STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA BANGUNAN GEDUNG DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ABAQUS 6.7. Oleh : RACHMAWATY ASRI ( )

TUGAS AKHIR

STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA BANGUNAN GEDUNG DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ABAQUS 6.7

Oleh : RACHMAWATY ASRI (3109 106 044)

Dosen Pembimbing: Budi Suswanto, ST. MT. Ph.D Ir. Isdarmanu, M.Sc PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR JURUSAN TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012

Bab 1. Pendahuluan Bab 2. Tinjauan Pustaka Bab 3. Metode Penyelesaian Bab 4. Pembebanan Sturktur Sekunder Bab 5. Pembebanan Struktur Utama Bab 6. Perencanaan Sambungan Bab 7. analisa Xtract v2.6.2 Bab 8. analisa Abaqus 6.7 Bab 9. Kesimpulan dan Saran

PENDAHULUAN

Latar Belakang  Dalam perencanaan struktur, hampir semua balok hanya dirancang memikul

momen lentur dan geser pada sumbu mayor saja, sedangkan dalam arah minor balok dianggap menyatu dengan lantai sehingga tidak diperhitungkan.  Dalam kenyataannya perlu perancangan lentur dalam arah minor (penampang

bi-aksial) termasuk jika timbul torsi.  Terjadinya torsi pada tepi balok akibat beban lateral yang tidak seimbang

mengakibatkan tekuk semakin besar.  Fenomena tekuk biasanya disebabkan oleh balok baja yang sangat tipis

sehingga mudah mengalami tekuk oleh karena itu dibutuhkan perhitungan analisa struktur pada profil baja yang mampu menerima torsi

Latar Belakang  Analisa struktur menggunakan program SAP2000 versi 14. Untuk analisa

penampang dengan menggunakan program Xtract versi 2.6.2 dan analisa perilaku elemen struktur menggunakan program Abaqus 6.7.  Difokuskan untuk mempelajari perilaku struktur bangunan gedung khususnya

elemen struktur balok yang mengalami tekuk torsi lateral karena dalam perencanaan struktur, terjadinya tekuk dapat mengurangi kapasitas dari balok sehingga balok berdeformasi dan mengalami tekuk.  Desain profil menggunakan profil wide flange (WF) karena pada perencanan

struktur bangunan baja untuk desain struktur utamanya lebih banyak menggunakan profil WF dibandingkan profil yang lain, selain itu profil WF cenderung lebih menekuk pada bagian badan dibandingkan sayapnya akibat lenturan pada balok baja.

Perumusan masalah Permasalahan yang akan ditinjau dalam studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja bangunan gedung dengan menggunakan Abaqus 6.7 ini antara lain: 1. 2. 3. 4.

5.

Bagaimana menganalisa struktur bangunan baja khususnya pada elemen struktur balok dengan menggunakan program SAP2000 versi 14? Bagaimana menganalisa elemen struktur balok baja profil WF yang mengalami tekuk torsi lateral dengan rumus empiris? Bagaimana menganalisa penampang balok baja profil WF dengan menggunakan program Xtract versi 2.6.2? Bagaimana mengetahui perilaku yang terjadi pada elemen struktur balok baja yang mengalami tekuk torsi lateral dengan menggunakan program Abaqus 6.7? Bagaimana membandingkan perilaku elemen struktur portal khususnya pada balok dengan variasi beban lateral?

Tujuan Dari permasalahan yang ada diatas, adapun tujuan yang ingin dicapai dalam studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja bangunan gedung dengan menggunakan Abaqus 6.7 ini adalah: 1. 2. 3. 4. 5.

Dapat menganalisa struktur bangunan baja khususnya pada elemen struktur balok dengan menggunakan program SAP2000 versi 14. Dapat menganalisa elemen struktur balok baja profil WF yang mengalami tekuk torsi lateral dengan rumus empiris. Dapat menganalisa penampang balok baja profil WF dengan menggunakan program Xtract versi 2.6.2. Dapat mengetahui perilaku yang terjadi pada elemen struktur balok baja yang mengalami tekuk torsi lateral dengan menggunakan program Abaqus 6.7. Dapat membandingkan perilaku elemen struktur balok dengan variasi beban lateral.

