Transkripsi

1 BAB V ANALISA STRUKTUR 5.1. Pemodelan Struktur Sistem Struktur Sebuah jembatan direncanakan dengan struktur baja. Jembatan tersebut terletak di lokasi gempa zona 5 dengan kondisi tanah lunak. Pemodelan struktur dilakukan menggunakan program SAP2000 versi , yang akan didesain seperti dalam gambar berikut ini : Gambar Rencana pemodelan struktur jembatan Through-Arch atlternatif 1 V-1

2 Gambar Rencana pemodelan struktur jembatan Through-Arch atlternatif Peraturan dan Standart Perencanaan Peraturan dan standar perencanaan yang digunakan adalah : a. Standar Pembebanan untuk Jembatan RSNI T b. Perencanaan Struktur Baja untuk Jembatan RSNI T c. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan SNI 2833: Materil Beton Struktur jembatan direncanakan menggunakan lantai kendaraan beton dengan mutu beton sebagai berikut : Kelas Mutu Beton : K450 Tegangan Karakteristik : fc = 35 Mpa = KN/m 2 Modulus Elastisitas : Ec = Mpa = KN/m 2 Besi Tulangan : fy = 400 Mpa = KN/m 2 V-2

3 Gambar Input data material latai beton Gambar Input data plat lantai jembatan t = 250mm V-3

4 5.1.4.Materil Baja Sedangkan untuk material baja menggunakan mutu baja : Mutu Baja : BJ 55 Tegangan putus min. (fu) : 550 MPa = KN/m 2 Tegangan lelah min. (fy) : 410 MPa = KN/m 2 Modulus Elastilitas. (E) : MPa = KN/m 2 Gambar Input data material baja Untuk Hanger material yang digunakan adalah spriral strand diameter 50 mm dengan Fy = Mpa dan Fu = 1632,653 Mpa. V-4

5 Gambar Input data material hanger Gambar Input rencana profil material baja V-5

6 Gambar Input rencana profil hanger d=50mm Tabel List Profil Material Baja Keterangan Profil Baja - ARCH1 : H - 450x450x14x22 - ARCH2 : H - 450x250x9x14 - ARCH3 : WF - 450x550x16x25 - ARCH : Box 1000x500x25x25 - BC : WF 900x500x18x28 - BRC : H - 200x200x8x12 - CG : WF 750x300x14x22 - ST : WF 400x200x8x13 V-6

7 5.1.5.Desail Awal (Preliminary Design) Gambar Denah Struktur Gelagar Jembatan Gambar Tampak Samping Struktur Jembatan Alternatif 1 Gambar Tampak Samping Struktur Jembatan Alternatif 2 V-7

8 5.1.6.Desail Rancana Perletakan Jembatan Untuk pemodelan perletakan pada jembatan di asumsikan sendi dan rol. Gambar Input Perletakan Sendi Gambar Input Perletakan Rol 5.2. Perhitungan Beban Gravitasi Jenis Pembebanan Jenis beban yang bekerja pada jembatan meliputi : a. Beban mati sendiri elemen struktur jematan (Self Weight), meliputi berat tie girder, stringer, deck slab, floor beam, dan hanger. V-8

9 b. Beban mati tambahan (Superimposed Dead load), meliputi berupa beban aspal. c. Beban hidup (Live Load), meliputi beban lalu lintas D dan T (truk) d. Beban Gempa (Earthquake Load), ditinjau terhadap beban gempa statik dan dinamik. Gambar Input jenis-jenis beban yang bekerja pada struktur Kombinasi Pembebanan Kombinasi beban umumnya didasarkan kepada beberapa kemungkinan tipe yang berdasarkan aksi yang bekerja bersamaan. Kombinasi beban yang digunakan disini terbatas pada kombinasi gaya untuk keadaan batas daya layan dan keadaan batas ultimit. Gambar Input jenis-jenis kombinasi V-9

10 Gambar Input faktor kombinasi Input Pembebanan Beban Utilitas, Beban D, Beban Pejalan Kaki Input pembebanan pada lantai meliputi beban utilitas, beban D, beban pejalan kaki, yang di letakan pada slab deck. Cara input seleck area untuk menempatkan beban > klik assign > area loads > uniform (shell) Gambar Input Beban Utilitas V-10

11 Gambar Input Beban D Gambar Input Beban Pejalan Kaki Beban garis D, beban garis ini berjalan sepanjang jembatan, di taruh pada gelagar melintang jembatan. Klik fream melintang (floor beam) > assign > fream load. Gambar Input Beban Garis D V-11

