permodelan elemen hingga 3d eaves connection...

13
194 PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION PADA STEEL GABLE FRAME Supriyatiningsih 1 , Syahril Taufik 2 1. Program Studi Teknik Sipil, Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Banjarmasin, Jl. Brigjen H. Hasan Basri, Banjarmasin, 70123, Indonesia 2. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat, Jl. Brigjen H. Hasan Basri, Banjarmasin, 70123, Indonesia [email protected] ABSTRAK Tes eksperimental kekuatan gable frame belum banyak dianalisis secara lengkap akibat pengaruh pelat pengaku rafter, kolom atas dan tengah (bagian tarik), serta pengaruh eave haunch. Eksperimental di laboratorium hanya bisa mendapatkan nilai lendutan maksimal, beban maksimal, dan letak tekuk. Deteksi bagian yang mencapai ultimit, mendekati ultimit, sampai bagian yang hampir tidak mengalami tegangan perlu dilakukan guna keamanan dan efektifitas. Oleh karena itu akan dilakukan penelitian untuk menganalisis perilaku gable frame akibat variasi sudut rafter, eaves haunch, pelat pengaku, dan variasi mutu baja. Penelitian menggunakan metode elemen hingga 3D dengan komputasi ANSYS versi 9.0. Pendekatan sistem elemennya adalah full scale, simplified dengan material baja karbon. Model divariasikan terhadap sudut rafter, eave haunch, pelat pengaku, dan mutu baja komponen. Sistem pembebanan statis terpusat arah vertikal per gording dengan analisis terhadap lendutan vertikal maksimum pada apex. Perilaku yang dianalisa meliputi beban ultimit per gording, lendutan maksimal arah vertikal, tegangan keseluruhan gable frame, tegangan pada eave connection, daerah terjadinya tegangan ultimit, dan daerah terjadinya tekuk. Kata kunci: sudut rafter, eave haunch, pengaku ABSTRACT Experimental tests of the gable frame capacity has not been fully analyzed due to the influence of rafter stiffener plate, the upper and middle column (tension zone), and the pressure of eave haunch. Experimental laboratory can get only a maximum deflection value, the maximum load, and the location of the buckling. Detection of ultimate zone, approach ultimate zone, until a bit stress zone need to do for the safety and effectiveness. Therefore, the research will be conducted to analyze the behavior of the gable frame due to variation rafter angle, presence of eaves haunch, stiffener plates, and variations in the steel grade. Research using 3D finite element computational method with ANSYS version 9.0. The approach of element systems is a 3D full scale, simplified with carbon steel material. Model is varied with the rafter angle, eave haunch, stiffener plates, and the steel grade component. The loading system is vertical load to purlin by vertical deflection analysis. Behavior analyzed include ultimate load to purlins, the vertical stress maximum deflection of the apex, the entire gable frame stress, the stress at the eave connection, the area of the ultimate stress, and the area of buckling. Keywords: rafter angle, eave haunch, stiffener

Upload: trantruc

Post on 11-Jul-2019

222 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

194

PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION PADA

STEEL GABLE FRAME

Supriyatiningsih1, Syahril Taufik2

1. Program Studi Teknik Sipil, Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Banjarmasin, Jl. Brigjen H. Hasan Basri,

Banjarmasin, 70123, Indonesia

2. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat, Jl. Brigjen H. Hasan Basri,

Banjarmasin, 70123, Indonesia

[email protected]

ABSTRAK

Tes eksperimental kekuatan gable frame belum banyak dianalisis secara lengkap akibat pengaruh

pelat pengaku rafter, kolom atas dan tengah (bagian tarik), serta pengaruh eave haunch.

