TUGASAKHIR PENEUTMNLABORATOmUM KAPASITAS LENTUR BALOK CASTELLA DENGAN PERKUATAN (FLEXURAL CAPACITY OF CASTELLA TED BEAM WITH STIFFENERS) . Diajukan untuk memenuhi syarat mendapat gelar sarjana S-l pada Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Jurusan Teknik Sipil o -0 z m en - disusun oleh : MUHAMMAD JAWAD NIM. : 95310146 :950051013114120144 A' AN SlJPARIYAN TO NIM : 95310211 :950051013114120208 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKlJLTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA YOGYAKARTA 2002
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
TUGASAKHIR
PENEUTMNLABORATOmUM
KAPASITAS LENTUR BALOK CASTELLA
DENGAN PERKUATAN
(FLEXURAL CAPACITY OF CASTELLA TED BEAM WITH STIFFENERS)
. Diajukan untuk memenuhi syarat mendapat gelar sarjana S-l pada Fakultas
Teknik Sipil dan Perencanaan Jurusan Teknik Sipil
~ o
-0 z m en-
disusun oleh :
MUHAMMAD JAWAD
NIM. : 95310146
N~. :950051013114120144
A'AN SlJPARIYANTO
NIM : 95310211
N~ :950051013114120208
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKlJLTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA
YOGYAKARTA
2002
LEMBAR PENGESAHAN
KAPASITAS LENTUR BALOK CASTELLA DENGANPERKUATAN
DISUSUN OLEH:
MUHAMMADJAWAD NIM :95310146 NIRM. :950051013114120144
A'AN SUPARIYANTO NIM :95310211 NIRM :950051013114120208
Telah diperiksa dan disetujui oleh,:
Ir. H. SUHARYATMO, MT
Dosen Pembimbing I
Ir FATKHURROHMAN N.S, MT
Dosen Pembimbing II Tanggal:
111
'l(upersem6alil(pn untul(;
Ayah ibuku: Bpk Ibu Tumidjan Adlk-adlkku: AYUI Fazlrt ArwI
~n my Future Soulmate
Ii .sesuntJf1ulinya sesud"ali ~sufitan itu atfa ~emud"alian. :Ma~a apa6iCa Rszmu tefali seCesai (dan urusan) ~rja~nCaIi tfengan sungJuli-sungf1uli (urusan) yang Cain.
(])an lianya ~pada q'uftanmuCaIi ~mu 6erliarap 11
[~. }lfam :JVasyrali (94) 6-8}
Ii:Mencari i{mu itu seperti i6adali) mengungkszpf?gnya seperti 6ertas6ili) menyefUfifjnya seperti 6erjiliad; mengajar~anya seperti 6ersedekszli) dan
memilijrfi.Jznya seperti 6erpuasa. 11
(16nu.Jldy 6inJa66at)
(])anjanganfali f?gmu mengi~uti apa yang f?gmu tida~mempunyai pengetaliuan tentangnya. Sesungf1ulinya pendengaran, pengfiliatan) dan liat; semuanya itu a~an
JAWAD would like to say MATUR NUWUN dumateng: Gust; ingkang akarya jagad Allah SWT alas izinNya TA ini dapat terselesaikan, Nabi
Agung Muhammad SAW semoga shalawat tetap tercurah kepada beliau. Bapak Ibu Tumidjan, adikku (Ayu di Jakarta, Faziri, Arwi) matur nuwun tanpa doa kalian, semua ini tidak akan terlaksana, Ternan-ternan di RISMAH ( Widanang, Eko, Aswin, Mau,
Nanik, Betty.... yang rajin ya biar laris.), adikku di TPA Amaliyah ( Erwin, Trio, Fran, Manto, Reza, Iwan, dll) kalian selalu membuat aku tersenyum , ..... ,my computer, my motor,
bkl comp, maulana comp, alif compJstana comp.. ; ... '" Iast but not least to my partner A'an .. akhirnya selesai juga yaa .
