Struktur Baja 3 Tarik

35
3- STRUKTUR TARIK Pendahuluan Struktur tarik adalah bagian dari struktur bangunan yang menerima beban normal tarik 1 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo Struktur tarik terdapat pada bagian bangunan : o Struktur utama : Jembatan rangka Jembatan gantung Rangka kuda-kuda atap Rangka menara o Struktur sekunder : Ikatan angin atap/jembatan Ikatan rem pada jembatan Ikatan penggantung gording

Transcript of Struktur Baja 3 Tarik

Page 1: Struktur Baja 3 Tarik

3- STRUKTUR TARIK

Pendahuluan • Struktur tarik adalah bagian dari struktur bangunan yang menerima beban

normal tarik

1 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

• Struktur tarik terdapat pada bagian bangunan :

o Struktur utama :

Jembatan rangka

Jembatan gantung

Rangka kuda-kuda atap

Rangka menara

o Struktur sekunder :

Ikatan angin atap/jembatan

Ikatan rem pada jembatan

Ikatan penggantung gording

Page 2: Struktur Baja 3 Tarik

2

• Penggunaan baja struktur yang paling efisien adalah sebagai tarik, dimana seluruh kekuatan batang dapat dimobilisasi secara optimal hingga mencapai keruntuhan

• Batang tarik adalah komponen struktur yang memikul/mentransfer gaya tarik antara dua titik pada struktur

• Suatu elemen direncanakan hanya memikul gaya tarik jika :

– Kekakuan lenturnya dapat diabaikan, seperti pada kabel atau rod

– Kondisi sambungan dan pembebanan hanya menimbulkan gaya aksial pada elemen, seperti pada elemen rangka batang.

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 3: Struktur Baja 3 Tarik

3

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 4: Struktur Baja 3 Tarik

4 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 5: Struktur Baja 3 Tarik

5

Penampang Elemen Tarik Struktur Baja

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 6: Struktur Baja 3 Tarik

6

Perencanaan Elemen Tarik

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Nu : gaya aksial tarik terfaktor

Ø : koefisien reduksi

Kondisi leleh sepanjang batang

Kondisi fraktur pada daerah sambungan

Untuk batang bulat :

Ag = ¼ . π . D2

Ae = 0,75 Ag

Page 7: Struktur Baja 3 Tarik

7

• Tahanan nominal komponen struktur tarik dapat ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu :

– Leleh penampang pada daerah yang jauh dari sambungan

– Fraktur pada penampang efektif pada lubang-lubang baut di sambungan

– Keruntuhan blok geser pada lubang-lubang baut di sambungan

• Leleh pada penampang menggunakan persamaan 10.1.1-2.a, dimana semua kemampuan baja dapat digunakan maksimal

• Pada keruntuhan fraktur di sambungan, terjadi konsentrasi tegangan di sekitar baut. Kelelehan terjadi secara lokal yang menyebabkan terjadinya fraktur pada luas penampang netto.

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 8: Struktur Baja 3 Tarik

8

• fu yang digunakan pada persamaan 10.1.1-2.b untuk daerah lokal, sedangkan fy digunakan pada persamaan 10.1.1-2.a untuk daerah yang lebih panjang

• Sebenarnya fu juga dapat digunakan pada persamaan 10.1.1-2.a namun hal ini akan menyebabkan perpanjangan total yang cukup besar sehingga menimbulkan redistribusi gaya yang berlebihan kepada komponen-komponen struktur lainnya

• Koefisien reduksi (Ø) dari fu lebih kecil (0,75) daripada koefisien reduksi (Ø) dari fy (0,9)

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 9: Struktur Baja 3 Tarik

9

Batas Kelangsingan • Batas kelangsingan yang dianjurkan dalam peraturan ditentukan

berdasarkan pengalaman, engineering judgement, dan kondisi-kondisi praktis untuk :

– Menghindari kesulitan handling dan meminimalkan kerusakan dalam fabrikasi, transportasi dan tahap konstruksi

– Menghindari kendor (sag yang berlebih) akibat berat sendiri batang

– Menghindari getaran

• Batas kelangsingan, l, ditentukan sebagai berikut :

• lmax ≤ 240 ; untuk struktur utama

• lmax ≤ 300 ; untuk struktur sekunder

• Dimana : angka kelangsingan : l = L/r

L = panjang batang tarik

• r = jari-jari girasi = √(I/A)

• Batas kelangsingan untuk batang bulat : L/D ≤ 500 ; D = diameter batang

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 10: Struktur Baja 3 Tarik

10

Luas Netto (An) • Lubang-lubang baut dapat dibuat dengan beberapa cara

1. Cara yang termurah dan termudah adalah dengan menggunakan metode punching dengan diameter (D) lubang 1,5 mm lebih besar daripada diameter (D) alat pengencang (keling atau baut)