12 Gambar Distribusi beban garis D Alternatif 1 Gambar Distribusi beban garis D Alternatif Beban Rem Beban gaya rem ditelakan pada gelagar melintang (floor beam) Klik floor beam > assign > frame > distributed V-12

13 Gambar Input beban gaya rem Gambar Distribusi beban gaya rem (tampak atas gelagar) Beban Angin Beban angin pada struktur langsung (berupa beban terpusat pada tie beam dan arch rib). Klik join > assign > joint loads > forces V-13

14 Gambar Input beban angin Gambar Distribusi beban angin altrnatif 1 V-14

15 Gambar Distribusi beban angin altrnatif 2 Beban pada kendaraan (berupa beban garis merata sepanjang jembatan). Beban angin ini ditempatkan pada gelagar memanjang. Klik gelagar > assign > frame loads > distributed Gambar Input beban angin V-15

16 Gambar Distribusi beban angin alternatif 1 Gambar Distribusi beban angin alternatif 2 V-16

17 Beban Gempa Difine > function > response spectrum > add new function Gambar Input beban gempa Gambar Input respon spectrum V-17

18 Define > Load cases > klik gempa x > modif/show case Gambar Input skala faktor reduksi gempa Masukan nilai scale faktor = 6.13, lakukan hal yang sama untuk gempa y (load name yang di klik adalah U2) Gambar Input skala faktor reduksi gempa V-18

19 5.2.4 Analisa Struktur Jemabatan pada SAP2000 Acuan perencanaan menggunakan AISC LRFD 93. Klik Design > Steel Frame Design > View/Revise Preference > kemudian pilih AISC-LRFD93 Gambar Acuan perencanaan struktur AISC LRFD 93 dilakukan dengan cara klik Design > Steel Frame Detail > Start Design / Check Structure. Gambar Steel Desain Section alternatif 1 V-19

20 Gambar Steel Desain Section alternatif 2 Nilai rasio tegangan (perbandingan tegangan yang terjadi dan tegangan leleh baja) pada setiap elemen struktur dapat diketahui dengan cara klik Display Design Info PM Ratio Color and Values. Nilai ratio tegangan max elemen struktur jembatan sebesar < 1 (aman). Gambar Nilai ratio tengangan struktur jembatan alternatif 1 V-20

21 Gambar Nilai ratio tengangan struktur jembatan alterntif 2 Gambar Gaya Aksial pada struktur jembatan alternatif 1 V-21

22 Gambar Gaya Aksial pada struktur jembatan alternatif 2 Gambar Gaya Momen pada Struktur Jembatan alternatif 1 V-22

23 Gambar Gaya Momen pada Struktur Jembatan alternative 2 Gambar Lendutan Pada struktur jembatan Alternatif 1 Lendutan yang terjadi pada stuktur jembatan dengan struktur alternatif memiliki lendutan sebesar 8cm < lendutan izin 1/800 L = 10 cm Gambar Lendutan Pada struktur jembatan Alternatif 2 V-23

24 Lendutan yang terjadi pada stuktur jembatan dengan struktur alternatif memiliki lendutan sebesar 6cm < lendutan izin 1/800 L = 10 cm Reaksi perletakan yang akan ditinjau adalah reaksi arah x, arah y, dan arah pada perletakan sendi-rol. Tabel Reaksi Perletakan Model 1 2 Reaksi Perletakan (KN) Tumpuan FX FY FZ Sendi kanan Sendi kiri Rol kanan Rol kiri Sendi kanan Sendi kiri Rol kanan Rol kiri Cek Desain Elemen Struktur dari Analisa Program SAP2000 Setelah dilakukan perhitungan analisa dan desain struktur dengan menggunakan program SAP2000, diperoleh hasil analisa dan desain dengan profil yang cukup aman digunakan. Berikut adalah perhitungan desain elemen struktur dengan menggunakan data analisa program SAP Profil Struktur Busur (Arch) Dari analisa program SAP2000 struktur busur yang di tinjau adalah batang dengan momen dan geser maksimaum Profil Struktur Lengkung Alternatif 1 Dari analisa program SAP2000 struktur jembatan yang di tinjau adalah Beam Box Arch dengan gaya geser dan momen terbesar. Digunakan hasil perhitungan dari kombinasi ULT1 (maksimum ) V-24