Tidak lupa untuk semua teman-teman angkfltan '95 terimakasih untuk s~gala dUkungan dan dorongan serta motivasi y3ng kalian berikan.
v
KATAPENGANTAR
Assalamualaikum Wr Wb
Segala puji dan puja hanya bagi Allah Tuhan yang maha agung tiada
tuhan selain Dia, dan hanya atas nikmat yang diberikan-Nya maka kami dapat
menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul "Kapasitas Lentur Balok Castella"
sebagai syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-l Jurusan Teknik Sipil, Fakultas
Teknik Sipil dan Perencanaail Universitas Isalam Indonesia. Sholawat semoga
tetap tercurah kepada Nabi Muhammad SAW, semoga terlimpah juga kepada
keluarga, shahabat, serta umat yang mengikuti sunah-sunah Beliau.
Segala bantuan baik yang berupa material ataupun non material,
dukungan, serta motivasi yang diterima penulis sangat membantu dalam
menyelesaikan Tugas Akhir inL Hanya ucpan terima kasih dari lubuk hati kami
yang terdalam yang bisa kami berikan balasan kepada :
1. Bapak lr. H. Suharyatmo, MT, selaku Dosen Pembimbing I Tugas Akhir
2. Bapak Ir Fatkhurrohman NS. MT, sclaku Doscn Pembimbing II Tugas
Akhir
3. Bapak Ir Tri Fajar Budiono MT, selaku Dosen Penguji
4. Bapak Ir Widodo, MSCE, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan.
5. Bapak Ir H Munadhir, MS, selaku'Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas
Teknik Sipil dan Perencanaan.
6. Bapak Ibu Dosen JWllsan Teknik Sipil
VI
7. StaffUrusan TA
8. Kedua Orang Tua , serta keluarga kami
9. Ternan -ternan
10. Serta semua pihak yang telah membantu sehingga Tug~.s Akhir ini d~pat
terselesaikan.
Inilah hasil terbaik yang bisa kami hasilkan, dan kami sadar bahwa yang
kami tulis ini masih banyak kekurangan serta kesalahan, saran serta kritik selalu
kami nantikan untuk kemajuan bersama.
Akhimya semoga yang telah kami hasilkan ini mampu memberi manfaat
kepada kita dan penelitian-penelitian yang akan dilakukan pada masa yang akan
dating
Wassalamualaikum Wr Wb
Yogyakarta, akhir Agustus 2002
Jawad&A'an
VlI
HALJUDUL .
HAL PENGESAlIAN ii
HALAMAN PERSEMBAHAN iii
KATAPENGANTAR : v
DAFTAR lSI VlI0· ·........................
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR TABEL....................................................... XlI
Bab 1. Pendahuluan 1.
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR NOTASI iv
IN·J.'lSAA1 vi
1.1. Latar Belakang MasaIah............................................................................... 2
Lampiran 5 Hubungan Beban Len~utan dan Momen Kelengkungan Secar~
Teoritis
-------~ ...~~--
XIV
DAFTAR NOTASI
a = jarak pengaku
af = luas sayap
aw = luas badan
b = lebar
bit = rasio lebar terhadap tebal
C ,= gaya tekan
Cm = koefisien reduksi momen
db = tinggi profil I
dg = tinggi profil castella
d l = tebal pemotongan profil castella
E = modulus elastis baja (2. 10 5 Mpa)
e = lebar pemotongan ?rofil castella
E1 = kekakuan lentur
l'e' = tegangan Euler
Fer = tegangan kritis (Moa)
Fu = tegangan tarik ultimit
Fy = tegangan leleh
h = tinggi pemotongan profil castella
k = koefisien tekuk
L = jarak, panjang bentang
M = momen
P = beban
r --!
