BAB IV DIAGRAM GAYA GESER (SHEAR FORCE DIAGRAM SFD) DAN DIAGRAM MOMEN LENTUR (BENDING MOMENT DIAGRAM BMD)

Transkripsi

1 IV IGRM GY GESER (SHER FORE IGRM SF) N IGRM MOMEN LENTUR (ENING MOMENT IGRM M) alok adalah suatu bagian struktur yang dirancang untuk menumpu beban yang diterapkan pada beberapa titik di sepanjang struktur tersebut. alok diklasifikasikan menurut cara bagaimana mereka ditumpu. eberapa macam balok yang sering digunakan diperlihatkan dalam gambar 4.1 berikut ini. Jarak L di antara penumpu disebut bentangan. L L L alok tertumpu sederhana alok menjulur alok kantilever L L1 L2 L alok terpancang alok kontinyu alok terpancang tetap pada satu ujung dan tertumpu sederhana pada ujung lain Gambar 4.1. Jenis balok eban yang dapat dikerjakan pada suatu balok dibagi menjadi tiga jenis beban, yaitu : 1. eban terpusat (terkumpul) P 1, P 2,, dinyatakan dalam satuan Newton, Pound, atau kelipatan kilonewton dan kips (gambar 4.2.(a)). 2. eban terdistribusi merata (terbagi) w, dinyatakan dalam satuan N/m, kn/m, lb/ft, atau kips/ft (gambar 4.2.(b)). alam perhitungan, beban terdistribusi merata dapat disubstitusi oleh sebuah beban terpusat yang setara. 3. Kombinasi beban terpusat dan beban terdistribusi merata. 64

2 eban terpusat eban terdistribusi merata Gambar 4.2. Jenis beban alok biasanya panjang dan lurus. Perancangan suatu balok harus mempertimbangkan dua hal penting, yaitu : 1. Gaya geser (shear) dan momen lentur (bending) yang dihasilkan oleh beban yang bekerja. Setiap balok yang dikenai beban baik beban terpusat atau beban terdistribusi merata atau kombinasinya pasti akan selalu mengalami geseran akibat dari gaya geser (shear) dan mengalami lenturan akibat dari momen lentur (bending). Kedua gaya di atas yang akan dibahas pada bab ini. 2. Pemilihan bahan balon yang terbaik untuk mempertahankan gaya geser dan momen lentur hasil dari beban yang bekerja pada balok tersebut. agian ini termasuk pada mata kuliah mekanika bahan (material), tidak kita pelajari dalam mata kuliah ini. esain suatu struktur teknik memerlukan sebuah analisa terkait beban yang bekerja pada batang-batang penyusun struktur tersebut sehingga dapat dipastikan bahwa batang tersebut mampu menahan beban ini. Sebagai ilustrasi mengenai analisa gaya, kita tinjau batang tumpuan sederhana seperti gambar 4.3.(a) yang dikenai gaya-gaya F 1 dan F 2 serta gaya-gaya reaksi pada tumpuan X, Y, dan ditunjukkan gambar 4.3.(b). Jika kita ingin menentukan gaya dalam yang bekerja pada bagian maka pada bagian tersebut harus dipotong menjadi dua bagian ditunjukkan pada gambar 4.3.(c). Tinjau potongan bagian kiri, gayagaya yang timbul adalah gaya normal N dengan arah ke kanan, gaya geser V dengan arah ke bawah, dan momen putar M dengan arah berlawanan jarum jam. Pada potongan bagian kanan akan mengalami gaya-gaya dan momen putar yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan sesuai dengan Hukum III Newton. 65

3 Pin Roll Gambar 4.3. nalisa gaya pada tumpuan sederhana. iagram Momen Lentur dan Geser engan SF dan M kita dapat menentukan nilai gaya geser dan momen lentur pada tiap titik dari suatu balok. Hal penting yang harus diperhatikan adalah bila suatu balok hanya mengalami satu beban terpusat gaya geser bernilai konstan di antara beban dan momen lentur bervariasi linear di antara beban. i lain pihak, bila suatu balok mengalami beban terdistribusi, gaya geser dan momen lentur bervariasi berbeda sama sekali. 1. Perjanjian tanda Pada gambar 4.4(a) menunjukkan potongan bagian kiri dari sebuah batang. Gaya geser yang timbul bekerja ke arah bawah sedangkan momen putar bekerja berlawanan arah jarum jam. Sesuai Hukum III Newton, pada potongan bagian kanan batang tersebut juga akan timbul gaya geser dan momen putar yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Untuk memudahkan memahami kita sepakati bahwa gaya geser positif menyebabkan batang berputar searah jarum jam (gambar 4.4(c)) dan momen putar positif menyebabkan batang melengkung cekung (gambar 4.4(d)). 66