Batasan Masalah Batasan masalah dalam studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja bangunan gedung dengan menggunakan Abaqus 6.7 ini adalah: 1.

2. 3. 4.

Hanya mempelajari perilaku elemen struktur balok yang mengalami tekuk torsi lateral saja. Tidak membahas rencana anggaran biaya dan metode pelaksanaan. Tidak membahas struktur bangunan bawah (pondasi). Analisa struktur menggunakan program SAP2000 versi 14, dan untuk minor analysis menggunakan program Xtract versi 2.6.2 dan Abaqus 6.7.

TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan Pustaka  Jika sebuah balok menerima beban yang terus bertambah searah

sumbu y (pada bidang badan profil), maka pada suatu saat secara tibatiba akan terjadi perpindahan lateral dan torsi pada balok tersebut sehingga terjadilah tekuk torsi lateral (lateral torsional buckling).  Tekuk torsi lateral adalah kondisi batas yang menentukan kekuatan

sebuah balok. Sebuah balok mampu memikul momen maksimum hingga mencapai momen plastis (Mp). Tercapai atau tidaknya momen plastis, keruntuhan dari sebuah struktur balok adalah salah satunya peristiwa berikut:  Tekuk lokal dari sayap tekan  Tekuk lokal dari badan dalam tekan lentur  Tekuk torsi lateral

Tinjauan Pustaka

METODE PENYELESAIAN

Metode Penyelesaian Mulai

A

Studi literatur

Analisa Penampang Balok (Xtract versi 2.6.2)

Preliminary desain

Analisa Perilaku Balok (Abaqus 6.7)

Pembebanan Struktur (PPIUG 1983, SNI 03-1729-2002)

Perbandingan Perilaku Balok dengan variasi beban lateral

Analisa Struktur

(SAP2000 versi 14) Tidak

Visualisasi Gambar (Hasil)

Kontrol Penampang (SNI 03-1729-2002) Selesai Ya A

Preliminary Desain Balok Memanjang WF400x200x7x11 Balok Memanjang WF300x200x8x12

Kolom WF350x350x12x19 Balok Melintang WF600x200x11x17

Gambar 1. Tampak atas bangunan

Preliminary Desain

+10,00

+5,00

+0,00

-

Gambar 2. Potongan memanjang

Preliminary Desain

Portal yang dimodelkan pada Abaqus 6.7

+10,00

+5,00

+0,00

-

Gambar 3. Potongan melintang

Permodelan pada Abaqus 6.7 Pada Tugas Akhir ini untuk analisa dengan menggunakan Abaqus 6.7 dimodelkan dalam bentuk portal 3D. Daerah yang ditinjau untuk menentukan deformasi, tegangan dan regangan adalah sebagai berikut:

1

2

3

Gambar 4. Permodelan portal 2D

1

2

3

Gambar 5. Permodelan portal 3D pada Abaqus 6.7

Analisa Struktur Pada tahap ini dilakukan pemodelan dan analisa linier struktur dengan menggunakan SAP2000 versi 14 berdasarkan preliminary desain dan pembebanan yang telah direncanakan.

Gambar 6. Permodelan SAP 2000 v14

PEMBEBANAN STRUKTUR

Pembebanan Struktur Lantai atap pelat (8x5) m2 : beban mati beban Hidup pelat (6x5) m2 : beban mati beban Hidup

= 391,1 kg/m2 = 75,433 kg/m2 = 319,1 kg/m2 = 85,627 kg/m2

Lantai 1 pelat (8x5) m2 : beban mati beban Hidup pelat (6x5) m2 : beban mati beban Hidup

= 470,1kg/m2 = 223,75 kg/m2 = 398,1 kg/m2 = 244,139 kg/m2

Kombinasi Pembebanan Peraturan pembebanan menggunakan RSNI2 03-1726-201x dengan kombinasi pembebanan sebagai berikut:

COMB 1 : 1,4 D COMB 2 : 1,2 D + 1,6 L COMB 3 : 1,2 D + 0,5 L +1,3 W COMB 4 : 1,2 D + 0,5 L - 1,3 W COMB 5 : 1,2 D + 1 L + 1 E COMB 6 : 1,2 D + 1 L - 1 E COMB 7 : 0,9 D + 1E COMB 8 : 0,9 D - 1E dimana : D = Beban Mati W = Beban Angin

L = Beban Hidup E = Beban Gempa

ANALISA STRUKTUR

Dimensi Struktur Utama Balok Induk Melintang  Dimensi balok induk

= WF 600x200x11x17

Balok Induk Memanjang  Dimensi balok induk

= WF 400x200x7x11

Kolom  Dimensi kolom

= WF 350x350x12x19

Analisa Struktur Balok Kontrol Dimensi Balok Induk Gaya maksimum balok berada pada frame 216 combo 5 (1,2 D+1 L+1 E) : Mukanan = -33197,342 kg.m Vukanan = 15758,516 kg.m Kontrol Kekuatan Penampang (Local Buckling) • Kontrol tekuk lokal 𝑏 200 170 170 Sayap : = = = 5,88 < 𝑝 = = = 10,75 … 𝑜𝑘 2𝑡𝑓 2 × 17 𝑓𝑦 250 Badan :

𝑕 522 1680 1680 = = = 47,45 < 𝑝 = = = 106,25 … 𝑜𝑘 𝑡𝑤 11 𝑓𝑦 250

Profil penampang kompak, maka Mn = Mp • Kontrol tekuk lateral Lb = 400 Lp = 205,095 Lp < Lb < Lr→ bentang menengah (perilaku inelastis) Lr = 605,408

Analisa Struktur Balok Faktor distribusi momen : 𝐶𝑏 =

=

12.5 𝑀𝑚𝑎𝑥 2.5𝑀𝑚𝑎𝑥 +3𝑀𝐴 +4𝑀𝐵 +3𝑀𝐶

33197,342 kgm

≤ 2,3

MA MB MC Mmax

8748,236 kgm

8m

12,5 × 33197,342 = 1,733 ≤ 2,3 2,5 × 33197,342 + 3 × 7470,71 + 4 × 15476,69 + 3 × 24052,24

Kuat nominal komponen struktur : 𝑀𝑟 = 𝑆𝑥 𝑓𝑦 − 𝑓𝑟 = 2590 2500 − 700 = 4662000 kgcm

𝑀𝑝 = 𝑍𝑥 × 𝑓𝑦 = 2863 × 2500 = 7157500 kgcm 𝑀𝑛 = 𝐶𝑏 𝑀𝑟 + 𝑀𝑝 − 𝑀𝑟

𝐿𝑟 − 𝐿 𝐿𝑟 − 𝐿𝑝

𝑀𝑛 = 1,733 46620 + 71575 − 46620

≤ 𝑀𝑝

605,408 −400 605,408 −205,095

= 102983,3 kgm ≥ 71575 kgm

Dipakai nilai 𝑀𝑛 = 𝑀𝑝 = 71575 kgm 𝑀𝑢 < ∅𝑏 × 𝑀𝑛 → 33197,342 kgm < 0,9 × 71575 = 64417,5 kgm … 𝒐𝒌

Analisa Struktur Balok Kontrol Lendutan • Lendutan ijin

800 = 3,33 𝑐𝑚 240 5×𝐿2 𝑌𝑚𝑎𝑥 = 48 𝐸𝐼 𝑀𝑙𝑎𝑝 − 0,1 𝑀𝑘𝑖𝑟𝑖 − 𝑀𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛 5×800 2 = 48×2.10 6 ×77600 12851,48 − 0,1 10038,57 +

