STRUKTUR BAJASTRUKTUR BAJA

SAMBUNGANSAMBUNGAN

Dr. IGL Bagus EratodiDr. IGL Bagus Eratodi

PendahuluanPendahuluan

• Konstruksi baja merupakan kesatuan dari batang-batang yang tersusun menjadi suatu struktur.

• Hubungan antar batang dalam struktur baja berupa sambungan.

• Peran sambungan tak kalah penting dari batang-batang penyusun.

• Perancanaan sambungan menyesuaikan karakteristik batang yang disambung.

• Konsep perencanaan sambungan: aman, hemat bahan/ekonomis, mudah dibuat dan mudah dikerjakan.

• Sambungan menggunakan alat sambung

Jenis Alat SambungJenis Alat Sambung

• Baut (Bolt)– Baut hitam– Baut mutu tinggi (High Tension Bolt/High Strength

Bolt)• Paku keling (Rivet)• Las (Weld)

Dari sisi kekakuan sambungan maka sambungan las yang paling kaku. Selanjutnya sambungan dengan paku keling yang memberikan kekakuan yang lebih baik dari sambungan baut.

Sambungan diperlukan jikaSambungan diperlukan jika

a. Batang standar kurang panjang (menyambung batang mencapai panjang tertentu)

b. Untuk meneruskan gaya dari elemen satu ke elemen yang lain (misal: kolom dan balok, pelat, dsb.)

c. Sambungan truss (menyusun batang-batang penyusun rangka batang, biasanya menggunakan pelat simpul untuk media penyambung)

d. Sambungan sebagai sendi gerber (hubungan antar balok secara memanjang yang dibuat sendi)

e. Untuk membentuk batang tersusun (kesatuan batang yang disusun membentuk satu kesatuan batang).

f. Terdapat perubahan tampang (tampang batang berubah pada suatu elemen struktur).

Syarat Sambungan BajaSyarat Sambungan Baja

• Kuat, aman, dan ekonomis• Sambungan dibuat dengan memperhatikan

aspek estetis• Mudah dilaksanakan, baik saat pabrikasi

maupun pelaksanaan di lapangan• Pada satu titik sambungan tidak

menggunakan alat sambung yang berbeda-beda.

Transfer GayaTransfer Gaya

• Pada sambungan baut dan paku keling kemungkinan dapat terjadi transfer gaya pada batang-batang yang disambung dengan mekanisme:– Tumpu– Gesek

• Pada sambungan las transfer gaya terjadi secara langsung melalui bidang las

Mekanisme Tumpu dan GesekMekanisme Tumpu dan Gesek

• Pada sambungan tipe tumpu lubang sambungan terisis penuh oleh alat sambung (baut, paku keling) sehingga terjadi kontak antara bidang permukaan alat sambung dan lubang sambungan (menempel).

• Pada sambungan tipe gesek terjadi jepitan antara alat sambung dan batang yang disambung karena terjadi kekangan akibat proses pengencangan. Jepitan menimbulkan tahanan geser antara batang-batang yang disambung.

p = Ntu + mNu

dimana:p = kekuatan sambunganNtu = kekuatan tumpu/gaya tumpumNu = tahanan gesek akibat jepitan

Tipe kegagalan sambunganTipe kegagalan sambungan

a. Kegagalan geser baut, baut patahb. Kegagalan geser pelat, retak pada pelat muka atau

pelat antara dua lubang bautc. Kegagalan tumpu baut, hancurnya permukaan selimut

baut yang menumpu pada pelatd. Kegagalan tumpu pelat, hancurnya bidang penumpu

pada pelate. Kegagalan tarik baut, baut patah akibat gaya tarikf. Kegagalan lentur baut, baut mengalami lenturan yang

berlebihan (bengkok)g. Kegagalan tarik pelat, pelat mengalami retak pada

lubang baut

Klasifikasi SambunganKlasifikasi SambunganBerdasarkan kemampuan batang-batang sambungan untuk berotasi:

Sambungan kaku

Sambungan semi kaku

Sambungan sederhana

Sambungan kakuSambungan kaku

o Sambungan memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung.

o Deformasi titik kumpul harus sedemikian rupa sehingga tidak terlalu berpengaruh terhadap distribusi gaya maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur.

