk momen ujung . Balok pada struktur dapat disebut
sebagai gelagar , balok anak , gording serta rusuk . Tidak semuanya keruntuhan yang terjadi pada struktur balok
diakibatkan oleh beban yang berkerja diatasnya ,kadangkala keruntuhan balok terlebih dahulu disebabkan olehketidakstabilan struktur balok itu sendiri yang mengakibatkan terjadinya tekuk torsi lateral , walaupun tidak ada beban
torsi yang bekerja pada balok tersebut . Untuk mendukung stabilitas balok (khususnya balok baja) dalam menahan beban
yang diterima balok itu sendiri perlu ditambahkan penahan samping / sokongan lateral . Tujuan penulisan ini adalah
untuk mengetahui seberapa besar beban yang dapat diterima balok baja apabila diberikan penahan samping untuk
masing masing keadaan . Pada tugas akhir ini diambil balok baja pada struktur jembatan yang akan diberikan penahan
samping yang diberikan pada posisi tertentu seperti pada kedua tumpuan , kedua tumpuan dan ditengah bentang , pada
posisi plastis . Masing masing keadaan tersebut akan dicari seberapa besar beban maksimum yang bisa diterima oleh
balok baja tersebut . Perhitungan dilakukan dengan metode LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Kata kunci: balok gelagar , tekuk , stabilitas , torsi lateral .
ABSTRACT
Beam is part of the structure usually experience tensile and press. Beamis generally regarded as the foremost stem
transverse gravity load , including the end moment load . Beam on the structure can be referred to as the girder, joist ,
cladding and ribs . Not everything collapse that occurred in the structure of the beam caused by the loads that work on it
, sometimes the first beam collapse caused by the instability of the beam structure itself , which resulted in lateral
torsional buckling, even though no torque load acting on the block . To support beam stability (in particular steel beams)
received the load-bearing beam itself needs to be added to brace the side / lateral endorsement. The purpose of this paper
is to determine how much load can be accepted if it is given beam steel barrier next to each - each state. In this final steel
beam taken on the bridge structure that will be provided in addition to retaining a certain position as the second pedestal,
both pedestal and center span, the position of plastic. Each - each situation will look how big the maximum load that can
be accepted by the steel beam. Calculations based on LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Keywords : Girder , Buckling , Stability , Lateral Torsion
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
2/10
PENDAHULUANKeunggulan bahan struktur dari baja yang terutama adalah sifat kekuatan yang tinggi dan sifat keliatannya
(high ductility) sehingga mampu berdeformasi secara nyata sebelum terjadi kegagalan. Pada perencanaan suatukonstruksi baja diharapkan struktur yang dihasilkan akan dapat menahan beban rencana tanpa terjadi deformasiyang dapat menyebabkan struktur bangunan mengalami keruntuhan. Dalam hal ini biasanya struktur dirancangmemiliki kekakuan yang mantap, sehingga beban rencana yang dipikul oleh struktur berada pada kondisi aman
.Konsep stabilitas pada suatu struktur baja biasanya diterapkan sebagai prinsip dasar , maka setiap perencanaanharus mempertimbangkan kondisi keseimbangan . Untuk mendukung stabilitas balok (khususnyaBalok Baja)
dalam menahan beban yang diterima balok itu sendiri perlu ditambahkan penahan samping / sokongan lateralatau penahan lateral . Untuk mengatasi terjadinya beban lateral buckling yang terjadi pada struktur balok makaperlu dilakukan perhitung ananalisa dan pengaruh pengaku lateral . Perhitungan analisa pengaruh pengaku
lateral pada balok baja berprofil I perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pengaku tersebutdalam menahan beban kritis tekuk lateral . Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mencari
kekuatan balok maksimum apabila diberikan penahan tekuk lateral, dan untuk mengetahui seberapa banyakpenahan tekuk yang diperlukan supaya balok dapat mencapai kekuatan terhadap sumbu kuat pada kondisiplastis .
TINJAUAN PUSTAKA1. Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD
Dua filosofi yang sering digunakan dalam perencanaan struktur baja adalah perencanaan berdasarkan tegangan
kerja / working stress design (Allowable Stress Design / ASD) dan perencanaan kondisi batas / limit state
design (Load and Resistance FaktorDesign / LFRD) . Metode ASD lebih ditekankan kepada kontrol terhadap
tegangan yang terjadi pada suatu elemen sedangkan pada metode LRFD lebih ditekankan terhadap faktor
kelebihan beban dan koefisien reduksi kekuatan yang memungkinkan menghasilkan dimensi yang lebih
rasional .
2. Tahanan Nominal
Tahanan nominal adalah tahanan minimum yang mampu dipikul oleh suatu elemen pada struktur . Pada tugasini akan dibahas mengenai tahanan nominal untuk lentur balok . Perencanaan untuk lentur terhadap suatu
komponen yang mendukung beban transversal seperti beban mati dan beban hidup .
