Jembatan Komposit dan Penghubung Geser (Composite Bridge and Shear Connector)

Transkripsi

1 Jembatan Komposit dan Penghubung Geser (Composite Bridge and Shear Connector) Dr. AZ Department of Civil Engineering Brawijaya University Pendahuluan JEMBATAN GELAGAR BAJA BIASA Untuk bentang sampai dengan 25 m. Konstruksi pemikul utama berupa balok memanjang yang dipasang sejarak 45 cm 100 cm. Lantai kendaraan berada di atas. Pelat lantai kendaraan bisa terbuat dari : Kayu ditutup aspal Baja + beton ditutup aspal 1

2 Gelagar melintang sebagai pembagi beban. Ikatan angin dan ikatan rem berada di bawah lantai kendaraan (tidak ada ikatan angin atas). Bangunan bawah yang terdiri dari kepala jembatan (Abutment) dan pilar (Pier). Abutment dan Pier dapat berfungsi sebagai pondasi bila tanahnya cukup baik dan bisa direncanakan sebagai pondasi langsung. JEMBATAN GELAGAR BAJA KOMPOSIT Untuk bentang sampai dengan 30 M. Komponennya sama dengan jembatan gelagar baja biasa. Lantai kendaraan dari beton bertulang yang menyatu dengan gelagar memanjang dan disatukan dengan penghubung geser (Shear Connector). Tidak memerlukan ikatan rem. Hanya ada ikatan angin bawah. 2

3 Bila lantai kendaraan terbuat dari beton bertulang, maka ikatan angun hanya diperlukan pada saat konstruksi, namun sering kali di lapangan dipasang secara permanen. Bila lantai kendaraan terbuat dari kayu, maka ikatan angin dan ikatan rem mutlak diperlukan. Gambar 1. Tampak Melintang Jembatan 3

4 Gambar 2. Tampak Atas Jembatan Gambar 3. Ikatan Rem (bisa dipasang disalah satu ujung, di kedua ujung atau di tengah) 4

5 KEUNTUNGAN KOMPOSIT Dapat mengurangi berat baja Dapat mengurangi tinggi profil Kekakuan lantai lebih besar Untuk profil yang telah ditetapkan dapat mencapai bentang yang lebih besar Kemampuan menerima beban lebih besar KELEMAHAN KOMPOSIT Kekakuan tidak konstan, untuk daerah momen negatif, pelat beton tidak dianggap bekerja Pada jangka panjang, terjadi defleksi yang cukup besar 5

6 Analisis Balok Komposit Komposit struktur lantai komposit dapat di asumsikan sebagai deretan balok T, dengan gaya tarik ditahan oleh kayu, gaya tekan ditahan oleh pelat beton dan gaya geser pada bidang kontak kayu-beton ditahan oleh sejumlah penghubung geser (yang dimensi, jenis dan jumlahnya ditentukan sesuai dengan nilai gaya geser yang bekerja pada bidang kontak). Akibat adanya pembebanan tetap yang dialami balok komposit, maka balok akan menahan lentur yang disebabkan momen lentur. Lentur balok merupakan akibat dari adanya regangan yang timbul akibat beban luar. Analisis Balok Komposit (lanjut) Apabila pembebanan bertambah, maka balok terjadi deformasi dan regangan tambahan yang dapat mengakibatkan timbulnya retak lentur di sepanjang bentang balok. Dalam hal ini termasuk kekuatan plat beton dan kapasitas interaksi alat penghubung geser yang menghubungkan kayu dengan plat beton. Komponen struktur lantai komposit Kayu-Beton diperhitungkan sebagai lantai satu arah. 6

7 Analisis Balok Komposit (lanjut) Penampang komposit beton kayu seperti pada Gambar 4, dengan be : lebar efektif, h : tinggi total penampang, t : tebal beton, hw : tinggi kayu dan bw : lebar kayu. Gambar 4. Penampang komposit beton kayu Analisis Balok Komposit (lanjut) Lebar Efektif (b eff ) Berdasarkan SNI ; Pembatasan lebar sayap efektif untuk balok T dan diambil nilai terkecil dari : a. ⅛ dari bentang balok (jarak antara tumpuan) b. ½ dari jarak bersih antara sumbu balok-balok yang bersebelahan c. Jarak dari sumbu balok ke tepi plat syarat c hanya untuk balok tepi, maka tidak dipakai 7