.

Sambungan semi kakuSambungan semi kaku

• Sambungan tidak memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung, namun mampu memberi kekangan yang dapat diukur terhadap perubahan sudut. Pada sambungan semi kaku, perhitungan kekakuan, penyebaran gaya, dan deformasinya harus menggunakan analisis mekanika yang hasilnya didukung oleh percobaan eksperimental

Sambungan SendiSambungan SendiSambungan pada kedua ujung komponen yang disambung tidak ada momen. Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang diperlukan pada sambungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur terhadap komponen struktur yang disambung. Detail sambungan harus mempunyai kemampuan rotasi yang cukup. Sambungan harus dapat memikul gaya reaksi yang bekerja pada eksentrisitas yang sesuai dengan detail sambungannya.

Sambungan BautSambungan Baut

• Pelubangan dengan bor atau hydraulic puncher• Hydraulic puncher menimbulkan tegangan sisa

(residual stress) akibat bekerjanya tegangan yang besar sewaktu pelubangan. Lubang bor hydraulic puncher lebih kecil (± 3 mm) dari lubang rencana, setelah di-pucher dibesarkan dengan bor. Proses ini sekaligus untuk membersihakn retak-retak baja di sekitar lubang puncher.

• Beberapa contoh bentuk sambungan baut disajikan pada gambar berikut.

Ukuran diameter lubang

• Menurut PPBBI– Baut hitam : Ølubang = Øbaut + 1 mm– Baut mutu tinggi : Ølubang = Øbaut + 2 mm

• Menurut AISC• Didasarkan pada diameter efektif• Øefektif = Øbaut + 2 x 1/16’’

Jarak lubang

a. Sambungan terdiri dari satu baris penyambung1,5Ø ≤ s1 ≤ 3Ø atau 6t2,5Ø ≤ s ≤ 7Ø atau 14tDimana: Ø = diameter baut

t = tebal terkecil bidang yang disambung

s1 s1s s

b. Sambungan lebih dari satu baris yang tak bersilang1,5Ø ≤ s1 ≤ 3Ø atau 6t2,5Ø ≤ s ≤ 7Ø atau 14t2,5Ø ≤ g ≤ 7Ø atau 14tdimana: Ø = diameter baut

t = tebal terkecil bagian yang disambungg = jarak antar baut vertikal terhadap arah gaya

s1 s1s s

s1

s1

g

g

g

s1 s1s ss1 s1s s

s1

s1

g

g

g

s1

s1

g

g

g

c. Sambungan lebih dari satu baris yang bersilang1,5Ø ≤ s1 ≤ 3Ø atau 6t2,5Ø ≤ g ≤ 7Ø atau 14ts2 ≤ 7Ø – 0,5g atau s2 ≤ 14t – 0,5gdimana: Ø = diameter baut

t = tebal terkecil bagian yang disambungg = jarak antar baut vertikal terhadap arah gaya

s1

s1

g

g

g

s1 s2s2 s2 s1

s1

s1

g

g

g

s1

s1

g

g

g

s1

s1

g

g

g

s1 s2s2 s2 s1s1 s2s2 s2 s1s1 s2s2 s2 s1

Tegangan ijin baut hitam

• Pada sambungan baut dan paku keling dikenal adanya istilah tegangan-tegangan geser, tarik, tumpu dan kombinasinya.

• Pengertian tegangan geser disini adalah tegangan yang timbul pada alat sambung di bidang pertemuan batang yang disambung. Tegangan yang timbul dapat menyebabkan patahnya alat sambung, patah geser.

• Terdapat dua kemungkinan mekanisme patah geser pada alat sambung, tergantung pada metode penyambungannya. – Sambungn potongan tunggal– Sambungan potongan ganda

Pada sambungan potongan tunggal hanya terdapat satu bidang geser yang merupakan tempat kemungkinan terjadi patah geser alat sambung.

