IX. ANALISIS SAMBUNGAN

BAUT

IX. ANALISIS SAMBUNGAN

BAUT

Alat sambung baut umumnya difungsikan untuk mendukung beban tegak lurus sb panjangnya.

Kekuatan sambungan baut ditentukan oleh: Kuat tumpu kayu Tegangan lentur baut Angka kelangsingan (nilai banding antara panjang baut pd kayu

utama dg diameter baut).

Tegangan tumpu kayu maks terjadi pada bagian samping kayu utama.

I. Tahanan Lateral AcuanI. Tahanan Lateral Acuan

Tahanan lateral acuan (Z) satu baut pd sambungan 1 irisan dan 2 irisan menurut SNI-5 (2002) dapat dilihat pd Tabel 1 dan Tabel 2.

Tabel 1. Tahanan lateral acuan 1 baut pd sambungan 1 irisan yg menyambung dua komponen

Moda kelelehan

Tahanan lateral (Z)

Im

Is

II

IIIm

IIIs

IV

K

FDtZ emm83,0

K

FDtZ ess83,0

K

FDtkZ ess193,0

KR

FDtkZ

e

emm

21

04,1 2

KR

FDtkZ

e

ems

2

04,1 3

e

ybem

R

FF

K

DZ

13

204,1 2

Keterangan:

2

2

3

2

2

2

3222

1

3

22121

3

212121

1

112

sem

eyb

e

e

mem

eybe

e

teetttee

tF

DRF

R

Rk

tF

DRFRk

R

RRRRRRRRk

03601

:

K

F

FR

t

tR

Keterangan

es

eme

s

mt

Tabel 2. Tahanan lateral acuan satu baut pada sambungan dua irisan yang menyambung tiga komponen

Moda kelelehan

Tahanan lateral (Z)

Im

Is

IIIs

IV

K

FDtZ emm83,0

K

FDtZ ess66,1

KR

FDtkZ

e

ems

2

08,2 4

e

ybem

R

FF

K

DZ

13

208,2 2

2

2

4 3

2121

sem

eyb

e

e

tF

DRF

R

Rk

Keterangan:

Fem dan Fes adalah kuat tumpu (N/mm2) kayu utama dan samping.

Sudut sejajar : Fe// = 77,25 G

Tegak lurus serat : Fe┴ = 212 G1,45 D-0,5

Kuat tumpu kayu dg sudut θ thd serat (Pers. Hankinson):

National Design and Specification (NDS) U.S (2001): Kuat lentur baut:- Titik potong pd kurva beban-lendutan dari pengujian lentur baut dg

garis offset pd lendutan 0,05D (D = diameter baut).- Nilai rerata antara tegangan leleh dan tegangan tarik ultimit pd

pengujian tarik baut.

Dari metode kedua: kuat lentur baut umumnya 320 N/mm2.

22//

//

cossin

ee

eee FF

FFF

II. Geometrik Sambungan BautII. Geometrik Sambungan Baut

Jarak antar alat sambung baut harus direnc agar masing2 alat sambung dpt mencapai tahanan lateral ultimit sebelum kayu pecah.

Tabel 3. Jarak tepi, jarak ujung, dan persyaratan spasi untuk sambungan baut

Beban Sejajar Arah Serat Ketentuan Dimensi Minimum

Jarak Tepi (bopt)

lm/D6 (lihat Catatan 1)

lm/D>6

Jarak Ujung (aopt):

Komponen TarikKomponen Tekan

Spasi (sopt)

Spasi dalam baris alat pengencang

Jarak antar baris alat pengencang

1,5Dyang terbesar dari 1,5D atau 1/2 jarak antar baris alat

pengencang tegak lurus serat

7D4D

4D

1,5D<127 mm (lihat Catatan 2 dan 3)

Beban Tegaklurus Arah Serat Ketentuan Dimensi Minimum

Jarak Tepi (bopt)

Tepi yang dibebaniTepi yang tidak dibebani

Jarak Ujung (aopt)

Spasi (sopt)

Spasi dalam baris alat pengencang

Jarak antar baris alat pengencang:lm/D 2

2<lm/D<6

lm/D6

4D1,5D

4D

Lihat Catatan 3

2,5D (lihat Catatan 3)(5lm+10D)/8 (lihat Catatan 3)

5D (lihat Catatan 3)

Catatan:

1. lm adalah panjang baut pd komponen utama pd suatu sambungan atau panjang total baut pd komponen sekunder (2ls) pd suatu sambungan

2. Diperlukan spasi yg lebih besar untuk sambungan yg menggunakan ring.

3. Spasi tegak lurus arah serat antar alat2 pengencang terluar pd suatu sambungan tdk boleh melebihi 127 mm, kecuali bila digunakan pelat penyambung khusus atau bila ada ketentuan mengenai perubahan dimensi kayu.

