INFO TEKNIK Volume 1 No. 1, Desember 2000 (6-12) Pengaruh Tegangan Sisa Akibat Fabrikasi Terhadap Balok Baja Dengan Profil I

Transkripsi

1 INFO TEKNIK Volume 1 No. 1, Desember 2000 ( - 12) Pengaruh Tegangan Sisa Akibat Fabrikasi Terhadap Balok Baja Dengan Profil I Ida Barkiah 1 Abstrak Suatu struktur ang terdiri dari balok ang menggunakan profil baja, pada saat pembebanan dikerjakan, sebelum mencapai momen leleh pada bagian teentu dari profil baja tersebut sudah mengalami leleh terlebih dahulu atau ang dinamakan daerah inelastis. Hal ini dimungkinkan karena profil baja sebelum beban dikerjakan sudah terdapat tegangan sebagai sisa dari proses fabrikasi ang menggunakan sistem hot rolled. Analisis dilakukan dengan memperhitungkan perilaku elastoplastis penampang ang dilakukan dengan memodelkan proses palstifikasi ang terjadi pada penampang akibat lentur dan adana tegangan sisa tersebut. Kewords - tegangan sisa, profil I, elastoplastis. Latar Belakang PENDAHULUAN 1 Suatu struktur terdiri dari beberapa elemen ang membentukna, aitu antara lain balok dan kolom. Beban ang bekerja pada balok menghasilkan momen dan geser sehingga beban ang bekerja pada struktur menebabkan struktur berdeformasi. Deformasi akan bersifat elastis jika tegangan ang bekerja masih dalam batas elastis. Setelah batas elastis material terlewati maka akan menebabkan struktur mengalami deformasi plastis ( inelastis deformation) dan kelelehan akan mulai terbentuk pada sebagian penampang. Penambahan beban akan menebabkan membesarna kelelehan ang terjadi. Selain penambahan beban, untuk balok dengan saap lebar sepei balok dengan profil I, tegangan sisa sangat berpengaruh terhadap terjadina kelelehan karena dengan tebal ang berbeda antara bagian saap (flens) dan badan (web) maka terjadi perbedaan tegangan sepanjang penampang. Tegangan sisa di sebabkan oleh beberpa faktor antara lain karena proses fabrikasi baja tersebut. Didalam beberapa kasus tegangan sisa ini berpengaruh besar terhadap terjadina kelelehan, karena tegangan ang disebabkan oleh beban luar belum mencapai tegangan 1 Staf pengajar Fakultas Teknik Unlam Banjarmasin leleh ang diijinkan tetapi karena dikombinasi dengan tegangan sisa menebabkan kelelehan dini ang terjadi di sebagian penampang. Keadaan dimana sebagian penampang telah mengalami leleh sementara bagian lainna masih elastis disebut elastoplastis. Pada akhirna penambahan beban menebabkan seluruh penampang menjadi leleh dan full plastic. Penampang akan berperilaku elastios linear sampai mencapai batas elastisna dan akan bersifat elastoplastis setelah sebagian penampang mengalalmi leleh dan bersifat full plastic apabila seluruh penampang mengalami leleh. Keadaan leleh pada penampang tergantung dari kondisi gaa dalam ang bekerja. Momen lentur ang terjadi akibat beban veikal ang menghasilkan momen lentur akan menebabkan leleh terjadi pada sea atas dan bawah penampang. Selain akibat pembebenan ang terjadi pada balok maka kombinasi antara tegangan normal akibat momen lentur dengan tegangan sisa dapat mempeepat ataupun memperlambat leleh ang terjadi tergantung dari arah tegangan ang terdapat pada penampang tersebut. Maksud dan Tujuan Tulisan ang dilakukan ini beujuan untuk mendapatkan seberapa besar pengaruh tegangan sisa terhadap kelelehan ang terjadi pada balok baja dengan profil I

2 Ida Barkiah, Pengaruh Tegangan Sisa Akibat Fabrikasi 7 Tinjauan Pustaka Di dalam balok ang terbuat dari baja, sepei ang telah dikemuakan dalam bab terdahulu bahwa tegangan sisa sangat berpengaruh terhadap proses kelelehan ang terjadi dimana tegangan ang terjadi akibat dari pembebanan ang digabungkan dengan tegangan sisa dapat mempeepat atau memperlambat terjadina kelelehan ang tergantung dari arah dimana tegangantegangan tersebut bekerja sehingga tegangan leleh ang terjadi adalah M M atau 1...(1) S M leleh Untuk perencanaan balok dalam keadaan inelastis terdapat 2 (dua) metode, aitu : - Perencanaan berdasarkan tegangan ang diijinkan, dimana balok akan lebih effisien jika momen maksimum dikalikan dengan faktor beban nilaina mendekati nilai momen leleh (M ) - Perencanaan berdasarkan keadaan plastis, dimana momen maksimum sama dengan momen plastis Di dalam perencanaan balok inelastis terjadi kecil sehingga ketidaksempurnaan bentuk balok dapat diabaikan. Untuk menggambarkan kondisi inelastis tersebut dapat dilihat pada balok persegi empat ang terbuat dari material ang mempunai bagian elastis, palstis dan strain hardening sepei pada gambar 1. Jika penampang mendapat beban momen M maka kemungkinan distribusi teganganna adalah elastis penuh (gambar 1.a), sebagian elastis dan sebagaian plastis/ elastoplastis (gambar 1.b) atau elastis, plastis dan strain hardening ( gambar 1.c) Asumsi ang digunakan adalah : - Bidang datar akan tetap datar sebelum dan sesudah terjadina momen. - Defleksi ang terjadi dianggap kecil Momen luar ang bekerja harus dapat ditahan oleh momen dalam ang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : da, sehingga dalam batas elastis : bd M...(2) Dari diagram tegangan regangan pada gambar 1.a dapat dilihat bahwa : Tan E...(3) d / 2 dimana adalah kurvature. Momen luar ang bekerja harus dapat ditahan oleh momen dalam : M = da, sehingga dalam batas elastis : bd M...(4)