Pada sambungan potongan gandat terdapat 2 bidang geser yang merupakan tempat kemungkinan terjadinya patah geser alat sambung

Tegangan ijin

• Tegangan geser : • Tegangan tarik :• Tegangan tumpu : bila s1≥ 2Ø

bila 1,5Ø≤s1≤2Ø• Apabila terjadi kombinasi antara tegangan tarik

aksial (ta) dan tegangan geser () maka tegangan idiilnya (i) tidak boleh melebihi:

6,0 7,0ta

5,1tu

2,1tu

2ta

2i 3

Baut mutu tinggi

• Direkomendasi ASTM dan mudah diperoleh di Indonesia (A-325, A-490). Dibuat dengan kada karbon kurang dari 0,3%.

• Kekuatan sangat tergantung dari diameter batang bautnya.

No dia baut teg tarik ultimit teg leleh (min) pada reg 0,2%

11/2 s/d 1 inchi 120 Ksi 92 Ksi

(12,7 s/d 25,4 mm) (825 MPa) (635 Mpa)

211/8 sd 11/2 inchi 105 Ksi 81 Ksi

(28,6 s/d 38,1 mm) (725 Mpa) (560 Mpa)

Kekuatan baut mutu tinggi

a. Tipe geser1) Kekuatan per baut terhadap geser :

2) Kekuatan per baut terhadap tarik aksial:beban statis : Nt = 0,6 Nobeban bolak-balik : Nt = 0,5 No

3) Kombinasi antara tarik dan geser:

og N.n.SFFN

)T7,1N.(n.SFFN og

SF = Safety factor = 1,4 n = Jumlah bidang geser

No = beban tarik awal T = Gaya tarik aksial yang bekerja

F = faktor geser permukaan

Faktor geser permukaan (F)

Keadaan permukaan Nilai F

Bersih 0,35

Digalvanis 0,16 - 0,26

Dicat 0,07 - 0,10

Berkarat, dengan pembersihan karat yang lepas

0,45 - 0,70

dibersihkan dengan sand blasting 0,40 - 0,70

b. Tipe tumpu1) tegangan geser :2) tegangan tarik aksial :3) tegangan tumpu : jika s1 ≥ 2Ø

jika 1,5Ø ≤ s1 ≤ 2Ø

tegangan dasar bautuntuk 3) nilai ijin adalah yang terkecil antara tegangan dasar ijin baut dan pelat yang disambung.

4) tegangan geser dan tarik

6,0 7,0ta

5,1tu

2,1tu

3ta2

i

Paku Keling

• Tegangan geser :• Tegangan tarik :• Tegangan tumpu : jika s1 ≥ 2Ø

jika 1,5Ø ≤ s1 ≤ 2Ø

• Tegangan kombinasi :

8,0 8,0ta

0,2tu 6,1tu

2ta

2i 56,1

Prinsip perhitungan kekuatan sambungan paku keling sama dengan baut, perbedaan ganya terdapat pada perhitunga kekuatan tegangan ijinnya.

Sambungan Momen

• Sambungan yang mendukung momen• Terjadi pada struktur yang bersifat kaku (portal

baja)• Sambungan batang yang mengalami lenturan

(gelagar)• Sambungan pada konsul (korbel baja)• Pada sambungan, setiap alat sambung

mendukung beban dengan orientasi terhadap sumbunya.

• Besarnya beban tergantung dari jarak alat sambung terhadap pusat berat sambungan.

22i

ih

22i

iv

yxy.MR

yxx.MR

nPP

nPP

hh

vv

M

Pv1

Ph1

1(x1,y1)Pv2

Ph2

2(x2,y2)

Ph3

Pv3

3(x3,y3)Ph4

Pv4

4(x4,y4)

O(0,0)R1

R2

R3

R4

P

Akibat momenAkibat P di titk pusat

Konsep stabilitas

• Mn ≥ M• Mn = (P1.R1+P2.R2+…+Pn.Rn)

Ri2 = Xi

2 + Yi2

Pi → Piv dan Pih

• Momen internal diperhitungkan terhadap pusat berat susunan baut (titik O). Absis (x) dan ordinat (y) merupakan lengan Pv dan Ph.

