![Struktur Baja Edisi 2 Bab 8 [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/struktur-baja-edisi-2-bab-8.jpg)
5 0 16 MB
>
Bab B
15. Tabel 6.9 pada Bab 6
Sarnbungan Struktur
QMn= co@Mo- BF'(Lb-
QM,= 7.0 (316
-
L)
11.4 (4.8
< OMp
- 3.9) s 316
8.1. Pendahuluan Struktur baja terdiri dari elemen-elemen kecil yang digabung satu dengan lainnya mernbentuk elemen struktur lain yang lebih besar. Elemen terdiri Cari profil baja, yang bentuk dan ukurannya relatif tertentu. Proses pabrikasi di bengkel kerja dengan alat bantu yang presisi dan sistem pengawasan yang baik, agar mutunya terjaga.
QM,= 305.7 s 316maka 0M, = 305.7 kNm >
maka:
Setelah proses pabrikasi selesai, elemen-elemen tersebut diangkut
,,
*Iol=r.o 9LM.* Mo ) P,*9(*^ o.zze *B(
66'14
+ ol
= t 30s.2* ) ----?;G
0.51s
2.67 d, dan rekomendasinya adalah s = 3d,
dimana d : diameter baut nominal. Persyaratan spasi [sJ tidak sekedar jaminan kekuatan, juga untuk kemudahan pemasangan. Pada konstruksi jembatan, AASHTO (2005) m.ensyaratkan s > 3d, untuk lubang standar. Pada lubang over-size atau lubang slot maka jarak bersih minimum tepi ke tepi lubang lain di arah gaya adalah tidak boleh kurang dari 2d. |arak spasi dibatasi oleh s < L2. t^h [tebal terkecil pelat sambungan); atau s < 305 mm, dari keduanya maka dipilih hasil hitungan yang paling kecil.
Gambar 8.40 menunjukkan variasi bentuk lubang untuk baut M20 fsebagai contoh) sesuai standar AISC (2010). Untuk diameter lubang baut yang lain disajikan secara presisi dalam tabel berikut. Tabel 8.4 Standardisasi Diameter Lubang I3aut (MetrikJ
farak baut ke tepi sambungan [s,). AISC (2010) menetapkan, jarak
titik pusat lubang standar
ke tepi dari bagian sambungan sr> 7.25d, tetapi tidak boleh lebih 12 kali tebal pelat terkecil sambungan atau 150 mm. Pada lubang oversize atau slot-pendek perlu ditambah t 2 - 5 mm, sedangkan lubang slot-panjang perlu tambah lebih besar lagi, sebesar 0.75d. Khusus jembatan, AASHTO (2005) memberi syarat lebih ketat sr> 1,.75d, dan tidak boleh lebih 8 kali tebal pelat terkecil, atau 125 mm. 8,5,3, Perqtaratan Lubang Baut
Toleransi pelaksanaan adalah untuk antisipasi ketidak-presisian ukuran, baik yang diakibatkan kondisi profilnya [pabrik) atau dari proses pabrikasinya di bengkel. Bentuk toleransi diberikan dalam bentuk ukuran lubang baut yang diperbesar dari ukuran bautnya.
620
Bab 8. Sambungan Struktur
Sumber : Tabel f3.3M dariAISC (2010)
Lubang oversized tidak boleh dipakai pada sambungan tipe tumpu. Tipe slotboleh dipakai jika arah gayanya tegak lurus arah. Lubang tipe slot-panjang juga sama, bahkan posisi penempatannya hanya boleh pada salah satu sisi saja. Kecuali lubang standal maka pemasangan baut harus dilengkapi dengan ring atau washer. 8.5.4, Tipe Sambungan dan Kekuaton Baut Bentuk sambungan dan beban mempengaruhi orientasi gaya yang bekerja pada baut. Padahal kekuatan baut tergantung hal itu. Baut
dibebani arah transversal [tegak lurus sumbu) menerima gesel disebut sambungan tipe geser. Bila dibebani arah longitudinal fsearah sumbu), menerima gaya tarik. Kekuatan baut terhadap Wiryanto Dewobroto - Strul:tur Baja
62L
tarik lebih tinggi dibanding baut geser' |adi meskipun bebannya
sama, tetapi jika digunakan bentuk sambungan yang orientasi baut berbeda, maka iumlah bautnya bisa saja berbeda'
Apakah pada batang yang disambung menerima gaya aksial tarik aiau tekan, baut-baut akan selalu menerima gaya geser saja' fenis sambungan seperti ini, dikenal sebagai sambungan tipe geser' Dengan mengubah konfigurasi elemen sambungan, maka bisa saja konsol yang sebelumnya menerima gaya tarik dan geser sekaligus geser saja, [Gambar 8.42) dapatberubah menjadi sambungan tipe sebagaimana terlihat pada Gambar 8.44 berikut.
a).
Ges* di baut
hJ.
Tarik di baut
c). Baut tidak keria
s$ 8$ ss '+ rs ... ..- .- - ... ., ,,$ $. ". -. ,.} ". ,'+ rs s rs 4,
Gambar 8.41 Pengaruh orientasi beban terhadap baut
+.
I
Gambar 8.41 menunjukkan tipe sambun gan end-plate dan beban yang orientasinya berbeda dan menyebabkan gaya yang diterima
baut juga berbeda. Gaya aksial tekan pada sambungan dialihkan end-plate tanpa keikut-sertaan baut. Secara teoritis tidak ada gaya bekerja pada baut. Bahkan tanpa digunakan bautpun, sambungan tentunya tetap dapat bekerja. Pada orientasi beban tertentu, baut juga dapat menerima gaya tarik dan gaya geser secara sekaligus (kombinasi), seperti berikut.
I
|
I
a).TampakSamping
Depan br. Tampak b). lampaxuepan
Gambar 8.44 Sambungan tipe geser untuk konsol
Dari berbagai konfigurasi sambungan, juga orientasi pembebanan yang bekerja, maka gaya internal yang terjadi pada baut hanya -b"..rp,
gaya
tarik dan gaya geser atau gabungan keduanya'
Berdasarkan hal itu maka salnbungan dapat dikelompokkan men-
a). Momen kopel - gesr
bl, Caya tarik - geser
Gambar 8.42 Baut dengan Gaya Kombinasi (Geser dan Tarik)
Ada juga konfigurasi sambungan yang mengakibatkan baut-baut akan bekerja pada kondisi gaya geser saja, lihat Gambar 8'43'
jadi sambungan tipe geser dan sambungan tipe tarik atau gabungan dari keduanya. Dari kedua tipe sambungan tersebut, maka sambungan tipe geser relatif mudah pemasangannya. Itu disebabkan keberadaan lubang baut yang relatif lebih besar dibandingkan diameter baut, dan itu berfungsi sebagai toleransi pelaksanaan. Kalaupun ada ketidak,u*prlit art sambungan, dapat dibuat penyesuaian secara mudah' Adapun sambungan tipe tarik seperti end-plate harus dikerjakan secara presisi. fika tidak, akan menyulitkan pelaksanaan nanti' 8.5.5. Kuat Baut terhadap Tarik atau Geser Esensi penting perencanaan sambungan adalah dapat memastikan
Gambar 8. 43 Sambungan tipe geser untuk batang
622
tarik
Bab
L Sambungan Struktur
elemen-elemen yang disambung memenuhi kriteria perencanaan. Bagian paling menerttukan adalah alat sambung itu sendiri, yang relatif terbatas dan tertentu, yaitu baut. Meskipun distribusi gayagayayangbekerja bervariasi, sesuai konfigurasi dari tata letaknya, ieiapi untuk perencanaan dianggap terbagi rata pada semua baut'
Wiryanto Dewobroto - Struktur Bara
623
Baut
Asumsi ini bisa dan benar jika bautnya tidak hanya kuat dan kaku tetapi juga harus berperilaku daktail.
8,5.6. Pemasangqn
Perilaku daktail menyangkut kondisi inelastis-nonliniec tidak ter-
Baut mutu tinggi sangat andal untuk perakitan struktur baja di lapangan, karena pelaksanaan dan pengawasannya relatif mudah. lika dari segi kekuatan atau faktor ekonomis, maka alat sambung baut masih kalah dibandingkan las. Tetapi las hanya disarankan untuk pekerjaan di bengkel pabrikasi yang fasilitasnya mendukung dan mudah dilakukan pengawasan pada prosedur kerjanya.
gantung dari material penyusunnya saja, tetapi juga proses selama pembuatan. Itu alasan mengapa sistem sambungan pada struktur utama hanya boleh memakai baut mutu tinggi. Adapun baut biasa hanya untuk bagian non-struktur atau struktur sekunder. Spesifikasi baut mutu tinggi menurut ketentuan |3.1 AISC [2010J terdiri dari dua [2) grup utama, yaitu : Grup A-ASTM A325, A325M,F1.852, 4354 Grade BC, dan A449
8.5.5.1. Umum
Grup B-ASTM A490, A490M,F22BO, dan A354 Grade BD Kuat nominal baut dan alat sambung berulir (seperti baut) untuk perencanaan sambungan tipe tarik dan tipe geser adalah berikut. Tabel 8.5 Kuat nominal baut dan batang
. ,, . rBaut *tau AletseiDbtrng BeiuIiT'
berulir
Tarrh,4,
Geser, F,,
(MPal
[MPd)
A 307 (baut mutu biasal
310
A'325 (baut mutu tinggi] lenis baut di Grup A
620
188
[16s]
7AO
alat sambung dengan ulir (misal : baut angkur)
o.7s F
[330)
ulir drat
457
geser pada
(414)
grip polos
457
geser pada
{474)
ulir drat
579
geser pada
(520)
grip polos
o.45 F
geser pada
t0.40
4)
ulir drat
0.563
f
geser pada
t0.s0 F..) Sumber
;
non-struktur geser pada
372
A490 (baut mutu tinggi) Jenis baut di Grup B
Keterangan
grip polos
Tabel f3.2 dari AISC (2010J
Catatan : kuat nominal geser di dalam kurung adalah menurut ketentuan AISC (2005), yang ternyata lebih kecil. Secara umum kuat geser baut menurut AISC (2010J naik sekitar +L2.5o/o.
624
Bab 8. Sambungan Struktur
Gambar 8.45 Perakitan jembatan di lapangan (sumber: Bintek
/
Lanny HidayatJ
Perakitan jernbatan di lapangan (Gambar 8.45), tanpa dilengkapi
perancah, Hanya bisa mengandalkan elemen struktur yang dirakit. Tentu terbayang bagaimana mernasang bautnya, tidak sederhana.
fika dipilih las yang sifatnya kaku, tentu akan lebih sulit. Dengan memakai baut mutu tinggi, lebih mudah' Selain itu, untuk evaluasi hasilnya dapat dilakukan dengan cara inspeksi visual. Itu alasan sambungan dengan baut mutu tinggi lebih dapat diandalkan' Pemasangan baut mutu tinggi relatif sederhana. Langkah pertama setiap lubang baut harus dimasuki kepala baut, ring (washer) dan mur [nut). Laiu dikencangkan secukupnya agar baut pada lubang lainnya dapat dipasang lengkap. Setelah semua lubang terisi oleh baut mutu tinggi pengencangan serius berikutnya dapat dilakukan sampai kondisi snug-tight. Proses pengencangan baut harus dimulai dari bagian yang paling kal 5 ton; struktur pemikul peralatan mesin atau beban dinamik.