xv
t = tebal badan profil baja
Jl = angka poisson
E = regangan
cr = tegangan
p = jari-jari girasi
Ilsimpangan = daktilitas simpangan
Jlkc1engkungan = daktilitas kelengkungan
L1 = lendutan
~u = lendutan akhir daerah post-elastic
~y = lendutan palla pertama leleh
¢ = kelengkungan
¢u = kelengkungan pada akhir daerah post-elastic
f/Jy = kelengkungar. pada pertama leleh
$ = sudut pemotongan profil castella
- ------_._---
--------
INTISARI
Balok baja profil Castella merupakan balok baja pengembangan dari profil I yang dipotong secara zigzag dengan sudut tertentu sehingga diperoleh profil baru yang mempunyai h~bang pada badan dan lebih tinggi dari profil I yang asli. Dengan penambahan tinggi maka rasio hit dari profil castella juga akan menjadi lebih besar, hal ini l11enyebabkan tegangan kritis pelat badan profit castella akan l11enjadi lebih kedl dibanding dengan tegangan kritis pelat badan profil I. Hal ini menyebabkan" profil baja castella rawan rerhadc.p tekuk pada badan. Bahaya tekuk dapat dihindari dengan cara l11eningkatkan tegangan krilis pelat badan. dengan cara menambahkan perkuatan pada badai1.
Penelitian ini bertujuan untuk l11embandingkan kapasitas lentur balok castella tanpa perkuatan dan dengan perkuata;7 serra mengetahui dakrflitas profil castella dengan perkuatan dan tanpa perkuatan.
Hasil penelitian menunjukkkan penal11bahan perkuatan l11al77pll mel11berikan kenaikan beb.an sebesar /40 % pada variasi perkuatan tiap tiga lubang. Kerusakar, yang te/jadi pada benda lIji adalah te/jadi tekuk lateral karena dukungan lateral yang tidak baik. .
BABI
PENDAHlJLlJAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Profil baja yang diproduksi oleh pabrik tercliri dati berbagai maeam
bentuk, antaralain adalah profil IWF. Profil produksi pabrik tersebut masih dapat
dinaikkan kemarnpuan menahan beban dengan melakukan modifikasi pada profil
tersebut. Salah satu modifikasi yang dapat dilakukan adalah dengan membuat r' .
profill menjadi profil castella.Balok castella ini t~nnasuk kcdalnm keluarga balok
badan terbuka ( open web beam).
Modifikasi yang dilakukan adalah dcngan cara memotong baja profill
pada bagian barlan dengan pemotongan zig-zag kemudian kedua potongan tadi
disatukan lagi sehingga didapat baja profil barn yang lebih tmggi .dibanding
dengan baja profil I semula dan mempunyai lubang pada bagian badan. Karena
profil bertambah tinggi maka momen inersia menjadi lebih besar dibandingkan
dengan momen in~lsia profil asli, sehingga kapasltas lentur prom castella
meningkat.
Namun disisi lain dengan penambahan tinggi profil dan terdapat lubang
pada bagian badan balQk yang akan mengakihatkan kerugian. Diantara kerugian
kerugian adalah kelangsingan badan (hit) akan bertambah sehingga tegangan
kritis plat akan keeil dan kemungkinan terj~dinya tekuk pada badan profil akan
. semakin besar, perhatian juga perlu dibt::rikan pada pagian badan yang berlubang
sehingga terjadi pengurangan luasan penampang yang Jr..enahan geser, selain itu
pada penampang T akan timbul momen se;kunder akibat gaya geser vertical.
1
sehingga terjadi pengurangan luasan penarnpang yang menahan geser, selain itu
pada penampang T akan timbul momen s~kunder akibat gaya geser vel tical.
Bahaya tekuk yang terjadi dapat diat.asi dengan meningkatkan tegangan
kritis pelat dengan menambah perkuatan pacta daerah yar.g mengalarni momen
maksimum dan geser maksimum.
1.2 Batasan Masalal~
Untuk mengetahui seberapa besar kapasitas momen profil Cal;tella, maka
perlu pembatasan sebagai berikut :
1. Profil yang digunakan adalah profil castella dari profil IWF
2. Pemotongan menggunakan pola zig-zag
3. Jenis struktur memakai balok struktur sederhana (simple beam)
4. Model pembebanan menggunakan dua beban terpusat untuk
mendapatkan lentur murni.
