PLATE GIRDER

A. Pengertian Pelat GirderDalam penggunaan profil baja tunggal (seperti profil I) sebagaielemen lentur jika ukuran profilnya masih belum cukup memenuhikarena gaya dalam (momen dan gaya lintang) yang sangat besar,maka alternatif yang pertama dipilih adalah dengan menambahkanelemen pelat pada salah satu atau kedua sayap (flens) profil.

Gaya dalam (momen dan gaya lintang) sangat besar sebagaikonsekwensi dari beban yang bekerja intensitasnya sangatbesar atau bentangan (jarak tumpuan) yang sangat panjang.

Apabila alternatif penambahan elemen pelat pada sayap masihbelum cukup untuk menahan gaya dalam, maka digunakan balokberupa profil (penampang) yang terdiri dari beberapa elemen pelatyang disusun menjadi bentuk geometri tertentu.

Jenis profil balok semacam itu dikenal dengan istilah plategirder atau balok pelat berdinding penuh (Gambar 1).

Gambar 1. Penampang balok pelat berdinding penuh

Bentuk profil yang sering digunakan terdiri dari sebuah badan(web) dengan dua buah pelat sayap (fens) yang dihubungkansatu sama lain dengan alat sambung tertentu.

Fungsi utama dari sayap (atas dan bawah) adalah untukmenahan gaya aksial tekan dan tarik yang timbul daribekerjanya momen lentur, sedangkan fungsi utama daripelat badan adalah untuk menahan gaya geser.

Bisa juga juga digunakan profil yang terdiri dari dua buah pelatbadan dan dua buah pelat sayap sehingga membentuk suatubentuk geometri kotak (hollow), yang selanjutnya dikenaldengan istilah box girder.

Profil jenis ini mempunyai tahanan torsi (puntir) cukup baikdan dapat digunakan untuk struktur balok bentangpanjang tak terkekang (tidak ada sokongan lateral).

Untuk efisiensi, pada plate girder dimungkinkan untuk membuatvariasi dimensi bagian profil (penampang) di sepanjang bentang.

Untuk zona yang dominan gaya geser (tumpuan), makapenampang pelat girder dapat dibuat dengan pelat bagianbadan (web) lebih tebal tapi pelat bagian sayap (flens)lebih tipis.

Untuk zona yang dominan momen lentur (lapangan), makapenampang plate girder dapat dibuat dengan pelat bagiansayap (flens) lebih tebal tapi pelat bagian badan (web)lebih tipis.

Kemungkinan variasi dimensi bagian profil yang lain yaituuntuk zona yang dominan geser (pada bagian tumpuan)dibuat pelat badan yang lebih tinggi dibandingkan denganbagian lapangan (dominan momen lentur).

Gambar 2. Pelat girder dengan variasi pelat bagian badan lebih tebalpada zona tumpuan dan pelat bagian sayap lebih tebalpada zona lapangan

Gambar 3. Pelat girder dengan variasi pelat bagian badan lebih tinggipada zona tumpuan

Selain variasi dimensi bagian profil (penampang), variasilain pada pelat girder yaitu perbedaan mutu pelat bajayang digunakan pada bagian sayap (flens) dan badan(web).

Untuk zona dominan geser (tumpuan) maka bagianbadan digunakan pelat baja yang mutunya lebihtinggi dibandingkan dengan bagian sayap.

Dan untuk zona dominan momen lentur (lapangan)maka bagian sayap digunakan pelat baja yangmutunya lebih tinggi dibandingkan dengan bagianbadan.

Jenis pelat girder semacam itu dikenal denganistilah hybrid girder.

Dalam praktek pembuatannya, alat sambung yangdigunakan untuk merangkai pelat girder bisa berupa pakukeling, baut dan las.

Tapi sekarang metode yang digunakan lebih banyakmenggunakan alat sambung las.

Hal khusus yang dijumpai pada struktur pelat girderbiasanya ialah ada pemasangan pengaku badan (stiffener),yang berfungsi untuk mencegah tekuk lokal (localbuckling).

Bentuk pengaku badan biasanya berupa pengakumelintang (transverse stiffener) atau ditambahdengan pengaku memanjang (longitudinal stiffener).