Untuk kontrol kualitas pemasangan baut mutu tinggi, perlu empat tahapan kerja (Doherty 1.987), yaitu : (1) tahap awal pemasangan baut-baut sampai kondisi snug-tight dan ditandai, (2) ada inspeksi awal, (3) tindakan pengencangan baut sampai kondisi prategang sesuai prosedur AISC, dan [4) inspeksi tahap akhir dan verifikasi.
Menurut Doherty (L987) pengawasan tahap awal tidak boleh disepelekan, umumnya sulig apalagi jika pabrikasinya tidak presisi. Bagaimanapun juga kondisi snug-tight baut adalah s5rarat awal agar dapat dilakukan pengencangan baut sesuai AISC [20L0).
626
Bab 8. Sambungan Struktur
Gambar 8.46 Proses pengencangan baut - manual
Momen-torsi menyebabkan mur [nut) berputar pada ulir baut ke arah dalam sampai akhirnya tertahan elemen-elemen sambungan, terjadilah efek gaya jepit (klem), yang besarnya selaras dengan momen-torsi tersebut. Gaya jepit dan kondisi permukaan fkoefisien friksi) akan menimbulkan tahanan friksi saat dibebani. Itulah
inti kekuatan sistem sambungan dengan mekanisme slip-kritis. Mengukur besarnya gaya prategang di baut adalah tidak mudah, apalagi dilakukan di lapangan. Padahal itu penting sebagai salah satu pararneter penentu tahanan friksi (Rumus f3-4, AISC 2010). Karena pentingnya, AISC (2010J memberi petunjuk pengencangan yang andal, yaitu [a] cara putar-mur (turn'of-nut); [b] kunci torsi terkalibrasi; [c] indikator-tarik-langsung; [d] baut kontrol tarik tipe putar-putus (twist offl; lel baut desain alternatif. Selanjutnya cara yang dimaksud akan ditinjau satu persatu. Wiryanto Dewobroto - Struktur Baja
627
8.5.6.3. Cara Putar-Mur
Adanya hubungan antara pemutaran mur dari kondisi snug-tight dan semakin besarnya gaya jepit [klem] dapat menjadi indikator besarnya gaya prategang baut. Ini disebut sebagai cara putar-mur atau turn-of-nuf (AISC 2010). Ini dapat dilakukan tanpa memakai
alat khusus seperti kunci-torsi, cukup kunci-pas biasa, karena hanya memutar mur dari kondisi snug-tight ke arah dalam sebesar Yz putaran atau lebih, seperti terlihat pada Gambar 8.47. .*
kondisi
ilal
Gambar 8.48 memperlihatkan hubungan besarnya gaya tarik baut dan besarnya putaran mur untuk baut $ 7 /8" panjang 5.5", mutu A325 atau A490. Besarnya gaya tarik baut pada 1/2 putaran lebih besar dari ketentuan minimum. Tetapi besarnya gaya tarik baut iuga dipengaruhi oleh panjang baut, sehingga Kulak et. al (2001) mengusulkan besarnya putaran mur adalah sebagai berikut. Tabel 8.6 Putaran mur terhadap kondisi snug-tight (KuJaket. al 2001)
L p,maks. (OKJ Check pengaruh shear-lag.
@l Ni
Gambar 8.83 Sambungan batang tarik - mekanisme
slip-kritis
Pembahasan : Dari contoh 8.6.5.3 dan8.6.5.4 meskipun jumlah baut untuk kedua mekanisme sambungan yang digunakan, adalah sama, tetapi persyaratan kondisi bentuk lubang baut pada mekanisme s/Ip-kritis harus lebih diperhatikan. Hal itu menentukan nilai rp.
U = 1-- x/L = 1- 28.2/(4x80) = 9.912 A,= UAn= 0.912 xL640 = 1495.5 mmz
QP,= O.75x370x1495.5/ 1000 = 415
kN
r>
p, maks. (OK)
Bab 8. Sambungan
Struktu
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baja
66L
8.7. Sambungan Balok fembatan 8,7.7. Pendahuluan Keberadaan teknologi las untuk sambungan struktur baja adalah penting sekali. Material baja yang disambung dengan las dapat menjadi satu kesatuan. |ika diuji beban sampai putus pun, bagian yang putus adalah di bagian luar sambungan tersebut. Itu alasannya, mengapa jika tidak ada masalah pada transportasi atau erection, maka sistem sambungan las adalah pilihan andal dan ekonomis' Fakta menunjukkan bahwa untuk konstruksi besar, bail< jembatan atau atap baja, maka tidak mudah membuat struktur utuh hanya dengan iambungan las. Keterbatasan dalam transportasi maupun erection adalah penyebabnya. Untuk itu struktur perlu dibagi-bagi menjadi segmen terpisah, untuk kemudian disambung kembali di lapangan dengan baut mutu tinggi' Bayangkan jika girdernya yang
dipasang lebih besar dari orangnya (Gambar 8.84) maka tentu t.irrrpoitur i dan erectionyangdilakukan juga akan sulit kalau tidak mau dikatakan tidak mungkin [mahal dan berisiko tinggi)'
Sebelumnya telah dibahas panjang lebar cara kerja sambungan baut tipe gese4, baik dengan mekanisme slip-kritis atau tumpu. Dasar pengetahuan itu selanjutnya akan digunakan pada perencanaan sambungan balok atau girder seperti pada Gambar 8.84. 8.7.2. Filosofi Perencanaan
Girder yang ditinjau adalah balok lentur profil I dan bentang panjang sehingga momen lebih dominan dibanding gaya geser. Untuk girder dengan profil I, maka pelat sayap akan memikul > 85%o dari momen lenturl dan pelat badan hampir lA0o/o gala geser (lihat perilaku balok lentur pada Bab 6J. Oleh sebab itu ttntuk perencanaan satnbungan dianggap morlen lentur akan dipikul oleh pelat sayap (resultan gaya pada sayap atas dan bawah sebagai momen kopel), dan gaya geser pada keseluruhan pelat badan. ]adi pelat sambungan pada sayap dan badan dipilih dan direncanakan untuk memikul gaya-gaya tersebut. Konsep ini dianggap cukup konservatif dibanding asumsi yang lain [Fisher - Struik 797 4). Prinsip kerja sistem sambungan balok telah dipahami, yang perlu dipertanyakan adalah besar momen dan gaya geser rencana'untuk sambungan. Maklum untuk struktur balok, maka besarnya momen dan gaya geser tergantung dimana sambungan itu akan dipasang. Ketentuan I1.1 IAISC 2010) hanya memberikan gambaran umum tentang momen dan gaya geser rencana untuk sambungan, yaitu atas dasar hasil analisis struktur terhadap beban-beban rencana, dan harus konsisten dengan metode konstruksi yang dipilih. Adapun perencanaan sambungarr girder jembatan menurut ketentuan 6.13.1 IAASHTO 2005) l-rarus didesain terhadap kondisi kuat batas, yang tidak kurang dari nilai terbesar dari :
o nilai rata-rata
momen (gayal dari beban terfaktor R, dengan momen [gayal dari tahanan elemen terfaktor R. di titik sama.
. GambarS.s4Sambungangirderdiproyekjembatan(http://s3ravenelbridge'netJ
Meskipun secara teori, sambungan las juga dapat dilakukan ditempat proyek (di lapangan), tetapi untuk struktur besar tidak disarankan. Proses pengerjaannya akan berisiko tinggi tidak mencapai mutu sebagaimana jika dikerjakan pada bengkel kerja (workshop). fadi, selama ini ada ketentuan yang diamini bersama, bahwa untuk mengantisipasi hal itu maka sambungan di lapangan harus memakai sambungan baut mutu tinggi.
662
Bab 8. sambungan Struktur
atau minimum 75o/o tahanan elemen terfaktor R"(r=resistant). untuk tinjauan kondisi kuat batas (ultimate) maka R. = Q R,.
Untuk balok menerus, AASHTO (2005) mensyaratkan sambungan harus dipasang dekat dengan titik belok (inflection point) akibat beban mati. Untuk sekitar titik tersebut maka momen lentur tidak dominan, kalaupun ada itu adalah akibat variasi beban hidup. Meskipun begitu, ada syarat kuat sambungan minimum 75o/o R, termasuk momen dan geser. Itu berarti perencanaan sambungan harus didesain cukup konservatif atau kondisi paling aman.
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baja
663
Selain menetapkan besarnya momen, gaya geser rencana, dan Iokasi pemasangannya, AASHTO [2005) meminta detail sambungannya yang harus memenuhi persyaratan berikut :
L.
2.
3.
Bentuk sambungan selain pral-tis (mudah diaplikasikan), juga harus dibuat simetri terhadap sumbu penampang. Ketentuan ini menyebabkan pelat untuk sambungan pelat badan harus terdiri dari pelat ganda [pelat dua sisi). Profil balok yang disambung dianggap elemen terpisah : pelat sayap dan pelat badan, juga dianggap kondisinya utuh (gross) tanpa lubang. Agar persyaratan fatig tidak menentukan, pelat penyambung harus mempunyai luasan minimal sama atau lebih besar dari pelat yang disambung. Tebal pelat > 8 mm. Sambungan pelat sayap atau pelat badan dengan baut, harus dipasang minimum dua baris baut setiap sisinya. Alasannya untuk kemudahan pemasangan, dan untuk menjaga stabilitas selama proses konstruksi berlangsung.
4.
Bentuk sambungan balok pada Gambar 8.85 umumnya dijumpai pada konstruksi jernbatan, yaitu ditandai dengan pemakaian baut yang relatif banyak. Itu terjadi karena baut mutu tinggi yang digunakan harus direncanakan bekerja dengan mekanisme slip kritis, yang diperlukan untuk mencegah slip. Sambungan yang mengalami slip pada kondisi beban dinamis atau beban bolakbalik, dalam waktu lama akan rawan mengalami kerusakan fatig. Sehingga jika dipilih mekanisme slip-kritis maka sambungan telah dirancang untuk suaEu beban rencana tertentu, tidak terjadi sltp.
mirip juga dipakai pada bangunan gedung. Biasanya jumlah bautnya relatif lebih sedikit. Itu karena kondisi beban pada bangunan gedung dianggap tidak berisiko menimbulkan fatig. Akibatnya baut mutu tinggi dapat dioptimalkan dengan mekanisme tumpu. Meslcipun kapasitasnya lebih tinggi dibanding mekanisme sllp kritis, tetapi terjadi slrp dar berisiko fatig. Jenis sambungan yang
Baut dengan mekanisme tumpu akan bekerja setelah terjadi
s1tp.