5. Penelitain ini hanya meninjau kuat lentur saja.
1.3 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini ada1ah:
1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang baja khususnya profil
castella.
2. Sebagal bahan pertimbangan pada penelitian-penelitian 1ebih 1anjut
mengenai profil castella.
------------- .. - -------
3
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan pemelitian adalah:
1. Mengetahui kapasitas lentur profil baja castella dengan perkuatan dan
tanpa perkuatan
2. Membandingkan momen lentur balok baja profil castella dengan
perkuatan dan tanpa perkuatan.
3. Mengetahui daktilitas siI1lpangan dan daktilitas lengkungprofil baia I f
castella.
BABII
TINJAUANPUSTAKA
Balok castella merupakan balok pengembangan berbadan terbuka (open web
expanded beams) dari profill yang dipotong secara zigzag kemudian kedua potongan
.'. ditata sedemikian rupa sehingga diperoleh profil bam dengan penambahan tinggi clan
mempunyai lubang pada badan. (Ome,. W BlodgeU)
Peristiwa tekuk pada komponen strc~<tur dari pelat baja d~pat terjadi dalam
bentuk tekuk keseluruhan (overall buckling) dan lekuk lokal (local buckling). Tekuk
keseluruhan merupakan fungsi dari kelangsingan (Kl/r). Tekuk setempat dapat terjadi
lebih dahulu pada salah satu elemen penyusun penampang sebelum tegangan kritis
terlampaui. (Salmon dan Johnson, 1990)
Bila sebuah plat dipengaruhi secara langsung oleh desakan, lenturan, atau
tegangan geser atau oleh gabungan gaya-gaya tersebut, maka plat tersebut dapat
menekuk secara setempat sebelum selumh bagian konstruksi mengalami
kegagalan.(Joseph E Bowles,1985)
Pengaku antara dengan jara.k t~ratur mampu memperbesar kekuatan balok untuk
memikul geser. Parameter yang berpengamh '~.dalah rasio kelang~ir.gan badan (hit)
dan rasio jarak antar pengaku (aIh) (TimoshenkoWoinowski-Krieger,1959)
4
-_.-1
5
Parameter stabilitas untuk badan gelagar adalah jarak antar pengaku dan
kelangsingan elemen. Tekuk akibat geser dapat dihindari bila parameter kestabihm
dapat dipertahankan cukup rendah atau tegangan geser dapat ditekan dibawah
tegangan tekuk kritIs (Salnwn 10.'mson,1990)
Sifat paling menonjol pada gelagar plat adalah pengaku transVf~rsal dengan
jarak teratur. Pengaku mempercesar kekuatan badan balok untuk menahan geser
(Basler,1960, Salnwn Johnson, 1990)
Semakin besar rasio lebar terhadap tebal (bit) suatu plat, tegangan kritisnya
semakin rendah sehingga tekuk lokal yang teIjadi jauh dibawah tegangan lelchnya.
(Bresler dkk, 1967). Pendapat yang sama juga dikemukakan oleh (Englekirk, 1994),
(Bowles, 1985), (Salnwn dan Johnson, 1990)
Sebagai akibat pemotongan zig-zag pada profil I menyebabkan penambahan
tinggi dan teIjadi kenaikan inersia profil sehingga momen yang mampu ditahan juga
akan mengalami peningkatan. (Omer W Blodgett)
3agian konstruksi yang menahan beban transversal yang menghasilkan momen
lentur dan gaya lintang sering dijumpai pada balok atau gelagar.(.T.E. Bowles)
Elemen-elemen pengaku dipasang pada dua bidang pelat atau hanya satu
bidang permukaan saja. Bahan elemen pengaku sebaiknya dibuat minimal kekuatan
bahannya sama dengan pelat yang jiperkuat. (padosbajayo,1992)
Kemampuan dari suatu bah~.n untuk mengalami perubahan bentuk melewati
batas elastis dise~)ut daktilitas. (Englekirk; 1994). Pend~pat yang sarna juga
dikemukakan oleh (Lynn S Beedle, 1958).