Gambar 4. Tekuk lokal pada badan dan pada sayap

Gambar 4. Pelat girder dengan pengaku melintang

a

h

Pengaku melintang

Gambar 5. Pelat girder dengan pengaku melintang dan memanjang

Pengaku melintang

Pengaku memanjang

B. Aplikasi Pelat Girder

Pelat girder digunakan sebagai struktur balok yang menahan gayadalam (momen lentur dan gaya lintang) yang sangat besar, sebagaikonsekwensi dari beban kerja yang intensitasnya besar atau bentangbalok (jarak antar tumpuan) yang panjang.

Dalam aplikasinya di lapangan pelat girder biasa dipakai sebagaigelagar induk pada konstruksi jembatan, baik jembatan jalan rayamaupun jembatan kereta api.

Pada jembatan kereta api umumnya digunakan pada bentang 15meter sampai dengan 40 meter.

Sedangkan untuk jembatan jalan raya umunya digunakan padabentang 24 meter sampai dengan 46 m, namun pada jembatanyang menerus, bentang yang dapat dicapai lebih besar lagi yaitu 61 meter.

Pada bangunan gedung pelat girder dijumpai sebagai balok crane atausebagai balok portal yang memikul beban yang besar.

Gambar 6. Penggunaan pelat girder pada jembatan kereta api

Gambar 7. Penggunaan pelat girder pada jembatan jalan raya

Gambar 8. Penggunaan pelat girder sebagai balok crane

Gambar 9. Penggunaan pelat girder sebagai balok portal gedung

C. Dimensi Pelat Girder

Tinggi pelat girder bervariasi antara 1/6sampai 1/15 kali bentang atau rata-rataadalah 1/10 sampai 1/12 kali bentangan.

Keadaan yang membatasi tinggi pelat girderadalah tinggi bebas yang diinginkan danmasalah mobilisasi.

1. Dimensi pelat badan

Panel pelat badan adalah mencakup luasan pelat yang tidak diperkaku denganukuran dalam arah memanjang adalah a dan ukuran dalam arah tinggi balokadalah h.

Sehingga batas-batas pelat badan adalah pelat sayap, pengakumemanjang, pengaku melintang (vertikal) atau tepi bebas.

Gambar 10. Dimensi panel pelat badan

a. Pelat badan tidak diberi pengaku

Apabila kedua sisi memanjangnya dibatasi oleh pelatsayap harus memenuhi,

Apabila salah satu sisi memanjangnya dibatasi oleh tepibebas maka harus memenuhi,

yw f

E6,36

t

h

yw f

E3,18

t

h

b. Pelat badan dengan pengaku melintang

Ketebalan pelat badan yang diberi pengaku melintang harusmemenuhi,

Bila a/h > 3,0 dianggap tidak diberi pengaku melintang.

c. Pelat badan dengan pengaku melintang danmemanjang

Ketebalan pelat badan yang diberi pengaku melintang danmemanjang yang ditempatkan di salah satu sisi atau di keduasisi pada jarak 0,2h dari pelat sayap tertekan harusmemenuhi,

Ketebalan pelat badan yang diberi pengaku memanjangtambahan yang ditempatkan di salah satu sisi atau kedua sisipelat badan pada sumbu netral harus memenuhi,

Bila a/h > 3,0 pelat girder tersebut dianggap tidak diberipengaku.

Untuk tujuan praktis ketebalan pelat badan umumnya diambil,

Untuk jembatan, tw min = 3/8 inc (9 mm)

Untuk gedung, tw min = 1/4 - 5/16 inc (6 – 8 mm)

2. Dimensi pelat sayap

Secara teoritis kekuatan lentur dari pelat girder merupakanpenjumlahan dari kekuatan lentur sayap ditambah dengankekuatan lentur badannya.

Namun sebagai pendekatan kekuatan lentur dari pelatgirder semuanya disumbangkan dari kekuatan lentursayapnya.

