BAUT & BAUT MUTU TINGGI. Oleh: Ima Muljati, S.T., M.T., M.Eng.

Transkripsi

1 BAUT & BAUT MUTU TINGGI Oleh: Ima Muljati, S.T., M.T., M.Eng. 1

2 KLASIFIKASI SAMBUNGAN ps Sambungan Kaku * Dapat memikul Momen dan Geser * Deformasi sambungan tidak mempengaruhi distribusi beban dan deformasi struktur secara keseluruhan. Sambungan Semi-Kaku * Perlu analisis mekanis terhadap: kekakuan, distribusi beban dan deformasinya berdasarkan eksperimental (percobaan). Sambungan Sendi * Sambungan dapat berdeformasi (translasi dan rotasi) secukupnya. * Sambungan tidak menimbulkan momen pada elemen yang disambungnya. 2

3 KOMPONEN SAMBUNGAN ps Alat Penyambung, dapat berupa: * Baut * Baut Mutu Tinggi (High Strength Bolt HSB) * Las Pelat Penyambung, berupa: * Pelat penyambung (Connector plate) * Pelat pengisi (Filler plate) * Pelat pendukung (Supporting plate) * Pelat buhul/simpul (Gusset plate) 3

4 KONSEP DASAR PERENCANAAN SAMBUNGAN Sambungan harus memenuhi syarat-syarat sbb: Equilibrium antara gaya dalam dan beban/gaya luar yang bekerja pada sambungan. Deformasi pada sambungan masih berada dalam batas kemampuan deformasi sambungan. Sambungan dan komponen pendukung lainnya harus mampu menahan beban yang dipikulnya. Komponen sambungan lainnya (pelat simpul, pelat penyambung dll) tidak termasuk alat penyambung, harus dievaluasi kapasitasnya berdasarkan syarat-syarat yang telah ditentukan dalam pasal 8, 9, 10 and 11 SNI. (ps ) 4

5 BAUT Pemakaiannya mudah dan cepat Tidak sesuai untuk beban berulang Jenis: * Baut # dipasang secara manual, # untuk sambungan geser dan tumpu * Baut Mutu Tinggi (High Strength Bolt) # dipasang dengan alat khusus, # memiliki efek pengekangan (clamping force), # untuk sambungan kaku tanpa adanya slip. 5

6 Tumpu Tumpu Gaya-gaya pada baut (a) Sambungan Geser & Tumpu Geser Tumpu Geser Gaya-gaya pada pelat Tumpu Friksi Friksi Tumpu Friksi Tumpu (b) Sambungan Friksi tanpa slip pada Baut Mutu Tinggi Gaya-gaya pada baut Tumpu Tumpu Tarik (c) Sambungan Tarik 6

7 SAMBUNGAN TAMPANG SATU P e 1 bidang geser P t p t p Eksentrisitas e akan menghasilkan momen sekunder sebesar P.e P P Momen sekunder akan menyebabkan pelat tertekuk. SAMBUNGAN TAMPANG DUA ½P ½P e e t p t p t p Ada 2 bidang geser P 7

8 KUAT NOMINAL BAUT Kapasitas Geser - SNI Satu Bidang Geser Dua Bidang Geser P t p t p P ½P ½P t p t p t p P d b d b φ V n = φ f. r 1. f b u. A b Dimana : V n = kapasitas geser satu baut pada satu bidang geser φ f = faktor reduksi kekuatan untuk fraktur = 0.75 r 1 = 0.5 untuk baut tanpa ulir pada bidang gesernya r 1 = 0.4 untuk baut dengan ulir pada bidang gesernya f b u = tegangan tarik putus baut = luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir A b 8

9 Kapasitas Tarik SNI P P b φ T n = φ f f u. A b Dimana : φ f = 0.75 = faktor reduksi kekuatan untuk fraktur b f u = tegangan tarik putus baut A b = luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir 9