• Pi.Ri = Piv.xi + Pih.yi

• Mn = (Piv.xi + Pih.yi)

Sambungan LasDua macam sistem pengelasan:• Las menggunakan gas acetylen (gas karbit) dan

oksigen. Untuk pengelasan ringan dengan bahan yang tipis.

• Elektroda las – las listrik. Arus listrik dialirkan melalui elektroda pada batang yang akan disambung, terjadi hubungan pendek yang mengakibatkan batang dan elektroda meleleh bersama-sama.

Klasifikasi elektroda JIS (Japan Industrial Standard), BS (British Standard), yang umum sesuai dengan AWS (American Welding Society) dan ASTM (American Standard for Testing Materials).

E XXab

E XXABE ElectrodeXXX Bilangan (2 atau 3 angka) yang menunjukkan kuat tarik ultimit

minimum (Ksi)A Bilangan yang menunjukkan posisi pengelasan yang sesuai

untuk elektroda iniangka 1 : pengelasan segala posisiangka 2 : pengelasan horisontal dan miringangka 3 : pengelasan terbaring

B Bilangan yang menunjukkan jenis arus listrik (AC atau DC) serta polaritasnya

Contoh : E 601360 : kuat tarik ultimit ; 60 Ksi1 : pengelasan segala posisi3 : bisa dengan arus AC maupun C

BERBAGAI BAGIAN LASBERBAGAI BAGIAN LAS

LAS TUMPULLAS TUMPUL

Penjelasan• Las Tumpul Penetrasi Penuh: las tumpul di mana

terdapat penyatuan antara las dan bahan induk sepanjang kedalaman penuh sambungan.

• Las Tumpul Penetrasi Sebagian: las tumpul di mana kedalaman penetrasi lebih kecil daripada kedalaman penuh sambungan.

Ukuran lasUkuran las adalah jarak antara permukaan luar las (tidak termasuk perkuatannya) terhadap kedalaman penetrasinya yang terkecil. Khusus sambungan antara dua bagian yang membentuk T atau siku, ukuran las penetrasi penuh adalah tebal bagian yang menumpu.

LLAASS

TTUUMMPPUULL

Tebal rencana lasTebal rencana lasTebal rencana las ditetapkan sebagai berikut: a) Las Tumpul Penetrasi Penuh: tebal rencana las untuk

las tumpul penetrasi penuh adalah ukuran las;b) Las Tumpul Penetrasi Sebagian: tebal rencana las

untuk las tumpul penetrasi sebagian ditetapkan sesuai dengan ketentuan dibawah ini:

(i) Sudut antara bagian yang disambung 60Satu sisi: tt =(d - 3) mmDua sisi: tt =(d3 + d4 - 6) mm

(ii)Sudut antara bagian yang disambung > 60Satu sisi: tt =d mmDua sisi: tt =(d3 + d4) mm

dengan d adalah kedalaman yang dipersiapkan untuk las (d3 dan d4 adalah nilai untuk tiap sisi las).

Panjang efektifPanjang efektif las tumpul adalah panjang las ukuran penuh yang menerus.

Luas efektifLuas efektif las tumpul adalah perkalian panjang efektif dengan tebal rencana las.

1. Pengantar

tw

twtw

Las sudut konkaf

Las sudut sela akar

tw

twtw

tttt

tttttttt

Sela akar

tw

tw

Las sudut konveks

tw

tw

Perkuatan

tw

tw

Kekuatan LasKekuatan Las

A.cos3sin

A.P22 aaa

tegangan dasar ijin elektroda

a sudut yang dibentuk oleh arah gaya dan bidang geser las

A Luas penampang las = Ln.a

Ln panjang bersih las

Lbr panjang kotor las

a Tebal rigi-rigi las

Secara umum, P = K..A, dengan nilai K tergantung oriantasi sambungan dan cara pengelasan. K diperhitungkan untuk mengantisipasi efisiensi dan defisiensi pengelasan.

Lanjutan …..

• Lihat buku……!

Terima kasih…!