Eksperimental di laboratorium hanya bisa mendapatkan nilai lendutan maksimal, beban maksimal,

dan letak tekuk. Deteksi bagian yang mencapai ultimit, mendekati ultimit, sampai bagian yang

hampir tidak mengalami tegangan perlu dilakukan guna keamanan dan efektifitas. Oleh karena itu

akan dilakukan penelitian untuk menganalisis perilaku gable frame akibat variasi sudut rafter,

eaves haunch, pelat pengaku, dan variasi mutu baja. Penelitian menggunakan metode elemen

hingga 3D dengan komputasi ANSYS versi 9.0. Pendekatan sistem elemennya adalah full scale,

simplified dengan material baja karbon. Model divariasikan terhadap sudut rafter, eave haunch,

pelat pengaku, dan mutu baja komponen. Sistem pembebanan statis terpusat arah vertikal per

gording dengan analisis terhadap lendutan vertikal maksimum pada apex. Perilaku yang dianalisa

meliputi beban ultimit per gording, lendutan maksimal arah vertikal, tegangan keseluruhan gable

frame, tegangan pada eave connection, daerah terjadinya tegangan ultimit, dan daerah terjadinya

tekuk.

Kata kunci: sudut rafter, eave haunch, pengaku

ABSTRACT

Experimental tests of the gable frame capacity has not been fully analyzed due to the influence of

rafter stiffener plate, the upper and middle column (tension zone), and the pressure of eave haunch.

Experimental laboratory can get only a maximum deflection value, the maximum load, and the

location of the buckling. Detection of ultimate zone, approach ultimate zone, until a bit stress zone

need to do for the safety and effectiveness. Therefore, the research will be conducted to analyze the

behavior of the gable frame due to variation rafter angle, presence of eaves haunch, stiffener plates,

and variations in the steel grade. Research using 3D finite element computational method with

ANSYS version 9.0. The approach of element systems is a 3D full scale, simplified with carbon steel

material. Model is varied with the rafter angle, eave haunch, stiffener plates, and the steel grade

component. The loading system is vertical load to purlin by vertical deflection analysis. Behavior

analyzed include ultimate load to purlins, the vertical stress maximum deflection of the apex, the

entire gable frame stress, the stress at the eave connection, the area of the ultimate stress, and the

area of buckling.

Keywords: rafter angle, eave haunch, stiffener

Page 2: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

195

1. PENDAHULUAN

Gable frame biasa digunakan dalam konstruksi atap dengan bentang panjang antara 15 dan 60 meter

(Raven, 2006) dengan kemiringan sudut rafter antara 5° dan10° (Raven, 2010). Penelitian mengenai

eaves connection pada gable frame ini dilatarbelakangi oleh belum adanya penelitian terdahulu

yang menganalisis pengaruh variasi sudut kemiringan rafter terhadap kekuatan gable frame.

Penelitian Hradil (2010) mengamati perilaku gable frame dengan kemiringan rafter 5,711° tanpa

ada variasi sudut pembanding. Belum adanya penelitian terdahulu yang menganalisis pengaruh

pelat pengaku rafter, kolom atas dan tengah (bagian tarik), serta pengaruh eave haunch terhadap

kekuatan gable frame. Penelitian Hradil (2010) hanya dilengkapi oleh stiffener pada bagian tekan

tanpa pemasangan eaves haunch dan optional stiffener. Grijalvo (2010) juga tidak memasang

pengaku rafter serta pengaku kolom atas dan tengah (daerah tarik), namun pengaku kolom bawah

(daerah tekan) tetap dipasang.

Eksperimental di laboratorium hanya bisa mendapatkan nilai lendutan maksimal, beban maksimal,

dan letak tekuk, seperti penelitian langsung di laboratorium oleh Mansur (1992) pada konstruksi

gable frame bentang 24 meter dan kemiringan rafter 6,56º, sedangkan pada permodelan komputer

bisa mendeteksi bagian yang mencapai ultimit, mendekati ultimit, sampai bagian yang hampir tidak

mengalami tegangan seperti terlihat pada stress contour. Oleh karena itu akan dilakukan penelitian

tentang pengaruh variasi sudut kemiringan rafter antara 5° sampai 10°; eaves haunch; pelat

pengaku daerah tarik, geser, dan tekan; serta variasi mutu terhadap kekuatan gable frame.

Gable frame memiliki dua sambungan pokok yaitu eaves dan apex connections. Owens dan Cheal

(1989) membagi eaves connections dalam beberapa macam diantaranya end-plate connection

without haunches (sambungan baut dengan pelat penyambung tanpa tiang penyangga), dan end-

plate connection with haunches (sambungan baut dengan pelat penyambung dan tiang penyangga).