Maka sebagai perkiraan luas sayapnya adalah :

Af . fy . h Mu

atau,

Af Mu / (fy . h)

D. Kekuatan Lentur Pelat Girder

1. Kekuatan lentur rencana

Kuat lentur rencana (desain) Mu pelat girderdihitung,

Mu = Mn

dengan,

Mn = kuat lentur nominal

= faktor resistensi momen lentur

= 0,90

2. Kekuatan lentur nominal

Komponen struktur dapat dikategorikan sebagai balok biasa atau sebagaibalok pelat berdinding penuh, tergantung dari rasio kelangsingan web,h/tw, dengan h adalah tinggi bersih bagian web dan tw adalah tebal dariweb.

Jika nilai :

h/tw < r maka dikategorikan sebagai balok biasa

h/tw > r maka dikategorikan sebagai balok pelat berdinding penuh.

dimana,

Nilai fy dalam MPa, dan untuk balok hibrida maka nilai fy diambil darinilai fy fens, hal ini disebabkan karena stabilitas dari web untuk menahantekuk lentur tergantung pada regangan yang terjadi dalam flens.

y

rf

2550λ

Momen nominal balok, Mn = Kg. S .fcrdimana Kg sebagai koefisien balok berdinding penuh diambilsebesar,

dimana,

ar = Aw/Afc

Aw = luas pelat badan

Afc = luas pelat sayap tertekan

h = tinggi bersih balok

S = modulus penampang

= Inetto/ymax

ymax = d/2

d = tinggi penampang pelat girder

fcr = tegangan kritis

crwr

r

f

2550

t

h

a3001200

a1Kg

Tegangan kritis

Tegangan kritis fcr ditentukan oleh:

Kelangsingan berdasar panjang bentang (tekuk torsi lateral)

Kelangsingan berdasarkan tebal pelat sayap (local buckling)

Kelangsingan berdasar panjang bentang (tekuk torsi lateral)ditentukan sebagai,

G = L/rt

dengan,

L = jarak pengekang lateral

rt = jari-jari girasi (pelat sayap + 1/3 pelat badan tertekan)

Batas kelangsingan,y

pf

E1,76λ

y

rf

E4,40λ

Kelangsingan berdasarkan tebal pelat sayap (local buckling)ditentukan sebagai,

Batas kelangsingan,

dengan,

dan 0,35 kc 0,763

Maka besarnya fcr adalah,

1. Untuk G p (bentang pendek) maka, fcr = fy

2. Untuk p G r (bentang menengah) maka,

3. Untuk r G , (bentang panjang) maka, fcr = fc (r/G)2

dengan,

jika ditentukan oleh tekuk torsi lateral

fc = fy /2 jika ditentukan oleh tekuk lokal

E. Kuat Geser Pelat Girder

1. Kuat geser rencana

Pelat badan yang memikul gaya geser perlu Vu harusmemenuhi

Vu Vn

dengan,

Vn = kuat geser nominal pelat badan

= faktor resistensi untuk pelat badan yangmemikul geser

= 0,90

2. Kuat geser nominal

Nilai kuat geser nominal (Vn) pelat badan ditentukan denganketentuan,

a. Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal pelat h/twmemenuhi,

dengan,

maka, Gambar 11. Dimensi panel pelat badan

Vn = 0,6 fy Aw

di mana,

Aw = luas bruto pelat badan

b. Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal pelat h/twmemenuhi,

maka,

Atau,

dengan,

c. Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal pelat h/twmemenuhi,

maka,

Atau,

dengan,

F. Interaksi Geser dan LenturInteraksi geser dan lentur diberlakukan pada daerah (titik) yang menderita gaya geserdan momen lentur yatu pada panel lapangan.

Untuk pelat girder dengan tumpuan sederhana (sendi – roll) panel-panel ujungnyatidak perlu diperiksa terhadap interaksi geser dan lentur.

Interaksi geser dan lentur hanya diperiksa jika dipenuhi syarat,

Kuat geser nominal pelat badan dengan adanya momen lentur harus dihitung denganketentuan,

a. Jika momen lentur dianggap dipikul hanya oleh pelat sayap maka momen lenturperlu (Mu) memenuhi,Mu Mf

dengan Mf adalah kuat lentur nominal dihitung hanya dengan pelat saya saja,Mf = Af . df . fy

di mana,Af = luas efektif pelat sayap (mm2)df = jarak antara titik berat pelat-pelat sayap (mm)

n

n

u

u

n

n

M0,75

V

M

V

M

V0,6

Maka pelat badan harus memenuhi

Vu Vn

dengan Vn adalah kuat geser nominal pelat badan (butir E.2.a, b, catau butir 8.8.2 SNI 03 – 1729 – 2002)

b. Jika momen lentur dianggap dipikul oleh seluruh penampang, makapelat girder harus direncanakan untuk memikul kombinasi lenturdan geser yaitu,

dengan,

Vn = kuat geser nominal pelat badan akibat geser saja

(butir E.2.a, b, c atau butir 8.8.2 SNI 03 – 1729 – 2002)

