JURNAL TEKNIK SIPIL USU ANALISA PENAHAN TEKUK LATERAL PADA BALOK BAJA PRORIL I Michael MSN1, Torang Sitorus2 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan Email: :
[email protected] ABSTRAK Balok adalah bagian dari struktur yang umumnya mengalami tarik dan tekan . Balok umumnya dipandang sebagai batang yang terutama memikul beban gravitas transversal , termasuk momen ujung . Balok pada struktur dapat disebut sebagai gelagar , balok anak , gording serta rusuk . Tidak semuanya keruntuhan yang terjadi pada struktur balok diakibatkan oleh beban yang berkerja diatasnya ,kadangkala keruntuhan balok terlebih dahulu disebabkan oleh ketidakstabilan struktur balok itu sendiri yang mengakibatkan terjadinya tekuk torsi lateral , walaupun tidak ada beban torsi yang bekerja pada balok tersebut . Untuk mendukung stabilitas balok (khususnya balok baja) dalam menahan beban yang diterima balok itu sendiri perlu ditambahkan penahan samping / sokongan lateral . Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui seberapa besar beban yang dapat diterima balok baja apabila diberikan penahan samping untuk masing – masing keadaan . Pada tugas akhir ini diambil balok baja pada struktur jembatan yang akan diberikan penahan samping yang diberikan pada posisi tertentu seperti pada kedua tumpuan , kedua tumpuan dan ditengah bentang , pada posisi plastis . Masing – masing keadaan tersebut akan dicari seberapa besar beban maksimum yang bisa diterima oleh balok baja tersebut . Perhitungan dilakukan dengan metode LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Kata kunci : balok gelagar , tekuk , stabilitas , torsi lateral .
ABSTRACT Beam is part of the structure usually experience tensile and press. Beamis generally regarded as the foremost stem transverse gravity load , including the end moment load . Beam on the structure can be referred to as the girder, joist , cladding and ribs . Not everything collapse that occurred in the structure of the beam caused by the loads that work on it , sometimes the first beam collapse caused by the instability of the beam structure itself , which resulted in lateral torsional buckling, even though no torque load acting on the block . To support beam stability (in particular steel beams) received the load-bearing beam itself needs to be added to brace the side / lateral endorsement. The purpose of this paper is to determine how much load can be accepted if it is given beam steel barrier next to each - each state. In this final steel beam taken on the bridge structure that will be provided in addition to retaining a certain position as the second pedestal, both pedestal and center span, the position of plastic. Each - each situation will look how big the maximum load that can be accepted by the steel beam. Calculations based on LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Keywords : Girder , Buckling , Stability , Lateral Torsion
PENDAHULUAN Keunggulan bahan struktur dari baja yang terutama adalah sifat kekuatan yang tinggi dan sifat keliatannya (high ductility) sehingga mampu berdeformasi secara nyata sebelum terjadi kegagalan. Pada perencanaan suatu konstruksi baja diharapkan struktur yang dihasilkan akan dapat menahan beban rencana tanpa terjadi deformasi yang dapat menyebabkan struktur bangunan mengalami keruntuhan. Dalam hal ini biasanya struktur dirancang memiliki kekakuan yang mantap, sehingga beban rencana yang dipikul oleh struktur berada pada kondisi aman .Konsep stabilitas pada suatu struktur baja biasanya diterapkan sebagai prinsip dasar , maka setiap perencanaan harus mempertimbangkan kondisi keseimbangan . Untuk mendukung stabilitas balok (khususnyaBalok Baja) dalam menahan beban yang diterima balok itu sendiri perlu ditambahkan penahan samping / sokongan lateral atau penahan lateral . Untuk mengatasi terjadinya beban lateral buckling yang terjadi pada struktur balok maka perlu dilakukan perhitung ananalisa dan pengaruh pengaku lateral . Perhitungan analisa pengaruh pengaku lateral pada balok baja berprofil I perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pengaku tersebut dalam menahan beban kritis tekuk lateral . Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mencari kekuatan balok maksimum apabila diberikan penahan tekuk lateral, dan untuk mengetahui seberapa banyak penahan tekuk yang diperlukan supaya balok dapat mencapai kekuatan terhadap sumbu kuat pada kondisi plastis .
TINJAUAN PUSTAKA 1. Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD Dua filosofi yang sering digunakan dalam perencanaan struktur baja adalah perencanaan berdasarkan tegangan kerja / working stress design (Allowable Stress Design / ASD) dan perencanaan kondisi batas / limit state design (Load and Resistance FaktorDesign / LFRD) . Metode ASD lebih ditekankan kepada kontrol terhadap tegangan yang terjadi pada suatu elemen sedangkan pada metode LRFD lebih ditekankan terhadap faktor kelebihan beban dan koefisien reduksi kekuatan yang memungkinkan menghasilkan dimensi yang lebih rasional .
