Upload
mafri-rianti
View
148
Download
30
Embed Size (px)
Citation preview
3- STRUKTUR TARIK
Pendahuluan • Struktur tarik adalah bagian dari struktur bangunan yang menerima beban
normal tarik
1 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
• Struktur tarik terdapat pada bagian bangunan :
o Struktur utama :
Jembatan rangka
Jembatan gantung
Rangka kuda-kuda atap
Rangka menara
o Struktur sekunder :
Ikatan angin atap/jembatan
Ikatan rem pada jembatan
Ikatan penggantung gording
2
• Penggunaan baja struktur yang paling efisien adalah sebagai tarik, dimana seluruh kekuatan batang dapat dimobilisasi secara optimal hingga mencapai keruntuhan
• Batang tarik adalah komponen struktur yang memikul/mentransfer gaya tarik antara dua titik pada struktur
• Suatu elemen direncanakan hanya memikul gaya tarik jika :
– Kekakuan lenturnya dapat diabaikan, seperti pada kabel atau rod
– Kondisi sambungan dan pembebanan hanya menimbulkan gaya aksial pada elemen, seperti pada elemen rangka batang.
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
3
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
4 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
5
Penampang Elemen Tarik Struktur Baja
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
6
Perencanaan Elemen Tarik
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
Nu : gaya aksial tarik terfaktor
Ø : koefisien reduksi
Kondisi leleh sepanjang batang
Kondisi fraktur pada daerah sambungan
Untuk batang bulat :
Ag = ¼ . π . D2
Ae = 0,75 Ag
7
• Tahanan nominal komponen struktur tarik dapat ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu :
– Leleh penampang pada daerah yang jauh dari sambungan
– Fraktur pada penampang efektif pada lubang-lubang baut di sambungan
– Keruntuhan blok geser pada lubang-lubang baut di sambungan
• Leleh pada penampang menggunakan persamaan 10.1.1-2.a, dimana semua kemampuan baja dapat digunakan maksimal
• Pada keruntuhan fraktur di sambungan, terjadi konsentrasi tegangan di sekitar baut. Kelelehan terjadi secara lokal yang menyebabkan terjadinya fraktur pada luas penampang netto.
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
8
• fu yang digunakan pada persamaan 10.1.1-2.b untuk daerah lokal, sedangkan fy digunakan pada persamaan 10.1.1-2.a untuk daerah yang lebih panjang
• Sebenarnya fu juga dapat digunakan pada persamaan 10.1.1-2.a namun hal ini akan menyebabkan perpanjangan total yang cukup besar sehingga menimbulkan redistribusi gaya yang berlebihan kepada komponen-komponen struktur lainnya
• Koefisien reduksi (Ø) dari fu lebih kecil (0,75) daripada koefisien reduksi (Ø) dari fy (0,9)
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
9
Batas Kelangsingan • Batas kelangsingan yang dianjurkan dalam peraturan ditentukan
berdasarkan pengalaman, engineering judgement, dan kondisi-kondisi praktis untuk :
– Menghindari kesulitan handling dan meminimalkan kerusakan dalam fabrikasi, transportasi dan tahap konstruksi
– Menghindari kendor (sag yang berlebih) akibat berat sendiri batang
– Menghindari getaran
• Batas kelangsingan, l, ditentukan sebagai berikut :
• lmax ≤ 240 ; untuk struktur utama
• lmax ≤ 300 ; untuk struktur sekunder
• Dimana : angka kelangsingan : l = L/r
L = panjang batang tarik
• r = jari-jari girasi = √(I/A)
• Batas kelangsingan untuk batang bulat : L/D ≤ 500 ; D = diameter batang
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
10
Luas Netto (An) • Lubang-lubang baut dapat dibuat dengan beberapa cara
1. Cara yang termurah dan termudah adalah dengan menggunakan metode punching dengan diameter (D) lubang 1,5 mm lebih besar daripada diameter (D) alat pengencang (keling atau baut)
Dlubang asli = Dalat pengencang + 1,5 mm (tanpa memperhitungkan kerusakan pelat)
Metode tersebut akan mengurangi kekuatan daerah pinggiran lubang baut, sehingga dalam analisis :
Dlubang = Dlubang asli + 1,5 mm = Dalat pengencang + 3 mm
2. Metode pelubangan kedua adalah dengan cara punching dengan D yang lebih kecil daripada D rencana kemudian melakukan reaming (melebarkan) sehingga mendapatkan D rencana.