Malik (2006) memberikan beberapa alternatif desain eaves connection with haunches antara lain

adalah flush end plate, extended end plate, dan bentuk lain dari bentuk flush end plate. Penggunaan

eaves haunch berfungsi menambah kekuatan balok atap (rafter) terhadap momen terbesar, sehingga

bisa memperkecil ukuran profil rafter.

Penelitian diharapkan dapat menganalisis perilaku gable frame akibat variasi sudut rafter, eaves

haunch, pelat pengaku, dan variasi mutu.

2. METODE PENELITIAN

Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga 3D dengan komputasi ANSYS

versi 9.0. Langkah awal adalah dengan membuat model validasi 3D full scale simplified sesuai data

yang ada pada eksperimental terdahulu mencakup geometri, element type, dan material properties.

Kemudian dilakukan perubahan model dengan cara memvariasikan besar sudut eaves connection,

ada atau tidaknya eaves haunch, serta ada atau tidaknya pelat pengaku rafter dan kolom (Gambar 1

dan 2).

Page 3: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

196

Gambar 1. Tampak Depan Gable Frame Bentang 24 meter

Gambar 2. Detail Eaves Connection

Data dimensi balok (rafter), kolom, eaves haunch, apex haunch stiffener dan pelat dapat dilihat

pada Tabel 1 dan 2.

Tabel 1. Dimensi Balok (Rafter), Kolom, Eaves Haunch dan Apex Haunch

Profil

Tinggi

Profil (h)

mm

Lebar Profil

(B)

mm

Tebal Flens

(sayap) tf

mm

Tebal Web

(badan) tw

mm

Panjang

Profil (L)

mm

Jari-jari

Girasi (r)

mm

Rafter

Kolom

Eaves

haunch

Apex haunch

348,5

397,3

348,5

348,5

125,4

141,8

125,4

125,4

8,5

8,6

8,5

8,5

5,9

6,3

5,9

5,9

24000

4000

2408

430

5,42

5,42

5,42

5,42

apex connection

eave connection

rafter

kolom

web kolom

stiffener kolom atas

stiffener kolom tengah

stiffener kolom bawah

flens kolom

end plate (eave plate)

stiffener rafter

baut

las

las

las flens rafter

flens rafter

web rafter

web eave

haunch

flens eave haunch

las

Page 4: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

197

Tabel 2. Dimensi Stiffener dan Pelat

Profil

Tinggi Profil

(h)

mm

Lebar Profil

(B)

mm

Tebal Pelat

(tp)

mm

Jari-jari

Girasi (r)

mm

Stiffener kolom

bagian atas

Stiffener kolom

bagian tengah

Stiffener kolom

bagian bawah

Stiffener rafter

(balok)

Pelat eaves

connection

Pelat apex

connection

150

150

350

60

760

630

61,85

61,85

61,85

90,00

130,00

130,00

10

10

10

10

15

15

5,82

5,82

5,82

N/A

N/A

N/A

Letak pembebanan pada tiap gording (Pu) sesuai dengan Gambar 3.

Gambar 3. Letak Pembebanan (Pu)

Jumlah model adalah 16 benda uji dengan rincian nomenklatur pada Tabel 3.

Tabel 3. Nomenklatur 16 Benda Uji

Model

Mutu Daerah

Ultimit

(MPa)

Variasi Pengaku

(Stiffener)

Sudut Rafter

(αº)