4 Gambar 4.4. Perjanjian tanda momen lentur dan geser 2. SF dan M Untuk Jenis antilever ontoh 1. Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping. 67

5 Jawab : SF : Ruas (0 X 4) V x = 100 N V (0) = 100 N V (4) = 100 N ontoh 2. M : Ruas (0 X 4) M x = - 100X M(0) = 0 Nm M(4) = Nm Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping. Jawab : SF : Ruas (0 X 4) : V X = 50X V(0) = 0 N V(4) = 200 N M : Ruas (0 X 4) : Mx = - 50X ½ X = - 25X 2 M(0) = 0 Nm M(4) = Nm 68

6 ontoh 3. Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping. Jawab : M : Ruas (0 X 2) : Mx = - 100X M(0) = 0 Nm M(2) = Nm Ruas (2 X 4) : Mx = - 100X 50(X 2) ½ (X 2) = - 25X M(2) = Nm M(4) = Nm SF : Ruas (0 X 2) : V X = 100 N V(0) = 100 N V(2) = 100 N Ruas (2 X 4) : V X = (X 2) = 50X V(2) = 100 N V(4) = 200 N 69

7 3. SF dan M Untuk Jenis alok Tumpuan Sederhana ontoh 4. 4 m 4 N Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping. 8 m Penyelesaian : 4 N Menghitung reaksi R dan R : M = 0 R R (4 x 4) (R x 8) = 0 R = 2 N R (+) 2 2 (-) SF R F Y = 0 R + R 4 = 0 R = 4-2 = 2 N (+) 8 M Menggambar SF : Tanpa perhitungan, kita bisa menggambar SF. Menggambar M : Ruas (0 X 4) M = R X = 2X M(0) = 0 M(4) = 8 Nm Ruas (4 X 8) M = 2X 4(X 4) = 2X 4X

8 = - 2X + 16 M(4) = 8 Nm M(8) = 0 Nm ontoh 5. 3 kn 6 kn.m 3 m 1,5 m 1,5 m Gambarkan SF dan M untuk balok tumpuan sederhana di samping ini. Penyelesaian : 3 kn 6 kn.m 3 m 1,5 m 1,5 m R R 0,5 (+) (-) 2,5 3,75 1,5 (+) (+) (-) 2,25 Menghitung reaksi tumpuan : M = 0 (3 x 3) + 6 (R x 6) = 0 R = 2,5 kn ( ) F Y = 0 R + R 3 = 0 R = 3 2,5 = 0,5 kn ( ) SF : isa langsung gambar M : Ruas (0 X 3) M X = R X = 0,5X M(0) = 0 M(3) = 1,5 kn.m Ruas (3 X 4,5) M X = 0,5X 3(X 3) 71

9 = 0,5X 3X + 9 = -2,5X + 9 M(3) = 1,5 kn.m M(4,5) = -2,25 kn.m Ruas (4,5 X 6) Pada titik terjadi lompatan momen karena pengaruh momen sebesar 6 kn.m sehingga M pada titik tidak kontinyu. M X = -2,5X = -2,5X + 15 M(4,5) = 3,75 kn.m M(6) = 0 ontoh kn 40 kn 2,5 m 3 m 2 m Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping. Penyelesaian : Menghitung reaksi R dan R : M = 0 (40 x 3) (20 x 2,5) - (R x 5) = 0 R = 14 kn F Y = 0 R + R = 0 R = = 46 N 72

10 20 kn R R 26 (+) 26 SF 20 (-) R 14 (-) R (-) 50 28(+) M Menggambar SF : Tanpa perhitungan, kita bisa menggambar SF. Menggambar M : Ruas (0 X 2,5) M = -20X M(0) = 0 Nm M(2,5) = - 50 Nm Ruas (2,5 X 5,5) M = - 20X + R (X 2,5) = - 20X + 46(X 2,5) = - 20X + 46X 115 = 26X 115 M(2,5) = - 50 Nm M(5,5) = 28 Nm Ruas (5,5 X 7,5) M = 26X (X 5,5) = 26X X = - 14X