Metode tersebut memberikan ketelitian yang lebih baik daripada cara sebelumnya, namun lebih mahal
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
11
3. Metode ketiga adalah dengan cara langsung membor lubangnya sebesar Dalat pengencang + 0,75 mm.
Metode tersebut biasanya digunakan pada pelat-pelat yang tebal dan adalah cara termahal diantara ketiga cara tersebut
• Luas netto penampang batang tarik yang relatif pendek (komponen penyambung) tidak boleh diambil lebih besar daripada 85% luas brutonya
An ≤ 0,85 Ag
Contoh :
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
Ag = t x d = 6 x 75 = 450 mm2
An = (d – (Dl + 1,5)) x t = (75 – (10+1,5)) x 6 = 381 mm2 (≈ 85% x Ag = 382,5 mm2)
12
Kasus Gaya Tarik Hanya Disalurkan Oleh Baut
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
• Dalam perhitungan luasan netto, dicari luasan yang terkecil dari kemungkinan-kemungkinan lintasan putus (lintasan kritis)
• Kalau ada lintasa diagonal (letak baut zig zag) dalam perumusan luas netto ada koreksi akibat adanya lintasan diagonal
13
Garis a – b – c – d = 400 – 2 x (17,5 + 1,5) = 362 mm
Garis a – b – e – c – d = 400 – 3 x (17,5 + 1,5) + 2 x 302/(4 x 30) = 347,5 mm
Garis a – b – e – f – g = 400 – 3 x (17,5 + 1,5) + 2 x 302/(4 x 30) = 347,5 mm
Jadi : An = 347,5 x t > 0,85 x Ag = 0,85 x 400 x t = 340 x t NOT OK
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
Contoh :
14
• Untuk profil siku, nilai u = sg1 + sg2 – t
• Jadi profil siku atau canal seperti dibuka/diluruskan
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
Contoh :
sg1 = sg2 = 33 mm
u = sg1 + sg2 – t = 33 + 33 – 6 = 60 mm
D = 10 mm (punching)
Ag = 691 mm2 (didapat dari tabel profil baja)
15
Panjang a – b – c – d = (27 x 2 + 60) – 1 x (10 + 1,5) = 102,5 mm
Panjang a – b – e – f = (27 x 2 + 60) – 2 x (10 + 1,5) + 302/(4 x 60) = 94,75 mm
Jadi : An = 94,75 x 6 = 568,5 mm2 < 0,85 Ag = 0,85 x 691 = 587,35 mm2 OK
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
16
Luas Penampang Efektif (Ae)
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
A = An atau Ag_las
17
• Apabila tidak semua element penampang disambung, maka pada daerah sambungan tegangan yang terjadi tidak merata.
