Tutorial Ansys (Jembatan)

TUGAS MATA KULIAH ANALISA NUMERIK APLIKASI ANSYS (JEMBATAN RANGKA)

HABIBI EL HADIDHY MAGISTER TEKNIK MESIN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Pemilihan Kasus

Jembatan rangka baja digunakan untuk jembatan yang memiliki bentang yang panjang. Jembatan

sungai Ular merupakan jembatan yang masuk dalam kategori jembatan cukup panjang dengan

panjang bentang yaitu 128 m. Jembatan ini menggunakan rangka lengkung dua sendi sebagai

sarana penghubung jalan rel kereta api yang melintasi di sungai Ular.

Gambar jembatan rangka rel kereta api sungai Ular seperti terlihat pada gambar 1 berikut.

Gambar 1. Jembatan Rel Kereta Api di Sungai Ular

1.2. Tujuan Analisa

Tujuan analisa pada kasus ini ialah:

1. Untuk mengetahui besarnya defleksi dari struktur jembatan rangka baja tersebut dengan

menggunakan simulasi program ANSYS.

2. Untuk mengetahui besarnya rekasi tegangan pada setiap elemen rangka baja dengan

menggunakan simulasi program ANSYS.



1.3. Detail Struktur

Detail struktur jembatan rangka ini yaitu:

1. Panjang bentang = 128 m

2. Tinggi puncak = 20 m

3. Radius kelengkungan dalam = 80 m

4. Radius kelengkungan luar = 136,5 m

5. Terdiri dari 2 tumpuan sendi

6. Panjang per section = 8 m

7. Propil baja yang digunakan yaitu propil IWF 400 x 200 x 8 x 13

8. Modulus Elastisitas = 2,1 x 106 Kg/cm

2 = 21 x 10

9 kg/m

2

Gambar 2. Dimensi Jembatan Rel Kereta Api di Sungai Ular

9. Beban yang diterima

Gambar 3. Kereta Api sebagai beban jembatan



Q

Lokomotif yang melintasi jembatan rel ini adalah Kereta api jenis BB301. Lokomotif ini berdaya

mesin sebesar 1350 HP dengan berat lokomotif sebesar 52 ton. dengan kecepatan maksimum 120

km/jam dan panjang lokomotif 8 m. Sedangkan untuk gerbong, berat kosong 22 ton, berat

maksimum 50 ton dengan panjang gerbong 14 m.

Gambar 4. Pembebanan pada jembatan

Selanjutnya akan dilakuakan simulasi perhitungan dengan menggunakan program Ansys dimana

akan diuji tegangan yang terjadi pada batang jembatan sesuai dengan yang ada di lapangan dan

menggantinya dengan propil yang lebih kecil yaitu propil IWF 350 x 175 x 7 x 11.

Propil IWF 400 x 200 x 8 x 13 Propil IWF 350 x 175 x 7 x 11



Menghitung Beban

Secara umum beban pada jembatan rangka yaitu beban primer dan beban skunder.

Beban primer terdiri dari beban mati, beban hidup dan beban kejut. Dalam simulasi ini dianggap

tidak ada beban kejut.

Sedangkan beban skunder terdiri dari beban angin, dan beban gaya gempa. Dalam simulasi ini

dianggap tidak ada beban gempa.

1. Beban mati

Yaitu semua beban yang berasal dari berat rangka itu sendiri.

Berdasarkan tabel profil konstruksi baja didapat bahwa berat profil baja 400 x 200x 8 x

13 yaitu 66 kg/m.

Maka, berat total beban mati yaitu =

Berat profil x panjang total keseluruhan rangka x factor beban

= 66 kg/m x 917,73 m x 1,2

= 72684,216 kg

Beban ini dibagi 128 m sebagai panjang bentang

P beban mati = 72684,216 / 128

= 567,85 kg/m

P beban mati per node = 567,85 kg/m x 8 m

= 4542,8 kg

2. Beban Hidup

Yaitu beban kendaraan yang bergerak di atasnya. Dalam hal ini harus dipilih kondisi

maksimum.

Berdasarkan pantauan di lapangan panjang kereta api yang melintas melebihi panjang

jembatan, sehingga kondisi maksimum adalah pada saat kereta api memenuhi semua

panjang jembatan.