3. Tegangan Lentur dan Momen PlastisKetika kuat leleh tercapai pada serat terluar , tahanan momen nominal sama dengan momen leleh Myx, danbesarnya adalah :
Mny= Myx = Zx. fyTahanan momen nominal dalam kondisi plastisMp, dan besarnya adalah :
Mn= fy. Z
4. Tahanan Nominal Pada Keadaan Stabilitas
Jika balok dapat dihitung pada keadaan stabil dalam kondisi plastis penuh maka kekuatan momen nominaldapat diambil sebagai kapasitas momen plastis.
Kuat momen nominal pada balok kompak untuk kondisi batas atas Mpuntuk inelastik maka momen kritisuntuk tekuk lateral pada tabel 2.2.1 berdasarkan (tabel 8.31) pada SNI 03-1729-2002
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
3/10
Kuat momen kritis untuk Profil I dan kanal ganda besaran momen kritis adalah :
Sedangkan kuat momen kritis untuk Profil Kotak Pejal dan Berongga atau Masif
Dengan :
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
4/10
4.Desain Balok Terkekang Lateral
Tahanan balok dalam desain LRFD harus memenuhi persyaratan :
dengan :
= 0,9
= tahanan momen nominal= momen lentur akibat beban terfaktordalam perhitungan tahanan momen nominal dibedakan antara penampang kompak , tak kompak , danlangsing . Batasan penampang kompak , tak kompak dan langsing adalah ;
Penampang kompak : Penampang tak kompak : Langsing :
Penampang KompakBalok dikatakan kompak jika memenuhi persyaratan berikut ini :
1. Sayap dihubungkan menerus dengan badan.2. Rasio kelangsingan elemen sayap (b / 2tf) memenuhi persamaa 3. Rasio kelangsingan sayap yang diperkaku lebih kecil dari
Tahanan momen nominal untuk balok terkekang lateral dengan penampang kompak :
Dengan : = tahanan momen plastis
= modulus plastis = kuat leleh
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
5/10
Penampang Tak Kompak
Balok dikatakan tidak kompak jika
Tahanan momen nominal pada saat adalah ; ( ) dengan ; = tegangan leleh
= tegangan sisa = modulus penampang
Besarnya tegangan sisa fr= 70 MPa untuk penampang gilas panas , dan 115 MPa untuk penampang
yang dilas. Bagi penampang tak kompak yang mempunyai , maka besarnya tahananmomen nominal dicari dengan melakukan interpolasi linear , sehingga diperoleh :
dengan : = kelangsingan balok
= nilai kelangsingan berdasarkan tabel 7.5.1 Peraturan Baja 2002
Untuk balokbalok hibrida dimana , maka perhitungan Mr harus didasarkan pada nilaiterkecil antara (fyffr) denganfy
5.Desain LRFD Balok I
Syarat struktur yang memikul momen lentur ,
untuk panjang bentang plastis,
kuat momen lentur nominal,
[ ]
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
6/10
faktor pengali momen
,
kuat nominal yang tersedia untuk beban layan
untuk batasan rasio kelangsingan untuk penampang Kompak Balok I dengan moduluselastisitas = 200000 Mpa , dipaparkan pada tabel berikut :
Tegangan Leleh
Tekuk Lokal Flens
Tekuk Lokal Web
Tekuk Torsi Lateral
210
240
250
290
410
11,73
10,97
10,75
9,98
8,4
115,93
108,44
106,25
98,65
82,97
54,52
50,99
49,96
46,39
39,02
untuk batasan rasio kelangsingan untuk penampang Tak Kompak Balok I dengan moduluselastisitas = 200000 Mpa , dipaparkan pada tabel berikut :
Tegangan Leleh
Tekuk Lokal Flens
Tekuk Lokal Web
210
240
250
290
410
2,64
2,18
2,06
1,68
1,09
175,97
164,60
161,28
149,74
125,94
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
7/10
Gambar.1Tahanan Momen Nominal Penampang Kompak dan Tak Kompak
HASIL DAN PEMBAHASANPada bab ini akan dibahas sebuah gelagar baja profil I yang dipakai pada struktur jembatan baja . Pembeban
yang diberikan mengacu pada SNI T-02-2005 Standar Pembebanan Untuk Jembatan , jembatan merupakan
jembatan sederhana tanpa trotoar , satu lajur dengan jumlah lajur lalu lintas rencana 2 lajur , beban arus lalu
lintas yang melewatinya berupa kendaraan sedang , lebar jembatan (B) = 9m , panjang jembatan (L) = 20m ,
tebal lantai kayu (t) = 5cm , lantai jembatan diambil lantai kayu keras , gelagar memanjang terdiri dari 5 buah