Ada atau Tanpa

Eaves Haunch

SN-1.P1.1.1

SN-1.P1.1.0

SN-1.P2.1.1

SN-1.P1.2.1

SN-1.P1.2.0

SN-1.P2.2.1

SN-1.P1.3.1

298

298

298

298

298

298

298

P1

P1

P2

P1

P1

P2

P1

6,56

6,56

6,56

5,00

5,00

5,00

10,00

Ada

Tanpa

Ada

Ada

Tanpa

Ada

Ada

FY FY FY FY FY FYFY

FYFY FY FY FY

FYFY

24.000 mm

1791 mm

1115 mm 1791 mm

531 mm

1802 mm

1782 mm1791 mm

1791 mm

1791 mm

1791 mm

1791 mm

1791 mm

1782 mm

1802 mm

531 mm

Pu Pu Pu

Pu Pu Pu Pu Pu Pu Pu Pu Pu

Pu Pu

Page 5: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

197

SN-1.P1.3.0

SN-1.P2.3.1

SN-1.P3.1.1

SN-1.P4.1.1

SN-1.P5.1.1

SN-1.P6.1.1

SN-2.P5.1.1

SN-3.P5.1.1

SN-4.P5.1.1

298

298

298

298

298

298

355

400

570

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P5

P5

P5

10,00

10,00

6,56

6,56

6,56

6,56

6,56

6,56

6,56

Tanpa

Ada

Ada

Ada

Ada

Ada

Ada

Ada

Ada

3. HASIL PENGUJIAN

Hasil pengujian lendutan terhadap pembebanan pada enam belas benda uji terlihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Hasil Pengujian Lendutan terhadap Pembebanan

Model

Pu

(kN)

δmax

(mm)

SN-1.P1.1.1

SN-1.P1.1.0

SN-1.P2.1.1

SN-1.P1.2.1

SN-1.P1.2.0

SN-1.P2.2.1

SN-1.P1.3.1

SN-1.P1.3.0

SN-1.P2.3.1

SN-1.P3.1.1

SN-1.P4.1.1

SN-1.P5.1.1

SN-1.P6.1.1

SN-2.P5.1.1

SN-3.P5.1.1

SN-4.P5.1.1

12,891

5,750

12,300

10,303

5,150

8,175

11,895

6,400

8,855

10,750

11,000

13,590

13,450

15,000

16,100

16,150

263,308

668,577

458,514

397,584

849,377

393,726

302,040

585,627

237,921

187,318

195,944

295,399

289,559

357,560

407,587

403,895

Perbandingan hasil pengujian benda uji dengan α 6,56º; 5,00º; dan 10,00º; fu 298 MPa; variasi

pengaku P1 dan P2; dan variasi eave haunch dapat dilihat pada Gambar 4.

Page 6: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

198

Gambar 4. Grafik Beban terhadap Lendutan Benda Uji dengan α 6,56º; 5,00º; dan 10,00º; fu 298

MPa; Variasi Pengaku P1 dan P2; dan Variasi Eave Haunch

Perbandingan hasil pengujian benda uji dengan α 6,56º; fu 298 MPa; variasi pengaku P3 sampai P6;

dengan mengunakan eave haunch dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Grafik Beban terhadap Lendutan Benda Uji dengan α 6,56º; fu 298 MPa; Variasi

Pengaku P3 sampai P6; dengan Menggunakan Eave Haunch

Perbandingan hasil pengujian benda uji dengan α 6,56º; fu 298; 355; 400; dan 570 MPa; variasi

pengaku P5; dengan mengunakan eave haunch dapat dilihat pada Gambar 6.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150 200 250 300

Pu

(k

N)

δmax (mm)

SN-1.P4.1.1SN-1.P3.1.1SN-1.P5.1.1SN-1.P6.1.1

Page 7: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

199

Gambar 6. Grafik Beban terhadap Lendutan Benda Uji dengan α 6,56º; fu 298; 355; 400; dan 570

MPa; variasi pengaku P5; dengan Menggunakan Eave Haunch

Variasi sudut rafter mempengaruhi kekuatan gable frame serta besarnya lendutan seperti terlihat

pada Gambar 7 dan 8.

Gambar 7. Grafik Pengaruh Variasi Sudut Rafter (α) terhadap Kekuatan Gable Frame dengan

Struktur Full Construction

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Pu

(k

N)

δmax (mm)

SN-4.P5.1.1

SN-3.P5.1.1

SN-2.P5.1.1

SN-1.P5.1.1

Page 8: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

200

Gambar 8. Grafik Pengaruh Variasi Sudut Rafter (α) terhadap Lendutan (δmax) pada Apex Arah

Vertikal (UY) pada Gable Frame dengan Struktur Full Construction

Sudut rafter (α) optimum dalam menahan beban adalah 6,56º; sudut yang lebih rendah atau lebih

besar akan mengurangi kekuatan gable frame, memicu buckling di bagian atas eave connection

(daerah tarik/tension zone) terutama pada eave plate, serta menimbulkan lendutan (δmax) arah

vertikal (UY) yang lebih besar pada struktur.