Berat kereta api = 52000 kg (lokomotif) + 50000 kg/14 m x 120 m (berat gerbong yang

maksimum) = 480571,43 kg

Q beban hidup = berat kereta api x factor beban : panjang jembatan

= 480571,43 kg x 1,6 : 128

= 768914,288 kg/128 m

= 6007,143 kg/m

Q beban hidup per node = 48057,143 kg

3. Beban Angin

Berdasarkan buku Konstruksi Baja karangan Patar M. Pasaribu disebutkan bahwa beban

angin yang harus diperhitungkan dipikul oleh jembatan rangka yaitu 30% x 100 kg/cm2

lebar dinding rangka di salah satu sisi yang dianggap paling berbahaya.



Lebar dinding rangka = 200 mm x 128 m/2

= 20 cm x 6400 cm

= 128000 cm2

Beban Angin = 0,3 x 100 kg/cm2 x 128000 cm

2

= 3840000 kg

Beban angin yang di bagi per node = 4840800 kg/128 m

= 30000 kg

Berdasarkan perhitungan maka, beban vertical = beban mati + beban hidup

= 4542,8 + 48057,143

= 525999,93

= 52600 kg



BAB II

TEORI ELEMEN HINGGA PADA PROGRAM ANSYS 5.4

Konsep Kegagalan

Struktur dirancang untuk mencegah kegagalan dimana ketidakmampuan sebuah

komponen melakukan fungsinya dapat diistilahkan sebagai kegagalan. Kegagalan dapat

terjadi bila bahan pertama-tama meluluh (yield). Oleh karena itu batas luluh banyak

dipakai sebagai kriteria kegagalan.

Sejumlah teori dikembangkan dengan menghubungkan tegangan-tegangan utama

pada sebuah titik pada bahan (σ1, σ2, σ3) terhadap kekuatan luluh bahan tersebut (σy).

Tujuannya adalah untuk meramalkan kapan peluluhan pertama akan terjadi dibawah

kondisi pembebanan yang tertentu.

Teori kegagalan ini juga disebut teori geser (shear energy theory) dan teori von-

Misses-Hencky. Teori ini sedikit sulit pemakaiannya dari pada teori tegangan geser

maksimum, dan teori ini adalah teori yang terbaik untuk dipakai pada bahan daktil.

Seperti teori tegangan geser maksimum, teori ini dipakai hanya untuk menjelaskan

permulaaan bahan mengalah.

Untuk tujuan analisis dan perencanaan, akan lebih mudah apabila kita

menggunakan tegangan von-misses. Suatu balok sederhana pada sisi A dijepit dengan B

diberi gaya F seperti gambar dibawah ini:

Gambar 6. Balok Dengan Pembebanan Terpusat

• Reaksi Pada Tumpuan



Gambar 7. Reaksi Pada Tumpuan

∑ RV = 0 ∑ MA = 0

RV – F = 0

RV = F

Dan MA – FL = 0

MA = F . L

( 5 )

• Potongan x

Gambar 8. Gaya Potongan x

∑ RV = 0 ∑ MA = 0

V – F = 0

V = F

Dan M + FL – Fx = 0

M = FX – FL

( 6 )

Metode Elemen Hingga

Perangkat lunak (software) ANSYS 5.4 yang menggunakan dasar prinsip metode

elemen hingga, disini akan dijelaskan sedikit mengenai metode elemen hingga tetapi

dalam analisis tegangan ini tidak dibahas mengenai metode elemen hingga.

Bila suatu kontinum dibagi-bagi menjadi beberapa bagian yang lebih kecil.

Bagian-bagian ini disebut elemen hingga. Proses pembagian suatu kontinum menjadi

elemen hingga ini sering dikenal sebagai proses diskritisasi (pembagian). Dinamakan

elemen hingga karena ukuran elemen kecil ini berhingga (bukannya kecil tidak berhingga)

dan umumnya memiliki bentuk geometri yang lebih sederhana dibandingkan dengan

kontinumnya. Dengan menggunakan metode elemen hingga dapat dirubah masalah yang

memiliki jumlah derajat kebebasan tidak berhingga menjadi suatu masalah dengan derajat

lebih sederhana. Derajat kebebasan dapat didefinisikan sebagai suatu perpindahan bebas

(tidak diketahui) yang dapat terjadi di suatu titik. Perpotongan antar elemen dinamakan

simpul atau titik simpul dan permukaan antar elemen-elemen disebut garis simpul dan



bidang simpul.

Gambar 9. Istilah Perpindahan

Langkah –langkah dalam metode elemen hingga yang diambil disini yaitu, hanya

mengenai diskritisasi (meshing) dan pemilihan jenis elemen, sedangkan untuk

langkah selanjutnya hanya sebagai urutan tinjauan mengenai metoda elemen hingga.

