analisa perbandingan model keruntuhan profil...
Post on 31-Jan-2018
273 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
ANALISA PERBANDINGAN MODEL KERUNTUHAN PROFIL HEXAGONAL DAN CIRCULAR CASTELLATED BEAM DENGAN PROGRAM FEA
Saidul Ulum, Budi Suswanto, ST, MT, P.hD, Ir. Heppy Kristijanto, MS Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia E-mail : budi_suswanto@ce.its.ac.id
Abstrak - Penggunaan balok baja dengan menggunakan castellated beam selain dapat mengurangi biaya konstruksi dan membuat bahan menjadi lebih ringan jika dibanding dengan profil dengan dimensi yang sama, juga akan membuat momen inersia dan section modulus yang lebih besar, sehingga mampu memikul momen yang lebih besar dan tegangan ijin yang lebih kecil.
Tugas Akhir ini difokuskan untuk menganalisa perbandingan model keruntuhan bukaan castellated beam, dengan dua jenis bentuk bukaan yaitu circular dan hexagonal antara solid beam IWF 250.125.6.9, IWF 400.200.8.13 dan IWF 450.200.9.14 yang sebelumnya telah direncanakan menjadi castellated beam.
Hasil pemodelan dan analisa keruntuhan balok castellated beam menyimpulkan bahwa balok dengan bukaan hexagonal memiliki kekakuan yang lebih baik dari pada balok dengan bukaan circular pada sampel yang sama, hal ini ditunjukan dengan perbedaan nilai persentase tegangan sebesar 5,126% dan defleksi 7,852% pada balok circular castellated beam.
Kata Kunci: model keruntuhan, circular castellated beam, rectangular castellated beam, Program FEA.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Keuntungan penggunaan balok baja dengan
menggunakan castellated beam selain dapat mengurangi biaya konstruksi dan membuat bahan menjadi lebih ringan jika dibanding dengan profil dengan dimensi yang sama, juga akan membuat momen inersia dan section modulus yang lebih besar, sehingga mampu memikul momen yang lebih besar dan tegangan ijin yang lebih kecil (Megharief, J. D. 1997). Hal ini dapat dilakukan dengan memotong profil baja searah sumbu batang sehingga didapatkan dua bagian profil tersebut yang sama, kemudian kedua bagian profil tersebut disambung pada bagian punggungnya dengan las, maka didapatkan profil baru yang disebut castellated beam, dimana beratnya sama atau kurang dari profil sebelumnya tetapi badannya lebih tinggi.
Ada berbagai jenis bentuk bukaan yang terdapat
dalam castellated beam. Diantaranya berbentuk lingkaran (circular), segienam (hexagonal), segiempat (rectangular), dan lain sebagainya.
Tugas Akhir ini difokuskan untuk menganalisa perbandingan model keruntuhan dari castellated beam, dengan dua jenis bentuk bukaan yaitu circular dan hexagonal. Bukaan circular dan hexagonal pada castellated beam tersebut direncanakan dari solid beam profil IWF dengan tiga jenis sampel profil.
Profil yang dipakai sebagai peninjau digunakan profil WF (wide flange). Karena pada perencanan struktur bangunan baja, desain struktur utamanya lebih banyak menggunakan profil WF dibandingkan profil yang lain, selain itu profil WF cenderung lebih menekuk pada bagian badan dibandingkan sayapnya akibat lenturan pada balok baja.
B. Perumusan Masalah Perumusan permasalahan umum : 1. Bagaimana menganalisa perbandingan model
keruntuhan castellated beam pada bukaan hexagonal dan circular dengan program FEA (Abaqus 6.10).
Perumusan permasalahan khusus : a. Bagaimana mengetahui distribusi tegangan dan
regangan dari program Abaqus 6.10. b. Bagaimana mengetahui perbandingan lendutan,
dan prilaku elemen struktur yang terjadi dari masing-masing jenis bukaan dari program Abaqus 6.10.
C. Batasan Masalah Batasan-batasan pembahsan masalah dalam tugas akhir ini meliputi : 1. Elemen struktur yang ditinjau adalah balok
castellated beam dengan perletakan sederhana (sendi-sendi).