Keberadaan eave haunch menambah kekuatan gable frame dalam menahan beban (Pu) seperti

terlihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Rasio Peningkatan Kekuatan Gable Frame Akibat Pemasangan Eave Haunch

α

(º)

Pu

Tanpa Eave

Haunch

(kN)

Pu

Dengan Eave

Haunch

(kN)

Kenaikan Pu

(kN)

Kenaikan Pu

(%)

100

5,00

6,56

10,00

5,150

5,750

6,400

10,303

12,891

11,895

5,153

7,141

5,495

100,058

124,191

85,859

Adanya eave haunch pada sudut rafter 5,00° meningkatkan kekuatan sebesar 100,058% atau

meningkat sebesar 5,153 kN beban per gording; pada sudut rafter 6,56° meningkatkan kekuatan

sebesar 124,191% atau meningkat sebesar 7,141 kN beban per gording; sedangkan pada sudut

rafter 10,00° meningkatkan kekuatan sebesar 85,859% atau meningkat sebesar 5,495 kN beban per

gording. Jadi keberadaan eave haunch rata-rata meningkatkan kekuatan gable frame dalam

menahan beban sebesar 103,370% atau 5,930 kN beban per gording serta mencegah terjadinya

buckling di bagian tengah eave connection (daerah geser/shear zone dan daerah tekan/compression

zone).

Page 9: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

201

Keberadaan optional stiffeners (yaitu optional tension stiffeners pada kolom dan stiffener pada

balok) menambah kekuatan gable frame pada kondisi beban terpusat (beban per gording) seperti

terlihat pada Tabel 6.

Tabel 6. Rasio Peningkatan Kekuatan Gable Frame Akibat Pemasangan Optional Stiffener

α

(º)

Pu

Tanpa Optional

Stiffener

(kN)

Pu

Dengan Optional

Stiffener

(kN)

Kenaikan Pu

(kN)

Kenaikan Pu

(%)

100

5,00

6,56

10,00

8,175

12,300

8,855

10,303

12,891

11,895

2,128

0,591

3,040

26,031

4,805

34,331

Pemasangan optional stiffener pada sudut rafter 5,00° meningkatkan kekuatan sebesar 26,031%;

pada sudut rafter 6,56° meningkatkan kekuatan sebesar 4,805%; sedangkan pada sudut rafter

10,00° meningkatkan kekuatan sebesar 34,331%. Jadi keberadaan optional stiffeners rata-rata

meningkatkan kekuatan gable frame dalam menahan beban sebesar 21,722% dan mencegah

terjadinya buckling di bagian atas eave connection (daerah tarik/tension zone).

Variasi stiffener mempengaruhi kekuatan gable frame dalam menahan beban per gording. Semakin

banyak stiffener semakin kuat struktur, namun stiffener yang paling dominan adalah bagian bawah

eave connection atau sejajar dengan flens eave haunch yaitu daerah tarik/tension zone.

Pengaruh variasi stiffeners terhadap kekuatan gable frame dalam menahan beban dapat dilihat pada

Gambar 9.

Gambar 9. Grafik Pengaruh Variasi Stiffeners terhadap Kekuatan Gable Frame dalam Menahan

Beban

Page 10: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

202

Rasio peningkatan kekuatan gable frame akibat variasi stiffener terlihat pada Tabel 7.

Tabel 7. Rasio Peningkatan Kekuatan Gable Frame Akibat Variasi Stiffener

Variasi

Stiffener

Pu

(kN)

Pu

Akibat

Stiffener

Diagonal

(kN)

Pu

Akibat

Stiffener

Diagonal

(%)

Pu

Akibat

Stiffener

Bawah

(kN)

Pu

Akibat

Stiffener

Bawah

(%)

Atas & tengah

(SN-1.P3.1.1)

Atas, tengah, &

diagonal

(SN-1.P4.1.1)

Atas, tengah, &

bawah

(SN-1.P5.1.1)

Atas, tengah,

diagonal, &

bawah

(SN-1.P6.1.1)

