ANALISA SISTEM PENGAKU (STIFFENER) PADA GELAGAR PELAT GIRDER PENAMPANG - I TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh : M. AGUS HANAFI SIPAHUTAR 110404033
Dosen Pembimbing: Ir. TORANG SITORUS, M.T. NIP. 19571002 198601 1 001
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Jembatan merupakan sebuah struktur yang sengaja dibangun untuk menyeberangi jurang atau rintangan seperti sungai, lembah, rel kereta api maupun jalan raya. Jembatan gelagar berdinding penuh (balok girder) merupakan hal yang dibahas dalam tugas akhir ini, terlebih lagi terhadap desain pengaku pada balok girder. Balok girder merupakan balok tinggi yang langsing dengan ukuran web yang relatif tipis sehingga diperlukannya penggunaan pengaku untuk mencegah terjadinya tekuk badan ataupun tekuk torsi lateral. Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi jarak pengaku dengan beban yang sama terhadap terjadinya tekuk pada badan dan juga aksi medan tarik yang terjadi pada badan. Perhitungan pendimensian balok girder dan pengaku mengacu pada metode LRFD (Load and Resistance Factor Design) yang berdasarkan SNI 031729-2002. Hasil pendimensian kemudian disimulasikan dengan bantuan program ANSYS.
Kata kunci: balok girder, pengaku, tekuk, torsi lateral.
i
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ......................................................................................................
i
DAFTAR ISI ...................................................................................................
ii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR......................................................................................
vi
DAFTAR GRAFIK......................................................................................
viii
DAFTAR NOTASI .........................................................................................
ix
KATA PENGANTAR...................................................................................
xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ..................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah .............................................................................
2
1.3 Tujuan dan Manfaat ..........................................................................
2
1.4 Pembatasan Masalah .........................................................................
3
1.5 Metode Penelitian..............................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................
5
BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 Umum................................................................................................
6
2.2 Sifat-Sifat Mekanik Baja ...................................................................
8
2.3 Tipe-Tipe Jembatan ...........................................................................
11
2.4 Jenis Gelagar .....................................................................................
14
2.5 Balok Pelat Berdinding Penuh (Balok Girder) ................................
16
2.5.1 Kegagalan Akibat Tekuk..........................................................
19
2.5.2 Pesyaratan Balok Pelat Berdinding Penuh (Balok Girder) ......
20
2.5.3 Kuat Momen Nominal Balok Girder........................................
21
2.5.3.a Tipe Keruntuhan Tekuk Torsi Lateral ..........................
22
2.5.3.b Tipe Keruntuhan Tekuk Lokal Flens Tekan ................
22
ii
Universitas Sumatera Utara
2.5.4 Kuat Geser Nominal .................................................................
23
2.5.4.a Tekuk Elastis Akibat Geser Murni ...............................
24
2.5.4.b Tekuk Inelastis Akibat Geser Murni ............................
24
2.5.5 Kuat Geser Nominal Dengan Pengaruh Aksi Medan Tarik......
25
2.5.6 Interaksi Geser Dan Lentur .......................................................
27
2.5.7 Jenis – Jenis Stiffener (Pengaku) ..............................................
29
2.5.7.a Pengaku Memanjang (Pengaku Horizontal) .................
29
2.5.7.b Pengaku Melintang (Pengaku Vertikal) .......................
30
2.5.8 Pengaku Penahan Gaya Tumpu ................................................
33
2.5.8.a Kuat Leleh Web............................................................
33
2.5.8.b Kuat Tekuk Dukung Web .............................................
34
2.5.8.c Kuat Tekuk Lateral Web ..............................................
34
2.5.8.d Kuat Tekuk Lentur Web...............................................
35
2.6 Desain Balok Pelat Berdinding Penuh (Pelat Girder).......................
36
2.7 Peraturan Pembebanan ......................................................................
38
2.7.1 Aksi tetap ..................................................................................
39
2.7.1.a Berat Sendiri .................................................................
40
2.7.1.b Beban Mati Tambahan .................................................
40
2.7.2 Aksi Transien ...........................................................................
41
2.7.2.a Lajur Lalu Lintas Rencana............................................
41
2.7.2.b Beban lajur “D” ............................................................
43
2.7.2.c Beban truk “T” ..............................................................
47
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bagan Alir .........................................................................................