2. Analisa pembebanan terhadap struktur hanya merupakan beban displacement pada tengah bentang balok.
3. Analisa ini menggunakan profil WF (wide flange) yang direncanakan menjadi castellated beam dengan bukaan circular dan hexagonal.
4. Analisa ini hanya pada jenis bentuk bukaan circular dan hexagonal.
5. Analisa ini menggunakan tiga jenis sampel profil dengan dua jenis bukaan.
6. Analisa ini tidak meninjau biaya, manajemen proyek, dan segi arsitektural.
7. Analisa ini mengacu pada jurnal ASCE, AISC dan SNI 03 – 1729 – 2002.
8. Analisa menggunakan bantuan program bantu Finite Element Analysis (Abaqus 6.10).
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengertian Castellted Beam Castellated beam adalah profil baja H, I, atau U
yang kemudian pada bagian badannya dipotong memanjang dengan pola zig-zag. Kemudian bentuk dasar baja diubah dengan menggeser atau membalik setengah bagian profil baja yang telah dipotong. Penyambungan setengah profil dilakukan dengan cara di las pada bagian “gigi-giginya” sehingga terbentuk profil baru dengan lubang berbentuk segi enam (hexagonal), segi delapan (octogonal), dan lingkaran (circular) sehingga menghasilkan modulus penampang yang lebih besar.
III. METODOLOGI
A. Flowchart Metode Penyelesaian
Gambar 3.1 Flowchart Metode Penyelesaian
IV. ANALISA DAN HASIL ANALISA
A. Data Perencanaan Dalam perencanaan digunakan balok baja solid
IWF yang dikastelasi dengan data-data perencanaan yang digunakan sebagai berikut : Dengan Mutu baja BJ 41 fy = 250 Mpa Fu = 410 Mpa Modulus elastisitas (E) = 200000 Mpa
B. Preliminary Desain Ada tiga jenis balok solid IWF dalam perencanaan
ini yang kemudian direncanakan menjadi balok kastela dengan masing-masing balok solid direncanakan dengan bukaan hexagonal dan circular. Dimensi balok IWF sebelum dikastelasi : a. IWF 250.125.6.9 b. IWF 400.200.8.13 c. IWF 450.200.9.14 Data balok IWF setelah dikastelasi a. Hexagonal Castellated Beam
Gambar 4.1 Geometri Balok Hexagonal Castellated Beam
Tabel 4.1 Geometri Hexagonal Castellated Beam
d h
St
Sbe
b e
s
s
ao
dg
St
Sb
b e
ho
250.125.6.9 400.200.8.13 450.200.9.14
375.125.6.9 600.200.8.13 675.200.9.14
d = 250.00 400.00 450.00 mmdg = 350.00 560.00 630.00 mmbf = 125.00 200.00 200.00 mmtw = 6.00 8.00 9.00 mmtf = 9.00 13.00 14.00 mm
Ø = 60.00 60.00 60.00 o
h = 100.00 160.00 180.00 mmb = 57.74 92.38 103.92 mmSt = 75.00 120.00 135.00 mmSb = 75.00 120.00 135.00 mmho = 200.00 320.00 360.00 mmao = 215.47 344.75 387.85 mme = 100.00 160.00 180.00 mms = 315.47 504.75 567.85 mmK = 1.40 1.40 1.40
Hexagonal Castellated Beam
Solid Beam
sat
2
b. Circular Castellated Beam
Gambar 4.2 Geometri Balok Circullar Castellated
Beam
Tabel 4.2 Geometri Circullar Castellated Beam
C. Kontrol Bukaan dan Penampang Kontrol bukaan meliputi dan penampang mengacu pada jurnal ASCE, AISC dan SNI 03 – 1729 – 2002 meliputi :
a. Kontrol Bukaan b. Kontrol Penampang Profil c. Kontrol Tekuk Badan d. Kontrol Momen Lentur Nominal e. Kontrol Tekuk Lateral f. Kontrol Kuat Kuat Geser
D. Analisa Prilaku Balok Dari benda uji berupa 3 jenis Balok IWF
Castellated Beam dengan dua bukaan hexagonal dan circular, kemudian dilakukan analisa menggunakan program FEA untuk mendapatkan nilai tegangan dan defleksinya.