Dlubang asli = Dalat pengencang + 1,5 mm (tanpa memperhitungkan kerusakan pelat)

Metode tersebut akan mengurangi kekuatan daerah pinggiran lubang baut, sehingga dalam analisis :

Dlubang = Dlubang asli + 1,5 mm = Dalat pengencang + 3 mm

2. Metode pelubangan kedua adalah dengan cara punching dengan D yang lebih kecil daripada D rencana kemudian melakukan reaming (melebarkan) sehingga mendapatkan D rencana.

Metode tersebut memberikan ketelitian yang lebih baik daripada cara sebelumnya, namun lebih mahal

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 11: Struktur Baja 3 Tarik

11

3. Metode ketiga adalah dengan cara langsung membor lubangnya sebesar Dalat pengencang + 0,75 mm.

Metode tersebut biasanya digunakan pada pelat-pelat yang tebal dan adalah cara termahal diantara ketiga cara tersebut

• Luas netto penampang batang tarik yang relatif pendek (komponen penyambung) tidak boleh diambil lebih besar daripada 85% luas brutonya

An ≤ 0,85 Ag

Contoh :

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Ag = t x d = 6 x 75 = 450 mm2

An = (d – (Dl + 1,5)) x t = (75 – (10+1,5)) x 6 = 381 mm2 (≈ 85% x Ag = 382,5 mm2)

Page 12: Struktur Baja 3 Tarik

12

Kasus Gaya Tarik Hanya Disalurkan Oleh Baut

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

• Dalam perhitungan luasan netto, dicari luasan yang terkecil dari kemungkinan-kemungkinan lintasan putus (lintasan kritis)

• Kalau ada lintasa diagonal (letak baut zig zag) dalam perumusan luas netto ada koreksi akibat adanya lintasan diagonal

Page 13: Struktur Baja 3 Tarik

13

Garis a – b – c – d = 400 – 2 x (17,5 + 1,5) = 362 mm

Garis a – b – e – c – d = 400 – 3 x (17,5 + 1,5) + 2 x 302/(4 x 30) = 347,5 mm

Garis a – b – e – f – g = 400 – 3 x (17,5 + 1,5) + 2 x 302/(4 x 30) = 347,5 mm

Jadi : An = 347,5 x t > 0,85 x Ag = 0,85 x 400 x t = 340 x t NOT OK

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Contoh :

Page 14: Struktur Baja 3 Tarik

14

• Untuk profil siku, nilai u = sg1 + sg2 – t

• Jadi profil siku atau canal seperti dibuka/diluruskan

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Contoh :

sg1 = sg2 = 33 mm

u = sg1 + sg2 – t = 33 + 33 – 6 = 60 mm

D = 10 mm (punching)

Ag = 691 mm2 (didapat dari tabel profil baja)

Page 15: Struktur Baja 3 Tarik

15

Panjang a – b – c – d = (27 x 2 + 60) – 1 x (10 + 1,5) = 102,5 mm

Panjang a – b – e – f = (27 x 2 + 60) – 2 x (10 + 1,5) + 302/(4 x 60) = 94,75 mm

Jadi : An = 94,75 x 6 = 568,5 mm2 < 0,85 Ag = 0,85 x 691 = 587,35 mm2 OK

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 16: Struktur Baja 3 Tarik

16

Luas Penampang Efektif (Ae)

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

A = An atau Ag_las

Page 17: Struktur Baja 3 Tarik

17

• Apabila tidak semua element penampang disambung, maka pada daerah sambungan tegangan yang terjadi tidak merata.

• Pada daerah sambungan terjadi pelemahan :

Shear lag luas harus direduksi dengan koefisien U

Pelubangan pengurangan luas sehingga yang dipakai pada daerah ini adalah luas bersih An

Ae = A x U = An x U • Tegangan tarik yang tidak merata pada daerah sambungan karena adanya

perubahan letak titik tangkap gaya P pada batang tarik :

Di tengah bentang : pada berat penampang

Di daerah sambungan : pada sisi luar penampang yang bersentuhan dengan elemen plat yang disambung

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 18: Struktur Baja 3 Tarik

18

Faktor Shear Lag (U) • Eksentrisitas untuk menghitung U

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 19: Struktur Baja 3 Tarik

19

• Panjang sambungan (L)

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 20: Struktur Baja 3 Tarik

20

Kasus Gaya Tarik Disalurkan oleh Las Memanjang

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 21: Struktur Baja 3 Tarik

21 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 22: Struktur Baja 3 Tarik