• Pada daerah sambungan terjadi pelemahan :
Shear lag luas harus direduksi dengan koefisien U
Pelubangan pengurangan luas sehingga yang dipakai pada daerah ini adalah luas bersih An
Ae = A x U = An x U • Tegangan tarik yang tidak merata pada daerah sambungan karena adanya
perubahan letak titik tangkap gaya P pada batang tarik :
Di tengah bentang : pada berat penampang
Di daerah sambungan : pada sisi luar penampang yang bersentuhan dengan elemen plat yang disambung
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
18
Faktor Shear Lag (U) • Eksentrisitas untuk menghitung U
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
19
• Panjang sambungan (L)
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
20
Kasus Gaya Tarik Disalurkan oleh Las Memanjang
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
21 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
22
Contoh :
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
23
Keruntuhan Geser Blok (Block Shear Rupture)
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
• Geser blok adalah kondisi batas dimana tahanan ditentukan oleh jumlah kuat geser dan kuat tarik pada segmen yang saling tegak lurus
• Keruntuhan jenis ini sering terjadi pada sambungan dengan baut terhadap pelat badan yang tipis pada komponen struktur tarik
• Keruntuhan tersebut juga umum dijumpai pada sambungan pendek, yaitu sambungan yang menggunakan 2 baut atau kurang pada garis searah dengan bekerjanya gaya
24
• Tipe keruntuhan geser blok
1. Kelelehan geser – Fraktur tarik
Bila : fu . Ant > 0,6 . fu . Anv
maka : Nn = 0,6 . fy . Agv + fu . Ant
2. Fraktur geser – Pelelehan tarik
Bila : fu . Ant < 0,6 . fu . Anv
maka : Nn = 0,6 . fu . Anv + fy . Agt
Dimana : Ø = 0,75
Agt = luas bruto yang mengalami tarik
Agv = luas bruto yang mengalami geser
Ant = luas netto yang mengalami tarik
Anv = luas netto yang mengalami geser
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
25
Contoh : Sebuah batang tarik berupa pelat 2 x 15 cm disambungkan ke pelat berukuran 2
x 30 cm dengan las memanjang sepanjang 20 cm pada kedua sisinya. Kedua pelat yang disambung terbuat dari bahan yang sama.
Fy = 2.400 kg/cm2, fu = 3.700 kg/cm2
Berapa beban rencana Nu yang dapat dipikul batang tarik ?
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
26
Jawab :
a. Kondisi Plat Leleh :
Nu = Ø Nn = 0,9 . fy . Ag
= 0,9 . 2400 . (2 x 15) = 64.800 kg = 64,8 ton
b. Kondisi Plat Fraktur :
Nu = Ø Nn = 0,75 . fu . Ae
A = Ag = 2 x 15 = 30 cm2
l/w = 20/15 = 1,33 U = 0,75
Ae = A . U = 30 . 0,75 = 22,5 cm2
Nu = 0,75 . 3.700 . 22,5 = 62.437,5 kg = 62,4 ton
Jadi Nu = 62,4 ton
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
27
Contoh : Tentukan tahanan rencana komponen struktur tarik berikut ini :
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
Jawab :
a. Kondisi leleh
Nu ≤ Ø Nn = 0,9 . fy . Ag
= 0,9 . 240 . 813 = 175.608 N = 17,6 ton
Dl = 18 mm (punching)
28
b. Kondisi Fraktur :
Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . Ae
An = 813 – (Dl +1,5)*6 = 813 – (18 +1,5)*6 = 696 mm2
U = 1 – x/L ≤ 0,9
U = 1 – 19,3/(50*3) = 0,87 ≤ 0,9
Ae = An . U = 696 . 0,87 = 605,52 mm2
Nu = 0,75 . 370 . 605,52 = 168.031,8 N = 16,8 ton
c. Kondisi Blok Geser :
0,6 . fu . Anv = 0,6 . 370 . ((50*3+30) - 3½ (Dl + 1,5)) *6 = 148.851 N
fu . Ant = 370 . (40 - ½ (Dl + 1,5)) *6 = 67.155 N