49
3.2 Mulai .................................................................................................
50
3.2.1 Studi literatur............................................................................
50
3.3 Tahap Desain Data ............................................................................
50
3.4 Pengolahan Data................................................................................
50
3.4.1 Analisa Struktur Manual Dengan Metode LRFD ...................
50
3.4.2 Analisa Dengan Menggunakan Program ANSYS ...................
50
3.5 Hasil dan Pembahasan.......................................................................
51
iii
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Potongan Memanjang Dan Melintang Gelagar Pelat Girder ............
52
4.2 Pradimensi .........................................................................................
53
4.3 Pembebanan Pada Gelagar ...............................................................
55
4.4 Perhitungan Gaya Dalam ..................................................................
56
4.4.1 Cek Kekuatan Penampang Terhadap Momen (Gaya Dalam) ..
57
4.4.1.a Kontrol Tegangan ...........................................................
57
4.5 Pemeriksaan Terhadap Kuat Geser ...................................................
59
4.5.1 Disain Jarak Pengaku Vertikal (Panel Ujung) .........................
60
4.5.2 Disain Jarak Pengaku Vertikal (Panel Tengah) ......................
62
4.5.3 Disain Pengaku Vertikal (Stiffener) .........................................
64
4.5.4 Disain Pengaku Penahan Gaya Tumpu ....................................
67
4.5.5 Disain Sambungan (Sambungan Las) ......................................
69
4.6 Disain Diafragma ..............................................................................
77
4.7 Perhitungan Lendutan .......................................................................
78
4.8 Hasil Tinjauan Output ANSYS. ........................................................
84
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 101 5.2 Saran .................................................................................................. 104
DAFTAR PUSTAKA. .................................................................................... 105
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel
Judul
Halaman
Tabel 2.1
Berat isi untuk beban mati (kN/m3)
38
Tabel 2.2
Faktor beban untuk berat sendiri
40
Tabel 2.3
Faktor beban untuk beban mati tambahan
41
Tabel 2.4
Jumlah lajur lalu lintas rencana
42
Tabel 4.1
Variasi jarak antar pengaku vertikal (Stiffener)
79
Tabel 4.2
Nilai q pengaku (Stiffener)
79
Tabel 4.3
Lendutan terhadap girder akibat diafragma
82
Tabel 4.4
Lendutan total
83
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Tabel
Judul
Halaman
Gambar 2.1 Hubungan tegangan-regangan tipikal
7
Gambar 2.2 Kurva hubungan tegangan (f) vs regangan (ε)
9
Gambar 2.3 Bagian kurva tegangan-regangan yang diperbesar
9
Gambar 2.4 Penampang gelagar tunggal
15
Gambar 2.5 Penampang gelagar tersusun (balok girder)
16
Gambar 2.6 Kondisi batas untuk balok terlentur
17
Gambar 2.7 Kehancuran badan yang dicegah dalam desain
20
Gambar 2.8 Tampak Samping dan Potongan Melintang Balok Girder –I
21
Gambar 2.9 Aksi medan tarik balok girder
26
Gambar 2.10 Kapasitas geser dengan aksi medan tarik
26
Gambar 2.11 Interaksi geser dan lentur
27
Gambar 2.12 Sambungan las pada balok girder
33
Gambar 2.13 Beban “D” : beban terbagi rata vs panjang bentang dibebani
44
Gambar 2.14 Faktor beban dinamis untuk beban garis untuk pembebanan
45
lajur “D” Gambar 2.15 Beban lajur “D”
45
Gambar 2.16 Penyebaran pembebanan pada arah melintang
47
Gambar 2.17 Pembebanan Truk “T” (500 kN)
48
Gambar 4.1 Potongan memanjang dan melintang gelagar
52
Gambar 4.2 Variasi 1 sebelum dibebani
84
Gambar 4.3 Variasi 1 setelah dibebani
85
Gambar 4.4 Variasi 2 sebelum dibebani
85
vi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Variasi 2 setelah dibebani
86
Gambar 4.6 Variasi 3 sebelum dibebani
86
Gambar 4.7 Variasi 3 setelah dibebani
87
Gambar 4.8 Variasi 4 sebelum dibebani
87
Gambar 4.9 Variasi 4 setelah dibebani
88
