ANALISA TEKUK LATERAL PADA BALOK CRANE BAJA I DENGAN PERHITUNGAN MANUAL DAN ABAQUS ARVAN P. SIAGIAN Pembimbing

Transkripsi

1 ANALISA TEKUK LATERAL PADA BALOK CRANE BAJA I DENGAN PERHITUNGAN MANUAL DAN ABAQUS ARVAN P. SIAGIAN Pembimbing Ir. Torang Sitorus, MT NIP: BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015 i

2 ABSTRAK Bahan konstruksi baja pada umumnya berpenampang langsing dan berdinding tipis, itulah sebabnya masalah yang paling rentan terjadi pada konstruksi baja adalah tekuk, baik tekuk lokal maupun tekuk lateral. Tekuk lateral merupakan suatu bentuk kegagalan yang diakibatkan oleh ketidakstabilan suatu elemen struktur yang mengakibatkan terjadinya deformasi ke arah lateral/samping ke luar bidang pembebanan yang dipengaruhi aksi beban. Tugas akhir ini menganalisa tekuk lateral yang terjadi pada balok crane baja I dengan perletakan sederhana dan pembebanan diberikan pada flens bawah disebabkan pembebanan pada flens bawah memberikan kapasitas beban yang lebih besar dibandingkan pembebanan yang dilakukan pada pusat geser maupun flens atas dari profil. Profil yang digunakan sebagai balok crane yaitu profil IWF 200x100x5,5x8 ; profil IWF 400x200x8x13 ; dan profil IWF 600x300x12x17 dengan panjang bentang masingmasing 4m, 8m, dan 12m. Penganalisaan dilakukan dengan menggunakan metode energi Trahair dan juga dengan menggunakan software berbasis metode elemen hingga yaitu Abaqus Dari hasil analisa perhitungan dengan metode Trahair dan dengan menggunakan program Abaqus, diperoleh persentase selisih pada profil IWF 200x100x5,5x8 adalah 2,04% untuk bentang 4m, 10,38% untuk bentang 8m, dan 8,56% untuk bentang 12m; pada profil IWF 400x200x8x13 adalah 2,77% untuk bentang 4m, 1,81% untuk bentang 8m, dan -1,97% untuk bentang 12m; dan untuk profil IWF 600x300x12x17 adalah 4,10% untuk bentang 4m, 2,23% untuk bentang 8m, dan 5,91% untuk bentang 12m. Kata kunci : balok crane baja I, beban kritis, tekuk lateral, Abaqus i

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan berkat dan kasih karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan menyusun bahan seminar ini dengan judul ANALISA TEKUK LATERAL PADA BALOK CRANE BAJA I DENGAN PERHITUNGAN MANUAL DAN ABAQUS Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam Ujian Sarjana Teknik Sipil Bidang Studi Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima segala saran dan kritik dari bapak dan ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis juga menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak lepas dari bimbingan, dukungan, dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang sudah membantu penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini, terutama kepada kedua orang tua penulis yang selama ini selalu memberikan dukungan dan berjuang sehingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan ini. Pada kesempatan ini, penulis juga tidak lupa menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. DR. Ing. Johannes Taringan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. ii

4 3. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT, selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak/Ibu Dosen staff pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 5. Kedua Orang Tua penulis, Papa E. Siagian dan Mama S. Hutagaol yang senantiasa memberikan dukungan moral maupun finansial serta doa kepada penulis. 6. Kedua adik penulis, Chandra dan Kartika yang juga turut serta dalam memberikan semangat. 7. Pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 8. Teman-teman stambuk 08 Mutiara, Junmiflin, Jaya, Arthur, Moy, Boy, Hafiz, Henry, Coy, Rahmad, Ivan, Elis, Ibnu, David Uli, David Bebek, Bg Nuel ELTC, Mimi, Midian, Sara, serta teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu, serta senior-senior dan adik-adik junior yang juga banyak memberikan info maupun dukungan. Medan, Oktober 2015 Penulis, ARVAN PIRES SIAGIAN iii

5 DAFTAR ISI ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR i ii iv vii viii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Pembatasan Masalah Manfaat Penelitian Metodologi Sistematika Penulisan 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Baja Pendahuluan Sifat Baja Profil Baja Balok Pendahuluan Balok Sederhana Tekuk Lateral Pada Balok Beban Tengah Terpusat Pengaruh Kondisi Pembebanan Perilaku Balok Tanpa Kekangan Lateral Kekuatan Balok Akibat Beban Momen Murni 22 iv

6 2.3. Konsep Teori Stabilitas Struktur Teori Umum Lentur Lentur Dalam Bidang YZ Lentur Dalam Bidang XZ Lentur Di Luar Bidang XZ dan YZ Torsi Pendahuluan Torsi Murni Pada Penampang Homogen Tegangan Puntir Pada Profil I Torsi Murni (Saint-Venant s Torsion) Torsi Terpilin (Warping) Keran Angkat (Crane) Pendahuluan Jenis-Jenis Keran Angkat Monorail Bridge Crane Gantry Crane Jib Crane Metode Energi Pendahuluan Energi Regangan Energi Potensial 47 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Pendahuluan Identifikasi Masalah Tekuk Torsi Lateral Balok Crane Baja I Program Abaqus Pengenalan terhadap Abaqus CAE Analisa Tekuk Lateral pada Program Abaqus 58 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Perhitungan Analitis Analisis Balok Profil I 62 v