25 Mu Vu = N = N Profil = Box 1000x500x25x25 L profil = 4308 mm 1. Tahan Momen Lentur Momen lentur plastis : Mp = Zx x Fy = x 410 = N.mm - Cek kapasitas momen dalam keadaan local buckling pada sayap p b 3t / t ( ) / E / fy / r 1.40 E / fy / kondisi λ λp, termasuk penampang compact. - Cek kapasitas momen dalam keadaan local buckling pada badan p b 3t / t ( ) / E / fy / kondisi λ λp, termasuk penampang compact. Karena λ λp, maka Mn = Mp, maka Mn = N.mm Dengan demikian cek momen lentur penampang dapat ditentukan sebgai berikut : Mu φ Mn x OK! V-25

26 2. Tahan Kuat Geser Vu = N - Periksa kelangsingan penampang w 2 h tw x kn A ( )2 ( )2 h 1000 h 2tw 1.1 kn.e fy x OK! - Menentukan kuat geser nominal pelat Karena h 2tw 1.1 kn.e fy Vn = 0.6 x fy x Aw = 0.6 x 410 x (950x25) = N - Cek kuat geser pelat badan : Vu φvn x OK! V-26

27 Profil Struktur Lengkung Alternatif 2 a. Batang Atas dan Bawah Digunakan hasil perhitungan dari kombinasi ULT1 (maksimum ) Gaya tekan maksimal pada struktur utama arch Nu tekan (batang 276, batang bawah) Profil Panjang batang tekan = N = H-450x550x16x25 = mm 1. Periksa Kuat Tekan - Periksa kelangsingan Lk r 140 Lk = Kc.L = 0.85 x = r = OK! - Periksa kuat tekan nominal akibat beban lentur c Lk r fy E (3.14) c Maka Nn 2 c Ag. fy V-27

28 0.964x33900x410 = N Nu n. Nn x OK! dengan pengertian : Ag = luas penampang bruto, (mm) fy = tegangan leleh, (MPa) λc = parmeter kelangsingan (mm) kc = faktor panjang tekuk (mm) E = modulus eleastisitas bahan baja (MPa) Batang Diagonal Digunakan hasil perhitungan dari kombinasi ULT1 (maksimum ) Gaya tarik maksimal pada struktur utama arch Nu tarik (batang 84) = N Profil = Wf-450x250x9x14 Panjang batang tarik = mm Gaya tekan Nu tarik (batang 65) = Profil = Wf-450x250x9x14 Panjang batang tarik = 4732 mm 1. Periksa Kuat Tarik - Periksa Kondisi Leleh V-28

29 Nu Mn Nu x Ag x fy.untuk kondisi leleh = 0.9 Nu 0.9 x x N N..OK! - Periksa Kondisi Faktur Asumsi Baut yang digunakan = 1 = 25.4 mm Jarak tepi baut (le) = 1.5 d ~ 2d = 1.5 (25.4) ~ 2 (25.4) = 33 mm ~ 44 mm dipakai 45 mm Diambil jarak baut dari tepi = 45 mm Jarak antar baut (s) = 3d ~ 7d 14 t = 3 (25.4) ~ 7 (25.4) 14 (16) = 66 ~ Maka digunakan jarak antar baut = 100 mm Tebal pelat ( t ) lubang = 16 mm = baut + 2mm = 25.4 mm + 2mm = 27.4 mm Pola segaris An = Ag (d x t ) = ( 25.4 x 16 ) = mm 2 Periksa terhadap syarat An = 0.85 Ag An = 0.85 x An = mm 2 Maka yang digunakan An yang terkecil = mm 2 V-29

30 U = 1 ( x / L ) 0.90 = 1 ( 140 / 280 ) = Ae = U x An = 0.5 x = mm 2 Nn = x Ae x fu = 0.75 x x 550 = N > Nu tarik = N > N.. OK! 2. Periksa Kuat Tekan - Periksa kelangsingan Lk r 140 Lk = Kc.L = 0.85 x 4732 = r = OK! - Periksa kuat tekan nominal akibat beban lentur c Lk r fy E (3.14) c V-30

31 Maka Nn 2 c Ag. fy 0.964x10798x410 = N Nu n. Nn x OK! Batang Bracing Arch Digunakan hasil perhitungan dari kombinasi ULT4 (maksimum ) Gaya tekan maksimal pada struktur utama arch Nu tarik (batang 84) = 6300 N Profil = H-200x200x8x12 Panjang batang tekan = 9500 mm 1. Periksa Kuat Tekan - Periksa kelangsingan Lk r 140 Lk = Kc.L = 0.85 x 9500 = 8075 r = OK! - Periksa kuat tekan nominal akibat beban lentur V-31