2. Tahanan Nominal Tahanan nominal adalah tahanan minimum yang mampu dipikul oleh suatu elemen pada struktur . Pada tugas ini akan dibahas mengenai tahanan nominal untuk lentur balok . Perencanaan untuk lentur terhadap suatu komponen yang mendukung beban transversal seperti beban mati dan beban hidup .
3. Tegangan Lentur dan Momen Plastis Ketika kuat leleh tercapai pada serat terluar , tahanan momen nominal sama dengan momen leleh Myx, dan besarnya adalah :
Mny = Myx = Zx . fy Tahanan momen nominal dalam kondisi plastis Mp, dan besarnya adalah :
Mn = fy . Z
4. Tahanan Nominal Pada Keadaan Stabilitas Jika balok dapat dihitung pada keadaan stabil dalam kondisi plastis penuh maka kekuatan momen nominal dapat diambil sebagai kapasitas momen plastis.
Kuat momen nominal pada balok kompak untuk kondisi batas atas Mp untuk inelastik maka momen kritis untuk tekuk lateral pada tabel 2.2.1 berdasarkan (tabel 8.31) pada SNI 03-1729-2002
Kuat momen kritis untuk Profil I dan kanal ganda besaran momen kritis adalah : √
(
)
Sedangkan kuat momen kritis untuk Profil Kotak Pejal dan Berongga atau Masif √
Dengan :
√ √
( ) √
√
√ ( (
) )
⁄
4.Desain Balok Terkekang Lateral Tahanan balok dalam desain LRFD harus memenuhi persyaratan :
dengan :
= 0,9
= tahanan momen nominal = momen lentur akibat beban terfaktor dalam perhitungan tahanan momen nominal dibedakan antara penampang kompak , tak kompak , dan langsing . Batasan penampang kompak , tak kompak dan langsing adalah ; Penampang kompak
:
Penampang tak kompak
:
Langsing
:
Penampang Kompak Balok dikatakan kompak jika memenuhi persyaratan berikut ini : 1. Sayap dihubungkan menerus dengan badan. 2. Rasio kelangsingan elemen sayap (b / 2tf) memenuhi persamaa
3.
√ Rasio kelangsingan sayap yang diperkaku lebih kecil dari
√
Tahanan momen nominal untuk balok terkekang lateral dengan penampang kompak :
Dengan :
= tahanan momen plastis = modulus plastis = kuat leleh
Penampang Tak Kompak Balok dikatakan tidak kompak jika
√ Tahanan momen nominal pada saat dengan ;
adalah ; (
)
= tegangan leleh = tegangan sisa = modulus penampang
Besarnya tegangan sisa fr = 70 MPa untuk penampang gilas panas , dan 115 MPa untuk penampang yang dilas. Bagi penampang tak kompak yang mempunyai , maka besarnya tahanan momen nominal dicari dengan melakukan interpolasi linear , sehingga diperoleh :
dengan :
= kelangsingan balok(
)
= nilai kelangsingan berdasarkan tabel 7.5.1 Peraturan Baja 2002 Untuk balok – balok hibrida dimana terkecil antara (fyf – fr) dengan fy
5.Desain LRFD Balok I Syarat struktur yang memikul momen lentur ,
untuk panjang bentang plastis ,
√ kuat momen lentur nominal ,
[
]
, maka perhitungan Mr harus didasarkan pada nilai
faktor pengali momen
,
kuat nominal yang tersedia untuk beban layan
untuk batasan rasio kelangsingan untuk penampang Kompak Balok I dengan modulus elastisitas = 200000 Mpa , dipaparkan pada tabel berikut : Tegangan Leleh
210 240 250 290 410
Tekuk Lokal Flens
Tekuk Lokal Web
Tekuk Torsi Lateral
√
√
√
11,73 10,97 10,75 9,98 8,4
115,93 108,44 106,25 98,65 82,97
54,52 50,99 49,96 46,39 39,02
untuk batasan rasio kelangsingan untuk penampang Tak Kompak Balok I dengan modulus elastisitas = 200000 Mpa , dipaparkan pada tabel berikut :
Tegangan Leleh
Tekuk Lokal Flens
√ 210 240 250 290 410
2,64 2,18 2,06 1,68 1,09
Tekuk Lokal Web
√ 175,97 164,60 161,28 149,74 125,94
Gambar.1 Tahanan Momen Nominal Penampang Kompak dan Tak Kompak
HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan dibahas sebuah gelagar baja profil I yang dipakai pada struktur jembatan baja . Pembeban yang diberikan mengacu pada SNI T-02-2005 “Standar Pembebanan Untuk Jembatan “ , jembatan merupakan jembatan sederhana tanpa trotoar , satu lajur dengan jumlah lajur lalu lintas rencana 2 lajur , beban arus lalu lintas yang melewatinya berupa kendaraan sedang , lebar jembatan (B) = 9m , panjang jembatan (L) = 20m , tebal lantai kayu (t) = 5cm , lantai jembatan diambil lantai kayu keras , gelagar memanjang terdiri dari 5 buah gelagar dengan jarak masing – masing gelagar (S) = 2,250m