6
Kekakuan didefinisikan sebagai gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan
suatu Iendutan satuan. (Gere dan l1moshenko, 1985). Kekakuan Ienlm (flexural
stiffness) £1 didefinisikan sebagai momen per unit kelengkungan (West, 1980).
Jika suatu balok mengalami lentur sebagi akibat adanya beban, rr..aka bentuk
perubahan dari sumbu netral disebut dengan kurva elastis (elastic curve). (Tung Au
dan Christiano)
Keruntuhan tekuk pada komponen struktur pelat baja dapat teIjadi dalam
bentuk keseIuruhan ataupun tekuk Ioka!. Tekuk IokaI dapat terjadi Ieblh dahuIu pada
salah satu elemen penyusun penampang.(Salmon Johnson,1990)
Gaya geser yang teIjadi pada bagian solid profil casttella dapat menyebabkan
tekuk pada badan, sehingga untuk mencegah tekuk pada badan diperlukan
pengaku.(Omer W Blodgett)
Adanya kenaikan tinggi profil castella sebagi akibat pemotongan zig-zag pada
badan profil I menyebabkan inemia menjadi lebih besar sehingga momen yang
mampu ditahan juga akan meningkat (Omer W Blodgett)
Bagian konstruksi yang menahan beban transversal yang menghasilkan
momen Ientur dan gaya lintang dengan tahanan lentur se~agai parameter des~in
sering dijumpai pada balok atau gelagar ( Joseph E Bowles)
Pengaku antara dengan jarak teratur mampu memperbesar kekuatan balok
untuk memikuI geser. Parameter stabili~s yang berpengamh adalah rasio
7
kelangsingan elemen badan (hit) dan rasio jarak antar pengaku (a/h) (Timosltenko
Woinowski-Krieger, 1959)
Elemen-elemen pengaku dipasang menempel pada dua bidang permukaan pelat
atau hanya satu bidang permukaan saja. Bahan elemen pengaku sebaiknya dibuat
minimal kekuatan bahannya sarna dengan pelat yang diperkuat (PADOSBAJAYO,
1992), (Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia, 1984).
Kelengkungan sebagai. akibat adany.:. beban pada balok dapat dicari dengan
menggunakanmetode central dijjerences. (Fathkurrahman N S, 1991)
Hubungan momen kelengkungan yang ideal berupa grafik trilinier yang berubah
menjadi grafik bilinier (Park and Paulay 1975)
8
BABill
LANDASAN TEORI
3.1. Pendahuluan.
Menurut J.E.Bowles (1985) komponen struktur yang mengalami lentur
banyak dijumpai seoagai balok ataupun gelagar. Salah satu contoh struktur yang
mengalami lentur adalah balok sederhana (simple beam) yang mempunyai
penampang berbentuk I menerima beban terbagi merata. Akibat beban tersebut balok
menerima momen dan gaya geser.
Rf**********~ fy<Fy fy=Fy fy>Fy
a. balok menerima beban terbagi
~_·_·!·_·-cP·_·rr b. bidang momen (c) (d) (e) (I)
Gambar 3.1 Tegangan lentur balok (J.E. Bowles)
Akibat momen, penampang balok m~:ngalami tegangan lentur (bending stress)
(Gambar 3.1 d), sedangkan gaya geser menim~ulkan tegangan geser. Dalam keadaan
penampang masih elastis (Gambar 3. 1d), distribusi tegangan lentur pada penampang
balok adalah linier. Tegangan pada serat yang letaknya y dari sumbu netral adalah:
j
I
I
~ _~ ~!L
9
jb=±M.y (3.1) 1
denga.n M = momen pada penampang yang ditinjau, y = jarak serat yang ditinjau
dari sumbu netral, 1= momen inersia
Tegangan lentur maksimum terjadi pada serat terluar yaitu serat yang
letaknya terjauh dari sumbu netral. Jika penampang balok simetris Jan jarak serat
terluar dinyatakan dengan C, maka tegangan maksimumnya adalah:
jb=±_M.C (3.2a)1
karena*= S, persam&aJl3.2 dapat ditulis dalam bentuk
jb=+M (3.2b)S
Dari persamaan (3.2a) dapat dilihat bahwa jika momen inersia balok
diperbesar maka. tegangan maksimum yang teIjadi diserat terluar balok akan
menjadi kecil sehingga momen yang mampu ditahan oleh balok akan meningkat.