32 c Lk r fy E (3.14) c Maka Nn 2 c Ag. fy 0.469x6208x410 = N Nu n. Nn x OK! Profil Tie Beam Dari analisa program SAP2000 struktur jembatan yang di tinjau adalah tie beam dengan gaya geser dan momen terbesar. Digunakan hasil perhitungan dari kombinasi ULT1 (maksimum ) Mu Vu Profil = N = N = H-900x500x16x28 L profil = 8000 mm 1. Tahan Momen Lentur - Cek kapasitas momen dalam keadaan local buckling pada sayap bf tf V-32

33 p fy 410 r fy fr kondisi λp λ λr, termasuk penampang non compact, sehinngga : Mn Mp p Mp Mr r p Momen penampang terhadap sumbu x : 1 2 bf twht tf tf Zx. ht. tw. 4 = 1/ (500 16) (900 26) 26 = mm 3 Mp fy. Zx 410 x = N.mm Mr ( fy fr). Sx ( ) = N.mm Mn Mp p Mp Mr r p = N.mm Cek kapasitas momen dalam keadaan local buckling dan lateral buckling pada pelat badan h tw 16 λ = λr, sehingga diperhitungkan pelat berdinding penuh Perbandingan luas pelat badan terhadap luas pelat sayap : a r ht w bf. tf 844x x28 I Iy 1 h tw V

34 A A t 2. h w mm 2 rt I1 A Momen nominal berdasar teruk torsi lateral : G L rt E p = fy 410 E r = fy 410 G p, maka f cr fy ar Kg a r h tw 2550 f cr x = M n Kg. S. Fcr = x x 410 = N.mm Momen nominal berdasarkan local buckling pada sayap : b f 500 G t 2x28 p f E fy 410 G p, maka f cr fy ar Kg a r h tw 2550 f cr V-34

35 x = Bab V Analisa Struktur M n Kg. S. Fcr = x x 410 = N.mm - Cek kapasitas momen dalam keadaan local buckling L = 4000 mm (jarak dukung lateral) h = ht tf = = 872 L p E ry 1.76x mm fy 410 Kondisi L < Lp, termasuk bentang pendek, sehingga : Mn = Mp = fy.zx = 410 x = N.mm - Kapasitas momen Momen nominal (ambil yang terkecil) : Mn = M.mm 2. Tahan gaya aksial Parameter kelangsingan terhadap sumbu x : 1 Lk cx rx fy E Untuk 0.25 < λc < 1.2, maka ω = c 1.43 x x0.30 f crx fy x MPa Parameter kelangsingan terhadap sumbu y : 1 Lk cy ry fy E V-35

36 Untuk 0.25 < λc < 1.2, maka ω = c 1.43 y x0.97 f cry fy x Mpa Tahan aksial : Terhadap sumbu x : Nnx = A. fcrx = x = N Terhadap sumbu y : Nny = A. fcry = x = N Sehingga tahan aksial sebesar (ambil yang terkecil) : Nn = N 3. Tahan gaya geser h 844 tw k n a 4000 h k n E x fy 410 h tw k ne 1.10, sehingga Vn = 0.65.fy.Aw fy Tahan geser : Aw = t w x h = 16 x 844 = mm 2 Vn = 0.6 x fy x Aw = 0.6 x 410 x = N 4. Kontrol interaksi geser dan lentur V-36

37 Mu bmn Vu Vn f x x OK! 5. Kontrol interaksi aksial tekan dan memon lentur Nu Nn x Nu Apabila 0. 2 Nn,maka Nu Nn 8 M 9 b. M ux ncx M uy. M b uy 1.0 Nu Nn 8 M u 9 b. M n x OK! Profil Hanger Dari analisa program SAP2000 struktur jembatan yang di tinjau adalah Hanger dengan gaya tarik terbesar. Digunakan hasil perhitungan dari kombinasi ULT1 (maksimum ) Nu tarik Profil = N = spiral strand diameter 50mm - Perikasa kuat tarik Fy = 993,197 Mpa dan Fu = 1632,653 MPa. Nn = x Ae x fu = 0.75 x x 1632,653 V-37