fu . Ant = 67.155 N < 0,6 . Fu . Anv = 148.851 N fraktur geser – leleh tarik
Nn = 0,6 . fu . Anv + fy . Agt
= 0,6 . 370 . ((50*3+30) - 3½ (Dl + 1,5)) *6 + 240 . 40 . 6 = 206.451 N
Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . 206.451 = 154.838 N = 15,48 ton
Jadi tahanan rencana Nu = 15,48 ton (nilai terkecil dari 3 kondisi)
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
29
Contoh : Rencanakan ikatan angin dengan batang bulat. Mutu baja BJ37
Beban Nu = 5,75 ton
Panjang batang L = 7,6 m
Jawab : 1. Batas kelangsingan :
L/D ≤ 500 D ≥ L/500 = 760/500 = 1,52 cm
2. Batas leleh :
Nu ≤ Ø Nn = 0,9 . fy . Ag
Ag ≥ Nu / (0,9 . fy ) = 5.750 / (0,9 . 2400) = 2,66 cm2
3. Batas fraktur :
Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . Ae
Untuk batang bulat : Ae = 0,75 . Ag Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . 0,75 . Ag
Ag ≥ Nu / (0,75 . 0,75 . fu ) = 5.750 / (0,75 . 0,75 . 3700) = 2,76 cm2
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
30
Ag = ¼ . π . D2
D = √(4 . Ag / π ) = √(4 . 2,76 / π ) = 1,87 cm (menentukan)
Jadi digunakan besi diameter 19 mm
Contoh Rencanakan kaki kuda-kuda (batang S1)
dengan profil dobel siku. Mutu baja BJ37
Baut D = 16 mm (punch) minimum 3 baut
pada 1 deret jarak a’ 60 mm
a = 250
Beban mati D = 5,25 ton
Beban hidup L = 6,5 ton
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
R 3 m
a
S1
S2
31
Jawab : 1. Perhitungan gaya :
Ru = 1,4 D = 1,4 . 5,25 = 7,35 ton
Ru = 1,2 D + 1,6 L = 1,2 . 5,25 + 1,6 . 6,5 = 16,7 ton (menentukan)
∑V = 0 Ru – S2 . Sin a = 0 S2 = Ru/sin a = 16,7/sin 250 = 39,5 ton
∑H = 0 S1 – S2 . cos a = 0 S1 = S2 . cos a = 39,5 . cos 250 = 35,8 ton
2. Batas kelangsingan :
struktur utama : lmax ≤ 240 l = L/r
r ≥ L/240 = 300/240 = 1,25 cm
3. Batas leleh :
Nu ≤ Ø Nn = 0,9 . fy . Ag
Ag ≥ Nu / (0,9 . fy ) = 35.800 / (0,9 . 2400) = 16,57 cm2
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
32
4. Batas fraktur :
Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . Ae = 0,75 . fu . An . U
An ≥ Nu / (0,75 . fu . U ) misalkan : U = 0,85 cm2
An ≥ 35.800 / (0,75 . 3.700 . 0,85 ) = 15,2 cm2
Misalkan : An = 0,85 . Ag Ag = An /0,85 = 15,2 / 0,85 = 17,9 cm2
Coba profil dobel siku 55 x 75 x 7
Dl = 16 + 3 = 19 mm
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
x x
Pu
35
40
60 60 40
A = 8,66 cm2 (1 profil)
ry = 1,59 cm ; rx = 2,35 cm
X = 1,41 cm
33
Ag = 2 x 8,66 = 17,32 cm2 ≥ 16,57 cm2 (batas leleh memenuhi)
Batas fraktur
An = 2 . (8,66 – 1 . 1,9 . 0,7) = 14,66 cm2
U = 1 – x/L = 1 – 1,41/12 = 0,8825
Ae = U . An = 0,88 x 14,47 = 12,94 cm2
Ø Nn = 0,75 . fu . Ae = 0,75 . 3.700 . 12,94 = 35.909 kg > Nu = 35.813 kg (ok)
Batas kelangsingan
ry = 1,59 cm > r = 1,25 (ok)
rx = 2,35 cm > r = 1,25 (ok)
5. Kontrol geser blok :
Agt = 4 . 0,7 = 2,8 cm2 Anv = ((4 + 6 + 6) – 2,5 . 1,9) . 0,7 = 7,875 cm2
Ant = (4 – ½ . 1,9) . 0,7 = 2,135 cm2
Agv = (4 + 6 + 6) . 0,7 = 11,2 cm2
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
34
0,6 . fu . Anv = 0,6 . 3700 . 7,875 = 17.482,5 kg
fu . Ant = 3700 . 2,135 = 7.899,5 kg
fu . Ant < 0,6 . Fu . Anv fraktur geser – leleh tarik
Nn = (0,6 . fu . Anv + fy . Agt ) . 2 (untuk 2 profil)
= (0,6 . 3700 . 7,875 + 2400 . 2,8) . 2 = 48.405 kg
Nu = 35,8 ton ≤ Ø Nn = 0,75 . 48.405 = 36.303 kg = 36,3 ton (ok)
STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo
35 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo