ANALISA KEKAKUAN SAMBUNGAN PADA KONSOLE DENGAN BAUT MUTU TINGGI DIBANDINGKAN DENGAN BAUT MUTU BIASA PADA STRUKTUR BAJA
THESIS
BUDI FLORIANTA TARIGAN 097016004/TS
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
ANALISA KEKAKUAN SAMBUNGAN PADA KONSOLE DENGAN BAUT MUTU TINGGI DIBANDINGKAN DENGAN BAUT MUTU BIASA PADA STRUKTUR BAJA
TESIS Oleh BUDI FLORIANTA TARIGAN 097016004/TS
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
ANALISA KEKAKUAN SAMBUNGAN PADA KONSOLE DENGAN BAUT MUTU TINGGI DIBANDINGKAN DENGAN BAUT MUTU BIASA PADA STRUKTUR BAJA
TESIS
Untuk memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
BUDI FLORIANTA TARIGAN 097016004/TS
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
Universitas Sumatera Utara
Judul
:
Nama NIM Program Studi
: : :
Analisa Kekakuan Sambungan Pada Konsole Dengan Baut Mutu Tinggi dibandingkan dengan Baut Mutu Biasa pada Struktur Baja Budi Florianta Tarigan 097016004 Magister Teknik Sipil
Menyetujui Komisi Pembimbing,
(Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan) Ketua
Ketua Program Studi
(Prof. Dr .Ir. Roesyanto, MSCE)
(Ir. Sanci Barus, M.T) Anggota
Dekan Fakultas Teknik
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)
Tanggal Lulus : 09 Juli 2013
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada Pada tanggal 09 Juli 2013
PANITIA PENGUJI TESIS :
Ketua
: Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Anggota
: 1. Ir. Sanci Barus, MT 2. Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc 3. Dr. Ing. Hotma Panggabean 4. Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
Universitas Sumatera Utara
Daftar Riwayat Hidup
A. Data Pribadi: Nama Tempat /Tgl Lahir Alamat Agama Anak keJenis Kelamin
: Budi F Tarigan : Medan, 17 Desember 1980 : Jl. Pembangunan No 56 Kampus USU : Khatolik : Satu : Laki-Laki
B. Riwayat Pendidikan: - TK Methodhist I Medan - SD Methodhist I Medan - SMP Putri Cahaya Medan - SMU Negeri 3 Medan - Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil USU - Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU
1986 – 1987 1987 – 1993 1993 – 1996 1996 – 1999 1999 – 2005 2009 – 2013
C. Riwayat Pekerjaan: - Sebagai Tentor Matematika pada BT/BS Medica - Sebagai Pengawas Lapangan pada CV KOKOH - Sebagai Supervisor Construction Civil Work and Mechanical Electrical pada PT. Nokia Seimens - Sebagai Pengawas Lapangan pada PT.Timur Raya Persada
2004 – 2005 2005 – 2006 2006 – 2009 2011 - skrng
Universitas Sumatera Utara
Abstrak Dalam suatu perencanaan struktur baja, maka untuk merangkai elemen demi elemen menjadi sebuah struktur rangka batang atau rangka Portal, maka dalam mempersatukan elemen demi elemen itu akan dihubungkan oleh suatu sistem sambungan. Dimana sambungan terdiri dari berbagai sistem perhitungan yang selanjutnya membuat sambungan harus mampu memikul dan memindahkan gaya gaya yang bekerja beserta gaya skunder yang ditimbulkannya. Sambungan terdiri dari tiga type dalam sistem sambungan baja yaitu, sambungan sendi, sambungan semi rigid, dan sambungan rigid. Kajian tentang rigid nya suatu sambungan ditentukan pula oleh besaran sudut yang terjadi apabila bekerja gaya Momen, yang menyebabkan terjadinya perputaran sudut. Didalam tulisan ini dibahas tentang sambungan type semi rigid yang pada Penelitian hanya bagian Flens Balok Cantilever saja yang disambungkan ke Flens Kolom Kaku. Selanjutnya dilakukan Ekspriment dengan modul yang telah direncanakan sebelumnya lalu dilakukan percobaan pembebanan. Lalu hasil percobaan akan menghasilkan Out Put perpindahan yang dikonversi menjadi sudut. Dimana menurut Metode Kekakuan (Stiffnes Method), Gaya Momen = Kekakuan x Perputaran Sudut, sehingga diperoleh besaran kekakuan sambungannya yang dibandingkan dengan kekakuan dari balok cantilever sebesar EI/L. Juga divalidasi dengan perhitungan kekakuan sambungan secara teori. Maka selanjutnya diperoleh hasilnya, yaitu kekakuan dari modul balok cantilever tersebut. Kata kunci: sambungan, semirigid, perputaran sudut, kekakuan
Universitas Sumatera Utara
Abstract In a steel structural design then to assemble the elements for the sake of elements into a truss or frame Portal, then the unifying element for the element that will be linked by a connection system. Where the connection is composed of a variety of systems to make further calculations must be able to assume a connection and transfer the forces acting style with secondary styles caused. Consists of three types of connections in the steel connection system, the connection joints, semi-rigid connections and rigid connection. A study of its rigid connection angle is also determined by the amount of work that occurs when the force moment, which caused the rotation angle. This is discussed in the article about the semi-rigid connection type in only part Flanged Research Cantilever beams are connected to the column flange rigid. Ekspriment then performed with modules that have been pre-planned and carried out the experiment of loading. Then the results of the experiment would result in the displacement of Out Put converted into a corner. Where according Stiffness Method, Style Moments = Stiffness x Velocity Angle, in order to obtain the amount of stiffness compared to the stiffness of the joints of the cantilever beam for EI / L. Also validated by the calculation of the theoretical connection stiffness. We then obtain the result, that’s the stiffness of the cantilever beam modules. Keywords: connection, semirigid, rotation angle, stiffness.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Kuasa atas karunia dan rahmat-Nya lah berupa kemampuan untuk melakukan penelitian dan menyelesaikan tesis ini dengan baik. Tesis ini merupakan hasil penelitian di lapangan untuk memenuhi persyaratan akhir program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara dalam memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Magister Teknik Sipil. Keberhasilan penulisan tesis ini adalah berkat arahan dan petunjuk dari berbagai pihak yang berperan dalam mendukung terlaksananya, mulai dari penempahan benda uji sampai pada penelitian di lapangan hingga sampai pada penulisan thesis ini, terutama pada komisi pembimbing. Penulis dapat menyelesaikan tesis ini berkat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam–dalamnya kepada Bapak Prof. DR. dr. Syahril Pasaribu, D.T.M.&H., M.Sc. (C.T.M), Sp.A.(K.) sebagai Rektor USU. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE
selaku Ketua Program Studi Pasca Sarjana
Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku Sekretaris Program Studi pasca Sarjana Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Dr. Ing. Johanes Tarigan, sebagai Ketua Pembimbing
yang
banyak
memberikan
bantuan
dan
masukannya
dalam
menyelesaikan tesis ini. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dan mencurahkan waktu dan pemikirannya sehingga Tesis ini dapat diselesaikan. Bapak–Bapak Dosen/Staf Pengajar program studi Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara. Kepada orang tua saya dan istri saya tercinta yang banyak memberikan perhatian dan dukungannya sehingga penulisan Tesis ini dapat terselesaikan. Teman-teman yang juga banyak memberikan masukan dan dukungannya dalam menyelesaikan Tesis ini. Kepada semua pihak yang tindak dapat disebutkan namanya satu persatu.
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna disebabkan keterbatasan pengetahuan, pengalaman, serta referensi penulis yang miliki. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan Tesis ini di masa–masa yang akan datang.
Medan, Juli 2013 Penulis
Budi F Tarigan 097016004
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Analisa Kekakuan Sambungan Pada Konsole Dengan Baut Mutu Tinggi Dibandingkan Dengan Baut Mutu Biasa Pada Struktur Baja” adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada peguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Medan, Juli 2013
Budi Florianta Tarigan NIM. 097016004
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAK
i
ABSTRACT
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
v
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR NOTASI
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
1
1.2
Perumusan Masalah
2
1.3
Tujuan Penelitian
3
1.4
Pembatasan Masalah
4
1.5
Metodologi Penulisan
4
1.6
Sistematika Penulisan
5
TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Teori Baja Secara Umum
2.1.1 Sifat Bahan Baja
6 7
2.2
Teori Sambungan Baut
10
2.3
Jenis Sambungan
11
Universitas Sumatera Utara
BAB III
BAB IV
2.3.1 Sambungan Sederhana
11
2.3.2 Sambungan Semi Kaku
11
2.3.3 Sambungan Kaku
11
2.4
Sambungan Pelat Rata
12
2.5
Alat Penyambung
14
2.5.1
Alat Penyambung Baut
14
2.5.1.1
Baut Mutu Biasa
15
2.5.1.2
Baut Mutu Tinggi
16
2.6
Perincian Baut Mutu Tinggi dan Prosedure Kemasan
19
2.7
Beban Leleh dan Penarikan Baut
21
2.8
Teknik Pemasangan Baut Mutu Tinggi
22
2.9
Kekuatan dan Prilaku Baut Mutu Tinggi
25
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 3.1
Persiapan Bahan dan Peralatan
29
3.2
Pemeriksaan Material
29
3.3
Metode Pengujian
30
3.4
Perhitungan Analisa Sambungan Balok Kolom
35
3.5
Kontrol Siku Penyambung
36
3.6
Sambungan Semi Rigid
37
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA DATA 4.1
Hasil Pengujian
40
4.2
Menghitung Besaran Kekakuan Sambungan
53
4.3
Menghitung Kekuatan Balok Kantilever
56
Universitas Sumatera Utara
BAB V
4.4
Aplikasi Perhitungan Kekakuan Sambungan
57
4.5
Pembahasan Kekakuan Sambungan
59
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan
62
5.2
Saran
63
DAFTAR PUSTAKA
64
LAMPIRAN
65
DOKUMENTASI
66
Universitas Sumatera Utara
Daftar Gambar
Nomor
Judul Gambar
Halaman
1.1
Sambungan Balok Konsole
3
2.1
Diagram Stress – Strain berbagai jenis baja
7
2.2
Kurva tegangan – regangan pada suhu kamar
8
2.3
Kurva tegangan leleh
9
2.4
Jenis sambungan berdasarkan kekakuaannya
12
2.5a
Sambungan Lap joint
12
2.5b
Pembengkokan pelat pada sambungan Lap Joint
13
2.6a
Sambungan dengan pelat penyambung tunggal
13
2.6b
Pembengkokan pelat sambungan dengan pelat penyambung tunggal
13
2.7
Sambungan dengan pelat penyambung tunggal
14
2.8
Jenis – jenis sambungan baut
15
2.9
Type alat penyambung
17
2.10
Dimensi Penentu untuk baut mutu tinggi A 325 dan A 490
20
2.11
Hubungan tipikal untuk beban dan rotasi mur pada baut A 325 dan A 490
21
2.12
Hubungan tegangan dan regangan
24
2.13
Pemindahan beban pada sambungan baut mutu tinggi
27
2.14
Kehancuran pada sambungan baut
28
3.1
Tampak Atas Bahan dan Alat Pengujian
31
Universitas Sumatera Utara
3.2
Tampak Samping Bahan dan Alat Pengujian
31
3.3
Detail Profil Siku I
32
3.4
Detail Profil Siku II
32
3.5
Alat Sambung Baut
33
3.6
Posisi Dial Gauge
34
4.1
Posisi Dial Gauge Percobaan I
41
4.2
Foto Posisi Dial Gauge
41
4.3
Deformasi Balok Percobaan I
42
4.4
Deformasi plat siku bagian bawah Percobaan I
43
4.5
Deformasi plat siku bagian atas Percobaan I
43
4.6
Posisi Dial Gauge Percobaan II
44
4.7
Foto Posisi Dial Gauge Percobaan II
44
4.8
Deformasi Balok Percobaan II
45
4.9
Deformasi plat siku bagian bawah Percobaan II
46
4.10
Deformasi plat siku bagian atas Percobaan II
46
4.11
Posisi Dial Gauge Percobaan II
47
4.12
Foto Posisi Dial Gauge Percobaan II
47
4.13
Deformasi Balok Percobaan III
48
4.14
Deformasi plat siku bagian bawah Percobaan III
49
4.15
Deformasi plat siku bagian atas Percobaan III
49
4.16
Posisi Dial Gauge Percobaan IV
50
4.17
Foto Posisi Dial Gauge Percobaan IV
50
Universitas Sumatera Utara
4.18
Deformasi Balok Percobaan IV
51
4.19
Deformasi plat siku bagian bawah Percobaan IV
52
4.20
Deformasi plat siku bagian atas Percobaan IV
52
Universitas Sumatera Utara
Daftar Tabel Nomor
Judul Tabel
Halaman
2.1
Sifat – sifat baut
18
2.2
Dimensi baut mutu tinggi A 325 dan A 490
19
2.3
Tarikan baut minimum
23
2.4
Rotasi mur dari titik erat
25
4.1
Hasil Percobaan baut mutu biasa dengan siku 50x50x5
42
4.2
Hasil Percobaan baut mutu tinggi dengan siku 50x50x5
45
4.3
Hasil Percobaan baut mutu biasa dengan siku 60x60x6
48
4.4
Hasil Percobaan baut mutu tinggi dengan siku 60x60x6
51
4.5
Perhitungan Kekakuan Sambungan Percobaan I
54
4.6
Perhitungan Kekakuan Sambungan Percobaan II
55
4.7
Perhitungan Kekakuan Sambungan Percobaan III
55
4.8
Perhitungan Kekakuan Sambungan Percobaan IV
56
Universitas Sumatera Utara
Daftar Notasi
Ab
: luas penampang melintang baut, mm2
d
: diameter baut, mm
E
: modulus elastisitas, Mpa
G
: modulus geser, Mpa
Eb
: modulus elastisitas baut, kg/cm2
Ep
: modulus elastisitas pelat, kg/cm2
Tt
: tebal pelat penyambung, mm
Sp
: jarak antar baut, mm
Lp
: panjang baut, mm
Fb
: gaya tarik pikul baut, kN
fb
: tegangan ijin baut, kg/cm2
f p
: tegangan ijin pelat, kg/cm2
C
: gaya ungkit, kg
Tmin : gaya tarik baut minimum, kg µ
: koefisien gesek
Δ
: defleksi, mm
R ki
: kekakuan, kg cm
Φr
: perpindahan
M
: gaya, kg m
Universitas Sumatera Utara
Daftar Lampiran
Nomor
Judul
Halaman
1
Hasil Uji Tarik Plat di Laboratorium Politeknik Negeri Medan
64
2
Foto – foto Dokumentasi
65
Universitas Sumatera Utara