III. Faktor Koreksi Sambungan Baut.

1. Faktor aksi kelompok (Cg).

Bila suatu sambungan terdiri dari satu baris alat pengencang atau lebih dg alat pengencang baut, ada kecendrungan masing2 baut mendukung beban lateral yg tdk sama yg disebabkan oleh:

a. Jarak antar alat sambung baut yg kurang panjang shg menyebabkan kuat tumpu kayu tdk terjadi secara maksimal.

b. Terjadinya distribusi gaya yg tdk merata antar alat sambung baut. Baut yg paling ujung akan mendukung gaya yg lebih besar dp baut ditengah.

Faktor2 yg mempengaruhi nilai faktor aksi kelompok: Kemiringan kurva beban dan sesaran baut Jumlah baut Spasi alat sambung dlm satu baris Plastic deformation Perilaku rangkak/creep kayu.

Nilai faktor aksi kelompok:

rn

ii

fg a

nC

1

1

rn

ii

fg a

nC

1

1

m

R

mmmR

mma EA

nnEA

n

i ii

i

1

1

111

12

2

m

R

mmmR

mma EA

nnEA

n

i ii

i

1

1

111

12

2

sm EAEA

su

uum

11

21

12

sm EAEA

su

uum

11

21

12

γ adalah modulus beban atau modulus gelincir = 0,246 D1,5

s adalah spasi dlm baris (jarak antar pusat ke pusat alat pengencang dlm satu baris.(EA)m dan (EA)s adalah kekakuan aksial kayu utama dan kayu samping (modulus elastisitas lentur rerata komponen str utama dikalikan luas bruto pnp utama sebelum dilubangi/dicoak)REA = (EA)min/(EA)max

(EA)min adalah nilai terkecil antara (EA)m dan (EA)s

(EA)max adalah nilai terbesar antara (EA)m dan (EA)s

Jika alat pengencang dlm satu baris yg berdekatan dipasang secara berseling spt gambar berikut, maka Cg harus dihitung sbb:

Pada gambar (a).

Jika b/4 > a, maka klmpk alat sambung baut dianggap terdiri dari 2 baris dg 10 baut tiap satu baris.

Jika b/4 < a, maka klmpk alat sambung baut dianggap terdiri dari 4 baris dg 5 baut tiap satu baris.

Pada gambar (b).

Jika b/4 > a, maka klmpk alat sambung baut dianggap terdiri dari 2 baris dg baris pertama terdiri dari 10 baut dan baris kedua tediri dari 5 baut.

Jika b/4 < a, maka klmpk alat sambung baut dianggap terdiri dari 3 baris dg 5 baut tiap satu baris.

(a)

(b)

Alt lain untuk menghit nilai faktor koreksi (Cg): dg Tabel 4, NDS, U.S.Tabel ini hanya untuk sambungan yg perbandingan luas pnp kayu samping thd kayu utama sebesar ½ atau 1.

Tabel 4. Nilai Cg (NDS dari U.S, 2001)As/Am

1 As Jumlah baut dalam satu baris

0,5

(in2) 2 3 4 5 6 7 8

5 0,98 0,92 0,84 0,75 0,68 0,61 0,55

12 0,99 0,96 0,92 0,87 0,81 0,76 0,70

20 0,99 0,98 0,95 0,91 0,87 0,83 0,78

28 1,00 0,98 0,96 0,93 0,90 0,87 0,83

40 1,00 0,99 0,97 0,95 0,93 0,90 0,87

64 1,00 0,99 0,98 0,97 0,95 0,93 0,91

1,0

5 1,00 0,97 0,91 0,85 0,78 0,71 0,64

12 1,00 0,99 0,96 0,93 0,88 0,84 0,79

20 1,00 0,99 0,98 0,95 0,92 0,89 0,86

28 1,00 0,99 0,98 0,97 0,94 0,92 0,89

40 1,00 1,00 0,99 0,98 0,96 0,94 0,92

64 1,00 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95

Catatan:

1. Bila As/Am > 1,00, maka gunakan Am/As

2. Nilai pd tabel ini cukup aman untuk diameter baut < 1 inchi, spasi < 4 in, atau E > 1400 ksi.

Contoh menghit (Cg) menurut SNI-5 (2002).