8 Analisis Balok Komposit (lanjut) Rasio Modular (n) Rasio modular (n) adalah nilai rasio antara modulus elastisitas kayu dengan modulus elastisitas beton. Menghitung lebar eqivalen dengan cara membagikan lebar efektif dengan menggunakan rasio modular (n), sehingga : dengan Ec modulus elastisitas beton dan Ew modulus elastisitas kayu. Analisis Balok Komposit (lanjut) Lebar Eqivalen (b eq ) Lebar eqivalen (beq) dari bahan beton menjadi bahan kayu, didapat dengan membagikan lebar efektifnya dengan persamaan sebelumnya,sehingga : bahan dianggap homogen sehingga dapat langsung dihitung statis momen/garis netral dan inersia tampang. 8

9 Analisis Balok Komposit (lanjut) Garis Netral Tampang Balok Garis netral tampang balok dapat dicari dengan cara menghitung statis momen tampang (lihat Gambar 5) Gambar 5. Garis netral tampang Analisis Balok Komposit (lanjut) Diagram Tegangan Gambar 6. Contoh hasil analisis 9

10 Penghubung Geser Gambar 7. Detail Shear Connector Penghubung Geser (lanjut) Penghubung geser adalah alat sambung mekanik yang berfungsi memikul beban geser yang timbul pada bidang kontak kedua material tersebut, sehingga pada keadaan komposit kedua material bekerja sama sebagai satu kesatuan. Alat penghubung geser ada bermacam-macam diantaranya terdiri dari paku, baut dan pasak. Dalam hal kekuatan sambungan tidak dibedakan apakah itu sambungan desak atau sambungan tarik, yang menetukan kekuatan sambungan bukan kekuatan tarik dan geser melainkan kuat desak pada lubang serta kekuatan alat penghubung geser tersebut. 10

11 Penghubung Geser (lanjut) Biasanya dalam analisis tegangan tegangan dalam arah sambungan maupun pada penampang penghubung geser dianggap rata. Pada dasarnya alat penghubung geser ditempatkan menurut gaya geser yang bekerja, dengan demikian pada daerah yang gesernya besar akan memiliki alat penghubung geser yang lebih banyak dibandingkan daerah lainnya. Penghubung Geser (lanjut) Gambar 8. (a) Pembebanan struktur. (b) Diagram gaya lintang balok. 11

12 Penghubung Geser (lanjut) Gambar 8(b) memperlihatkan diagram gaya lintang (SFD) balok yang dibebani dengan beban-beban terpusat seperti terlihat pada Gambar 8(a). Tegangan geser yang terjadi pada balok lentur komposit, dihitung dengan : dengan D, S, I dan bw berturut-turut menyatakan gaya lintang balok, statis momen yang ditinjau, momen inersia dan lebar balok. Penghubung Geser (lanjut) Gambar 9. (a) Distribusi tegangan geser balok untuk ½ bentang. (b) Nilai gaya geser pada zone 1 dan zone 2. 12

13 Penghubung Geser (lanjut) Distribusi tegangan geser balok yang memikul beban seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8(a), disajikan untuk ½ bentang pada Gambar 9(a). Gaya geser tiap zone (V), merupakan volume tiap zone seperti ditunjukkan pada Gambar 9(b), sehingga : dengan Li adalah panjang zone 1, τi adalah tegangan geser zone 1 dan bw adalah lebar badan balok. Penghubung Geser (lanjut) Dari Gambar 9 tampak bahwa besar tegangan geser ataupun gaya geser nilainya sama sepanjang L1 dan L2. Apabila jumlah beban terpusat semakin bertambah sepanjang bentang, maka nilai tegangan geser ataupun gaya geser mengarah kebentuk garis lurus sepanjang bentang. Dari tumpuan ke arah pertengahan bentang, tegangan dan gaya geser nilainya semakin kecil, sehingga jumlah penghubung geser yang dibutuhkan juga semakin kecil. 13

14 Latihan Sebuah jembatan komposit dengan perletakan sederhana, mutu beton K 300 dengan berat jenisnya = 2400 kg/m 3, panjang bentang, L = 1X m (X diisi dengan nomor Kelompok). Tebal lantai beton, h = 20 cm, jarak antar gelagar (as ke as), S = 1,X0 m. Gelagar menggunakan baja profil WF dengan berat 150 kg/m, dengan mutu BJ 37. Pertanyaan : 1. Hitunglah tegangan yang terjadi pada penampang komposit akibat berat sendiri! 2. Dan rencanakan penghubung geser (shear connector) yang diperlukan! (Data yang kurang bisa diasumsikan sendiri) Thanks for Your Attention and See You Next Week! 14