10,750

11,000

13,450

13,590

N/A

0,250

N/A

0,140

N/A

2,326

N/A

1,041

N/A

N/A

2,700

2,590

N/A

N/A

25,116

23,545

Stiffener bagian bawah memberikan tambahan kekuatan sebesar 25,116% pada model SN-1.P6.1.1

(stiffener atas, tengah, dan bawah) serta 23,545% pada model SN-1.P5.1.1 (stiffener atas, tengah,

diagonal, dan bawah). Stiffener diagonal hanya memberikan tambahan kekuatan sebesar 2,326%

pada model SN-1.P4.1.1 (stiffener atas, tengah, dan diagonal) serta 1,041% pada model SN-1.P5.1.1

(stiffener atas, tengah, diagonal, dan bawah). Rata-rata penambahan kekuatan gable frame oleh

pemasangan stiffener bawah adalah 24,331% dan 1,683% akibat pemasangan stiffener diagonal.

Peningkatan mutu profil yang mengalami kondisi ultimit meningkatkan tegangan maksimalnya

(Gambar 10).

Gambar 10. Grafik Pengaruh Mutu Web Eave Haunch, Flens Rafter Atas, Flens Eave Haunch,

dan Eave Plate (fy) terhadap Tegangan Maksimum Gable Frame (σmax)

Page 11: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

203

Pada mutu 400 MPa (SN-3.P5.1.1) menuju mutu 570 MPa (SN-4.P5.1.1) hanya terjadi peningkatan

daya tahan terhadap beban yang sangat kecil yaitu 0,050 kN, namun mengalami peningkatan

tegangan yang sangat besar yaitu 168,706 MPa (Gambar 10), data lengkap lihat Tabel 8 berikut.

Tabel 8. Rasio Peningkatan Mutu terhadap Peningkatan Kekuatan Gable Frame

Model

Mutu

Daerah

Ultimit fu*)

(MPa)

Kenaikan

Mutu

∆ fu*)

(MPa)

Pu

(kN)

∆Pu

(kN)

∆ fu*) : ∆Pu

Keterangan

SN-1.P5.1.1

SN-2.P5.1.1

SN-3.P5.1.1

SN-4.P5.1.1

298

355

400

570

N/A

57

45

170

13,590

15,000

16,100

16,150

N/A

1,410

1,100

0,050

N/A

1 : 0,0247

1 : 0,0244

1 : 0,0003

N/A

efektif

efektif

boros

*) mutu pada daerah web eave haunch, flens rafter atas, flens eave haunch, dan eave plate

Disimpulkan bahwa peningkatan mutu dari 400 MPa (SN-3.P5.1.1) ke 570 MPa (SN-4.P5.1.1) tidak

efektif (boros) dalam meningkatkan kekuatan gable frame. Model optimum adalah SN-3.P5.1.1

(400 MPa) dengan beban maksimum per gording 16,100 kN dan tegangan maksimum 432,573

MPa. Stress contour model optimum dapat dilihat pada Gambar 11.

Gambar 11. Stress Contour Model Optimum (SN-3.P5.1.1) pada Bagian Eave Connection

Data non linier tegangan terhadap lendutan arah vertikal pada model optimum (SN-3.P5.1.1) yang

didapat dirumuskan dalam bentuk persamaan menggunakan metode curve fitting eksponesial

pangkat dua (Gambar 12).

web eave haunch

Page 12: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

204

Gambar 12. Grafik Tegangan Maksimal terhadap Lendutan pada Apex Arah Vertikal pada

Model Optimum (SN-3.P5.1.1)

Persamaan yang diperoleh dari curve fitting eksponesial pangkat dua adalah persamaan regresi berikut:

σ = 2,050δ – 2,835e-3δ1,975 (1)

di mana

σ adalah tegangan maksimum (MPa),

δ adalah lendutan apex arah vertikal (mm).

4. KESIMPULAN

1. Sudut rafter optimum dalam menahan beban adalah 6,56º; sudut yang lebih rendah atau lebih

besar akan mengurangi kekuatan gable frame, memicu buckling di bagian atas eave connection

(daerah tarik/tension zone) terutama pada eave plate, serta menimbulkan lendutan arah vertikal

(UY) yang lebih besar pada struktur.