Pada Castellated Beam nilai tegangan dan defleksi dapat dilihat pada sumbu local pada elemen
tersebut. Warna pada elemen menunjukkan tegangan yang terjadi pada elemen tersebut. Semakin warna merah maka menunjukkan bahwa displacement, tegangan yang terjadi semakin besar.
Untuk titik peninjau keruntuhan diambil pada tengah bentang diatas lubang kastelasi, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 4.3 Titik Pengambilan Sampel
Keruntuhan
Dari program FEA, output yang dihasilkan berupa tegangan dan defleksi.
HCB1
Gambar 4.4 Model Keruntuhan Sampel HCB1
CCB1
Gambar 4.5 Model Keruntuhan Sampel CCB1
d h
St
Sbao
ao
s
ao
s
Dodg
St
Sb
250.125.6.9 400.200.8.13 450.200.9.14
375.125.6.9 600.200.8.13 675.200.9.14
d = 250.00 400.00 450.00 mmdg = 335.00 536.00 603.00 mmbf = 125.00 200.00 200.00 mmtw = 6.00 8.00 9.00 mmtf = 9.00 13.00 14.00 mmh = 100.00 160.00 180.00 mmSt = 67.50 108.00 121.50 mmSb = 67.50 108.00 121.50 mmDo = 200.00 320.00 360.00 mmao = 200.00 320.00 360.00 mme = 100.00 160.00 180.00 s = 300.00 480.00 540.00 mmK = 1.40 1.40 1.40
Hexagonal Castellated Beam
Solid Beam
sat
3
HC
CC
HC
Ga
CC
CB1
Gambar 4.3
CB1
Gambar 4.4
CB2
ambar 4.5 Gr
CB2
Gambar 4.6
3 Grafik Nila
4 Grafik Nila
rafik Nilai Te
6 Grafik Nila
ai Tegangan
ai Tegangan
egangan dan
ai Tegangan
dan Defleksi
dan Defleksi
n Defleksi
dan Defleksi
i
i
i
HC
CC
E.
Ta
Teg
G
Rat
CB3
Gambar 4.7
CB3
Gambar 4.8
PerbandinUji
abel 6. Nilai
gangan
Gambar 4.9 G
No Samp
1 HCB2 CCB3 HCB4 CCB5 HCB6 CCB
ta ‐ rata
Grafik Nilai
Grafik Nilai
ngan Tegang
Tegangan da
Grafik Bebanuntuk Sem
pelTegangan (N/mm2)
B1 227.829 B1 242.652 B2 234.434 B2 246.725 B3 219.710 B3 229.551
i Tegangan d
i Tegangan d gan dan Def
an Defleksi S
n terhadap Nimua Sampel
Perbeda an (%)
D
9 22 24 15 20 11 1
5.126
6.109
4.982
4.287
dan Defleksi
dan Defleksi
fleksi 3 Sam
Semua Samp
ilai Teganga
mpel
pel Defleksi
(mm)Perbeda
(%)21.17023.42518.88020.09017.09318.560
7.8
9.630
6.023
7.904
aan
0
3
4
852
4
an
G
De
G
Te
G
Gambar 4.10
efleksi
Gambar 4.11
Gambar 4.1
egangan Ter
Gambar 4.13De
0 Nilai Tegan
1 Grafik Bebuntuk Sem
2 Nilai Defle
rhadap Defle
3 Grafik Nilaefleksi untuk
ngan untuk S
an terhadap mua Sampel
eksi untuk Se
eksi
ai Tegangan tk Semua Sam
Semua Samp
Nilai Deflek
emua Sampe
terhadap Nilmpel
el
ksi
el
lai
Ga
E.An
casttengteorawalelementersdib
Tab
terjkarfinielemoutpsehemp
ambar 4.14 N
Analisa Rualisa Tegang
Dapat dikatellated beagah bentang ri titik di tenal yaitu sebeh. Pada tnunjukan tesebutlah yangandingkan d
bel 4.3 Perba
Untuk sam
adi pada FEena pada FEite elemen smen elemenput teganga
hingga membpiris.