38 = N > Nu tarik = N > N.. OK! 5.4 Perencanaan Sambungan Sambungan Gelagar Memanjang Data data perencanaan : Profil gelagar memanjang WF-400x200x8x13 Pelat sambung, 2 siku 100x100x10 ; Bj 55 Baut A325, db = 25 mm, Gambar Detail Sambungan Gelagar Memanjang Pu φrnv = ton = 0.75 (0.5 x fub) m. Ab = 0.75 (0.5) (825) (1) (1/4. π ) = ton Coba pakai 10 baut (5 buah per baris) : Jarak tepi baut (le) = 1.5 d ~ 2d = 1.5 (25) ~ 2 (25) = 38 mm ~ 50 mm dipakai 45 mm V-38

39 Diambil jarak baut dari tepi = 45 mm Jarak antar baut (s) = 3d ~ 7d 14 t = 3 (25) ~ 7 (25) 14 (16) = 75 ~ Maka digunakan jarak antar baut = 80 mm y² = 4 (160² + 80²) = mm² Mu. y x150x160 Tu = 22 ton 2 y Pu Vn = n 10 ton < φrnv = ton.ok!! Periksa interaksi geser dan tarik : ft = (807 1,5.fuv) < 621 Ruv = ( 807 1,5. ) 621 A = 807 1, / Gunakan ft = 621 Mpa b φrnt = φ. ft.ab = 0.75 (621) (1/4.π.25 2 ) = 23 ton Tu = 22 ton < φrnt 23 ton.. OK!!! Sambungan Gelagar Melintang Gaya geser akibat beban terfaktor, Vu = KN = Kg Momen akibat beban terfaktor, Mu = KN-m = Kg-m Baut A325, db 25 mm Pelat sambung 20 mm ; Bj 55 V-39

40 Gambar Detail Sambungan Gelagar Melintang Jarak tepi baut (le) = 1.5 d ~ 2d = 1.5 (25) ~ 2 (25) = 38 mm ~ 50 mm dipakai 45 mm Diambil jarak baut dari tepi = 45 mm Jarak antar baut (s) = 3d ~ 7d 14 t = 3 (25) ~ 7 (25) 14 (16) = 75 ~ Maka digunakan jarak antar baut = 100 mm a. Cek terhadap geser Vu fuv < fdv = 0.75 x 0.5 x fbu x Ab n Ab fuv < fdv = 0.75 x 0.5 x 8250 x 4,91 7 4,91 fuv kg / cm 2 < fdv = kg / cm 2 OK!! V-40

41 b. Cek terhadap tarik Untuk Baut HTB A325 = ft 807-1,9 fuv 621 N/mm 2 Maka fti = 807 1,9 x fuv = 807 1,9 (14918x10-2 ) = N/mm 2 OK!! c. Cek keseimbangan gaya horizontal Φf = 0,75 φy = 0,9 Rp = Rn Rp = a x b x fy Rn = n x ft x 0.75 x 490,62 Rn = 7 x x 0.75 x 490,62 Rn = N = Kn a = Rn = b. fy 300x550 = 8.17 mm < d1 = 45 mm d. Cek kapasitas momen Md = f x 2 x ft x 0.75 x Ab (d1 +.+ d7) + y x a x b x fy (d a/2) Md = 0.75 x 2 x x 0.75 x 490,62 ( ) x 8.17 x 300 x 550 ( /2) Md = kg.mm Md = kg.m > Kg-m..OK!! Sambungan Konstruksi Busur - Struktur utama busur batang 276 Direncanakan : Baut. d = 24 mm Pelat sambung, t = 30 mm V-41

42 n = Pu Vd = 26 baut - Struktur diagonal busur batang 84 Direncanakan : Baut. d = 24 mm Pelat sambung, t = 30 mm n = Pu Vd = 4 baut 5.5 Perhitungan Berat Struktur Jembatan Perhitungan berat sendiri struktur jembatan dapat dihitung otomatis oleh program SAP2000 V.14 dengan cara Display Show Tables Material list seperti ditunjukan gambar berikut : Gambar Material List Jembatan Alternatif 1 V-42

43 Gambar Material List Jembatan Alternatif 2 Berdasarkan table material list tersebut diperoleh berat sendiri struktur jembatan Struktur Jembatan Alternatif 1 (struktur busur Box Girder ) Struktur Jembatan Alternatif 1 (struktur busur struktur rangka ) = kg = kg V-43