3 8 INFO TEKNIK, Volume 1 No.1, Desember 2000 Gambar 1. Distribusi tegangan pada penampang a. Elastis b. Elastoplastis c. Strain-hardened Dari diagram tegangan-tegangan dapat dilihat bahwa : tan E E...(5) d / 2 dimana adalah kurvature. Dari berbagai persamaan diatas dapat dihitung kurvatur pada saat mulai terjadi leleh aitu : 2 de...() / sehingga didapatkan hubungan antara momen dan kurvature dalam batas elastis : M/M = / (0 </ <1)... (7) M = bd 2 /4 Momen luar ang bekerja harus dapat ditahan oleh momen dalam : M = da dalam batas elastis : M = bd...(8) Dari diagram tegangan tegangan dapat dilihat bahwa : tane E...(9) d / 2 dimana adalah kurvature. Dari berbagai persamaan diatas dapat dihitung kurvatur pada saat mulai terjadi leleh aitu : 2 de... (10) / Sehingga didapatkan hubungan antara momen dan kurvature dalam batas elastis : M/M = / (0 < / <1)... (11) M = bd 2 / 4 METODOLOGI Metodologi ang digunakan untuk penulisan ini adalah : - studi pustaka, untuk mendapatkan datadata sea informasi ang diperlukan sehubungan dengan permasalahan ini - memodelkan perilaku elastoplastis penampang akibat dari tegangan ang terjadi akibat beban luar ang digabungkan dengan tegangan sisa akibat proses fabrikasi. DATA DAN HASIL ANALISIS Distribusi dan arah tegangan sisa dipengaruhi oleh beberapa faktor sepei untuk profil baja dengan bentuk I atau ang biasa disebut dengan profil saap lebar ang dilambangkan dengan WF ( Wide Flange

4 Ida Barkiah, Pengaruh Tegangan Sisa Akibat Fabrikasi 9 Shape) dimana akibat perbedaan tebal antara bagian flens degna web sehingga setelah pengerjaan panas atau pengelasan dalam proses pembuatanna, bagian ujung flens mengalami pendinginan lebih cepat dari pada bgian flens tengah maupun bagian web. Akibat hal tersebut maka bagian ujung flens mengalami tegangan sisa tekan sedangkan bagian tengah flens dan web mengalmi tegangan sisa tarik. tekan dengan tegangan sisa tarik, aitu pada persamaan 12. Dari persamaan 12 diatas diperoleh nilai perbandingan antara dengan aitu : bt bt d t w ( 2 ) sedangkan... (13) diambil sebesar 0,3 A T da0 n ( d 2t) w 4t 2 b b tt b t 2 2 b b..(12) Dari gambar 2 dapat dilihat distribusi tegangan sisa untuk penampang dengan saap lebar ang telah diidealisasi. Untuk bagian web terdapat tegangan sisa tarik ang konstan sedangkan pada bagian flens diasumsikan linear dari tegangan sisa tarik pada bagian tengah flens sampai dengan tegangan sisa M M M 1 S tekan pada kedua ujung flens baik untuk flens atas maupun flens bawah. Dengan menggunakan persamaan keseimbangan akan diketahui perbandingan antara tegangan sisa Tegangan ang terjadi dalam balok dari profil baja akibat pembebanan ang disuperposisikan dengan tegangan sisa dapat memperlambat ataupun mempeepat awal kelelehan tergantung dari arah tegangan ang bekerja pada penampang tersebut, misalkan untuk tegangan normal akbiat momen lentur :,,. (14) S M leleh dimana : = tegangan normal dalam arah - = tegangan leleh