Itu membuat sambungannya relatif lebih fleksibel [tidak kaku), sehingga lendutannya juga lebih besar. Hal ini perlu dicermati,
Semua sambungan baut mutu tinggi harus didesain berdasarkan mekanisme sllp-kritis. Ini dikarenakan struktur jembatan berisiko terhadap fatig. Lubang bautnya standar. Tidak ada ketentuan bahwa sambungan sayap harus terdiri dari pelat ganda. Tetapi adanya syarat bahwa baut bekerja dengan mekanisme sllp-kritis dan luasan pelat sambungan minimum sama atau lebih besar dari pelat yang disambung maka pilihan yang menyebabkan kapasitas baut terhadap geser meningkat dua kali lipat, yaitu pelat ganda adalah pilihan yang rasional.
maklum analisis struktur elastis-linier yang biasa dipakai untuk perencanaan tidak mampu mengidentifikasi hal tersebut. Hanya insinyur yang berpengalaman saja yang memahami. Meskipun demikian, jika beban yang bekerja adalah statik [umum terjadi pada bangunan gedungl maka masalahnya dapat diatasi dengan memberikan lawan lendut (camber) yang sesuai. Itulah strategi perancangan struktur baja untuk bangunan gedung, dipilih karena lebih ekonomis dan cukup rasional pertanggung-jawabannya.
Berdasarkan ketentuan AASHTO [2005] maka bentuk sambungan balok untuk jembatan pada prinsipnya adalah sebagai berikut'
Pelat sambung pada badan harus dipasang minimum dua baris baut tiap sisinya. Itu adalah antisipasi AASHTO [2005J mengatasi adanya kesulitan atau gangguan stabilitas pada waktu erection.
ffi Iss 331 I oe oe oe oo
oe 0e 00 oo
eo
C,g
BBI I l:s 331 I lss 90
09
ffi ffi ffi
#
Persyaratan itu tentunya tidak diperlukan lagi jika dipakai untuk bangunan gedung, yang umumnya lebih terkontrol jika dibanding untuk konstruksi jembatan. Penggunaan perancah pada bangunan gedung adalah sesuatu yang wajar. Adapun pemakaian perancah untuk jembatan relatif jarang, karena medan di lapangan tidak memungkinkan (mahal). Itu mengapa kondisi pemasangan untuk jembatan jadi pertimbangan utama perencanaan dengan AASHTO.
Hasil penelitian Ibrahim [1995) juga menunjukkan bahwa syarat
pemasangan baut pada pelat sarnbung badan harus dua baris tiap sisinya (AASHTO 2005) tidak terkait dengan kinerja sambungan.
Gambar 8.85 Sambungan balok sesuai AASHTO (Ibrahim 1995)
664
Bab 8. sambungan Stnrktur
Mryanto Dewobroto
- Strukhrr Baia
665
Konfigurasi satu baris baut saja juga sudah mencukupi, dan hal itu telah dibuktikan secara empiris di laboratorium fibrahim 1995).
C
-----_}'
8.7.3. Mekanisme Pengalihan Gaya
=
Sambungan balok sesuai konfigurasi Gambar 8.85 akan menerima momen (M) dan gaya geser (V) sekaligus. Besarnya tergantung di titik dimana sambungan berada pada strukturnya. Pada jembatan menerus, AASHTO (2005) meminta agar sambungan ditempatkan pada titik belok akibat beban mati. Itu berarti momen rninimum,
meskipun demikian besarnya momen rencana sambungan tidak boleh kurangdariTSo/o kapasitas nominal balok utuh. Pada konstruksi bangunan gedung, perencanaan sambungan bisa
berbeda. Apalagi jika sambungan tersebut terdapat pada struktur khusus penahan lateral, untuk konstruksi bangunan tahan gempa. Pada sistem tersebut, strukturnya dipertimbangkan akan bekerja pada kondisi inelastis saat mendapatkan beban gempa yang besar. Jika terjadi, dan ingin perencanaan bangunan tahan gempa relatif sederhana, maka langkah awal adalah memastikan bahwa bagian yang mengalami kondisi inelastis tidak terjadi pada sambungan. Caranya dengan menempatkan sambungan pada struktur sedemikian sehingga terhindar dari momen dan gaya geser yang besa4 yang menyebabkan kondisi inelastis. Cara Iain adalah membuat kapasitas sambungan lebih besar dari bagian yang disambung. Jadi ketika terjadi gempa besaq, yang mengalami kondisi inelastis pertama kali adalah bagian yang lemah. Oleh karena sambungan telah didesain lebih kuat maka sarnbungan akan tetap berpenilaku
elastis. Berarti beban rencana sambungan menjadi penting dan dapat mempengaruhi kinerja struktur secara keseluruhan. Selanjutnya yang penting bagi perencanaan adalah berapa momen atau gaya geser atau gaya tarik yang dipikul oleh bagian sayap dan bagian badan. Tentang itu, ternyata asumsi lama yang didasarkan pada perilaku elastis balok, masih eksis. Penelitian terbaru sambungan jenis ini yang disertai bukti empiris (Ibrahim 1995) masih mendukungnya, yaitu momen (M) sepenuhnya dipikul oleh sayap, dan gaya geser (VJ oleh bagian badan. Akibat gaya geser [V) yang bekerja pada ujung balok, tidak tepat berhimpit dengan pusat berat
baut-baut pelat badan, terjadi eksentrisitas yang menimbulkan momen M*"upada pelat badan, yang perlu diperhitungkan. Mekanisme transfer momen-gaya pada sambungan, dimana ujung balok dianggap sebagai sumbu simetri, adalah sebagai berikut.
666
Bab 8. Sambungan Struktur
__-,( 1"
T.*.Gambar 8. 86 14ekanisme transfer gaya-gaya pada sambungan
8.7.4, Parometer Evaluasi
Dari hasil uji 32 balok skala penuh di Universitas Texas (lbrahim TggS), parameter penting dari perilaku sambungan diketahui :
. Kondisi pelat sayap, jika momen total balok
dapat ditahan transmekanisme sepenuhnya oleh pelat sayap, Inaka asumsi dipakai. dapat atas, di fer gaya-gaya sambungan seperti
.
Kondisi slip antara pelat-pelat sanrbungan, akan menentukan kekakuan balok. Jika terjadi sllp di antara elemen pelat, maka kekakuan sambungan akan turun secara drastis.
Tentang kondisi pelat sayap. Adanya persyaratan ttntuk mencegah fatig, sehingga luas pelat sambungan sayap adalah sama atau lebih besar dari luas pelat sayap yang disambung (AASHTO 2005J me-
nyebabkan persyaratan agar kondisi pelat sayap dapat memikul momen total balok, pasti akan terpenuhi. Dengan demikian gaya geser yang ada akan dipikul oleh pelat badan saja. Permasalahan slip akan timbul jika gaya yang bekerja melebihi kapasitas slip-kritis dari baut mutu tinggi yang dipasang. Agar tidak terjadi slip maka pada sambungan harus dipastikan gaya-gaya yang bekerja lebih kecil dari kapasitas slip kritisnya tersebut.
jika digunakan AISC (2010J, tidak ada ketentuan khusus tentang kondisi beban untuk mengevaluasi kapan slip kritis tercapai. Adanya hanya [1] kondisi beban layan (serviceability), yaitu lr 0.5F, Kuat baut sambungan sayap 2@8M24. Rn= 139 kN per baut [mekanisme slip-kritis) Tuour= 2x9x739 = 2224 kN > F
0.5F"
g@:
oo
An"6= 2x45x100= 9000 mmz
"*i-"-.
|
i
L ---r-r
I
0.5Ft
Sl*,lt
37-50
A.1Et (b). Pelat sambung
Gambar 8.91 Aliran gaya-gaya pada sambungan
Asumsi gaya'gaya yang bekerja pada sambungan dan potongan pelat penyambung diperlihatkan pada Gambar 8.91 di atas'
674
Bab 8. Sambungan Struldur
Gl6 ffi's
-l l-'l
_-,_....
x
=
|
i
#ll a re ll
@
(a).
\tv V
Gambar 8.92 Beban eksentris dan konsentris ekuivalen pada grup-baut
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baia
675
Properti baut dihitung dalam tabulasi, penomoran mulai ujung kiri atas, ke bawah dan dilanjut ke ujung bawah (Gambar 8.92).
Fr= F"= M
v
*
1
-37.5
315
7,406.25
99,225.
100,631.25
2
-37.5 -37.5
225 135
7,406.25
50,625.
4S
7,406.25 L,406.25
6
-37.5 -37.5 -37.5
52,03L.25 L9,63r.25 3,43L.25 3,431.25
135
1,406.25
14,225.
7
-37.5
-225
r,406.25
I
-37,5
-315
7,406.25
50,625. 99,225.
x
3
4 5
-45
f
L,406.25
2,02s. 2,025
x'+f-
. r .
L9,63t.25 52,031.25 700,63L.25
maka a==+---=9-?^!??=! =o'1;1e * y") 702,900. Ztx"
Tabel 8. 14 Gaya geser di baut (pJ akibat beban berlebih (Services
II)
No
x
v
p*
pw
LP,
ZP"
p
p/4R"
1
315
59.1
37.2
-4.4
37.2
54.7
66.2
0.48
2
-37.5 -37.5
225
59.1
26.6
-4.4
26.6
s4.7
60,8
0.44
3
-37.5
135
59.1
15.9
-4.4
15.9
54.7
57.O
o.4L
4
-37.5
59.1
5_3
-4.4
55.0
o.40
-37.5
59.1
-5.3
-4.4
5.3 -5.3
54.7
5
45 -45
54.7
55.0
0.40
6
135 -225 -315
59.1
15.9
-4.4
15.9
54.7
0.41
59.1
"26.6
-4.4
-26.6
54.7
57.0 60.8
I
-37.5 -37.5 -37.5
-4.4
-37.2
54.7
66.2
0.44 0.48
9
37.5
315
59.1
37.2
4.4
37,2
63.5
73.6
0.53
10
37.5
225
59.1
25.6
4.4
26.6
63.5
68.8
o.49
11
37.5 37.5
135
59.1
15.9
4.4
15.9
53.5
65.5
o.47
45
59.1
5.3
63.5
63.7
o.46
59.1
4.4
-5.3
63.5
53.7
14
-45 -135
5.3 -5.3
4.4
37.5 37.5
59.1
15.9
4.4
15.9
63.5
65.5
o.46 o.47
15
37.5
59.L
-26.6
4.4
-26.6
63.5
68.8
0.49
t5
37.5
-225 -315
59.1
-37.2
4.4
-37.2
63.5
73.6
0.53
'
Po=Vr/n; P^*=W; P^r=Qx dan
p=
.
Tahanan slrp baut M24 (A325) QR,= L39 kN
7
t2 13
59.1
Note:
676
h = 38L4 /0.982=3884 kN
Pelatsayapprofil Ar=309x54=L6686 mm2 Pelatsisiatas An=3O9x30=9270 mm2 . Pelat sisi bawah Ap= 2xL00x45
'.[100o/o)
. ......,(s6%l
= 9000 mm2 .
,.
(s4o/o)
Kapasitas tarik terhadap kriteria leleh @ield) pelat utuh.
Dari ke tiga komponen sambungan pada sayap maka luas terkecil adalah pelat sayap Profil UB 1016x305x493, yaitu An=
Af= 1'6686 mm2
.. '.... {Po= O.g F"An ... < F = 3884 kN QPn= 0.9x245x16686/7000 = 3679 kN rasio kuat perlu vs kapasitas tersedia F,/ QP, = 1.06 (*)
(D2-1)
Kapasitas tarik terhadap kriteria fraktur pelat berlubang.