Gambar 4.10 Variasi 5 sebelum dibebani
88
Gambar 4.11 Variasi 5 setelah dibebani
89
Gambar 4.12 Variasi 6 sebelum dibebani
89
Gambar 4.13 Variasi 6 setelah dibebani
90
Gambar 4.14 Gelagar Tanpa Stiffener Sebelum Dibebani
90
Gambar 4.15 Gelagar Tanpa Stiffener Setelah Dibebani
91
Gambar 4.16 Lendutan variasi 1
91
Gambar 4.17 Lendutan variasi 2
92
Gambar 4.18 Lendutan variasi 3
92
Gambar 4.19 Lendutan variasi 4
93
Gambar 4.20 Lendutan variasi 5
93
Gambar 4.21 Lendutan variasi 6
94
Gambar 4.22 Lendutan Gelagar Tanpa Stiffener
94
Gambar 4.23 Variasi 5 dengan pengaku memanjang
99
Gambar 4.24 Variasi 6 dengan pengaku memanjang
99
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK Tabel
Judul
Grafik 4.1
Grafik lendutan
Halaman 83
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
= Luas penampang profil
Af
= Luas pelat sayap
Apb
= Luas penampang pengaku penahan gaya tumpu
As
= Luas penampang stiffener
Aw
= Luas pelat badan
Cv
= Koefisien geser
DLF
= Dinamik load factor
E
= Modulus elastisitas baja
H
= Tinggi profil
Is
= Inersia pengaku vertikal
Ix
= Inersia terhadap sb-x
Iy
= Inersia terhadap sb-y
Kg
= Koefisien balok girder
Lw
= Panjang las
L
= Panjang bentang tak terkekang
L1
= Jarak antar diafragma
Mn
= Momen nominal
Mu
= Momen lentur ultimit
P
= Gaya akibat beban truck
P1
= Beban pada as roda tengah atau belakang
P2
= Beban pada as roda depan
Plas
= Gaya akibat las
ix
Universitas Sumatera Utara
Rn
= Tahanan nominal
Rnw
= Tahanan nominal akibat las
S
= Modulus penanampang
Vcr
= Kuat geser kritis
Vn
= Kuat geser nominal
Vu
= Gaya geser ultimit
a
= Jarak antar pengaku vertikal
ar
= Perbandingan antara luas pelat badan terhadap luas pelat sayap
b
= Lebar flens
bs
= Lebar stiffener
f
= Gaya geser
fcr
= Tegangan leleh kritis
fuw
= Tegangan ultimit las
fy
= Tegangan leleh baja
fyf
= Tegangan leleh flens
fyw
= Tegangan leleh web
h
= Tinggi bersih bagian web
kn
= Rasio antara a dan h
m
= Rasio antara tegangan leleh web dengan tegangan leleh flens
qDL
= Beban terbagi rata akibat beban mati
rT
= Jari-jari girasi
s
= Jarak las dari as ke as
tf
= Tebal flens
ts
= Tebal stiffener
x
Universitas Sumatera Utara
tw
= Tebal web
λ
= faktor kelangsingan
Ø
= Faktor reduksi = Tegangan tekuk geser
xi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul ANALISA SISTEM PENGAKU (STIFFENER) PADA GELAGAR PELAT GIRDER PENAMPANG - I ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana di bidang Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Sehubungan dengan selesainya tugas akhir ini, penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. sebagai koordinator Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir.Torang Sitorus, M.T., sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan ilmu dalam penyusunan tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. dan Ibu Rahmi Karolina, S.T., M.T., sebagai dosen pembanding dan penguji penulis. 6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan
xii
Universitas Sumatera Utara
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Amin, Bang Edi dan Bang Zul). 8. Kedua orang tua saya, Ayahanda M. Coiman Sipahutar dan Ibunda Marlina Sitompul, yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini. 9. Kakak-kakak saya, Hanifa Indriyani Sipahutar, S.Pd, Syamaiyah Handayani Sipahutar, S.Pd, dan Afrida Fitriyani Sipahutar, S.Pdi. Serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Kepada Yenni Farida Siregar, SKM sahabat terkasih yang selama ini memberikan semangat serta dukungan kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 11. Seluruh teman-teman seperjuangan Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara angkatan 2011, yang telah banyak membantu saya hingga selesainya Tugas Akhir ini. 12. Buat teman-teman saya Ahmad Amanu SS, Rico Ardiansyah, Zulfuadi Lubis, Adriansyah Pami Rahman Siregar, M. Arief Rizqy, Reza Kurniawan dan Her Afriyandi terima kasih atas dukungannya selama ini.
xiii
Universitas Sumatera Utara
13. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih, dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca.
Medan,
Februari 2016 Penulis
(M. Agus Hanafi Sipahutar) 11 0404 033
xiv
Universitas Sumatera Utara