Jika heban terus bertambah maka tegangan lentur maksimum yang terjadi
akan bergernk ke sisi dalam dari ptmampang s~perti terlihat pada Gambar 3.le,
penampang dalam keadaan ini disebut konJisi inelastic. Jika seluruh serat mengalami
It:gangan maksimum maka pellampang disebut cialanl keadaan plastis (Gambar J.I£).
Pada profit I sayap berfungsi untuk menahan momen dan bacian berfungsi
menahan geser dan sebagian momen selain itu badan juga berfungsi menghubungkan
sayap atas dan sayap bawah sehingga menjadi satu kesatuan yang utuh.
10
Pada profil castella terdapat lubang pada badan profil sehingga gaya geser
yang terjadi pada badan perlu rnendapat perhatian yang cukup. J.E Bowles(1981)
mengernukakan rumus umum yang sering digunakan untuk rnenghitung tegangan
geser adalah
tv= V.Q (3.3)It
dengan V= gaya geser, Q= mornen statis dimana tegangan geser ditinjau =A.y (A=
luas penarnpang, y= jarak. ke garis netral) , t= tebal profil, I=mornen int:rsia.
le**********!fL a. balok dengan beban merata
males:±;I'b. bidang geser
c. Tegangan geser Gambar 3.2 tegangan geser
Dari Persamaan 3.3 dan gambar 3.2 c terlihat bahwa tegangan geser
maksimum terjadi pada sumbu netral profil I
3.2. Tegangan Kritis Pelat
Profil baja penarnpang I disusun dari elemen sayap dan elemen badan yang
terbuat dari pelat yang tipis, sehingga apabila p~Jat menerima gaya tekan, gaya lentur
atau geser rawan terhadap tekuk.
11
I.
Sayap pada profil I akibat tegangan lentur dapat diasumsikan menerima gaya
tekan merata (gambar 3.3b) sedang bOOan menerima gaya lentur (Gambar 3.3c)
bf
\... ..I
wlltX /'lI1fitititil/
a, profil I
b. sayap menerima tekanan merata
~~ ~
IXT 1
....L
c. badan menerima gaya lcntur
Gambar 3.3 Gaya pada profil I
3.2.1. Tegangan Kritis Pelat Y~ng menerima Tekanan Merata
Salmon dan Johnson, 1990, mengemukakan tegangan kritis elastik teoritik
untu!.c pelat yang menerima tekanan merata dinyatakan sebagai :
1[ 2 E
(3.4)Fer = k '12(1- f.l2 )(h / t)2
dengan: Fer = tegangan kriti~ , k = koefisien~ tekuk pelal:, E = modulus elastis baja
(2. 10 5 Mpa), Jl= angka poisson, hit = rasio tinggi b~rhadap tebal.
12
Dan persamaan (3.4) tampak bahwa nilai Fer dipengaruhi oleh koefisien tekuk
(k) dan rasio tinggi terhadap tebal (hit).
Koefisien tekuk: pelat (k) dipengaruhi oleh distribusi tegangan dan kondisi
tumpuan tepi (tumpuan sederhana pada keempat tepi), serta rasio aspek alb. Untuk
pelat yang menerima tekanan merata nilai k ditunjukkan pada Gambar (3.2).
·;6,----·· ..--- .._._._-----jep~f Jepi~ .------.. r- 3lun-;puA;;'-'li A jO.pI·~ •
~. ~edcitml'l.:~il t"j,,! i_ ,-----_!
, ~1.h"'\If.)L1l:lor' ~t:lt.ig(i~,~lJo Japit.------_. r- Ii i 0 ;oY:;Ii', ~t_;O~~!~~~~~J I .. _ .••.. ,,_.1 l~ ;