BaotM?4 dimana
douur=
di-ayin". = 27 + 2 = 29
mm
24 mm dan
d,uoon,
= 27 mm [standar)
...
.....
(B4'3b)
A,= (309-2x29)x54 = 1'3554 mmz. U=1 iadi A"= An
.....:... QP,= O.75 FuA" .. QP,= 0.75x400x1,3554/ i000 = 4066 kN >>>>
.......... .F,
(D2-1)
= 3884 klU
Catatan : [*) terhadap kondisi batas leleh terjadi overstress + 60/o. Nilai itu dianggap tidak terlalu berbahaya karena hanya dampak dari adanya persyaratan beban minimum AASHTO, bukan momen aktual. Karena itu dalam perencanaan ini dapat dianggap semua momen dapat ditahan oleh sayap, dan pelat badan hanya memikul gaya geser dan eksentrisitasnya saja. Kapasitas tumpu pada pelat sayap profil
Bab
.
Sambungan pelat sisi atas dan sisi bawah direncanakan menerima 50o/o gaya kopel profil. Karena luasnya lebih besar 50%o luas sayap profil maka bagian yang kritis ada pada sayap profil itu sendiri,
Tabel 8.13 hanya menghitung satu kolom pada grup-baut, karena simetri maka total l,(x'*y') = 2x351,45O. = 702,900. mmz.
D
/
Proporsi luas pelat sayap terhadap gaya
351,450.00
Terhadap momen
Komponen pelat sayap : kombirrasi beban batas, M=3814 kN.m
kiri)
Tabel 8. 13 Properti baut dalam grup (kolom No,
8.7.6.5. Kondisi Ultimate
:
/ baut.
Untuk itu kuat tumpu pelat dan kuat tumpu baut dievaluasi dan diambil yang terkecil. Setiap baut ditinjau dan dikumulatifkan.
L Smbungan Struktur
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baia
677
Check kuat sambungan terhadap keruntuhan geser blok
sayap pro{il U3 10'16x305x493
Rn
=0.6F,Anu fraknr
+u
bsF,Ant
=!uf /g:*U b,FuA,t
........
04-sl
bkh
Baut --z
)
Pada kondisi batas mendekati runtuh {ultimate), dimana
[1]
$m
.....""
t........
,(M
7-
*h /,t /t
Ss
Dari persamaan (8.4], besarnya a dapat dicari sebagai berikut | ( Txb' .) (8'8-71
/
A-
!s
:
*s
T -B+Q=6
uo
B:-
a@
(8.8-s)
1
. (8.8-121
fraktur baut tanpa terjadi efekprying a < 0'
T = Bndimana
Bn= rf AuFnt
B=T
....
.........
(8.8-13)
Berdasarkan tiga mekanisme keruntuhan sambungan T-stub yang diteliti Swanson (2OOZ) disusun kurva hubungan antara kapasitas tarik terhadap tebal pelatnya, lihat Gambar 8.105' Bab 8.
sambungil strukur
B=T
Gambar 8. 106 Keseimbangan Potongan Pelat Sayap tanpaEfek Prying
terjadi efek prying berarti daerah OBC adalah kondisi beban yang tidak menimbulkan efek prying. Kondisi yang diharapkan agar terhindar Segmen OB adalah kapasitas sambungan tanpa (cr = 0),
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baja
69L
Adanya kuat batas real yang lebih tinggi dari kuat leleh pelat maka Thornton (1,992) mengusulkan urrtuk modifikasi Persamaan 8.818, yaitu dengan cara mengganti { menjadi { sehingga :
dari risiko fatig (Swanson 2002). Itu tentunya perlu dikombinasikan dengan cara pengencangan baut agar gaya prategang bautnya lebih besar dari beban lua4 sehingga pelat-pelatnya masih rapat.
i, 1
Pada kondisi tanpa efekprying tiniau keseimbangan momen uiung potongan (lihat Gambar 8.106) hingga M = T x b'. fika Persamaan
8.8 adalah kuat batas penampang pelat dan kuat tarik sambungan sama dengan kuat bautnya, yaitu T = Bndan B =
Bnxb'
f..---,. tL"a > If4L"a .'..(8.8-1e) 'I " --! 14.444x -1/ QxpxF, n"4, Penjelasan rasional mengapa f, dapat digantikan dengan F,hanya karena rumus modifikasi tadi hasilnya selaras jika dibandingkan dengan data-data hasil uji els makapr=s
,,=+lu,(#.+).,r(;;)-+l*ilh,(pr*,)l Catatan,
Bab 8. Sambungan Struktur
s:i,{aoo itkapr>s
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baia
maka
^
(Be-sl
pn=s
71,5
8.9.4.8. Extended-End-Plate Enam Baut
8.9.4.7. Extended-End-Plate Empat Baut + Pengaku
-r la
-r,+
I
rl I
t-
,1,
ll
lh, lih2
tlllll
q
.a-
_dri
$.
I
l
0
1t
Dimensi
(a). Dimensi
(b). Pola garis leleh (s
d")
uimensi ta;, Dimensi {a),
Gambar 8. L33 Tipe extended-end'plate empat baut + pengaku
(pn+s)+4(s+pr,)] ,,=410{;r-*).o(i*-,r-)]*x.
O
(b). poia garis leleh
Gambar 8. 134 Tipe extended-end-plafe enam baut
Untukkondisi s
3ts3 Ii dev " 9.*= +$ eti\
!r
5H
)( D !., nJHJU
lt lt @HP
lt
ur(^)@
C)
H(.rI(JI
o o
ci
!)
{N {
+
+
rr
N (,
ul p H 5
!^3; dP{
osJ
+
+
8-l@
o+ EN 5q) orf D!)
o
r5|J
J)
0)
Do' Jr
oIJ -':.p
FTi oat !r6'i oq:.'a 9',J=
+
+
I{
g;
Lrt
co
+io , rulc ri
'.t
T--J
+
*loe
a-
!o dc*
4
\ul
G
JO goE DP oa
tJ
F
\
uF{ ::6 *
N)
ul
g6 =sl hl B r Eeo .9 F o oqX $=Ap i.;-l N x # cro ! f Ev ru 95 cl! !r* 'a4(DHa ='O e" =[io * d'* a-. dDy
EP t
+
i!(n
o
-. oo
N
p o N o
+
L)
a/:
14
+ N
Y
-/!
ql.
ol-
U ia
6'cr )/:
+
+
., lt''/r.
ir il ts
fl
c)
56D P -'oq
rr 538 r. -
ll
H
E[f fl:H ;E +F Elx Er I"$H Y & yE-lX3
If g[tz'i; fiz 2. P rr.EB E F
p
@ D
gg
bO
o o
P
.,1t,{, ''I''il*F'
a
\
:
lt
d 4.
I-l
-taE:Ecu .to J
& I I
l
Adanya pelat sayap profil di bagian baris baut ke-4 dari atas, atau baris terbawah baut tarik tentu akan bekerja sebagai pelat pengaku. Kondisi ini tentu berbeda dari konfigurasi Gambar 8.L42 terkait pola keruntuhan tarik pelat' Oleh sebab itu parameter.s pada konfigurasi tersebut perlu dievaluasi. Hasilnya, diambil t = Pr= 41 mm.
II I
l_
)ika pengakunya profil tee, maka resultan gaya tekan bisa nremakai titikberat pelat sayap yang paling bawah [Gambar 8.144J.
(e,
E
(cl
tb)
Gambar 8. 144 Pengaruh profil tee pad,a end-plate tipe lol
o.zs, so) + rso.s(s
p,
dans > ps
o+
o -zs x so)f +
3.
r,
ffffi
=
\8.111,
ffiM
-+
(pr
! = ozs
':+$rs (8e-4br
= 1e.5 mm
Konfigurasi sambungan tidak mengalami perubahan adanya pelat pengaku bawah sebagai tambahannya'
+p",)+hr(s+n,,)]
.(8.e'3a)
- r'e.3b)
",:?l,rtt*;)*n,(***)].r.
s = ps
..........
Checkpelatujung.
xo=tln
(8e-4bJ
vr=fflzoos(*).1s0.s(-#)]+625=7283 t
2.
I =75mm h, :: lgg.5 *n,, h, = 130'5 mm
P,, = 33 mm
= 7.25
=+^l::,s;?s =s0.3 mm > p/
xo
: *lz\o.s(a
vo
=fflzoo.s(+* *)*
o+
::)
+ 130.s (s0.3 +
rso.s(
3
a)] = aso
,j. + S)]*
oso =78a7
,,,f.ruffi:$-;W=16mm 3.
Konfigurasi FINAL sambungan flush-end-plate pelat pengaku atas sekuat profil WF25 Ox125x6x9 adalah sebagai berikut' -
l
r
0.4
{ maka Rn=0.6Frd,t,(1.+--,'\ p, ) .... ,{
Perkuatan dengan pelat pengaku tegak hanya efektif untuk zona tekan dan tarik, yaitu memperkuat pelat badan dan pelat sayap kolom. Adapun zona geser; perlu pengaku pelat badan ganda lagi.
pelat badan ganda dilaE sudut ke pelal badan lolom (atas da, beah)
.......0r0-r0J
tfi
dimana
Pc9y =A F danPru=P Qa=
0.9
Potongan B-B
........010.61
.
Gambar 8. 159 Detail pengaku pelat ganda (Carter 1999)
8.9.10.8. Perkuatan Kolom di Daerah Sambungan End-Plate
fika evaluasi kekuatan di zona kritis tidak memenuhi syarat' dapat dipasang pelat pengaku atau profilnya diperbesar. Ada tiga jenis pelat pengaku yang umum (Carter 7999), yaitu [1] pelat pengaku tegak; [2] pelatbadan ganda; dan [3] gabungan dari keduanya.
Catatan : sambungan end-plate maka tinggi pengaku pelat badan ganda harus dapat dipasang sampai keluar dari tepi pelat sayap balok minimum sejarak 3k+tr, dengan k = tingBi penebalan pelat badan untuk kolom dengan profil hot-rolled atau tebal las, adapun fo adalah tebal pelat ujung sambungan. p€ngaku pelat ganda pslat syap kolom
Tebal dan lebar pelat pengaku tega[ secara konservatif diambil sama dengan dimensi pelat sayap balok. Contoh pemasangannya:
dan dilas
sudli ke
pengsku pelatgaf,da di-bewl dandilBs sudul ke palat sayap kotom (atas dao bawah)
Polongan A.A
H
pelat pe(gaku ieqak dllas sudut ke pelat sayap kolom
PotonganA-A
+
Tf'\-n- p"rg"r, t g*l_l1,--T dil6 li. /lg}iili*T#,:" |1/f
peht
p"rrt
I t+t ll llffgl,,w:,tl,g*, I ll ^dMlrl"-* l#i
tF4t
pE Eaku
pelat
pelat penqaku tegak dilas sudll k6 pangaku pelal ganda
lihal Gtolan
pelat
sudut ke pelat bsdar
pengsku pelat gsrda dilas sudut ke pelat badang kolom (at6s
!6ngaku teg6k
dilas tumpul ke pelat
saya! kdom
pelat
p8qaku legak
,+- dils t
Potongan
{-
legat
psgalu legak
dila! lumpul ke pqrgaku p€lat badm
mpul
kB@tbadan
ll^t l,l_l
PotongEn
B4
Gambar 8. 160 Detail pelat pengaku tegak dan ganda (Carter 1999J
&B
Gambar 8.158 Detail pelat pengaku tegak (Carter 1999)
744
ditewi
Bab 8. Sambungm Struktur
Pengaku pelat badan ganda dapat digantikan fungsinya oleh pelat pengaku diagonal, hanlza saja detail ini kadangkala "mengganggu" sehingga sudah jarang digunakan saat ini.
