BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Open-Web Expanded Beams and Girders (perluasan balok dan girder dengan badan berlubang) adalah balok yang mempunyai elemen pelat badan berlubang, yang dibentuk dengan cara membelah bagian tengah pelat badan, kemudian bagian bawah dari belahan tersebut dibalik dan disatukan kembali antara bagian atas dan bawah dengan cara digeser sedikit kemudian dilas. Gagasan semacam ini pertama kali dikemukakan oleh H.E. Horton dari Chicago dan Iron Work sekitar tahun 1910, yang sekarang ini dikenal dengan metode Castella. Jika pembelahannya zig-zag maka disamping bertambah tinggi juga akan dihasilkan pelat badan balok berlubang dan perluasan pelat badan balok, namun jika pembelahannya miring maka akan dihasilkan perluasan pada salah satu ujung pelat badan dan penyempitan pada ujung pelat badan yang satunya (menghasilkan balok non prismatis).
Gambar 1.1 Profil balok I dipotong zig-zag miring sepanjang badannya
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.2. Balok Castella non prismatis tanpa lubang. Dengan cara semacam itu maka balok dengan luas yang sama akan menghasilkan modulus potongan dan momen inersia yang lebih besar.
Gambar 1.3. Penggunaan balok I nonperismatis di lapangan
Universitas Sumatera Utara
Grafik 1.1 Batas-batas daerah tekuk yang ditetapkan dalam persyaratan L p (batas wilayah plastik) dan Lr(batas wilayah tekuk inelastik)
jika L b
maka profilnya akan cepat rusak (yang sering disebut
prematur calleb), hal ini dapat diatasi dengan cara memasang pengaku pada bagian pelat badannya. Pada pembahasan kali ini, penulis hanya akan membahas mengenai balok I nonprismatis.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Rumusan Masalah Analisis nonlinier, yaitu geometrinya tetap selama proses pembebanan, kekakuan elemen penyususun kekakuan struktur merupakan fungsi gaya normal elemen, dan gaya normal elemen merupakan fungsi dari perpindahan. Ketidaklinieran dari analisis nonlinier adalah disebabkan oleh perubahan kekakuan struktur.
Gambar 1.4. Rumus pemotongan balok I nonprismatis Ketika suatu balok di berikan beban maka balok akan menekuk ketidak stabilan terjadi karena pada bagian atas akan tertekan sedang bagian bawah tertarik bagian-bagian ini akan memberikan perlawanan sehingga akan menghasilkan gabungan gerakan lateral dan torsi pada balok hal inilah yang dikenal sebagai tekuk torsi lateral.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.5. Tekuk torsi lateral, dari atas(a), dari samping(b) Hal ini terjadi dikarenakan momen utama yang dipikul oleh sumbu terkuat, besarnya jarak bentang sehingga jarak bentang bebasnya besar, dan kelangsingan penampang. pada tekuk torsi lateral yang terjadi bukan hanya lendutan balok kearah bawah tetapi juga terjadi puntiran terhadap sumbu penampang dan bahkan terjadi translasi kearah samping. 1.3 Batasan Masalah Batasan batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah: •
Struktur yang di tinjau adalah beam coloum dengan aplikasi balok perletakan sederhana
•
Pembebanan terhadap struktur merupakan beban terpusat pada tengah bentang balok
•
Pada pembahasan tugas akhir ini, penulis hanya akan membahas mengenai tekuk lateral pada balok baja profil I nonprismatis.
•
Peraturan yang digunakan adalah SNI 2002 dan AISC 360-05
•
Program yang digunakan adalah ABAQUS v6.10
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: Untuk mrngetahui adanya tekuk torsi lateral yang terjadi pada balok baja I nonprismatis. Mendapatkan gambaran tentang tekuk torsi lateral yang terjadi pada balok I nonprismatis dan bagian-bagian tertentu yang rentan untuk terjadinya tekuk torsi lateral. 1.5 Manfaat Penulisan Manfaat yang diharapkan dari penulisan ini adalah : 1.
Sebagai perbandingan mengenai pengaruh penggunaan metode yang berbeda dalam menganalisa tekuk lateral yang terjadi pada balok I nonprismatis antara metode konvensional dengan program komputer dalam hal ini ABAQUS
2. Sebagai masukan bagi praktisi mengenai metode mana yang lebih ekonomis untuk diterapkan di lapangan. 3. Sebagai bahan masukan bagi rekan-rekan mahasiswa apabila nantinya melakukan penulisan yang berkenaan dengan hasil penulisan ini.