1. Diskritisasi dan pemilihan jenis elemen

Merupakan pembagian benda menjadi sejumlah benda kecil yang sesuai, yang

dinamakan elemen-elemen hingga. Untuk benda-benda dua dimensi dapat menggunakan

jenis elemen segi tiga dan segi empat, sedangkan untuk benda tiga dimensi kita dapat

menggunakan suatu prisma segi enam (hexahedron).



Gambar 10. Berbagai Jenis Element

2. Memilih model atau fungsi pendekatan

3. Menentukan hubungan regangan(gradien)-perpindahan (yang tidak di ketahui)

dan tegangan regangan .

4. Menurunkan persamaan elemen-elemen

5. Perakitan persamaan elemen untuk mendapatkan persamaan global dan

mengenal syarat batas

6. Memecahkan besaran-besaran primer yang tidak diketahui

7. Memecahkan besaran-besaran penurunan sekunder

8. Interpretasi hasil-hasil

Software ANSYS 5.4

ANSYS 5.4 adalah perangkat lunak (software) yang dapat digunakan untuk

menyelesaikan berbagai kasus dibidang Struktur, Thermal dan Fluida. Perangkat lunak

(software) ini berbasis pada metoda elemen hingga. Perangkat lunak (software) ini sangat

berguna untuk diterapkan dalam bidang konstruksi .

ANSYS 5.4 untuk bidang konstruksi khususnya untuk analisis struktur

menyediakan berbagai tipe analisis stuktur, misalnya :

1. Analisis Statik (Static Analysis)

Digunakan untuk menghitung perpindahan (displacement), tegangan (Stresses) dan

lain-lain dibawah kondisi pembebanan static . Analysis Statik meliputi linier dan non

linier. Non linier meliputi Plasticity,stress, stiffness, large deflection, large strain,

hyperelasticity, contact surfaces, dan creep.

2. Analisis Modus Getar (Modal Analysis)

Digunakan untuk menghitung frekuensi natural dan bentuk modus getar.

3. Analisis Harmonik (Harmonic Analysis)

Digunakan untuk menentukan respon struktur akibat beban harmonik

(beban sinusoidal).



4. Analisis Dinamik Transien (Transient Dynamic Analysis)

Digunakan untuk menentukan respon struktur akibat beban dinamik sembarang.

5. Analisis Spektrum (Spectrum Analysis)

Kelanjutan dari analisis modus getar, digunakan untuk menghitung tegangan dan

regangan akibat beban atau random.

6. Analisis Tekukan (Buckling Analysis)

Digunakan untuk mencari buckling load (beban kritis) dan menentukan model

buckling.



BAB III

DATA OBJEK YANG DIANALISA DAN

PEMODELAN SISTEM

Langkah-langkah Analisa Tegangan pada Jembatan Sungai Ular dengan menggunakan

ANSYS 5.4

1. Menjalankan program ANSYS 5.4.

Klik Interactive pada layar, kemudian isi Initial Jobname, dan Run



Berikut ini merupakan tampilan awal layar ANSYS 5.4.

2. Menentukan tipe analisa ANSYS.

Preferences, kemudian klik pada bagian Structural, dan OK.



3. Menentukan Jenis Elemen

Preprocessor, Element Type, add/edit/delete, pilih add (Pilih Structural Link [2D spar 1]), OK.

4. Membuat gambar pada ANSYS 5.4.

Untuk menggambar rangka jembatan dipakai nodes untuk membuat titik koordinatnya dan

element sebagai batang jembatannya.

4.1. Membuat Nodes

Preprocessor, Modelling, Create, Nodes, In Active CS lalu masukkan nomor node 1, koordinat X

= 0 dan koordinat Y = 0 lalu Apply.

Gambar.3.2.Create Nodes in Active Coordinate System



Kemudian dilanjutkan dengan titik-titik berikutnya sesuai dengan koordinat di bawah ini:

Titik Koordinat

Titik

Koordinat

Titik

Koordinat

X Y

X Y

X Y

1 0 0

18 8 8

35 40 12.3151

2 8 0

19 16 11.2934

36 48 14.3837

3 16 0

20 24 14.0153

37 56 15.599

4 24 0

21 32 16.2009

38 64 16

5 32 0

22 40 17.8762

39 72 15.599

6 40 0

23 48 19.0602

40 80 14.3837

7 48 0

24 56 19.7657

41 88 12.3151

8 56 0

25 64 20

42 96 9.314

9 64 0

26 72 19.7657

43 104 5.282

10 72 0

27 80 19.0602

11 80 0

28 88 17.8762

12 88 0

29 96 16.2009

13 96 0

30 104 14.0153

14 104 0

31 112 11.2934

15 112 0

32 120 8

16 120 0

33 24 5.282

17 128 0

34 32 9.314

4.2. Membuat Element

Preprocessor, Modelling, Create, Element, Thru Node, Elements from nodes, klik 2 nodes yang

akan dihubungkan lalu klik Apply dan setelah selesai klik OK.