Wiryanto Dewobroto - Struktur Bara
745
8.9.10.9. Perencanaan Sambungan Rigid Balok-Kolom
Hasil desain sambungan extended-end-plate dari Bab 8.9.8.6. akan dipakai pada sambungan rigid suatu portal, Iihat Gambar 8.761'. Diminta desain kolomnya agar menjadi sambungan sekuat profil. rz
i--'--i i*
zoo
P.fo= 31 mm dan pakai Persamaan 8,9-24, + zz s(fi ++)] + * 2 0s ( 6 | + 3 1') + 27 s(o r + : r)] = : 5 1 3
Parameterbaru pfi=
---**--i
+.
*; l-* rz
v" =
#
r-,,
>
[2 os
(
*
/1.111
+
$)
[
dm":10.6
mm a/f.f tt ffi=13.7 mm > tt= 12 mm -+ Not. OK Y, = 7 86.9 +
3.
Check pelat sayap, kolom dengan pelat pengaku t"=t 6"1op.
746
Bab 8. Sambungan Struktur
(r), Ttmgrk
Slmplng
(b).
Gambar 8. 162 Sambungan end-plate
Ifrrgin
A-A
(a). Potoogm B-B
ti$d suatu portal
Catatan : Notasi pengelasan belum digambarkan.
Wiryanto Dewobrcto - Struktur Baia
747
8. 7 0.
8.7O, Base-Plate - Sambungan Baia ke 8.10,7, Pendahuluan
Beton
Struktur baja umumnya untuk bangunan di bagian atas, di bagian bawah khususnya pondasi mengandalkan struktur beton. untuk menghubungkan keduanya perlu sambungan, yaitu base-plate' Detail base'plate tergantung gayayang dialihkan' Jika hanya gaya tekan maka cukup terdiri dari pelat landasan saja. ukuran dipilih sedemikian sehingga besarnya tegangan yang teriadi pada beton tidak menimbulkan kerusakan' fika selain ada gaya tekan juga terrlapat momen yang menyebabkan base-plate terangkat (up-hft) maka baut angkur perlu ditambahkan' fika ada gaya geser maka diatasi dengan gayafriksi padapelatlandasan, tetapi jika mencukupi maka digunakan juga baut angku4, khususnya pada sisi desak' Pada prinsipnya pelat landasan dibuat untuk transfer gaya atau momen dari struktur baja yang relatif lebih kuat ke struktur beton yang lebih lemah tanpa menimbulkan kerusakan' Base-plate pada konstruksi berat, kadangkala memerlukan pelat landasan ying luas agar tegangan beton di bawahnya relatif kecil. Itu menyebabkan perilakunya seperti pelat dengan beban terpusat sehingga perlu pelat landasan yang tebal. Untuk menghindari pelat yrt g t"U"l, dapat saja diberikan sirip-sirip pengaku seperti terlihat pada Gambar 8.163 berikut.
2. Konfig ura si B as e - Plate
terdiri dari pelat landasan dan baut angkur. Adapuri pelat landasan tersambung ke kolom baja dengan las. Agar terjadi kontak merata antara pelat landasan dan struktur beton pondasi, diberi jarak dan diisikan semen grouttipe tidak susut (non shrink grout). Secara teoritis bisa saja baut angkur tidak diperlukan, tetapi dalam pelaksanaan harus dipasang. Minimal dua buah, untuk antisipasi momen tidak terduga selama masa konstruksi. Fungsi baut angkur bisa untuk leveling dan yang pasti adalah untuk menahan gaya geser. Detail base-plate yang Base-plate yang biasa, umumnya
standar adalah seperti Gambar 8.764. ko;om baja
pelat
landasan
semen grout (non shrink grost) struktur beton pondasi
\
mur & ring baut
baut angkur kopala angkur berupa mur
Gambar 8. 164 Konfigurasi base-plate kolom uhumnya (Fisher-Kloiber 2006J
Base-plate dirancang untuk mengalihkan gaya geser IVJ, tekan (P) dan momen (M) dari kolom ke beton pondasi di bawahnya. Karena mencakup dua bahan, maka r'rntuk perencanaannya selain mengacu AISC (2070) untuk baja, juga mengacu ACI (2011J untuk beton.
Tebal pelat landasan tninimum 12 mm untuk kolot,r HSS ringan, atau 19 mm untuk kolom lainnya. Pengalaman dari mancatlegara, dimana biaya pekerjanya relatif tinggi menyebabkan pelat yang tebal menjadi pilihan terbaik, dibandingkan memasang sejumlah pelat pengaku seperti terlihat pada Gambar 8.163'
Gambar 8.153 B ase-platekonslruksi berat (sumber : Paramita & MichaelJ
Pada kondisi normal atau umum, pemakaian sirip-sirip pengaku seperti di atas tentu tidak diperlukan. Untuk bangunan gedung' konstruksi base-plate biasanya cukup terdiri dari pelat landasan yang dilas dengan profil kolomnya dan baut angkur'
Dari studi literatur ada dua cara pendekatan dalam memodelkan tegangan beton di bawah pelat landasan yang memikul gaya tekan dan momen. Satu adalah berdasarkan kondisi elastis, yaitu bentuk tegangan beton segitiga; lainnya berdasarkan kondisi batas atau ultimate, bentuk tegangan betonnya persegi. Perencanaan kondisi batas biasanya menghasilkan pelat landasan yang lebih tipis L 2/3 dari perencanaan kondisi elastis. Sebagai konsekuensi, keruntuhan base-plate terjadinya akibat lentur pada pelat yang relatif kecil faktor keamauannya [DeWolf dan Bicker 1,990). Wiryanto Dewobroto - Struktur Baia
748
Bab 8. Sambungan Struktur
749
f'
kuat tekan beton yang disyaratkan, l4Pa
.d, luas beton yang dibebani gaya tekan konsentris, mm2 ,A, luas bawah piramida terpancung dengan luas atasnya.4r,
dan sisi miringnya mempunyai rasio horizontal terhadap vertikal sebesar 2:L, mm2 [lihat Gambar 8.1-56)
(bl Persegi
(a) Segitiga
Gambar 8.165 Pendekatan terhadap bentuk distribusi tegangan beton
Pada uraian ini akan ditinjau cara perencanaan dua pendekatan tersebut, baik bentuk segitiga (elastis) ataupun persegi [batasJ. fuga akan diaplikasikan pada kasus yang sama agar diketahui perbedaan di antara keduanya. Untuk base-plate terhadap beban tekan aksial konsentris, kondisi tegangan merata (persegi) sehingga hanya ada satu cara saja. Itu yang akan dibahas pertama kali.
Tampak atas
Format perencanaan yang dipilih adalah cara LRFD agar konsisten dengan materi lain pada buku ini. Untuk itu kapasitas base-plate harus lebih besar dari kuat perlu Vu, P, dan M, hasil kombinasi beban. Notasi yang dipakai konsisten dengan manual AISC (1994). 8,70.3, Kaat Tumpu Beton
Gambar 8.166 Piramida terpancung terkait A1 dan A" (Commentory
Gaya aksial tekan diteruskan base-plqte ke beton sesuai kriteria AISC-JB [2010) atau ACI-10.74 (2071). Kuat tumpu rencana yaitu $"Po. d.engan 0. = 0.65. Adapun kuat tumpu nominal Po tergantung dari luasan beton tumpuan yang tersedia, sebagai berikut :
r
Luas beton tumpuan.: luas pelat landasan, maka
Po=0.85f"41
....08-1)
atau dalam format tegangan tumpu nominal maka
r
.. (8.10-u
Luas beton tumpuan > luas pelat landasan yang besarnya merata pada semua sisi. Untuk itu kuat tumpu beton dapat ditingkatkan maksimum sampai dua kalinya:
...... fo6u1=O"o.}sf;E luas pelat landasan secara merata. maka bagian beton tumpuan yang lebih besar dapat berfungsi sebagai struktur pengekang untuk bagian beton yang dibebani. Itu mengapa kuat tumpunya bisa ditingkatkan (ACI 2011). 8.70,4, Tekqn Konsentris
:
......
fp6^)= Q"o.Bsf"'.
z diukur pada bldang ini
Bab 8. Sambungan Struldur
Jika base-ptdfe bertumpu langsung pada permukaan beton pondasi, maka dimensi pelat landasan [BxN) harus dipilih agar beton di bawahnya tidak rusah dengan memenuhi ketentuan berikut :
fo=*=fr-.a) .....
...
(s.10-3)
fika permukaan beton pondasi lebih besar dari pelat landasannya, ketentuan I8-2 IAISC 20'J.0) dapat dipakai meningkatkan kuat tumpu nominal. Umumnya, bagian bawah base-plate diisi dengan grout. f ika ketentu an l8-2 akan digunakan maka mutu grout harus dua kali lebih besar darif,'beton. Iika tidak mau repot maka lebih baik ambil nilai konservatif, yaitu J nrl e, = 1 (Drake-Elkin 1999). WirJanto Dewobrcto - Struktur Baia
7SL
Untuk kondisi
minimum pelat landasan adalah.