Data sambungan:

Diameter baut (D) = 12,7 mm, jarak antar baut 5D = 63,5 mm

Kayu utama 8/12, maka (EA)m = 20000 x 80 x 120 = 192 x 106 N

Kayu samping 2x4/12, (EA)s = 20000 x 2 x 40 x 120 = 192 x 106 N

Penyelesaian;

γ = 0,246(12,7)1,5 = 11,133 kN/mm = 11133 N/mm

Menghit nilai ai

Bila i = 1 (baris paku ke-1), maka n1 = 5 dan a1 = 4,96.

Pada baris paku ke-2 (i = 2), n2 = 5 dan a2 = 4,96

00,1

10192

10192

91875,0100368,100368,11

00368,110192

1

10192

1

2

5,63111331

11

21

6

6

22

66

x

x

EA

EAR

uum

xxu

EAEA

su

s

mEA

sm

m

R

mmmR

mma EA

nnEA

n

i ii

i

1

1

111

12

2

2. Faktor koreksi geometri (CΔ).

Tahanan lateral acuan harus dikalikan dg faktor geometri (CΔ), dengan CΔ adalah nilai terkecil dari faktor geometri yg dipersyaratkan untuk jarak ujung atau spasi dlm baris alat pengencang.

Jarak ujung.

Bila jarak ujung (a) ≥ aopt (pada Tabel 3), maka CΔ = 1,00

Bila

99,096,496,410

1

10

1

1

21

1

aaC

an

C

g

n

ii

fg

r

optoptopt a

aCaaa maka , 2/

Spasi dalam baris alat pengencang.

Bila spasi dlm baris alat pengencang (s) ≥ sopt (Tabel 3), maka CΔ = 1,00

Bila

IV. Contoh Analisis Sambungan Baut.

Contoh 1.

Sebuah sambungan perpanjangan spt Gambar, tersusun dari kayu dg berat jenis 0,8. Diameter baut 12,7 mm, faktor waktu λ = 0,8. Hitunglah besarnya tahanan lateral acuan Zu ?

optopt s

sCssD maka , 3

Penyelesaian:

Menghit tahanan lateral acuan satu baut (Z)

Data sambungan:

Diameter baut (D) = 12,7 mm

Sudut sambungan θ = 0o (samb perpanjangan)

Tebal kayu sekunder (ts) = 40 mm

Tebal kayu utama (tm) = 80 mm

Tahanan lentur baut (Fyb) = 320 N/mm2

Kuat tumpu kayu sekunder dan kayu utama dg berat jenis 0,8 dpt dilihat pada Tabel 13.1: Fes// = Fem// = 61,8 N/mm2 , shg:

00,18,61

8,61

es

eme F

FR

Tahanan lateral acuan (Z)

Moda kelelehan Im

Moda kelelehan Is

Moda kelelehan IIIs

N 52115360/01

8,61807,1283,083,0

xxx

K

FDtZ emm

N 52115360/01

8,61407,1266,166,1

xxx

K

FDtZ ess

25,1

408,613

7,1212320

1

1121

3

2121

2

2

4

2

2

4

xxk

tF

DRF

R

Rk

sem

eyb

e

e

(dipakai)

Moda kelelehan IV

Menghit nilai koreksi: Faktor aksi kelompok (Cg)

Dari Tabel 4 NDS, U.S:

As/Am = 0,5

As = 40 x 120 = 4800 mm2 ~ 7,44 in2

Interpolasi nilai Cg untuk As = 7,44 in2

As = 5 in2 , Cg = 0,84

As = 12 in2 , Cg = 0,92

As = 7,44 in2 , maka :

N 27119360/0112

8,61407,1225,108,2

2

08,2 4

xxxx

KR

FDtkZ

e

ems

N 27238113

3208,612

360/01

7,1208,2

13

208,2 22

xxx

R

FF

K

DZ

e

ybem

867,084,092,0512

544,784,0

gC

Nilai koreksi geometrik (CΔ)

a. Jarak ujung.

Jarak ujung pd gambar (a) = 100 mm

Jarak ujung optimum (aopt) = 7D = 88,9 mm

Karena a > aopt , maka CΔ = 1,00

b. Spasi dlm baris alat pengencang (s).

s pada gambar = 60 mm

sopt = 50,8 mm

Karena s > sopt , maka CΔ = 1,00

Menent Tahanan lateral acuan ijin (Zu):

Zu ≤ Фz.λ.Cg.CΔ.nf.Z

Zu ≤ 0,65 x 0,8 x 0,867 x 1,00 x 8 x 27119

Zu = 97810 N ~ 97,8 kN

Contoh 2.