Mn = kuat lentur nominal

(butir 8.2, 8.3, atau 8.4 SNI 03 – 1729 – 2002)

G. Pengaku (Siffener)

Tujuan pemasangan pengaku (stiffener) pada pelat girder adalahuntuk memperkecil bahaya lipat pada pelat badan.

Bentuk pengaku badan biasanya berupa pengaku vertikalatau pengaku melintang (transverse stiffener) atau ditambahdengan pengaku memanjang (longitudinal stiffener).

Dalam sistem struktur jembatan pengaku vertikal biasanya ditempatkan pada posisi gelagar-gelagar melintangnya.

Namun bila diperlukan lagi (masih kurang), pengaku vertikaldapat ditempatkan lagi diantara gelagar-gelagar melintangtersebut.

Gambar 12. Sistem balok tanpa pengaku melintang

Gambar 13. Pengaku melintang pada posisi balok melintang

Gambar 14. Pengaku melintang pada posisi balok melintangdan diantara balok melintang

1. Pengaku penumpu peban

Kekuatan pelat badan (Rb) akibat beban terpusat atau gayatumpu gelagar melintang (Ru) harus memenuhi,

dengan,

Ru = beban terpusat atau gaya tumpu gelagarmelintang

Rb = kekuatan nominal pelat badan berdasarkan kuatleleh, kuat tekuk (dihitung berdasarkan butir8.10.3, 8.10.4, 8.10.5, dan 8.10.6, SNI 03 –1729 – 2002)

As = luas tampang pengaku

= 0,9

Bila (Ru - Rb) hasilnya negatif (-) maka tidak perlu pengakubadan.

Kekuatan nominal pelat badan berdasarkan kuat leleh :

Bila jarak beban terpusat terhadap ujung balok lebihbesar dari tinggi balok (butir 8.10.3.a),Rb = (5k + N) fy tw

Bila jarak beban terpusat terhadap ujung balok lebihkecil atau sama dengan tinggi balok (butir 8.10.3.b),Rb = (2,5k + N) fy tw

Keterangan:k = tebal pelat sayap ditambah jari-jari peralihan

(mm)N = dimensi longitudinal pelat perletakan atau

tumpuan, minimal sebesar k (mm)

Gambar 15. Posisi beban terpusat pada jarak lebih besar dan lebih kecil daritinggi balok

Kekuatan nominal pelat badan berdasarkan kuat tekuk dukung :

Bila beban terpusat dikenakan pada jarak lebih dari d/2 dari ujung balok

(8.10.4.a),

Bila beban terpusat dikenakan pada jarak kurang dari d/2 dari ujung balok dan untuk N/d 0,20 (butir 8.10.4.b),

atau, untuk N/d > 0,20,

Kekuatan nominal pelat badan berdasarkan kuat tekuk lateral :

Untuk pelat sayap yang dikekang terhadap rotasi dan dihitung bila(h/tw)/(L/bf) 2,3 (butir 8.10.5.a),

Untuk pelat sayap yang tidak dikekang terhadap rotasi dan dihitungjika (h/tw)/(L/bf) 1,7 (butir 8.10-5.b),

dengan,

Cr = 3,25 untuk M My

= 1,62 untuk M > My

Kekuatan nominal pelat badan berdasarkan kuat tekuk lenturakibat gaya tekan adalah (butir 8.10.6),

2. Lebar pengakuLebar pengaku pada setiap sisi pelat badan harus lebih besardari sepertiga lebar pelat sayap dikurangi setengah tebal pelatbadan,