22

Contoh :

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 23: Struktur Baja 3 Tarik

23

Keruntuhan Geser Blok (Block Shear Rupture)

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

• Geser blok adalah kondisi batas dimana tahanan ditentukan oleh jumlah kuat geser dan kuat tarik pada segmen yang saling tegak lurus

• Keruntuhan jenis ini sering terjadi pada sambungan dengan baut terhadap pelat badan yang tipis pada komponen struktur tarik

• Keruntuhan tersebut juga umum dijumpai pada sambungan pendek, yaitu sambungan yang menggunakan 2 baut atau kurang pada garis searah dengan bekerjanya gaya

Page 24: Struktur Baja 3 Tarik

24

• Tipe keruntuhan geser blok

1. Kelelehan geser – Fraktur tarik

Bila : fu . Ant > 0,6 . fu . Anv

maka : Nn = 0,6 . fy . Agv + fu . Ant

2. Fraktur geser – Pelelehan tarik

Bila : fu . Ant < 0,6 . fu . Anv

maka : Nn = 0,6 . fu . Anv + fy . Agt

Dimana : Ø = 0,75

Agt = luas bruto yang mengalami tarik

Agv = luas bruto yang mengalami geser

Ant = luas netto yang mengalami tarik

Anv = luas netto yang mengalami geser

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 25: Struktur Baja 3 Tarik

25

Contoh : Sebuah batang tarik berupa pelat 2 x 15 cm disambungkan ke pelat berukuran 2

x 30 cm dengan las memanjang sepanjang 20 cm pada kedua sisinya. Kedua pelat yang disambung terbuat dari bahan yang sama.

Fy = 2.400 kg/cm2, fu = 3.700 kg/cm2

Berapa beban rencana Nu yang dapat dipikul batang tarik ?

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 26: Struktur Baja 3 Tarik

26

Jawab :

a. Kondisi Plat Leleh :

Nu = Ø Nn = 0,9 . fy . Ag

= 0,9 . 2400 . (2 x 15) = 64.800 kg = 64,8 ton

b. Kondisi Plat Fraktur :

Nu = Ø Nn = 0,75 . fu . Ae

A = Ag = 2 x 15 = 30 cm2

l/w = 20/15 = 1,33 U = 0,75

Ae = A . U = 30 . 0,75 = 22,5 cm2

Nu = 0,75 . 3.700 . 22,5 = 62.437,5 kg = 62,4 ton

Jadi Nu = 62,4 ton

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 27: Struktur Baja 3 Tarik

27

Contoh : Tentukan tahanan rencana komponen struktur tarik berikut ini :

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Jawab :

a. Kondisi leleh

Nu ≤ Ø Nn = 0,9 . fy . Ag

= 0,9 . 240 . 813 = 175.608 N = 17,6 ton

Dl = 18 mm (punching)

Page 28: Struktur Baja 3 Tarik

28

b. Kondisi Fraktur :

Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . Ae

An = 813 – (Dl +1,5)*6 = 813 – (18 +1,5)*6 = 696 mm2

U = 1 – x/L ≤ 0,9

U = 1 – 19,3/(50*3) = 0,87 ≤ 0,9

Ae = An . U = 696 . 0,87 = 605,52 mm2

Nu = 0,75 . 370 . 605,52 = 168.031,8 N = 16,8 ton

c. Kondisi Blok Geser :

0,6 . fu . Anv = 0,6 . 370 . ((50*3+30) - 3½ (Dl + 1,5)) *6 = 148.851 N

fu . Ant = 370 . (40 - ½ (Dl + 1,5)) *6 = 67.155 N

fu . Ant = 67.155 N < 0,6 . Fu . Anv = 148.851 N fraktur geser – leleh tarik

Nn = 0,6 . fu . Anv + fy . Agt

= 0,6 . 370 . ((50*3+30) - 3½ (Dl + 1,5)) *6 + 240 . 40 . 6 = 206.451 N

Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . 206.451 = 154.838 N = 15,48 ton

Jadi tahanan rencana Nu = 15,48 ton (nilai terkecil dari 3 kondisi)

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 29: Struktur Baja 3 Tarik

29

Contoh : Rencanakan ikatan angin dengan batang bulat. Mutu baja BJ37

Beban Nu = 5,75 ton

Panjang batang L = 7,6 m

Jawab : 1. Batas kelangsingan :