7 Properties Penampang Profil IWF 200x100x5,5x Properties Penampang Profil IWF 400x200x8x Properties Penampang Profil IWF 600x300x12x Beban Kritis Analisa Profil 200x100x5,5x Analisa Profil 400x200x8x Analisa Profil 600x300x12x Analisa Dengan Program Abaqus Pembuatan Part Pembuatan Dan Pengaplikasian Material Pembentukan Geometri Model Pembentukan Mesh Pembuatan Boundary Condition Analisa Dengan Metode Eigenvalue Hasil Analisa Dengan Program Abaqus Profil 200x100x5,5x Profil 400x200x8x Profil 600x300x12x Perbandingan Beban Kritis Secara Teoritis Dan Abaqus 89 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran 92 DAFTAR PUSTAKA xi LAMPIRAN vi

8 DAFTAR TABEL BAB II Tabel 2.1 Tegangan Leleh dan Kuat Tarik Batas... 7 Tabel 2.2 Nilai Cb untuk Berbagai Kasus Pembebanan yang Berbeda Tabel 2.3 Harga k 1 dan k 2 untuk persamaan 2.52 dan BAB IV Tabel 4.1 Momen Kritis dengan Metode Trahair Tabel 4.2 Beban Kritis dengan Metode Trahair Tabel 4.3 Nilai Beban Kritis dengan Menggunakan Abaqus Tabel 4.4 Perbandingan Pcr secara Teoritis dan dengan Program Abaqus vii

9 DAFTAR GAMBAR BAB I Gambar 1.1 Sistem Top-Running... 2 Gambar 1.2 Sistem Bottom-Running... 2 BAB II Gambar 2.1 Kurva Hubungan Tegangan (f) dan Regangan (ε)... 9 Gambar 2.2 Bagian Kurva Tegangan-Regangan yang Diperbesar Gambar 2.3 Profil Baja Gambar 2.4 Balok dengan perletakan sederhana Gambar 2.5 Tekuk Torsi lateral pada balok Gambar 2.6 Balok dengan Perletakan Sederhana dengan Pembebanan di Tengah Bentang Gambar 2.7 Pembebanan Tekuk Lateral pada Balok dengan Perletakan Sederhana dengan di Tengah Bentang Gambar 2.8 Perbandingan Nilai Teoritis dan Nilai Pendekatan (Beban Terpusat) Gambar 2.9 Kuat Momen Nominal akibat beban L b Gambar 2.10 Bidang Momen pada 1 4, 1 2, dan 3 4 bentang Gambar 2.11 Tiga Kondisi Keseimbangan Statis Gambar 2.12 Balok Prismatis Dengan Lentur Murni Gambar 2.13 Free Body balok pada potongan berjarak z Gambar 2.14 Torsi Pada Batang Pejal Gambar 2.15 Penampang Lingkaran Gambar 2.16 Torsi pada Penampang Persegi Gambar 2.17 Penampang dengan Beban Torsi viii

10 Gambar 2.18 Torsi pada Profil I Gambar 2.19 Monorail Crane Gambar 2.20 Bridge Crane Gambar 2.21 Gantry Crane Gambar 2.22 Jib Crane Gambar 2.23 Energi Regangan Oleh Beban Gaya P Gambar 2.24 Energi Regangan oleh Beban Aksial Gambar 2.25 Energi Regangan oleh Beban Momen Lentur Gambar 2.26 Pergeseran Batang karena Melentur Gambar 2.27 Balok Melentur karena Beban Tunggal Gambar 2.28 Balok Melentur karena Beban Merata BAB III Gambar 3.1 Pemodelan dengan Finite Element Method Gambar 3.2 Jarak Roda Hoist Rencana Gambar 3.3 Tipe Balok Monorail Gambar 3.4 Tampilan Program Abaqus/CAE Gambar 3.5 Tahap-tahap menjalankan Abaqus Gambar 3.6 Diagram Alir Metodologi Penelitian BAB IV Gambar 4.1 Balok Crane Baja I Dengan Crane Berada Di Tengah Balok Gambar 4.2 Langkah Awal Pembuatan Part Gambar 4.3 Gambar Penampang Balok Gambar 4.4 Gambar Part Balok Gambar 4.5 Pembuatan Material ix

11 Gambar 4.6 Pembuatan Section dan Pengaplikasian Material Gambar 4.7 Instance Part Balok Gambar 4.8 Pembuatan dan Pengaturan Elemen/Mesh pada Instance Gambar 4.9 Mesh pada Instance Balok Gambar 4.10 Pembuatan Boundary Condition Sendi/Roll Gambar 4.11 Pembuatan Boundary Condition Pengaku Lateral Gambar 4.12 Boundary Condition pada Model Gambar 4.13 Pembuatan Step pada Metode Eigenvalue Gambar 4.14 Pemberian Beban Gambar 4.15 Pembuatan dan Pemonitoran Job Gambar 4.16 Output Abaqus Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Pcr Profil 200x100x5,5x Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Pcr Profil 400x200x8x Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Pcr Profil 600x300x12x x