10 Kapasitas Kombinasi Geser dan Tarik SNI T u V u f = V u b uv n A r 1 φ f f u m b T u T d = φ f T n = φ f f t A b T u n f t f 1 - r 2 f uv f 2 Dimana :φ f = 0.75 = faktor reduksi kekuatan untuk fraktur n = jumlah baut terpasang m = jumlang bidang geser sambungan Untuk baut mutu tinggi : f 1 = 807 MPa, f 2 = 621 MPa r 2 = 1.9 untuk baut dengan ulir pada bidang geser r 2 = 1.5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser Untuk baut biasa : f 1 = 410 MPa, f 2 = 310 MPa r 2 =

11 Kapasitas Tumpu SNI t p d t p P > 3d t p t p >1.5 d P d >1.5 d d φ f R n = 2.4 φ f. d. t p. f u Where : φ f d t p f u = 0.75 = faktor reduksi kekuatan untuk fraktur = diameter baut nominal pada daerah tak berulir = tebal pelat minimum = tegangan tarik putus yang terendah dari baut atau pelat 11

12 BAUT MUTU TINGGI PADA SAMBUNGAN FRIKSI HSB dikencangkan dengan tegangan tarik tertentu untuk menghasilkan clamping force pada sambungan (T b ). Gaya-gaya pada pelat Tumpu Friksi Tumpu Tumpu Tumpu Friksi Gaya-gaya pada baut Table Gaya Tarik Minimum pada HSB Diameter baut (mm) Gaya Tarik Minimum (KN) clamping force 12

13 Kapasitas HSB pada Sambungan Friksi - SNI φ V n = 1.13 φ. µ. m. T b Dimana : φ = faktor reduksi = 1.0 untuk lubang standar = 0.85 untuk lubang slot pendek dan lubang besar µ = koefisien friksi (tegantung permukaan pelat) = 0.35 untuk bidang kontak yang bersih m = jumlah bidang geser T b = gaya tarik minimum baut sesuai yang disyaratkan dalam SNI Kapasitas HSB pada Sambungan Friksi yang memikul Kombinasi Geser & Tarik - SNI φ V n = 1.13 φ. µ. m. T b 1 - T u 1.13 T b Dimana : T u = gaya tarik ultimit pada HSB Notasi lainnya sama seperti yang telah dituliskan di atas. 13

14 KELOMPOK BAUT SNI Maksimum 5 baut dalam satu garis gaya P P Jika double kanal memerlukan lebih dari 5 baut dalam satu garis kerja gayanya, maka ke-12 baut dapat disusun secara terpisah menggunakan 4 profil siku sbb: N u 14

15 Jarak baut pada garis kerja gaya: N u s 1 s s s s 1 s 1 u u u s 1 N u s s u u Jarak minimum : s min = 3d b (SNI ) Jarak maksimum : s max = 15 t p or 200 mm (SNI ) Jarak tepi minimum : s 1 min = 1.75 d b untuk tepi yang dipotong manual (SNI ) = 1.50 d b untuk tepi yang dipotong mesin = 1.25 d b untuk tepi yang tidak dipotong Jarak tepi maksimum : (SNI ) s 1 max = 12 t p dari pelat tertipis atau 150 mm Note : d b = diameter baut ; t p = ketebalan pelat 15

16 KELOMPOK BAUT DALAM TARIK e = e 2 - e 1 S S e1 2 1 e e 2 e = 0 Garis gaya untuk batang S 1 S 1 S 2 Garis gaya untuk batang S 2 Garis gaya untuk batang S 1 dan S 2 saling berimpit Pelat simpul e = 0 S 1 S 2 Pelat pengisi ; tebalnya = e = e 2 - e 1 Pelat penyambung bawah 16