Lantai Kayu
Gambar.4 Tampang Melintang Jembatan Rencana
Gambar.5 Tampang Memanjang Jembatan Rencana
Perhitungan Tekuk Torsi Lateral Gelagar Jembatan Data – data pembebanan untuk perhitungan Tekuk Torsi Lateral Gelagar Jembatan , data – data berikut diambil dari peraturan pembebanan untuk struktur jembatan (RSNI T-02-2005) yaitu sebagai berikut :
-
Beban mati ( qd) Beban hidup BTR ( ql ) Beban hidup BGT ( pl )
Dl Ll Pl
= = =
1,26 kN/m 3,3 kN/m 17,8 kN
Untuk data – data mutu baja sebagai berikut :
Fy Fu E
= 240 MPa = 370 MPa = 200000 MPa
Perhitungan Awal Untuk perhitungan awal diperoleh nilai – nilai berikut : - Beban terfaktor qu = 6,792 kN/m’ , Pu = 28,48 kN - Momen maksimum Mu = 339,6 kNm maks = 33,33mm - Ibutuh = 212250 cm4 Dipakai profil IWF 700.300.15.28 dengan Ix = 237000 cm4 . Dengan data – data berikut :
q = 215 kg/m
b = 70 cm
d = 30 cm
A = 273.6 cm2
tf = 2.8cm
tw= 1.5cm
Ix = 237000 cm4 Iy = 12900 cm4
ro = 2.8cm
-
Modulus plastis penampang Zx = 7200,06 cm3 , Zy = 1296,225 cm3 Tinggi tekuk badang (h) = 58,8 cm Momen inersia Ix = 223161,288 cm4 , Iy = 12682,35 cm4 A = 264,6 cm2 , ry = 6,92cm , Lp = 3,53m , Sx = 6376,0368 cm3
Untuk dimensi profil yang digunakan memenuhi untuk syarat - syarat penampang kompak balok I baik untuk tampak I kompak yang berlaku untuk sayap dan badan , juga untuk menghindari tekuk torsi lateral .
Perhitungan Rencana Kekuatan Balok Gelagar Dari perhitungan diperoleh untuk masing – masing kasus penahan samping untuk besar beban maksimum yang dapat diterima adalah sebagai berikut :
No
Beban Maksimum Yang Diterima (Mn)
Kasus
(kNm) 1
Kasus balok terkekang penuh
1729,0144
2
Kasus penahan lateral pada kedua tumpuan
623,023
Kasus penahan lateral pada kedua tumpuan 3
1566,828 dan ditengah bentang Kasus
penahan
4
lateral
pada
bentang 3808,156
plastisnya
KESIMPULAN Dari hasil analisa perhitungan tekuk lateral pada balok baja profil I diperoleh kseimpulan sebagai berikut : 1. Ukuran / dimensi profil berpengaruh terhadap tekuk lateral yang terjadi pada struktur itu sendiri . 2. Jumlah penahan lateral yang diberikan pada balok baja profil I sangat berpengaruh dalam menahan beban kritis yang bekerja . 3. Dari analisa perhitungan penahan tekuk lateral pada balok baja profil I untuk masing – masing kasus diperoleh : - Untuk penahan tekuk penuh disepanjang balok diperoleh Mn = Mp yang mampu diterima adalah 1729,0144 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 36,05 % - Untuk penahan lateral pada kedua tumpuan diperoleh Mn = Mp yang mampu diterima adalah 623,023 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 90,6 % - Untuk penahan lateral pada kedua tumpuan dan ditengah bentang diperoleh Mn = Mp yang mampu diterima adalah 1566,828 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 80,9 % - Untuk penahan lateral pada bentang plastisnya diperoleh Mn = Mp yang mampu diterima adalah 3808,156 kNm , besar persentase terhadap balok tersokong lateral penuh adalah 220,3 %
DAFTAR PUSTAKA W.F.Chen and T Atsuta , 1976 , Theory of Beam Coloumns , Mc Graw-Hill Setiawan , Agus , 2008, Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD , Erlangga , Jakarta Salmon C , G dan Johnson J . E , 1991 , Struktur Baja Desain Dan Perilaku , Alih Bahasa Ir . Wira MSCE ,Jilid I , Edisi Kedua , Erlangga , Jakarta Salmon C , G dan Johnson J . E , 1991 , Struktur Baja Desain Dan Perilaku , Alih Bahasa Ir . Wira MSCE ,Jilid I , Edisi Kedua , Erlangga , Jakarta Oentoeng , 1999 , Kontruksi Baja , Edisi Pertama , Universitas Kristen Petra dan Andi , Yogyakarta Gaylord Edwin H Jr dan Gaylord Charles N , 1992 , Design of Structures , Second Edition , Mc Graw – Hill Kogakusha Ltd , Tokyo