Setelah semua nodes dihubungkan maka akan terbentuk struktur rangka jembatan.

Gambar rangka jembatan sebenarnya

Dengan cara yang sama model rangka jembatan dimodifikasi sebagai perbandingan

dimana rangka baja diagonal diubah susunannya.



Gambar rangka jembatan modifikasi 1

5. Menentukan Jenis Material

Preprocessor, Material Props, Constant, Isotropic. Masukkan nilai modulus Elastisitas baja

yaitu 2,1 x 106 kg/cm

2 yang dituliskan 21e9 kg/m

2 lalu klik OK.

Nilai ini juga dimasukkan pada model modifikasi 1



6. Menentukan Nilai Luas Penampang Propil

Preprocessor, Real Constant, Add, Cross-Sectional Area. Masukkan nilai luas penampang propil

yaitu 84,12 cm2 yang ditulis 84.12e-4 lalu OK

Nilai ini juga dimasukkan pada model modifikasi 1

Dengan cara yang sama dimasukkan juga nilai luas penampang sebagai modifikasi model 2

dengan propil baja 350 x 175 x 7 x 11 dengan luas 63,14 cm2 yang ditulis 63.14e-4



7. Membuat Tumpuan Sendi

Ansys Main Menu, Solution, Aply, Strctural, Diplacement, On Nodes. Klik nodes 1 dan Nodes

17 sebagai tumpuan, klik Apply lalu pilih All DOF dan klik OK.

8. Memasukkan Beban



Ansys Main Menu, Solution, Aply, Strctural, Force/Moment, On Nodes lalu klik titik-titik

yang diberikan beban. Pilih FY dan Isi beban sebesar -52000 kg pada titik 1 dan -53570

kg pada titik 2 hingga 17 lalu OK

Gambar pembebanan pada model sebenarnya dan model

9. Memeriksa Simulasi sudah benar atau belum

Ansys Main Menu, Solution, Solve, Current LS, OK.

10. Melihat hasil analisa



General Postproct, Plot Result, Nodal Solution, Dof Solution, Translation UY, OK

Maka akan muncul hasil perpindahannya

Perpindahan batang propil IWF 400 x 200

Perpindahan batang propil IWF 350 x 175



Perpindahan Batang pada modifiksai model 1

Hasil Simulasi Tegangan

Untuk melihat hasil tegangan terlebih dahulu dilakukan pemisahan tegangan dan regangan

dengan cara

Ansys Main Menu, General prospoct, Element Table, Difine Table, Add, ketik AXStress, pilih By

Sequens Num, LS masukkan 1 lalu OK

Hasil setelah diplot



Tegangan untuk Propil Baja IWF 400 x 200

Tegangan untuk Propil Baja IWF 350 x 175



Tegangan untuk modifikasi model1



BAB IV

KESIMPULAN

1. Dari hasil analisa menggunakan Ansys 5.4. didapat bahwa terjadi perpindahan rangka

baja ketika diberi beban merata terutama pada arah Y.

Perpindahan maksimum yang terjadi:

a. Model sebenarnya yaitu -0,049907 m di node 9

b. Model modifikasi 1 (merubah bentuk rangka) yaitu -0,05581 m di node 11

c. Model modifikasi 2 (merubah ukuran propil) yaitu -0,066489 m di node 9

2. Tegangan yang terjadi lebih besar pada propil yang memiliki luas penampang baja lebih

kecil dibandingkan dengan propil baja yang lebih besar namun tegangan pada model

modifikasi rangka 1 lebih kecil dibandingkan model sebenarnya.

Nilai tegangan maksimum yang terjadi

a. Model sebenarnya yaitu 0,23449 x 108 kg/m

2 di elemen 4

b. Model modifikasi 1 (merubah bentuk rangka) 0,23843 x 108 kg/m

2 di elemen 45

c. Model modifikasi 2 (merubah ukuran propil) 0,3124 x 108 kg/m

2 di elemen 4

Tutorial Ansys (Jembatan)

Documents

Transcript of Tutorial Ansys (Jembatan)