17 DISTRIBUSI GAYA Pelat simpul S 1 ½S 1 S 2 - ½S 1 e 1 S 2 M = ½S 1.e 1 ½S 1 ½S Pelat pengisi 1 M = (½S 1 ).e 2 e 2 Pelat penyambung bawah Dengan adanya pelat penyambung bawah; gaya yang dipikul pelat simpul menjadi lebih kecil. Bagian kiri : Pelat simpul memikul ½S 1 Pelat penyambung bawah memikul ½S 1 Bagian kanan : Pelat simpul memikul S 2 - ½S 1 Pelat penyambung bawah memikul ½S 1 Note : Beban didistribusikan pada kedua profil siku secara proporsional berdasarkan luas masing-masing profil siku. 17

18 Pelat simpul S 1 ½S 1 e 1 S 2 - ½S 1 S 2 e 2 M = ½S 1.e 1 ½S 1 ½S 1 M = (½S 1 ).e 2 V a V V a V 2 Sambungan antara dobel siku dan pelat penyambung bawah Bagian kiri : Akibat M = ½S 1.e 1 terjadi gaya aksial V 1 pada baut. M ½S M = V 1. a ; V 1 = = 1. e 1 a a Bagian kanan : Akibat M = ½S 1.e 2 terjadi gaya aksial V 2 pada baut. M ½S M = V 2. a ; V 2 = = 1. e 2 a a 18

19 Kombinasi Geser & Tarik pada Baut di Kaki Horisontal Profil Siku Di samping gaya aksial V, baut juga mentransfer gaya geser sebesar ½S 1. Gaya geser ½S 1 akan menghasilkan tegangan geser Gaya aksial V 1 atau V 2 akan menghasilkan tegangan normal Kombinasi tegangan geser dan normal pada baut lihat SNI PELAT PENGISI SNI Untuk pelat pengisi dengan ketebalan antara 6 mm sampai 20 mm, kapasitas geser nominal dari satu baut yang ditentukan berdasarkan pasal harus direduksi sebesar 15%. Untuk sambungan yang menggunakan lebih dari satu pelat pengisi, reduksi dihitung berdasarkan ukuran pelat yang paling tebal pada bidang geser baut. 19

20 Contoh e 1 e e 1 = 25.4 mm e 1 e 2 -e e X 40 mm 9 X 40 mm e 2 - e 1 = 5.3 mm < 6 mm e 2 e e 2 = 30.7 mm Baut Ø 20 mm ; Baja mutu BJ 37 Beban mati P 1 = 260 kn dan P 2 = 400 kn Ditanya : a. Hitung kapasitas dan ! b. Periksa kecukupan baut Ø 20 mm yang dipakai! c. Periksa kapasitas pelat penyambung bawah! 20

21 Jawaban : Beban ultimit yang dipikul setiap batang P 1u = = 364 kn P 2u = = 560 kn a. Pemeriksaan profil Dilihat ½ penampang dan beban ½ P 1u = 182 kn I II = e. e = = = I II Jalur I - I : A n = = = 1341 mm 2 40 Jalur II - II: A n = = 1229 mm A n = 1229 mm 2 (untuk ½ bagian) 21

22 Perhitungan faktor U : U = 1 - (x / L ) = 1 - ( 25.4 / 280 ) = Kondisi Leleh : φ N n = φ. A g. f y = = kn > ½ P 1u (OK) Kondisi Fraktur : φ N n = φ. A n. U. f u = = kn > ½ P 1u (OK) 22

23 Keruntuhan Blok Geser : Kombinasi Geser dan Tarik L v A gs = = 2520 mm 2 A ns = ( ) = 1728 mm 2 A gt = ( ). 9 + ( ) / ( ) = 1046 mm 2 A nt = ( ) = 650 mm 2 23

24 Untuk leleh geser fraktur tarik: φ N n = 0.75 [ 0.6 f y A gs + f u A nt ] = 0.75 [ 0.6 x 240 x x 650 ] = kn > ½ P 1u (OK) Untuk leleh tarik fraktur geser: φ N n = 0.75 [ 0.6 f u A ns + f y A gt ] = 0.75 [ 0.6 x 370 x x 1046 ] = 476 kn > ½ P 1u (OK) Dari ke-4 nilaiφn n di atas, terlihat bahwa kapasitas yang ada lebih besar daripada beban ultimit ½ P 1u ; berarti profil dobel siku mampu memikul beban yang terjadi. 24