gelagar dengan jarak masingmasing gelagar (S) = 2,250m
Gambar.4 Tampang Melintang Jembatan Rencana
Lantai Kayu
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
8/10
Gambar.5 Tampang Memanjang Jembatan Rencana
Perhitungan Tekuk Torsi Lateral Gelagar JembatanData data pembebanan untuk perhitungan Tekuk Torsi Lateral Gelagar Jembatan , datadata berikutdiambil dari peraturan pembebanan untuk struktur jembatan (RSNI T-02-2005) yaitu sebagai berikut :
- Beban mati ( qd) Dl = 1,26 kN/m
- Beban hidup BTR ( ql ) Ll = 3,3 kN/m
- Beban hidup BGT (pl ) Pl = 17,8 kN
Untuk datadata mutu baja sebagai berikut :
Fy = 240 MPa
Fu = 370 MPa
E = 200000 MPa
Perhitungan Awal
Untuk perhitungan awal diperoleh nilainilai berikut :
- Beban terfaktor qu = 6,792 kN/m, Pu= 28,48 kN
- Momen maksimum Mu= 339,6 kNm
-
maks = 33,33mm
-
Ibutuh = 212250 cm
4
Dipakai profil IWF 700.300.15.28 dengan Ix = 237000 cm4 . Dengan datadata berikut :
q = 215 kg/m b = 70 cm
d = 30 cm A = 273.6 cm2
tf = 2.8cm tw= 1.5cm
Ix = 237000 cm4
Iy = 12900 cm4 ro = 2.8cm
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
9/10
-
Modulus plastis penampang Zx = 7200,06 cm3 , Zy = 1296,225 cm3
- Tinggi tekuk badang (h) = 58,8 cm
-
Momen inersia Ix = 223161,288 cm4 , Iy = 12682,35 cm4- A = 264,6 cm2 , ry = 6,92cm , Lp = 3,53m , Sx = 6376,0368 cm3
Untuk dimensi profil yang digunakan memenuhi untuk syarat - syarat penampang kompak balok I baik untuk
tampak I kompak yang berlaku untuk sayap dan badan , juga untuk menghindari tekuk torsi lateral .
Perhitungan Rencana Kekuatan Balok Gelagar
Dari perhitungan diperoleh untuk masingmasing kasus penahan samping untuk besar beban maksimumyang dapat diterima adalah sebagai berikut :
No Kasus
Beban Maksimum Yang Diterima (Mn)
(kNm)
1 Kasus balok terkekang penuh 1729,0144
2 Kasus penahan lateral pada kedua tumpuan 623,023
3
Kasus penahan lateral pada kedua tumpuan
dan ditengah bentang
1566,828
4
Kasus penahan lateral pada bentang
plastisnya
3808,156
KESIMPULAN
Dari hasil analisa perhitungan tekuk lateral pada balok baja profil I diperoleh kseimpulan sebagai berikut :1. Ukuran / dimensi profil berpengaruh terhadap tekuk lateral yang terjadi pada struktur itu sendiri .
2. Jumlah penahan lateral yang diberikan pada balok baja profil I sangat berpengaruh dalam menahan
beban kritis yang bekerja .
3. Dari analisa perhitungan penahan tekuk lateral pada balok baja profil I untuk masingmasing
kasus diperoleh :
- Untuk penahan tekuk penuh disepanjang balok diperoleh Mn = Mp yang mampu diterima
adalah 1729,0144 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 36,05
%
- Untuk penahan lateral pada kedua tumpuan diperoleh Mn= Mpyang mampu diterima adalah
623,023 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 90,6 %
-
Untuk penahan lateral pada kedua tumpuan dan ditengah bentang diperoleh Mn = Mp yangmampu diterima adalah 1566,828 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral
penuh adalah 80,9 %
- Untuk penahan lateral pada bentang plastisnya diperoleh Mn = Mp yang mampu diterima
adalah 3808,156 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 220,3
%
-
7/25/2019 4378-10968-1-PB
10/10
DAFTAR PUSTAKA
W.F.Chen and T Atsuta , 1976 , Theory of Beam Coloumns , Mc Graw-Hill
Setiawan , Agus , 2008,Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD , Erlangga , Jakarta
Salmon C , G dan Johnson J . E , 1991 , Struktur Baja Desain Dan Perilaku, Alih Bahasa Ir .
Wira MSCE ,Jilid I , Edisi Kedua , Erlangga , Jakarta
Salmon C , G dan Johnson J . E , 1991 , Struktur Baja Desain Dan Perilaku, Alih Bahasa Ir .
Wira MSCE ,Jilid I , Edisi Kedua , Erlangga , Jakarta
Oentoeng , 1999 ,Kontruksi Baja, Edisi Pertama , Universitas Kristen Petra dan Andi ,
Yogyakarta
Gaylord Edwin H Jr dan Gaylord Charles N , 1992 ,Design of Structures, Second Edition , Mc
GrawHill Kogakusha Ltd , Tokyo