Gambar 15. Notasi penampang pelat girder

3. Tebal pengaku

Tebal pengaku harus lebih tebal dari setengah tebal pelat sayap,

dan harus memenuhi syarat kelangsingan

Tahanan tumpu dari sebuah pengaku penahan gaya tumpu (penumpubeban) diambil sebesar,

Rn = 0,75 (1,8 . fy . As)

dengan,

As = luas penampang pengaku penahan gaya tumpu (penumpubeban)

4. Kontrol sebagai kolom

Gambar 16. Bagian tepi (tumpuan) Gambar 17. bagian tengah

Gambar 18. Tinggi pelat badan h sebagai tinggi kolom

Panjang tekuk kolom lk = 0,75 h

Untuk, c 0,25 maka = 1

0,25 c 1,2 maka = 1,43/(1,6 – 0,67c)

c 1,2 maka = 1,25c2

Harus dipenuhi, dengan = 0,85ω

fA'R

y

u

5. Pengaku yang tidak menerima beban

Bila kuat geser pelat badan Vn tidak memenuhi, maka dipasang pengakuvertikal pada salah satu sisi atau di kedua sisi pelat badan.

a. Luas minimum

Pengaku vertikal yang tidak menerima beban luar secara langsung ataumomen, harus memenuhi:

dengan,

D = 1,0 untuk sepasang pengaku

= 1,8 untuk pengaku tunggal

= 2,4 untuk pengaku pelat tunggal

AW = luas pelat badan

Cv = perbandingan antara kuat geser pada butur 8.8.4 atau 8.8.5 terhadap kuat geser pada butir 8.8.3

2

2

1

15,0

h

a

h

a

h

aCADA vws

b. Kekakuan minimum pengaku

Pengaku vertikal pada pelat badan yang tidak menerima beban luarsecara langsung atau momen harus mempunyai momen inersia (Is)terhadap garis tengah bidang pelat badan,

Is 0,75 h.tW3 untuk

untuk

dimana,

Gambar 19. Notasi penampang pengaku

2h

a

2h

a

2

3

W3

sa

.th1,5I

2

sss .b.t12

1I

H. Desain Pelat Girder

Secara umum proses desain balok pelat berdinding penuh adalahsebagai berikut:

1. Tentukan beban terfaktor yang bekrja

2. Tentukan (hitung) gaya dalam (momen lentur, gaya lintang)desain yang timbul

3. Tentukan tinggi dari balok pelat berdinding penuh

4. Tentukan ukuran web

5. Tentukan ukuran dari flens

6. Periksa kuat momen nominal dari penampang

7. Periksa kuat geser, juga tentukan jarak antar pengaku vertikal

8. Periksa interaksi geser-lentur

9. Periksa kekuatan web terhadap gaya tumpu yang bekerja

I. Contoh Soal

1. Suatu plate girder dengan bentang L = 21,00 m memikul beban-beban sebagai berikut :

– Beban hidup, WL = 5200 kg/m

– Beban mati, WD = 3000 kg/m

– Berat sendiri gelagar (taksir)= 370 kg/m'

Rencanakan plate girder tersebut !

2. Suatu elemen struktur sebagai balok pelat berdinding penuh (pelatgirder) dengan ukuran dan pembebanan seperti tampak padagambar di bawah. Pengaku penahan gaya tumpu dipasang padatumpuan serta pada titik-titik beban terpusat. Tidak ada pengakuvertikal dan sambungan las diasumsikan sudah mencukupi.Periksalah kuat lentur, kuat geser, interaksi geser dan lentur, danpengaku penahan gaya tumpu, apabila mutu baja yang digunakanSt 37 dan beban-beban yang bekerja sebagai berikut :

a. Beban mati : beban merata, wD = 15 kN/m

(termasuk berat sendiri)

beban terpusat, PD = 45 kN

b. Beban hidup : beban merata, wL = 45 kN/m

beban terpusat, PL = 135 kN

A EB C D

w

P1 P2 P3

3,8 m 3,8 m 3,8 m 3,8 m

20

120

20

20

25

25

170010

400

190

Kuis 1 :Desainlah suatu balok pelat berdindingpenuh yang tertumpu sederhanabentangan 18 m. Tinggi balok yangdijinkan adalah 165 cm. Asumsikanbalok terkekang lateral menerus danmutu baja St 37.

Kuis 2 :

THE END