11 M(5,5) = 28 Nm M(7,5) = 0 Nm ontoh 7. 4 N/m Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping 8 m Penyelesaian: X/2 32 N eban merata dapat digantikan dengan sebuah beban terpusat yang setara. R 4X X R Menghitung reaksi R dan R : M = 0 (32 x 4) (R x 8) = 0 R = 16 N R (+) (-) R SF F Y = 0 R + R 32 = 0 R = = 16 N (+) 32 M Menggambar SF : Ruas (0 X 8) S Y = R 4X = 16 4X S Y (0) = 16 4(0) = 16 N S Y (4) = 16 4(4) = 0 N S Y (8) = 16 4(8) = -16 N Menggambar M : Ruas (0 X 8) 74

12 X M = (R x X) (4X x ) 2 = 16X 2X 2 merupakan fungsi kuadrat berarti grafiknya berupa parabola M (0) = 0 Nm M (8) = (16 x 8) (2 x 8 2 ) = 0 Nm Mencari nilai maksimum : M = 16X 2X 2 M = 16 4X = 0 16 = 4X X = 4 m erarti nilai maksimum terjadi pada jarak 4 m dari titik dengan nilai maksimum: M (4) = (16 x 4) (2 x 4 2 ) = 32 Nm ontoh 8. 2 kips/ft 20 kips Gambar SF dan M untuk balok dan pembebanan seperti untuk gambar di samping 4 ft 6 ft 4 ft Penyelesaian : 8 kips 20 kips R R 75

13 Menghitung reaksi R dan R : M = 0 (20 x 6) (R x 10) (8 x 2) = 0 R = 10,4 kips F Y = 0 R + R 8-20 = 0 R = ,4 = 17,6 kips Menggambar SF dan M: agian (0 X 4) : X/2 2X 20 kips Tinjau potongan sejauh X dari : SF : S Y = 2X 1 S Y (0) = 0 kips X R R S Y (4) = -8 kips M : X M = 2X x = - X 2 (fungsi kuadrat) 2 M(0) = 0 kips.ft M(4) = -16 kips.ft agian (4 X 10) : 8 kips X - 2 SF : 20 kips Untuk menggambar SF, kita dapat R X-4 2 R melakukannya tanpa perhitungan karena tidak perlu memperhatikan beban merata. X M : M = R (X 4) 8(X 2) 76

14 = 17,6(X 4) 8(X -2) = 9,6X 54,4 M(4) = - 16 kips.ft M(10) = 41,6 kips.ft agian (10 X 14) : 8 kips X - 2 SF : 20 kips X-10 Untuk menggambar SF, kita dapat R X R melakukannya tanpa perhitungan karena tidak perlu memperhatikan beban merata. X M : M = R (X 4) 8(X 2) 20(X 10) = 17,6(X 4) 8(X -2) 20(X 10) = -10,4X + 145,6 M(10) = 41,6 kips.ft M(14) = 0 kips.ft ari semua nilai yang diperoleh dari perhitungan dapat digambarkan SF dan M sebagai berikut : 2 kips/ft 20 kips R R 9,6 (+) (-) 8 10,4 (-) R SF (-) 16 41,6 (+) M 77

15 ontoh 9. Soal pada contoh 2.6., hitunglah harga gaya geser dan momen lentur yang dialami balok pada jarak 3 m di sebelah kanan titik. Penyelesaian : Langkah pertama adalah menggambar SF dan M seperti pada contoh 2.6. Untuk menghitung besar gaya geser kita gunakan persamaan garis yang kita peroleh yaitu S Y = 16 4X S Y (3) = 16 4X = 16 (4 x 3) = 4 N Sedangkan untuk menghitung harga momen lentur, kita gunakan persamaan : M = 16X 2X 2 M(3) = (16 x 3) (2 x 3 2 ) = 30 Nm Latihan : 1. raw the shear and moment diagrams for the cantilever. 200 N/m 100 N/m 100 N/m 3 m 2 m 2 m 2. raw the shear and moment diagrams for the cantilever. 100 N/m 100 N/m 3 m 3 m 2 m 78

16 3. raw the shear and moment diagrams for the beam 4. raw the shear and moment diagrams for the beam 5. raw the shear and moment diagrams for the beam 79

17 6. raw the shear and moment diagrams for the beam 80