𝑓′ =

𝐿 240

=

14216,33

= 0,00448 𝑐𝑚 < 3,33 𝑐𝑚 … 𝒐𝒌

Kontrol Kuat Geser 𝑕 𝑡𝑤

≤

1100 𝑓𝑦

→

522 11

≤

1100 250

→ 47,455 ≤ 69,57  geser plastis

𝑉𝑛 = 0,6 × 𝑓𝑦 × 𝐴𝑤 = 0,6 × 2500 × 60 × 1,1 = 99000 kg Syarat : 𝑉𝑢 < ∅ × 𝑉𝑛 = 15758,516 kg < 0,9 × 99000 kg 15758,516 kg < 89100 kg … 𝒐𝒌

DESAIN SAMBUNGAN

Desain Sambungan Sambungan Balok Anak dengan Balok Induk     

Profil Balok Anak : WF 300x200x8x12 Profil Balok Induk : WF 600x200x11x17 Direncanakan : profil siku ∟60x60x6 (fub = 8250 kg/cm2) Baut Ø 16 mm (Abaut = 2,0106 cm2) Dipasang 2 baut pada setiap sisi

Tulangan negatif -200

60X60X6

16 mm

WF 300X200X8X12

WF 600x200x11x17

Gambar 7. Sambungan balok anak dengan balok induk

Desain Sambungan  Sambungan Balok Induk dengan Kolom T 900x300x16x28 30mm

WF 350x350x12x19

Direncanakan menggunakan : •Baut : A 325 •Mutu baut : 8250 kg/cm2 •Ulir pada bidang geser (r1 = 0,5) •Siku penyambung ∟100 x100 x10 •Profil T 900x300x16x28 •Diameter baut : 20 (pelat siku) 20 (profil T)

30mm

L 100x100x10

20mm

WF 600x200x11x17

T 900x300x16x28

30mm 30mm

Potongan profil WF 600x200x11x17

Gambar 8. Sambungan balok indukdengan kolom

ANALISA KAPASITAS PENAMPANG (XTRACT V2.6.2)

Analisa Xtract v2.6.2 Analisa Kapasitas Penampang Balok Dari hasil Analysis Report penampang balok WF 600x200x11x17 dapat dilihat bahwa, Kuat momen nominal : Mn = 746,7 × 103 𝑁𝑚 = 74670 𝑘𝑔𝑚 Maka, 𝑀𝑢 = ∅ × 𝑀𝑛 = 0,9 × 7467000 = 6720300 kgcm

Gambar 9. Hasil Analysis Report pada Xtract v2.6.2

ANALISA PERILAKU BALOK (ABAQUS 6.7)

Analisa Perilaku Balok Pada Abaqus 6.7 untuk mengetahui tegangan yang terjadi pada struktur portal dapat ditunjukkan dengan melihat warna pada struktur portal tersebut. Semakin merah warnanya maka tegangan yang terjadi semakin besar. Berikut ini hasil visualisasi akibat beban lateral mulamula.

Gambar 10. Hasil visualisasi akibat beban lateral awal

Analisa Perilaku Balok

Gambar 11. Hasil visualisasi akibat beban lateral (15ton)









Analisa Perilaku Balok Displacement (titik 2)

0 -50

U1 U2 U3

-100 -150 -200 -250

0

5

10 15 20 25 30 35 40 Variasi Beban Lateral (N/mm2)

Displacement (mm)

50

50

0 U1 U2 U3

-50 -100 -150 -200 -250 0

5 10 15 20 25 30 35 40 Variasi Beban Lateral (N/mm2)

Displacement (titik 3) Displacement (mm)

Displacement (mm)

Displacement (titik 1)

50 0 U1 U2 U3

-50 -100 -150 -200 -250 0

5


Gambar 20. grafik displacement akibat beban lateral pada titik 1, 2 dan 3


S11 S22 S33 S12 S13 S23 0

Tegangan (Mpa)

Tegangan (titik 2)

70 50 30 10 -10 -30 -50 -70 -90 -110 -130 -150 -170

10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 -130

S11 S2 2 S3 3 S12

0


Tegangan (MPa)

Tegangan (MPa)

Tegangan (titik 1)

5

10

15

20

25

Variasi Beban Lateral

30

S11 S22 S33 S12 S13

S23

0

5

40

(N/mm2)