25 Pemeriksaan profil Diambil ½ penampang yang memikul beban ½ P 2u = 280 kn II I = 105. e. e = = = II I Jalur I - I : A n = = = 1880 mm x 10 Jalur II - II : A n = x 51.4 = 1738 mm 2 A n = 1738 mm2 (untuk ½ bagian) 25

26 Perhitungan faktor U : U = 1 - (x / L ) = 1 - ( 30.7 / 360 ) = Kondisi Leleh : φ N n = φ. A g. f y = = kn > ½ P 2u (OK) Kondisi Fraktur : φ N n = φ. A n. U. f u = = 434 kn > ½ P 2u (OK) Keruntuhan Blok Geser : A gs = L v2. t = = 3200 mm 2 A ns = ( ) = 2320 mm 2 A gt = ( ) ( ) / ( ) = 1229 mm 2 A nt = ( ) = 789 mm 2 10 L v2 26

27 Untuk leleh geser fraktur tarik: φ N n = 0.75 [ 0.6 f y A gs + f u A nt ] = 0.75 [ 0.6 x 240 x x 789 ] = kn > ½ P 2u (OK) Untuk leleh tarik fraktur geser: φ N n = 0.75 [ 0.6 f u A ns + f y A gt ] = 0.75 [ 0.6 x 370 x x 1229 ] = kn > ½ P 2u (OK) Dari ke-4 nilaiφn n di atas, terlihat bahwa kapasitasnya lebih besar daripada beban ultimit ½ P 2u ; berarti profil dobel siku mampu memikul beban yang terjadi. 27

28 b. Pemeriksaan baut Ø 20 mm pada δ = 10 mm M = 182 x e kn kn 182 kn 182 kn e 1 =25.4 e 2 -e 1 8 X 40 mm 9 X 40 mm e 2 =30.7 M = e 2 Tebal pelat pengisi = e 2 - e 1 = = 5.3 mm < 6 mm Kapasitas baut tidak perlu direduksi - lihat SNI

29 Baut pada kaki vertikal Sambungan geser + tumpu ; dengan 2 bidang geser Kapasitas 1 baut pada 1 bidang geser: b φ R n = φ f. r 1. f u. A b = ¼π20 2 = 39 kn Kapasitas 4 baut = 2 x 4 x 39 = 312 kn > 182 kn (OK) Kapasitas tumpu dari 1 baut : φ R n = 2.4. φ f. d. t p. f u = = kn > (182 : 4) kn (OK) Jumlah baut sudah cukup untuk memikul beban ultimit 182 kn. 29

30 Baut pada kaki horisontal Baut menerima kombinasi geser dan tarik 8 baut memikul beban geser 182 kn Gaya tarik akibat momen: M = 182. e 1 = = knm V 1 V 2 = 1 V V 1 M = V V = V 1 V 1 = kn = T u 1 Pemeriksaan tegagan akibat kombinasi geser dan tarik(sni ) V b u r 1. φ f. f u. m (13.2-4) n A b ¼π (Not OK) 30

31 T u φ f. f t. A b n ¼π (OK).(13.2-5) b. Pemeriksaan baut Ø 20 mm pada kaki δ = 10 mm M = 182 x e kn kn 182 kn 182 kn e 1 =25.4 e 2 -e 1 8 X 40 mm 9 X 40 mm e 2 =30.7 M = e 2 31