Sebuah sambungan buhul spt gambar tersusun dari kayu dg berat jenis 0,85. Diameter baut yg digunakan 15,9 mm, faktor waktu λ = 0,8. Cek apakah sambungan mampu mendukung beban yg bekerja?

Penyelesaian:

Menghit tahanan lateral acuan satu baut (Z).

Data sambungan:

D = 15,9 mm , θ = 90o

Fyb = 320 N/mm2

ts = 50 mm , tm = 100 mm

Kuat tumpu kayu (G = 0,85):

Fes// = 65,66 N/mm2

Fem// = 42 N/mm2

Re = Fem/Fes = 0,64

Menghit nilai koreksi: Faktor aksi kelompok (Cg)

NDS, U.S (Tabel 4):

As/Am = 0,5 , As = 50 x 150 = 7500 mm2 ~ 11,625 in2

Interpolasi nilai (Cg) untuk As = 11,625 in2

As = 5 in2 , Cg = 0,98

As = 12 in2 , Cg = 0,99

Tahanan lateral acuan (N)

Moda kelelehan

44342 Im

69321 Is

32543 IIIs

31097 IV

As = 11,625 in2 , maka

Nilai koreksi geometrik (CΔ)

a. Jarak tepi: jarak tepi dg beban = 70 mm (> 4D = 64 mm)

jarak tepi tanpa beban = 30 mm (> 1,5D = 24 mm)

b. Jarak ujung: batang horizontal tdk terputus (menerus), maka faktor koreksi ujung tdk dihitung.

c. Jarak antar baris alat pengencang:

lm/D = 100/15,9 = 6,3, maka jarak antar baris alat pengencang adalah 5D = 79,5 mm. Jarak antar baris pengencang pd gambar adalah 80 mm. Jadi CΔ = 1,00.

Menent tahanan lateral acuan ijin (Zu):

Zu ≤ Фz.λ.Cg.C.nf.Z

Zu ≤ 0,65 x 0,8 x 0,989 x 1,00 x 4 x 31097 = 66,9 kN > 55 kN …OK!

989,098,099,0512

5625,1198,0

gC

Contoh 3.

Sambungan spt di bawah ini, tersusun dari kayu dg berat jenis 0,8. Penamaan batang 1 sampai batang 5 menjelaskan letak batang yg disambung. Batang yg terletak paling depan adalah batang 1, sedangkan yg paling belakang adalah batang 5. Apabila diameter baut yang dipergunakan adalah 15,9 mm sebanyak 2 bh, cek apakah sambungan mampu mendukung beban2 yg bekerja. Gunakan faktor waktu λ = 0,8, dan faktor koreksi sambungan 1,00.

Menghitung tahanan lateral acuan satu baut (Z).

a. Sambungan 2 irisan antara batang 1 dg batang 2 (1-2-1).

D = 15,9 mm θ = 45o Fyb = 320 N/mm2

ts = 40 mm tm = 30 mm

Kuat tumpu kayu dg berat jenis 0,8:

Fes45o = 47,43 N/mm2 Fem// = 61,8 N/mm2

Jadi tahanan lateral acuan adalah 21749 N.

Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan

21749 Im

44511 Is

28824 IIIs

35366 IV

b. Sambungan 2 irisan antara batang 2 dg batang 3 (2-3-2)

D = 15,9 mm θ = 45o Fyb = 320 N/mm2

ts = 30 mm tm = 80 mm

Kuat tumpu kayu dg berat jenis 0,8:

Fes// = 61,8 N/mm2 Fem45o = 47,43 N/mm2

* Moda kelelehan ini tdk mungkin terjadi

Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan

44511 Im

43497 Is

27909 IIIs*

35366 IV

c. Sambungan 2 irisan antara batang 3 dg batang 2 (3-2-3)

D = 15,9 mm θ = 45o Fyb = 320 N/mm2

ts = 80 mm tm = 30 mm

Kuat tumpu kayu dg berat jenis 0,8:

Fes45o = 47,43 N/mm2 Fem// = 61,8 N/mm2

* Moda kelelehan ini tdk mungkin terjadi

Jadi Tahanan lateral acuan adalah 21749 N (nilai terkecil antara b dan c)

Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan

21749 Im

89022 Is

43842 IIIs*

35366 IV

Menentukan tahanan lateral acuan ijin sambungan (Zu).

.OK!kN)....... 5atau kN 14 ( kN 23,663 N 23663

2174928,065,0

u

u

fzu

Z

xxxZ

ZnZ