HCBHCBHCBCCBCCBCCB
Samp
Nilai TegangSemua
umus Empigan
atakan saat bam mengala
tepat pada lngah bentan
besar 250 Mtitik tersebegangan mag akan dicari
dengan hasil F
andingan Teghasil
mpel TegangA dan rumuEA, elemen sehingga tiapn yang lebihan elemen abuat hasilnya
an terhadap Sampel
Empiris(N/m
B1 B2 B3 B1 B2 B3
pelσ
ris
alok baik weami leleh alubang kaste
ng akan menMPa, namunbut akan taksimal teri dengan rumFEA
gangan rumuFEA
gan sebelums empiris terdianalisa d
p elemen dih kecil. Haakan dianalia lebih besar
Defleksi unt
ebsolid maupatau runtuh elasinya. Secncapai tegangn sebelum btentunya akrtentu.Tegangmus empiris l
us empiris da
s rata-rata Fmm2) (N/
180.46 22 185.22 23 175.61 21 191.98 24 196.79 24 186.94 22
σσ
m runtuh yarjadi perbeda
dengan progripecah menj
al itu membisa lebih dedaripada rum
tuk
pun di
cara gan baja kan gan lalu
an P
ang aan, ram jadi buat etail mus
FEA/mm2)27.8334.4319.7142.6546.7329.55
σ
5
B. Saran Analisa Defleksi Saran yang dapat diberikan sesuai dengan Tugas Akhir ini adalah :
Tabel 4.4 Perbandingan defleksi rumus empiris dan FEA 1. Perlu dilakukan pengujian eksperimental untuk
hasil yang lebih akurat.
6
frata-rata fempiris FEA
( mm ) ( mm ) ( mm ) ( mm )HCB1 6000 17.539 21.170 25HCB2 6000 11.309 18.880 25HCB3 6000 9.441 17.093 25CCB1 6000 19.495 23.425 25CCB2 6000 12.554 20.090 25CCB3 6000 10.500 18.560 25
SampelLb f ijin
DAFTAR PUSTAKA American Institute of Steel Construction ( AISC
).”Steel and Composite Beams with Web Openings”, USA, 2003.
American Society of Civil Engineers (ASCE), Dec. 1992. “Proposed Specification For Structural Steel Beams With Web Opening”. Journal of Structural Engineering Vol. 118: 3315-3324.
Secara garis besar hasil FEA selalu lebih besar, hasil FEA lebih valid karena dalam FEA, elemen dipecah menjadi beberapa bagian lalu tiap elemen akan dianalis oleh program Hal tersebut membuat hasilnya lebih valid sehingga memenuhi persyaratan lendutan.
Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03 - 1729 - 2002). Bandung: BSN.
Megharief, J. D. Behaviour of Composite Castellated Beam. Montreal, Canada: Department of Civil Engineering and Applied Mechanics, Mc Gill University.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan Berikut ini adalah hasil yang dapat disimpulkan berdasarkan analisa model keruntuhan profil hexagonal castellated beam dengan program bantu Finite Element Analysis.
1. Dari hasil analisa FEA, nilai tegangan pada
setiap sampel circular castellated beam (CCB) lebih besar 5,125% dari nilai tegangan hexagonal castellated beam (HCB).
2. Dari hasil analisa FEA, nilai defleksi pada
setiap sampel circular castellated beam (CCB) lebih besar 7,852% dari nilai defleksi hexagonal castellated beam (HCB).
3. Dari hasil analisa FEA, dapat disimpulkan dengan Ix pada sampel CCB lebih kecil dari sampel HCB, mengakibatkan defleksi dan tegangan yang lebih besar pada sampel CCB. Sehingga sampel HCB lebih kaku.
4. Pada analisa FEA membuktikan bahwa ketika
penampang mengalami kelelehan, lendutan menjadi semakin besar tidak lagi linear.
5. Hasil analisa program FEA dan rumus empiris sedikit memiliki perbedaan nilai, karena pada program FEA kita melakukan meshing elemen sehingga analisanya memiliki akurasi validasi nilai yang tinggi dibanding rumus empiris yang hanya menghitung per elemen tanpa melakukan meshing.
top related