,,W -p-\
(8.10-8)
oF!
dimana
rp faktor ketahanan terhadap lentuf,,
1
m maka Pada sisi desak: momen
:
tp
I-lntuk
, _ t:r, _ l+(r,v(^-il) _... F,rfu-T "o'! on, -V--.aq-:L't t\l-T; dimana Gambar 8. 171 Distribusi tegangan persegi eksentrisitas besar (Fisher-Kloiber 2006J
Ada dua parameter yang belum diketahui terkait keseimbangan gaya-gayapad,abase plafe (lihat Gambar 8.771), yaitu T, dan Yatau gaya baut angkur dan jarak bidang kontak beton di bawah pelat. Tinjau keseimbangan gaya vertikal. ...... (8.10-16) Tu+Pu--qY fuga keseimbangan momen terhadap
titik
rp --lBy
(8.10-23)
r
Pada sisi tarik : momen terjadi akibat reaksi baut angkur yang bekerja seperti beban terpusat di pelat. Oleh sebab itu jumlah baut iuga berpengaruh, khususnya terhadap lebar efektifpelat. '
B pada Gambar 8.771.
q*^*Y(+-r*f)-e,(e+S)=0....
lebal efektif
"'(810-17)
memikul baut angkur
Setelah pengaturan diperoleh persamaan kuadrat berikut
v, _z({+ 7)v
+2P"_9:r)
_,
dan penyelesaian untuk Y adalah v
=(!+
Gambar 8. 172 Lebar efektif pelat pemikul baut angkur (Fisher-Kloiber 2006)
Untuk setiap baut angku4, panjang kantilever adalah a = [rn - xJ. Jika gaya terdistribusi efektif sebesar 45" seperti Gambar 8.L72 maka
f)x
Pada suatu kombinasi gaya, momen dan ukuran base plate tidak diperoleh penyelesaian, sehingga dimensi base-plate perlu diperbesar. Agar persamaan bisa diselesaikan maka :
(** f)'
13#
"
' (B'10-1er
756
to2
= 1.5
E
V'r"s
.,
(8.10-24)
dimana
Gaya pada angkur adalah
Tu=qY-P,
lebar efektif pelat yang memikul baut angkur adalah 2a. f adi tebal pelat landasan ininimum untuk memikul baut angkur adalah
.....[8.10-15a)
Bab 8. Sambungan Struktur
n, jumlah baut angkur
Wiryanto Dewobroto - Struktur
BaJa
yang dipasang
757
8, 7 0,
7. Contoh Perencanaan Base-
Plate
Dimensi akhir
b a se
-
pl ate:
8.1}.7.L.Tegangan Persegi i Pil= 400 kN; e = 0 mm Base-plate kolom wF 250xL25x6x9 diberi beban tekan konsentris P,= 4AO kN. Rencanakan dimensinya jika memakai material baja F 250 dan beton pondasi/"'35 MPa'
fawab: Trial #1 : BxN = 175x350 (mm) Ukuran awal didapat dari persyaratan pemasangan baut angkur' Selanjutnya check daya dukung beton dan tebal pelat perlu' * * : fp6o1= d,O'85f = 6'65 9'85 35 19'3
#=#ffi=6.5
MPa
MPa
>
T,
dTo:2x0.9xf,xL22 x250x1frO.=S0.9kN >>
764
, zs
Bab 8. Smbungan
Strukilr
Wiqmto
Dewobroto - Sfuktur Baia
f, -+ OK 761
8.70.7.4. Tegangan Persegi
Distribusi tegangan di bawah pelat landasan.
;
P,= 400 kN; e = 120 mm
Base-plate kolom WF 250x1,25x6x9 dengan beban tekan eksentris
400 kN dan Mu= 48 kNm. Rencanakan dimensinya jika pakai rnaterial baia Fr 250 dan beton pondasif'35 MPa.
P,= fi=71.25
Jawab:
Trial #1 : BxN = 200x380 (mm) Ukuran diambil dari kasus sebelumnya karena kolomnya sama.
--T-
I
fp6^4-ho.Bsf; .
19.3 MPa I
.....,.
(s.10-1)
I
fp6*1
e* *=19jx200=3860
Gambar 8. 176 Distribusi tegangan di bawah pelat landasan
Sisi desak : m = 71.25 mm lengan kantilever terhadap tegangan tekan beton di bawah permukaan pelat landasan di bagian kanan. M pt (u
eton)
--
*
* Lg'3 * 5 6'24 * (7 L'2 5 -
*#)
= 28,49 4'
N -m
m/
* = O'65*0'85 35 = 19'3 MPa
m
m
Untuk kondisi batas leleh, tebal minimum pelat landasan adalah
'u,uo
=*
N/mm..
-*=ry-e#f
=138'2 mm
tarik:
"
"
(8'10-1s)
("=!=tzo*tn).(ru.,r," =138.2mm) -+ hnpa baut angkur , =+=
-g?:3"
= 103.6
mm
..
trrW=,{ffi=22.5=23mm ... [8.10-8] Sisi
(8.10-12)
... (t.ro'trl
pelat iandasan
memikul baut angkur.
Tebal pelat landasan untuk memikul baut angkur adalah
to>*ffi=1.s@= 6.2mm Dimensi alL.5ml+ =1.s.7t.zsJ:i93 =2e.7
Gambar 8. 177 Base plate untuk beban sentris besar
762
-T
Bab 8. Sambungan Struktur
(8.10-23)
mm.
.....
t8,10-21J
Catatan : lebih tebal daripada bentuk tegangan segitiga. (!!)
Wirlanto Dewobroto
-
Srukur
Baja
763
Dimensi akhir base-plate
t
("
=
ff = tzo**)'
(eu,,r,"
:
7 mm)
17
+
tanpa baut angkur
,=+='t?33'=25.emm
...""'(8'10-13)
Distribusi tegangan persegi di bawah pelat landasan
i ,,,=,{,L -
1
l
.uo
'-\'
| ', *'l I !*l
m=71.25
*;**;;*; ]l l,l "E*l
2A
I
Gambar 8. 179 Base platebeban sentrls kecil
-
, ffii
tegangan persegi
Y=25.e
Diskusi: Sering ditulis dalam literatur bahwa cara elastis (segitiga) menghasilkan pelat yang lebih tebal dari cara batas (persegi)' Contoh yangada menunjukkan hal berbeda. Tebal pelat cara batas adalah 30 mm, atau2 mm lebih tebal dari cara elastis (28 mmJ'
Ini terjadi karena kondisi elastis yang dimaksud hanya terbatas pada distribusi tegangan beton di bawah pelat landasan saja. Adapun yang lain tetap mengikuti ketentuan perencanaan kuat batas. Akibatnya untuk kasus dimana tebal pelat ditentukan oleh bagian kantilever yang berukuran sama, jadi terpengaruh' Cara elastis bidang kontaknya lebih luas, menyebabkan porsi beban di bagian kantilever jadi kecil. Cara batas bidang kontaknya kecil, banyak terkonsentrasi di bagian tepi (porsi kantilever) sehingga momen yang ditimbulkan menjadi lebih besar, 8.10.7.5. Tegangan Persegi
{
q=3860 Nrmm
---ii-t*------lF-
Gambar 8. 180 Distribusi tegangan persegi tanpa baut angkur
Pada sisi desak : pelat kantilever m =
7
7.25 mm > y= 25.9 mm, tebal
pelat landasan untuk memikul gaya reaksi beton adalah rf.. P
=L=.1$$ BY 2O0x25.9 = 19,3 Mpa
tp > 2.11
:
..
rg.1o-23)
716+)
tt .3"rt ,oLrs-;l!t to>2.171# Dimensi base-plate final
=22.8 mm
:
P, = 1oo kN
:P,= 100 kN; e = 120 mm
Base-plate kolom WF 250x125x6x9 dengan beban tekan eksentris P. = 100 kN dan M* = 12 kNm. Rencanakan dimensinya jika pakai material baia FrZ50 dan beton pondasif'35 MPa.
|awab: Trial #1 : BxN = 200x380 (mm) diambil dari kasus sebelumnya. """"' (8'10-1) fp6o1=0"0.85f; =o'55*0'85*35=19'3 MPa "'
emat 2.5co, dan spasi antar angkur kurang dari 6cor, maka kuat nomihal angkur kelompok yang aman terhadap ambrol muka samping, N,r, diambil tidak lebih dari :
r*, =(t+--s-)r", ...
(a)
Gambar 8. 196 Luas proyeksi pengaruh angkur adesif (ACI 2011)
........
(D-17ACD
dimana s adalah jarak antara angkur terluar ke bagian pinggir dan N"u diperoleh dari persamaan D-16 (ACI 20L1) tanpa modifikasi terhadap jarak tepi tegak lurus .
Beberapa perhitungan terkait.Aroo dan
(D-20 ACD
(D-z1AcrJ
lika c,, dan c,, < c No, i\gas, dan s, < 2c *,maka
*r+ s, + co, )r. (c ro + s, + c or) Faktor modifikasi beban tarik yang eksentris pada grup angkur. Aro = (,
Y,,,N,=tf
ll
-' \
\t+,*L) 1.5 c", maka Y"a,v = 1.0
....
(D-37 ACD
lika c,, < 1.5 c., maka *ea,v
Vt Gambar 8.202 Pengaruh orientasi gaya terhadap kuat jebol beton
Pada kasus dimana arah gaya geser terjadi paralel terhadap sisi pinggir beton sebagaimana terlihat pada Gambar 8.2O2 maka gaya geser maksimum sejajar Vll, yang ditentukan kuat jebol beton adalah dua kali lipat dari gaya geser maksimum tegak lurus, VJ-. Kasus lain jika gaya geser paralel terjadi pada baut angkur bagian pojok. Untuk itu maka perlu dievaluasi dalam dua kondisi, yaitu jika dianggap terjadi pada arah tegak lurus dan pada arah paralel juga seperti terlihat pada Gambar 8.203.
=0.7+A3&
(D-38 ACrl
Adanya retak beton pada beban kerja mempengaruhi kuat geser baut angku4 dan retak adalah kondisi yang tidak ideal. Kondisi itulah yang dipakai code untuk memperhitungkan kuat geser baut angkuq, sehingga Y..u = 1.0. Untuk baut angkur pada elemen beton yang belum retak saat kondisi beban kerja, maka kuat gesernya dapat ditingkatkan dengan faktor modifikasi, Y ,., = L.4. Untuk beton yang mengalami retak tapi disediakan tulangan minimum No.13 atau lebih besar dan tulangan sengkang yang rapat (jarak sengkang kurang dari 100 mm) maka Y.u = 1.4 masih bisa digunakan. fika tidak ada tulangan sengkang yang rapat [hanya tulangan memanjang saja) maka Y,u= 7.2. Faktor modifikasi kuat geser baut angku4, Ynu jika dipasang pada elemen beton dengan tebal h,< 7.5 c", maka > 1.fl
*n,v = Gambar 8. 203 Kuat jebol beton terhadap geser di daerah pinggiran
Faktor modifikasi kuat geser baut angkur kelompok dengan beban eksentrisitaS, Y...v dihitung sebagai berikut : 1
Qn, =t----::- 2.5co, karena posisi baut angkur tidak dibatasi oleh tepi beton (to, = -) sehingga tidak
:t(L6-ffi)':148.5 mm2... A,",r =f;(L6-0.9382*2.30s)2 :rso.s mmz.,..
perlu ditinjau.
(A-3-6AISC)
A*,N
....
(A-3-6MAIscJ
Tabel 8.19 juga memberikan hasil yang mirip dari hitungan di atas. untuk {16 mm x d"= $f g in makaA",, = 145.8 mmz.
'..... .. (A36 -+ baja daktail LN*=Q'Au,"',f," =gEo+o*aru=43'6 kN Q= 0.75...
790
terhadap tarikJ
5.
Rangkuman kuat batas baut angkur terhadap tarik.
a. Kuattarikbautangkur = 43.6 kN b. Kuat jebol beton = 38.4 kN -+ menentukan. c. Kuatcabutbeton = 49.1 kN d. Kuat ambrol muka tepi beton = N/A
@-2ACl)
Bab 8, Sambungan Struktur
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baja
791
Soal 2: Baut angkur tunggal terhadap geser.
SoaI 3: Baut angkur kelompok terhadap tarik dan geser'
Baut angkur S16 mm mutu 4.36 F-.250 MPa dan F,4OO MPa. Panjang benJm h.,
Empat baut angkur Q19 mm mutu 4'36 F" 250 MPa dan F, 4O0 MPa. Panjang benam h"r= 3OO mm, beton{'30 MPa, N,, = 180 kN dan %" = 4o kN
= 100 mm, betonf"'30 MPa.
Note : tidak ada tulangan khusus, beton retak dan bukan struktur tahan gempa.