Tegangan (titik 3)

600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200

35


Gambar 21. Grafik tegangan akibat beban lateral pada titik 1, 2 dan 3

Analisa Perilaku Balok Regangan (titik 2)

0.000750 0.000600 0.000450 0.000300 0.000150 0.000000 -0.000150 -0.000300 -0.000450 -0.000600 -0.000750 -0.000900

E11 E33 E12 E13 E23

0

5

10 15 20 25 30 35 40

Regangan

E22

0.00030 0.00020 0.00010 0.00000 -0.00010 -0.00020 -0.00030 -0.00040 -0.00050 -0.00060 -0.00070

E11 E22 E33 E12 E13 E23

0

Variasi Beban Lateral (N/mm2)


Regangan (titik 3)

0.0030 0.0020 0.0010 0.0000 -0.0010 -0.0020 -0.0030 -0.0040 -0.0050 -0.0060 -0.0070 -0.0080

E11 E22 E33

Regangan

Regangan

Regangan (titik 1)

E12 E13 E23 0

5

10 15 20 25 30 35 40

Variasi Beban Lateral (N/mm2)

Gambar 22. Grafik regangan akibat beban lateral pada titik 1, 2 dan 3

Kesimpulan  Dari hasil analisis SAP 2000 v14 dan perhitungan yang telah dilakukan pada

struktur bangunan gedung, perencanaan dimensi profil pada balok anak (WF 300x200x8x12), balok induk melintang (WF 600x200x11x17), balok induk memanjang (WF 400x200x7x11) dan kolom (WF 350x350x12x19) sudah memenuhi kontrol kekuatan profil.  Dari hasil perhitungan manual dan analisa menggunakan Xtract v2.6.2 dapat

disimpulkan bahwa pada penampang balok, momen nominal hasil Xtract jauh lebih besar dibandingkan hasil perhitungan manual.  Dari hasil analisa perilaku balok mengalami displacement maksimum pada

arah Y (U2) sebesar 8,377 mm yang ditinjau ditengah bentang balok (titik 2) dengan beban lateral mula-mula sebesaru 9,05 ton (6,817 N/mm2).

Kesimpulan

 Untuk nilai tegangan yang terjadi pada balok didapatkan hasil tegangan

maksimum berada pada pertemuan balok dengan kolom (titik 3). Dengan beban lateral sebesar 50 ton (37,655 N/mm2), balok mengalami tegangan sebesar 593 MPa pada arah Z (S33), hal tersebut membuktikan bahwa balok sudah mengalami kelelehan. Dari hasil nilai regangan yang terjadi diperoleh penampang balok mengalami regangan maksimum pada pertemuan antara Y dan Z (E23) yaitu sebesar -0,00778.  Dengan diberikannya variasi beban lateral yang semakin bertambah maka

displacement, tegangan dan regangan yang terjadi ikut mengalami kenaikan hingga melebihi batas leleh dari penampang tersebut.

Saran  Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam untuk mengetahui perilaku balok

agar menghasilkan perencanaan struktur yang lebih baik. Seperti dengan memasang stiffener pada daerah joint antara balok dan kolom agar kelelehan akibat beban lateral yang semakin bertambah tidak terjadi dan usahakan sendi plastis terjadi pada muka balok.  Gaya momen pada balok perlu dimodelkan dengan gaya geser kolom yang

dijadikan momen kopel agar gaya momen dapat terdefinisikan.  Pada tahap pengisian Plastisitas Material pada tahap property, sebaiknya nilai

yield stress (fy) dan plastic strain perlu ditambahkan hingga mencapai kondisi putus (fu) agar saat diberi beban yang semakin besar perilaku struktur yang terjadi tidak linier.  Perlu dilakukan imperfection case pada Abaqus 6.7 agar tekuk torsi lateral

dapat terjadi pada balok.

TERIMA KASIH

STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA BANGUNAN GEDUNG DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ABAQUS 6.7. Oleh : RACHMAWATY ASRI ( )

Recommend Documents