5 10 INFO TEKNIK, Volume 1 No.1, Desember 2000 Gambar 3. a. Distribusi tegangan akibat beban luar b. Distribusi tegangan sisa di flens atas c. Superposisi tegangan akibat beban luar dengan tegangan sisa M adalah momen leleh maka leleh akan terjadi ketika momen lentur ang terjadi akibat momen luar M = 0,7 M. Di dalam memperkirakan respon inelastis lebih kompleks daripada struktur masih dalam keadaan elastis. Dari beberapa hasil ang didapatkan secara teoritis dan eperimental ang telah dilakukan maka dalam memperkirakan kekakuan balok dalam keadaan inelastis dengan menggunakan banak asumsi ang terdapat dalam teori elastisitas terutama dengan menggunakan asumsi deformasi ang terjadi adalah kecil, sehingga dapat diabaikan ketidaksempurnaan balok ang mengakibatkan terjadina kelengkungan maupun eksentrisitas awal. Analisis perhitungan untuk balok dengan menggunakan balok saap lebar dengan memperhitungkan tegangan ang terjadi akibat momen lentur dengan tegangan sisa adalah sebagai berikut : 1. Bagian flens atas Dari diagram tegangan pada gambar 3 dibawah ini dapat dilihat bahwa tegangan maksimum akibat superposisi dari tegangan akibat momen lentur (gambar 3.a) dengan tegangan sisa (gambar 3.b) terjadi pada kedua ujung flens dimana pada bagian tersebut terdapat tegangan tekan maksimum sehingga leleh akan mulai pada kedua ujung flens ang kemudian akan bergerak ke bagian tengah. Gambar 4. a. Distribusi tegangan akibat beban luar b. Distribusi tegangan sisa di flens bawah c. Superposisi tegangan akibat beban luar dengan tegangan sisa

6 Ida Barkiah, Pengaruh Tegangan Sisa Akibat Fabrikasi 11 Dari gambar 3 dapat diketahui bahwa : ' Y sehingga besarna leleh pada bagian flens atas dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan segitga pada diagram tegangan diatas, aitu : b b 2( n ) 2 b...(15) 2. Bagian flens bawah Distribusi tegangan pada bagian flens bawah hampir sama dengan ang terjadi pada flens atas tetapi tegangan lentur ang terjadi adalah tegangan taik sehingga tegangan maksimum akibat superposisi dengan tegangan sisa dimulai apda bagian tengah flens sepei ang dilihat pada gambar 4. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa : b b ' b...(1) 3. Bagian bawah web Distribusi tegangan ang terjadi pada bagian web diaman pada bagian bawah web tegangan ang terjadi akibat lentur dan tegangan sisa adalah sama aitu tegangan tarik, sehingga tegangan maksimum mulai terjadi pada bagian bawah web ini. Dari gambar 5 di bawah ini dapat dilihat bahwa perbandingan tegangan ang terjadi di bagian web adalah sebagai berikut : Sehingga besarna leleh pada bagian web ang dilambangkan dengan notasi dapat ditentukan aitu dengan menggunakan persamaan segitiga pada diagram tegangan tersebut sehingga dihasilkan d 2t d 2t ' d (17) 2 2r Kondisi penampang seluruhna setelah sebagian penampang mengalami leleh dapat dilihat pada gambar. Gambar 5. a. Distribusi tegangan akibat beban luar b. Distribusi tegangan sisa di web c. Superposisi tegangan akibat beban luar dengan tegangan sisa

7 12 INFO TEKNIK, Volume 1 No.1, Desember 2000 Gambar. Leleh ang terjadi pada sebagian penampang KESIMPULAN Dalam tulisan ini telah dibahas hasil penelitian ang menganalisis pengaruh tegangan sisa terhadap penampang baja dengan bentuk saap lebar (WF shape). Akibat adana tegangan sisa ang terjadi karena proses fabrikasi pada pembuatan penampang baja tersebut mengakibatkan kekakuan penampang berkurang sehinga terjadi kondisi elastoplastis pada penampang tersebut. Dimana sebagian penampang telah mengalami leleh sebelum beban luar ang dikenakan pada penampang tersebut mencapai momen leleh atau dengan kata lain dapat dikatakan bahwa tegangan ang terjadi belum mencapai tegangan leleh. Oleh karena itu maka dalam perencanaan balok ang terbuat dari penampang baja, harus diperhitungkan pengaruh tegangan sisa tersebut. Ucapan terima kasih Penulis menampaikan ucapan terima kasih ang sangat dalam kepada Dr. Ir Adang Surahman Dosen Fakultas Teknik Jurusan Sipil ITB atas bimbingan dan petunjukna dalam melaksanakan penelitian ini dan juga kepada Ir. Zain hernad A dekan fakultas teknik unlam atas bantuan dan doronganna sehingga hasil penelitian ini dapat dijadikan sebuah tulisan ilmiah. Daftar Pustaka Bleich, F., 1952, Buckling Of Strength Of Metal Structures, Mc Graw-Hill Nework. Beedle, LS, 1958, Plastic Design Of Stell Frames, John Wle & Sons, Inc. Wang, C.M. Wang,L., And Ang, K.K, 1994, Beam Buckling Analsis Via Automated RRM, Journal Of Structural Engineering, Asce, Vol.120, No.1. Galambos, T.V., 198, Structural Members And Frames, Prentice Hall, Inc. Galambos, TV.,199, Guide To Stabilit Design Criteria For Metal Structures, 4 th John Wile & Sons, Inc. Galord, Jr., C.N., And Stallmeer, Je., 1992, Steel Structures, 3 rd Ed., Mc Graw- Hill, Inc.