Note : tanpa tulangan khusus, beton
Hitung kapasitas geser batas V dari angkur cor di tempat, di atas.
fawab: 1. Kuatbautangkurterhadap geser
=f,{16-0.9382*2.309)' = 1So.a
mm2
...
....
[A-3-6M Arsc)
Tabel 8.19 juga memberikan hasil yang mirip dari hitungan di d,= $f $ in maka.A",u = 145.3 m1j,z.
atas, untuk f 16 rnm x Q=
0.65..
OVsq
= O.O.6As",v
(A36+bajadaktail terhadapgeser) .
furu
2. Kuatjebol (breakout)
= 22.7
kN
....
(D-ze ACI)
jebol beton tidak perlu ditinjau. Kuat rompal @ryout) beton terhadap geser
Kuat rompal beton nominal baut angkur, V", terhadap geser adalah tidak lebih besar dari
:
k*= 2.0 V*=
k*N",
N
N
= 54,8 kN..
.. [untuk
/r", > 65 mm)
........ ..
.
(D-4oACD
(baut angkur cor di tempat)
"p= "t ...... ftanpatulangan,kondisi-B) Q=0.7 kN..... ........ (D-40ACI] =76.7 QV"r=0.7x2.0x54.8 4. Rangkuman kuat batas baut angkur terhadap geser. a.
b. c.
792
1.
Kuat baut angkur terhadap gaya tarik Baut angkur $19 mm x 3 /4 in dari Tabel 8.19 -+ nr= !0 ulir/in atau 0.394 ulir/mm. Untukpifch P = 25'4/10= 2.54 mm/ulir'
A,",N--t(7s*W#)' =274'5"'m2..'.'."". A"",r =f,(te*0.9382+2.54)' =2769 mmz
Kuat geser baut angkur = 22.7 kN -+ menentukan. Kuat jebol beton = N/A. Kuat rompal = 76.7 kN
..
......
=
(A-3-6MAlsc)
..
N",:A"",N.f*,=AW:B5.BkN ..
= 0.'/5
QN"o= 0.75x85.8 = 64.35 kN....
(D-2ACD
(A36 -+ baja daktail terhadap tarik)
.
.,
= 4x64.35 = 257.4 kN
...
..
(angkur tunggalJ
(angkur kelompok)
Kuatjebol (breakout) beton terhadap tarik Posisi angkur dipinggir co, = 360 mm < 1.5 h"r= 450 mm maka pengaruh jebol beton perlu dievaluasi' Ar*=9h!y =9x3002 =810,000. mm2... ....... [D-sAcD < < < 3 h d'an s, 3 h L.5 h s, c Angkur kelompok o, ", "f "rmaka nr, =(zxt.sn", + ,, )" (r,, + s, + 1.5h,, ) A
^, Au,
= (2x7.5x
30
0+2
5
0) ( 3 6 O + 25 0 +
1,.
5x30
0) = 1, 2 1 9, 0 0 0. mm2
.....
c
-, ffi=1.5 55 mm) ..
.......
kN..... kN.....
....
..
(D-40 ACI)
(bautangkurcorditempat]
...
o.z
Jawab:
1.
Chek interaksi sesuai ketentuan D-7 (AIC zOL1-) Nuo
*Vu, -g.7+A;;Z=112ok ON, OV, 11.
Empat baut angkur Q19 mm mutu .436 { 250 MPa dan { 400 MPa. Panjang benam h.r= 300 mm, betonf'30 MPa. N,, = 18C kN dan 7,, = 40 kN
Note : tidak ada tulangan khusus, beton retak dan bukan struktur tahan gempa. Kondisi sama hanya posisinya digeser lebih ke pinggir' Selanjutnya hitung ulang kapasitasnya terhadap kombinasi beban yang sama'
- o.z >> o.z
Ln=.3L=0.32
Soal 4: Baut angkur kelompok terhadap tarik dan geser.
....
kN =4x64.35=257.4kN.....
...
r[N,o= 0.75x85.8 = 64.35
Salah satu upaya agar tidak terjadi rusak pecah belah saat pemasangan maka spasi baut angkur minimum adalah 6d"(lt4 mm) dari angkur lain atau dari tepi beton'
;idi
tarik
Detail perhitungan masih sama seperti sebelumnya, tidak ada pengaruh meskipun posisi lebih ke pinggia dimana :
(D-42ACIJ
Spasi untuk menghindari kerusakan pecah belah (splitting).
sr =
Kuat baut angkur terhadap gaya
= 250 mm dan co, = 360 mm semua lebih besar dari 6d"' risiko terjadi kerusakan pecah belah relatifkecil'
sz
2.
.......
fangkurtunggal)
(anskurkelompok)
Kuat jebol (breakout)beton terhadap tarik Posisi angkur dipinggir co, = 200 mm < 1.5 h"r= 450 mm maka pengaruh jebol beton perlu dievaluasi. .... ' " ' (D-s Acll Ar* =9tr =9x3002 :810,000. rnm2...
Angkur kelompok
c
o,
< 7.5
h
,+r":(zrL.Shu, + sr)"(c,, +s,
"f
s, < 3
h
",
dan s, < 3
h
"rmaka
+1".5h,7)
Ar" = (2x1..5x300 + 250)x (200 + 250 + 1.5 x 300) = 1,035,000. mmz
......
!r, :t.ZlS Untuk r.fr,a,,
c
o.^in
I
=0.7+0
1.5 h,rmaka
3W:0.7+0.3rffi:0.833
Vr, = 1.0.. V ro,r= 1.0..... k"=10 Ar= 7- 1.0.... Nu=3.7
(D-s ACt)
[D-10ACI]
.... (beton retakl ..:........ '..... ' fangkur cordi tempat) .....' [bautangkurtipecorditempat) .
'[betonnormalangkurcorditempat)
lorfflpil3 -zJ"t€9or3003t3 =272.5kN .....
N"u-*y"a,ru.Yc,w'Yrp,w'Na
'...
(D-7AcD
...
(D-3ACI)
=1.278x0.833xLx1x272'5 = 290 kN
796
Bab 8. Sambungan Struldur
Wiryanto Dewobrcto - Struktur Baia
797
Y"", = 1,0,....
V_,, = '
N"ts=V"",NN"t= 299 kN Q= 0.7 Q
3.
N"f
...
. (tanpa tulangan, kondisi-B)
O.7x29O = 203
... fangkurkelompok)
vb=o6t+)"'J+t,,[r;ko,)"
..
hqrS dmaka I"=8d,= ... ..
mm
vo:ff=61.4kN. V 1.0 .... ",,v= Y o,u= 7.0.
kN.....
o.ex(
(bautangkurtunggat)
kN.
.....,.,
Kuat ambrol muka tepi (sideface blowout) beton dari tarik.
Rangkuman kuat batas baut angkur terhadap gaya
Q
8.
0.65x51.5 = 33.48 kN = 4x33.48 = 134 kN
.....
..
..
.
....(panlangtumpuangkur)
g)0'?,'/rs,1, J3i *(zootr's
....... ......
.....(ft"
t
(gayageserdi pusatberatkelompokangkur) 1.5 c,, tidak dibatasi oleh ketebalan pondasi)
.....
(angkur kelompokJ
Kuat rompal (pryout) beton terhadap geser (untuk /r", > 65 mmJ
10.
... .....
.,...
[D-40 AcD
(bautangkurcorditempatJ
O.7x2.0x290 = 405
.......
kN
(angkurkelompokJ
Rangkuman kuat batas baut angkur terhadap geser. a. Kuatgeserbautangkur = 134 kN Kuat jebol beton = 60.9 kN.
-) menentukan'
Kuat rompal = 406 kN
Interaksi gaya tarik dan gaya geser yang terjadi bersamaan. Interaksi perlu dicheck karena rasionya lebih dari
Kasus 1 [Gambar 8.201) dimana st = 250 mm > cq].i = 200 mm dianggap Yz gaya geser dipikul ke-2 baut angkur paling depan pada luas bidang proyeksinya. Parameter kuat jebol beton terhadap geser diambTl cor.r= cor. Kasus ini dipilih juga karena baut angkur tidak dilas secara kaku pada base-plate-nya.
Rasio gaya
Nu'
-
oN,
1Bo
203
-
o.BB7
20ol0.
Rasio gaya geser
tarik >>o.z
Y*-= 40 =a.66>>a.2
dv,
60.9
Chek interaksi sesuai ketentuan D-7 (AIC 201'1)
* l* = o.BB7 + 0.66 = 7.5s >> 7.2 -+ Not oK. ., !:, QN,, QV,
....
..
...
(D-42 ACrl
Diskusi : Konfigurasi base-plate ketika digeser ke pinggir pondasi menyebabkan kapasitasnya memikul beban iadi berku-
Ay,, = 4.5c2^ = 4.5x2O02 = 180,000. mm2
+ _2SS,OOO. _1 L17 Av.. 180,000.
794
.
.. (tanpa tulangan, kondisi-B)
Kuatjebol (breakout)beton terhadap geser
= (zx L.s xzoo + zs0)1.5 x 200 = 255,000. mmz
(D-33ACll
.. (tanpa tulangan, kondisi-B)
0.7x87 = 60,9 kN
b. c.
(anskurtunssar)
4, =(z"t.s,c,r,, + sr)!.lcor,,
(D-33ACD
. (beton normal angkur cor ditempat)
0.7
>o.Z
vuo
:
ov,
4o :0.3>>0.2' 1-34
Chek interaksi sesuai ketentuan D-7 (AIC 201L)
N" *vu' dNn dv,
-g.BB7+0.3 =L.IBT
48.lni jelas tidak sesuai code.
itu diperluyang beban kondisi terhadap menyeluruh struktur analisis kan dianggap menyebabkan keruntuhan. Termasuk beban konstruksi, Selanjutnya perlu dilihat kondisi tegangannya. Untuk
Wiryanto Dewobroto - Struktur Baia
811
sebab saat runtuh, jembatan sedang diperbaiki' Setelah diperoleh gaya-gaya internal yang dianggap menentukan, ditinjau potongan A-A dan potongan B-B [lihat Gambar 8.278). Teori tegangan yang dipakai adalah teori balok lentur. Meskipun tidak sepenuhnya valid, tetapi itu mencukupi untuk memeriksa apakah kondisi titik buhul U10 adalah kritis, dibanding yang lainnva.
Kondisi tegangan pada Potongan B'B
Properti penampang, satu sisi pelat buhul saja (72 x 0.5 in).
in2
A-- bt =72x0.5:36
I* =$cb3 =5x0.5x723 =15552 S* = 1r /
!=L5552 /
L=
Kondisi keseimbangan
Gambar 8. 218 Diagram benda bebas potongan pelat buhul [Holt-Harman 2008)
Kondisi tegangan pada Potongan A-A Properti penampang, satu sisi pelat buhul saja (100 x 0.5 in).