32 Baut pada kaki vertikal Sambungan geser + tumpu ; dengan 2 bidang geser Kapasitas 1 baut pada 1 bidang geser : b b φ R n = φ f. r 1. f u. A b = ¼π20 2 = 39 kn Kapasitas 5 baut = 2 x 5 x 39 = 390 kn > kn (OK) Kapasitas tumpu dari 1 baut : φ R n = 2.4. φ f. d. t p. f u = = kn > ( ) : 5 kn (OK) Jumlah baut sudah cukup untuk memikul beban ultimit kn. 32

33 Baut pada kaki horisontal Baut memikul kombinasi geser dan tarik 8 baut memikul gaya geser sebesar 182 kn (= V u ) Gaya tarik menghasilkan momen sebesar : M = 182. e 2 = = knm V M = V V = V V 2 = V 1 1 V 1 = kn = T u Pemeriksaan tegangan akibat kombinasi geser dan tarik (SNI ) V u n A b ¼π b r 1. φ f. f u. m (13.2-4) (OK) 33

34 T u φ f. f t. A b.(13.2-5) n ¼π (OK) 190 c. Pemeriksaan pelat penyambung bawah, pada penampang kritis Beban ultimit pelat sebesar ½ P 1u = 182 kn 40 x 20 = x = 2.5 mm B = x 2.5 = = 195 mm x Luas penampang netto pelat penyamb. bawah : ( ) - ( ) = 1812 mm B =

35 Kapasitas pelat penyambung bawah pada penampang kritis : Perhitungan faktor U : U = 1 - (x / L ) = 1 - ( 6 / 240 ) = Kondisi leleh : φ N n = φ. A g. f y = = kn > 364 kn (OK) Kondisi fraktur : φ N n = φ. A n. U. f u = = kn > 364 kn (OK) Keruntuhan Blok Geser : A gs = = 2800 mm 2 A ns = ( ) = 1744 mm 2 A gt = ( ). 12 = 1567 mm 2 A nt = ( ) = 1039 mm 2 35

36 Untuk leleh geser fraktur tarik: φ N n = 0.75 [ 0.6 f y A gs + f u A nt ] = 0.75 [ 0.6 x 240 x x 1039 ] = kn > P 1u (OK) Untuk leleh tarik fraktur geser: φ N n = 0.75 [ 0.6 f u A ns + f y A gt ] = 0.75 [ 0.6 x 370 x x 1567 ] = kn > P 1u (OK) Dari ke-4 nilaiφn n di atas, terlihat bahwa kapasitas yang ada telah lebih besar dari beban ultimit P 1u ; berarti pelat penyambung bawah sudah cukup kuat. 36

37 Oleh: Ima Muljati, S.T., M.T., M.Eng. 37

38 Sambungan Friksi tanpa Slip pada High Strength Bolt SNI Gaya slip pada setiap pelat ditahan, gaya geser terfaktor V u, pada bidang friksi harus memenuhi: Friksi Friksi Gaya-gaya pada pelat Tumpu Tumpu Friksi Tumpu V u φ V n 1.13 φµm T b Dimana : φ = faktor reduksi µ = koefisien friksi = 0.35 m = jumlah bidang friksi T b = gaya tarik minimum pada baut (tabel ) 38

39 Table Gaya tarik minimum pada baut Bolt diameter (mm) Minimum tension, T b (kn) Kombinasi Geser dan Tarik φv n = 1.13 φµm T b 1 - T u 1.13 T b 39

40 CONTOH H 15 cm Untuk memikul beban ultimit F u = 120 kn, digunakan empat HSB A 325 Ø 20. Periksalah kapasitas HSB! 200 H F u = 120 kn Jawab : F u. 15 cm = 20 cm. H = 20. H H = 90 kn 2 baut menerima H = 90 kn ; 1 baut menerima 90 : 2 = 45 kn Gaya tarik T u yang dipikul 1 baut = 45 kn Gaya geser V u yang dipikul 1 baut = 120 : 4 = 30 kn Kombinasi Geser + Tarik : φv n = 1.13 φµm T b 1 - T u 1.13 T b = = 41.6 kn > V u (OK) HSB kapasitasnya sudah cukup!! 40