L/D ≤ 500 D ≥ L/500 = 760/500 = 1,52 cm

2. Batas leleh :

Nu ≤ Ø Nn = 0,9 . fy . Ag

Ag ≥ Nu / (0,9 . fy ) = 5.750 / (0,9 . 2400) = 2,66 cm2

3. Batas fraktur :

Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . Ae

Untuk batang bulat : Ae = 0,75 . Ag Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . 0,75 . Ag

Ag ≥ Nu / (0,75 . 0,75 . fu ) = 5.750 / (0,75 . 0,75 . 3700) = 2,76 cm2

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 30: Struktur Baja 3 Tarik

30

Ag = ¼ . π . D2

D = √(4 . Ag / π ) = √(4 . 2,76 / π ) = 1,87 cm (menentukan)

Jadi digunakan besi diameter 19 mm

Contoh Rencanakan kaki kuda-kuda (batang S1)

dengan profil dobel siku. Mutu baja BJ37

Baut D = 16 mm (punch) minimum 3 baut

pada 1 deret jarak a’ 60 mm

a = 250

Beban mati D = 5,25 ton

Beban hidup L = 6,5 ton

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

R 3 m

a

S1

S2

Page 31: Struktur Baja 3 Tarik

31

Jawab : 1. Perhitungan gaya :

Ru = 1,4 D = 1,4 . 5,25 = 7,35 ton

Ru = 1,2 D + 1,6 L = 1,2 . 5,25 + 1,6 . 6,5 = 16,7 ton (menentukan)

∑V = 0 Ru – S2 . Sin a = 0 S2 = Ru/sin a = 16,7/sin 250 = 39,5 ton

∑H = 0 S1 – S2 . cos a = 0 S1 = S2 . cos a = 39,5 . cos 250 = 35,8 ton

2. Batas kelangsingan :

struktur utama : lmax ≤ 240 l = L/r

r ≥ L/240 = 300/240 = 1,25 cm

3. Batas leleh :

Nu ≤ Ø Nn = 0,9 . fy . Ag

Ag ≥ Nu / (0,9 . fy ) = 35.800 / (0,9 . 2400) = 16,57 cm2

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 32: Struktur Baja 3 Tarik

32

4. Batas fraktur :

Nu ≤ Ø Nn = 0,75 . fu . Ae = 0,75 . fu . An . U

An ≥ Nu / (0,75 . fu . U ) misalkan : U = 0,85 cm2

An ≥ 35.800 / (0,75 . 3.700 . 0,85 ) = 15,2 cm2

Misalkan : An = 0,85 . Ag Ag = An /0,85 = 15,2 / 0,85 = 17,9 cm2

Coba profil dobel siku 55 x 75 x 7

Dl = 16 + 3 = 19 mm

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

x x

Pu

35

40

60 60 40

A = 8,66 cm2 (1 profil)

ry = 1,59 cm ; rx = 2,35 cm

X = 1,41 cm

Page 33: Struktur Baja 3 Tarik

33

Ag = 2 x 8,66 = 17,32 cm2 ≥ 16,57 cm2 (batas leleh memenuhi)

Batas fraktur

An = 2 . (8,66 – 1 . 1,9 . 0,7) = 14,66 cm2

U = 1 – x/L = 1 – 1,41/12 = 0,8825

Ae = U . An = 0,88 x 14,47 = 12,94 cm2

Ø Nn = 0,75 . fu . Ae = 0,75 . 3.700 . 12,94 = 35.909 kg > Nu = 35.813 kg (ok)

Batas kelangsingan

ry = 1,59 cm > r = 1,25 (ok)

rx = 2,35 cm > r = 1,25 (ok)

5. Kontrol geser blok :

Agt = 4 . 0,7 = 2,8 cm2 Anv = ((4 + 6 + 6) – 2,5 . 1,9) . 0,7 = 7,875 cm2

Ant = (4 – ½ . 1,9) . 0,7 = 2,135 cm2

Agv = (4 + 6 + 6) . 0,7 = 11,2 cm2

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 34: Struktur Baja 3 Tarik

34

0,6 . fu . Anv = 0,6 . 3700 . 7,875 = 17.482,5 kg

fu . Ant = 3700 . 2,135 = 7.899,5 kg

fu . Ant < 0,6 . Fu . Anv fraktur geser – leleh tarik

Nn = (0,6 . fu . Anv + fy . Agt ) . 2 (untuk 2 profil)

= (0,6 . 3700 . 7,875 + 2400 . 2,8) . 2 = 48.405 kg

Nu = 35,8 ton ≤ Ø Nn = 0,75 . 48.405 = 36.303 kg = 36,3 ton (ok)

STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo

Page 35: Struktur Baja 3 Tarik

35 STRUKTUR BAJA MK-143009-Unnar-Dody Brahmantyo