Kondisi keseimbangan di titik p = 22ss
v= M
x(#
2288x(#)
+
tozs(ffi)
....'. [luasPotonsan) ..'... [inersiapotonganJ (moduluspotonsan)
=
= 27 23 k
v
=zz€,ax(#)=reso
1 h
[nrodulus potongan)
o.
t
(#)(z o * u) - zzse (ffi )[a o -
= p I n = $x =
(
ra *
o
(93))]
= raaze x-rn
tn F6 = - 2.4 ksi (tarikJ
Mls* =lxt+826f 432=77.2ksi
f,*o,s =V f A = +x18ts9 P6:25.5 ksi
f, =trf,*,n =tx25.5-38.3
ksi
Tegangan utama pada sumbu netral. .1 t. n-J " =
il(+)
fn*,u
=2288x(#)"r+"(ffi)+1e7s(**)x 1+"(ffi)
=
:4118 k-in
+(f,)' : -
$+f
+(aa.a)' =38.3 ksi
=
S*
R=
S
+ 38.3= 37.1 ksi
Selanjutnya tegangan yang terjadi pada potongan pelat buhul ter-
sebut dibandingkan dengan kapasitas pelat buhul berdasarkan tegangan izin yang ditentukan AASHO 1961. Hasilnya berupa rasio tegangan yang terjadi terhadap kapasitasnya. )ika lebih dari satu berarti overstress atau tidak mencukupi. fika kurang dari satu, berarti OK atau tebal pelat buhul telah mencukupi'
fa = M I s * = ! x 2s718 f 833 =22.9 ksi fu-*n = v f A = + x27 n f 50 =27.2 ksi =$
(inersiapotongan)
r .. : f"2 - "-R ::2.4 3g.3 = -39.5 ksi Jtarikz -
-130 k [tarikJ
Tegangan pada satu sisi Potongan. 7o = ef A=!x130f50:1.3 ksi ftarik]
f,
.....
x+z@r, 1 = -17 3k (tarikJ
= 2zilsx (#) -
-
o.
- s+o - toz s(*?)
.
in4........ '...
(luas potongan)
Tegangan pada satu sisi potongan.
(b]. Potongan B-8
.... t*={tb3-f,x0.5x1003 =4L667in4.". S" =I* /$=+tOeZ /#=AZZin3.....
432 in3
dititik
P
M = zt4z
A=bt=t0ox0.5=50 inz
...
Tabel 8. 23 Rasio kapasitas (R) pada potongan pelat buhul (Holt-Harman 2008J
f,-*n = $x27 -2 = 40.8 ksi
Tegangan utama pada sumbu netral.
*=,m(r)' =Gf-(-*f
27 ksi {0.54F
= 40.8 ksi
! - R = -L3 - 4o.B =-41.5 ksi fauox = ! + R= -1'3 + 40.8 = 40.2 ksi f*,,*
8L2
27 ksi (0.54F,
=
Bab 8. Sambungan Struktur
Wiryanto Dewobrcto - Struktur Baja
813
Dengan cara yang sama, tentunya semua bagian pelat buhul yang ada di jembatan, dapat dievaluasi secara cepat. fika tegangan hasil
dibandingkan satu dengan lainnya, maka sangat mudah dilihat kondisi kinerja masing-masing pelat buhul relatif terhadap kinerja pelat buhul lainnya, sebagaimana terlihat di Gambar 8.279'
Dengan berjalannya waktu, dapat dibuat simulasi numerik yang lebih teliti memprediksi penyebab keruntuhan. Hao (2010J membuat simulasi numerik, dalam dua bagian, yaitu [1] makro analisis struktur secara keseluruhan; dan [3] mikro analisis secara detail, tetapi hanya di bagian elemen struktur yang dianggap runtuh saja.
(a) view alor€ dircction'A'
(aJ. pada potongan A-A
C -
{b) 3D view
Prrebd-6*s F rrcbdcohpr.sb-
(c) stres3 contour
Gambar 8. 220 Analisis makro struktur iembatan I-35W (Hao 20101
(b). pada potongan B-B Gambar 8. 219 Evaluasi kineria pelat buhul jembatan I-35W (Holt-Harman 2008)
Kondisi tegangan hasil analisis di atas, bukan tegangan maksimum di saat runtuh. Maklum analisisnya elastis linier sehingga tak bisa memperhitungkan perilaku non-liniec yang umumnya mengikuti fenomena keruntuhan struktur. fuga teori tegangan balok lentur yang dipakai untuk mengevaluasi, tidak sesuai untuk penampang pelat buhul (baca Bab 6 tentang balok tinggi). Meskipun demikian, diperoleh alasan penting mengapa analisis berikutnya yang lebih teliti akan berfokus pada titik buhul U10 dan bukan titik lainnya.
a14
Bab 8. Sambungan Struktur
Tujuan analisis makro adalah mempelajari perilaku struktur yang menyeluruh, termasuk juga simulasi penempatan beban terburuk yang mungkin menyebabkan runtuh. Pada pemodelan tersebut komponen struktur jembatan dibagi jadi tiga, yaitu [1] komponen struktur yang relatif panjang (truss dan balok girder); [2] komponen pengaku [pelat buhul, pelat pengaku dan strut); [3] pelat beton untuk lantai jembatan. Uutuk ketiga kelompok komponen tersebut selanjutnya pada program FEM dipilih formulasi element beam, thin-shell dan thick-shell. Penjelasan lebih detail mengenai formulasi element silahkan baca buku Flnite Element Method. Hasil simulasi analisis secara makro memberikan hasil yang sama seperti hasil analisis sederhana Holt-Harman (2008), yaitu terjadi kondisi over-stress pada pelat buhul U10. Berarti strategi yang
digunakan sebelumnya terbukti tepat dan efektif, waktu pendek tetapi dapat mengalokasi sumber masalah, tanpa perlu analisis FEM yang rnemakan waktu dan biaya tidak sedikit. Dari temuan ini selanjutnya Hao (2010) nrembuat analisis makro yang detail.
Wiryanto Dewobrcto - Struktur Bara
815
Sk l&$lfulr
(Aw
,
*ii6n poitk
?51&l EO.A?
Ir!;tr F!$ 5l tO a,l:* 4e.35 l;";.rr,20 i; 3ao5
*I**
341.90
Brst 15,73
20w w u,E 154S
E Gambar 8. 221 Analisis makro
titik buhul U10 (Hao 2010)
Meskipun hanya satu titik nodal, U10 tetapi analisis makro dengan FEM adalah cukup kompleks. Gambar 8'221 sebelah kiri memperlihatkan kondisi real titik buhul, adapun yang sebelah kanannya adalah model FEM yang detail. Zone (i) bendinginduced compression dominates: bovring & buckling
LI'
Zone (ii) cofipr€ssion dominates: buckling
,f#
Gusset plate
Gambar 8. 223 Deformasi pelat buhul hasil simulasi FEM INTSB 2008)
Simulasi FEM memungkinkan melihat kondisi deformasi inelastis [permanen), bahkan bisa diperbesar 5 kali sekedar mendapatkan pemahaman lebih baik (Gambar 8.223)^ jika kemudian dibandingkan dengan foto di Gambar 8.2L4 yang dibuat jauh hari sebelum runtuh. Tentunya diperoleh benang merah, bahwa bentuk $eometri "aneh" bisa meniadi pertanda awal untuk tindakan yang tepat. Jika itu dilakukan tentu mengurangi potensi bahaya di masa datang.
Akibat runtuhnya jembatan I-35W maka Nalional Transportation Safety Board merekomendasikan banyak hal terkait perencanaan jembatan yang lebih teliti untuk memastikan tegangan di bagianbagian elemen, khususnya pelat buhul harus dalam batas-batas terkontrol. Adapun untuk kondisi jembatan eksisting maka perlu dilakukan evaluasi atau rating tentang kondisi pelat buhul yang ada. f ika perlu dibuat juga uji tidak merusak di bagian tersebut.
n+.S Gambar 8.222 Identifikasi perilaku pelat buhul pada kondisi batas (Hao 201 0)
Simulasi numerik FEM untuk memprediksi perilaku keruntuhan pelat buhul memerlukan analisis non-linier material dan geometri sekaligus. Untuk itu, tidak setiap program komputer berbasis FEM mempunyai fasilitas mendukung. Piranti lunak untuk simulasi ini adalah memakai ABAQUS dari Simulia (NTSB 2008).
Intinya, sejak peristiwa keruntuhan jembatan I-35W pada tanggal 1 Agustus 2007 maka perencanaan pelat buhul jembatan rangka adalah sangat penting. Kata kuncinya, memastikan tegangan yang terjadi di dalamnya, relatif kecil' Ini tentunya akan berimbas, tidak hanya struktur jembatan saja, tetapi juga struktur-stuktur lainnya yang memakai sistem pelat buhul serupa.
Karena pembebanan simulasi numerik diberikan secara bertahap,
Keruntuhan struktur akibat sambungan mengingatkan lagi bahwa
maka lokasi adanya konsentrasi tegangan yang memicu keruntuhan dapat teridentifikasi sejak awal, sekaligus juga diketahui bentuk deformasi yang terjadi. Hal itu memungkinan untuk mengalokasi bagian yang kritis di pelat buhul yang memicu kerusakan, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.222 d'an8.223.
815
Bab 8. Sambungm Struktur
pada dasarnya semua sistem sambungan pada stuktur baja adalah riskan, perlu direncanakan dan dievaluasi secara lebih seksama. Pada sambungan akan terjadi korisentrasi tegangan sehingga akan berperilaku non-linier; lebih dari bagian lainnya. Banyak hal yang tidak bisa diprediksi dengan analisis elastis linier biasa. Hati-hati. Wiryanto Dewobroto - Struktur Baia
BL7
8. 7 2,
5, Distrlbusi
Teg ang an Pelat- b uhu
I
Wh itm or e
Perilaku pelat buhul sebelum terjadi keruntuhan jembatan I-35W sangat jarang dibahas. Kalaupun ada pembahasannya tentu akan melibatkan hasil penelitian R.E Whitmore (L952), di Universitas Tennessee, yang dianggap sebagai penelitian eksperimen pertama tentang distribusi tegangan pada pelat buhul rangka jembatan.
Model pelat buhul pada Gambar 8.224 adalah LA model jembatan Warren yang asli. Karena berfokus pada pelat buhul, maka batangbatang yang disambung penampang persegi, ukuran tidak diteliti. Sambungannya dibuat agar berperilalu mekanisme friksi, seperti perilaku sambungan paku keling. Hasil pertama yang didapat dari pengujian eksperimen adalah traj ektori tegangan.
Dengan uji sampel model dari aluminium, masonite dan bakelite, Whitmore (1,952) berhasil mendapatkan pemahaman distribusi tegangan maksimum pada pelat buhul. Saat ini, meskipun banyak dibuat penelitian yang lebih maju, ternyata tidak ada perubahan berarti. Kalaupun ada, sekedar modifikasi. Oleh karena itu hasil
penelitian \Mhitmore tentang pelat buhul masih relevan dipelajari. Sadar bahwa konfigurasi pelat buhul sangat bervariasi, dipilihlah yang ada di jembatan rangka tipe Warren, yang dianggap populer masa tahun L952.Lihat Gambar 8.224, yaitu titik buhul L, dimana batang horizontalnya menerus tanpa sambungan' fadi pelat buhul hanya untuk menyambungkan dua batang diagonal, satu vertikal ke batang horizontal yang dianggap sebagai batang utamanya'.
Gambar 8. 225 Traiel