1.6 Metode Penulisan Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah studi literatur yaitu dengan mengumpulkan data-data dan keterangan dari literature yang berhubungan dengan pembahasan pada tugas akhir ini, serta masukan dari dosen pembimbing. Urutan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mencari dasar pengetahuan dari balok I nonprismatis
Universitas Sumatera Utara
2. Membahas mengenai keuntungan pemakaian balok I nonprismatis dan perbandingan efektifitas dengan material lainnya. 3. Menampilkan pemodelan struktur balok I nonprismatis dengan program ABAQUS serta menampilkan hasil lateral buckling yang terjadi.
1.7 Tinjauan Pustaka Singkat Profil
Mcr
Profil I dan Kanal Ganda 𝐶𝑏 Profil kotak pejal atau berongga
𝜋 𝜋𝐸 2 �𝐸 𝐼𝑦 𝐺 𝐽 + � � 𝐼𝑦 𝐼𝑤 𝐿 𝐿 2𝐶𝑏 𝐸
�𝐽 𝐴 𝐿 / 𝑟𝑦
Tabel 1.1 Momen kritis untuk tekuk lateral ( menurut SNI BAJA 2002) Cb adalah factor pengali momen, dimana:
𝐶𝑏 =
12,5𝑀𝑚𝑎𝑥
2,5𝑀𝑚𝑎𝑥 + 3𝑀𝐴 + 4𝑀𝐵 + 3𝑀𝐶
≤ 2,3
(1.1)
Dimana Mmax adalah momen maksimum pada bentang yang ditinjau serta MA, MB, MC adalah masing-masing momen pada ¼ bentang, tengah bentang dan ¾ bentang komponen struktur yang ditinjau. Kuat pelat badan terhadap tekuk lateral adalah: a) untuk pelat sayap yang dikekang terhadap rotasi dan dihitung bila
Universitas Sumatera Utara
(h/tw) / (L/bf) ≤ 2,3
𝑅𝑏 =
𝐶𝑟 𝐸𝑡𝑤 3 𝑡𝑓
(ℎ⁄𝑡𝑤 )3
�1 + 0,4
ℎ2
3
�𝐿⁄𝑏𝑓 �
�
(1.2)
b) untuk pelat sayap yang tidak dikekang terhadap rotasi dan dihitung jika (h/tw) / (L/bf) ≤ 1,7
𝑅𝑏 =
𝐶𝑟 𝐸𝑡𝑤 3 𝑡𝑓
� 0,4
ℎ2
(ℎ⁄𝑡𝑤 )3 3
�𝐿⁄𝑏𝑓 �
�
(1.3)
dengan, Cr = 3,25 untuk M ≤ My Cr = 1,62 untuk M > My 1. Bentang Pendek (Lb < Lp) Tidak terjadi tekuk lateral, elemen struktur dapat mencapai kondisi leleh Mn = Zx . fy
(1.4)
2. Bentang Menengah (Lp < Lb < Lr) Perilaku inelastis penampang, Interferensi leleh dengan tekuk 𝐿𝑏 − 𝐿𝑝
𝑀𝑛 = 𝐶𝑏 �𝑀𝑝 − �𝑀𝑝 − 𝑀𝑟 � �
𝐿𝑟 − 𝐿𝑝
�� ≤ 𝑀𝑝
(1.5)
3. Bentang Panjang (Lb > Lr) Terjadi tekuk lateral yang membatasi pencapaian leleh pada penampang
𝑀𝑛 = 𝐶𝑏 .
𝜋
𝐿𝑏
𝜋 𝐸 2
. �𝐸 . 𝐼𝑦 . 𝐺. 𝐽 + �
𝐿𝑏
� 𝐼𝑦 . 𝐼𝑤
≤ 𝑀𝑝
(1.6)
Universitas Sumatera Utara
1.8 Sistematika Penulisan Untuk mengetahui gambaran garis besar tugas akhir ini, berikut uraian singkat isi dari tugas akhir ini : BAB I
: PENDAHULUAN terdiri dari, Latar Belakang, Permasalahan, Pembatasan Masalah, Tujuan, Manfaat, Metodologi, Tinjauan Pustaka Singkat, dan Sistematika Penulisan
BAB II
:
TINJAUAN PUSTAKA, berisikan tentang penjelasan umum menegenai baja dan balok I nonprismatis, serta peraturan-peraturan yang menyangkut perencanaan mengenai tekuk lateral pada balok
BAB III
: METODE ANALISA, dalam bab ini dibahas secara mendalam mengenai metodologi yang digunakan dalam perumusan masalah yang hendak dilakukan, dalam hal ini adalah pengenalan mengenai program Abaqus dan simulasi pemakaian program Abaqus dalam analisa Tekuk Lateral pada balok I nonprismatis
BAB IV
:
APLIKASI, Aplikasi perhitungan dengan metode pendekatan dan pemakain Abaqus dalam analisa nonlinier Tekuk Lateral pada balok I nonprismatis
BAB V
:
KESIMPULAN DAN SARAN
Universitas Sumatera Utara