2. Keberadaan eave haunch rata-rata meningkatkan kekuatan gable frame dalam menahan beban

sebesar 103,370% serta mencegah terjadinya buckling di bagian tengah eave connection (daerah

geser/shear zone dan daerah tekan/compression zone).

3. Keberadaan optional stiffeners (optional tension stiffeners pada kolom dan stiffener pada balok)

rata-rata meningkatkan kekuatan gable frame dalam menahan beban sebesar 21,722% dan

mencegah terjadinya buckling di bagian atas eave connection (daerah tarik/tension zone).

4. Variasi stiffener mempengaruhi kekuatan gable frame dalam menahan beban. Rata-rata

penambahan kekuatan gable frame karena pemasangan stiffener bawah (stiffener bagian bawah

eave connection atau sejajar dengan flens eave haunch) yaitu daerah tarik/tension zone adalah

24,331% dan 1,683% akibat pemasangan stiffener diagonal.

Page 13: PERMODELAN ELEMEN HINGGA 3D EAVES CONNECTION …s2tekniksipil.ulm.ac.id/wp-content/uploads/2018/03/Politeknik-BJM-Supriyatiningsih... · 195 1. PENDAHULUAN Gable frame biasa digunakan

205

5. Peningkatan mutu meningkatkan kekuatan gable frame dalam menahan beban serta

meningkatkan tegangan maksimalnya sampai mutu 400MPa selebihnya tidak terlalu signifikan

atau tidak efektif (boros).

DAFTAR RUJUKAN

Citipitouglu, A.M., Haj-Ali R.M., White D.W. 2002. Refined 3D Finite Element Modeling of

Partially Restrained Connections Including Slip, J. Construct Steel Res, 58:5-8, 995-1013.

Grijalvo, J. 2006. Design of Portal Frame Eaves Connections, Plastic Design of Portal Frame to

Eurocode 3, University of Sheffield, SN041a-EN-EU.

Hradil, P., Mielonen M., Fulop L. 2010. Advanced Design and Optimization of Steel Portal Frame,

Journal of Structural Mechanics, Vol. 43, No. 1, pp. 44-60.

Malik, A.S. 2006. Details For Portal Frames Using Rolled Sections, Plastic Design of Portal Frame

to Eurocode 3, University of Sheffield SS051a-EN-EU.

Mansur, S. Bin S.J. 1992. Lateral Torsional Buckling of Haunched Members in Portal Frame,

Doctoral Thesis, Departement of Civil Engineering University of Salford.

Owens, G.W., Cheal B.D. 1989. Structural Steelwork Connections, Butterworths & Co Ltd.

Raven, G. 2006. Overview of Structural Systems for Single-Storey Buildings, Plastic Design of

Portal Frame to Eurocode 3, University of Sheffield, SS048a-EN-EU.

Roylance, D. 2001. Stress-Strain Curves, Departement of Materials Science and Engineering

Massachusetts Institute of Technology Cambridge.

Salmon, C.G., Johnson, J.E. 1990. Steel Structures: Design and Behavior, Emphasizing Load and

Resistance Factor Design, Third Edition, HarperCollins, Publisher, Inc.

Stolarski, T., Nakasone Y., Yoshimoto S. 2006. Engineering Analysis with ANSYS Software,

Elsevier.

Swanson, J., A. 2004. ANSYS 9.0 Manual, ANSYS, Inc. and ANSYS Europe, Ltd.

Taufik, S. 2008. Behaviour of Bolted Connection with High Strength and Stainless Steel, Swansea

University, PhD Dissertation.

Taufik, S., Baharom S., Xiao R.Y. 2009. Computational Frame Analysis of Partially Restrained

Connection with Strain Softening Effect, Proceedings of the Twelfth International Conference

on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, Paper 136.

Taufik, S. 2013. Numerical Modelling of Semi-rigid Connection with High Strength Steel, Study of

Civil Engineering and Architecture (SCEA) Volume 2 Issue 2.

Watwood, V.B. 1985. Gable Frame Design Considerations, American Society of Civil Engineers.