STUDI KEKUATAN BALOK MONORAIL PROFIL I

Transkripsi

1 STUDI KEKUATAN BAOK ONORAI PROFI I Jaa Prataa dan Torang Sitorus Departeen Teknik Sipil, Universitas Suatera Utara, Jl. Perpustakaan No. Kapus USU edan Eail: jaasiarata@ahoo.co.id Staf Pengajar Departeen Teknik Sipil, Universitas Suatera Utara, Jl. Perpustakaan No. Kapus USU edan Eail: sitorusir.t_t@ahoo.co ABSTRAK Alternatif ebuat gelagar keran adalah dengan siste onorail dangan beban tidak terlalu besar dan biasana ang efektif enahan beban adalah flens bawah. Pada pebahasan tugas akhir ini, akan dilakukan analisa perilaku profil I bila roda keran diletakkan pada posisi di flens atas dan flens bawah, dengan tujuan untuk enentukan keapuan balok onorail dengan enetapkan perilakuna terhadap beban serta enentukan flens ana ang lebih stabil enahan beban. etode ang digunakan dala tugas akhir ini untuk enganalisa pebebanan di flens atas dan flens bawah adalah etode energi Trahair dan sebagai pebanding enggunakan etode Chen-ui. Profil ang digunakan sebagai balok onorail adalah profil I 54x46x43, profil I 457x9x98; dan profil I 60x9x40.Dari hasil analisa perhitungan diperoleh posisi pebebanan di flens atas, pusat geser, dan flens bawah bila dibebani, aka pada posisi flens bawah akan lebih stabil bila dibandingkan dengan posisi ang lain. Nilai pada flens bawah lebih besar bila dibandingkan di pusat geser dan flens atas ( botto > Shear centre > Top). Kata kunci: keran, onorail, etode energi, profil I ABSTRACT Alternative to ake the ane girder is onorail sste with load not too large and usuall effective weightbearing is the botto flange. In the discussion of this thesis, will be analzed behavioral of I profile when ane wheel is positioned at the top and botto flange, in order to deterine the abilit of the bea onorail with setting behavior of the load and deterine which one is ore stable flange weight-bearing. The ethod used in this thesis to analze the load on top flange and botto flange is energ ethods fro Trahair for coparison using the Chen- ui. Profiles are used as a onorail bea I profile54x46x43, 457x9x98 I-profile, and the I profile 60x9x40. Fro the analsis calculations, the loading position at the top flange, shear center, and botto flange when loaded, then on the botto flange of the position will be stable when copared to other positions. value on the botto flange is greater than in the shear center and top flange ( Botto> Shear center> Top). Kewords: ane, onorail, energ ethods,i profiles. PENDAHUUAN Peakaian peralatan keran ang bergerak diatas lantai (overhead ane) siste onorail dewasa ini sangat pesat penggunaanna, terutaa pada industri dan workshop. Keran digunakan untuk engangkat beban berat sesuai kapasitasna dan enurunkanna pada posisi tertentu serta bergerak eindahkan aterial arah aju dan undur sepanjang lintasan relna, sehingga penggunaan pesawat angkat ini engurangi luas peakaian lantai bangunan bila dibandingkan dengan operasi anual. Penggunaan keran ini bertujuan untuk eningkatkan produktivitas, enekan biaa operasional, engurangi luas peakaian lantai bangunan atau wilaah kerjana inial serta apu eningkatkan keselaatan kerja, keselaatan aterial dan kenaanan operasional. Pada operasional keran, dapat kita lihat bahwa pesawat angkat tersebut bergerak sepanjang relna dengan engangkut beban atau tanpa beban. Dengan deikian berarti rel enjadi tupuan seluruh beban (statis aupun dinais) oleh sebab itu saat perencanaan siste onorail ini perlu dilakukan perhitungan ang disesuaikan untuk pebebanan dan operasina dengan epertibangkan struktur ang telah ada dan elakukan analisa terhadap perilaku balok ang enjadi struktur rel ini, sehingga tujuan penggunaan keran tercapai sesuai rencana. Dala endesain roda keran biasana diletakkan pada flens bawah. Pada pebahasan tugas akhir ini, akan dilakukan analisa perilaku profil I bila roda keran diletakkan pada posisi di flens atas dan flens bawah.

2 (a) (b) Gabar. Posisi pebebanan di flens atas (a) dan di flens bawah (b). TinjauanPustaka Untuk engetahui perilaku suatu struktur baja, aka seorang ahli struktur harus eahai pula sifat sifat ekanik dari baja. odel pengujian ang paling tepat untuk endapatkan sifat sifat ekanik dari aterial baja adalah dengan elakukan uji tarik terhadap suatu benda uji baja. Uji tekan tidak dapat eberikan data ang akurat terhadap sifat sifat ekanik aterial baja, karena disebabkan beberapa hal antara lain adana potensi tekuk pada benda uji ang engakibatkan ketidakstabilan dari benda uji tersebut, selain itu perhitungan tegangan ang terjadi di dala benda uji lebih udah dilakukan untuk uji tarik dari pada uji tekan (Agus Setiawan, 008). Ada beberapa batasan ang harus dipenuhi balok agar dapat enahan beban antara lain eleh (Yielding) untuk aterial baja dala grafik disebut dengan ueders ines (Tioshenko,955), enjadi batas uu pertaa ang harus dinatakan enjadi kekuatan balok baja enahan oen terbesar bila diberikan beban. Pada dasarna batas kekuatan balok baja tergantung terhadap beban, tupuan, panjang bentang, dan kekuatan balok baja tersebut. Tekuk torsi lateral (lateral torsional buckling), batasan kedua ini berhubungan dengan keapuan terhadap puntiran (torsion) atau puntiran dala arah lateral. Batasan ini dibandingkan dengan penguat atau jepitan lateral (lateral bracing) pada jarak aksiu. Dengan kecukupan penjepit, balok baja tidak terpuntir ang dapat engakibatkan kegagalan (failure). Tekuk lokal badan (web local buckling), sebagai batasan ketiga ang berhubungan dengan keapuan badan balok baja enahan keruntuhan. Pada dasarna ratio antara lebar dan tebal badan harus cukup enahan sesuai kondisi pebebanan. Tekuk lokal saap (flange local buckling) lebar dan tebal flens harus apu enahan kondisi pebebanan. Hal ini berarti lebar aupun tebal saap harus pada batas pasti sehingga flens tidak engalai kelelahan. Desain Balok Terkekang ateral Dala enentukan nilai tahanan balok, berdasarkan SNI harus eenuhi persaratan : dengan = oen lentur akibat beban terfaktor, u = tahanan oen noinal, dan n = 0.9 b Dala perhitungan tahanan oen noinal dibedakan antara penapang kopak, tak kopak danlangsing.batasan penapang kopak adalah, batasan penapang tak kopak adalah p p, r danbatasan penapang langsing adalah r. 3. ETODE ANAISA. b n Konservasi energi pada ilu statika didefinisikan bahwa apabila suatu gaa (beban) dilakukan terhadap suatu konstruksi akan engakibatkan deforasi, artina adana suatu kesetaraan sebab dan akibat. Dala hal ini kita sebutlah bahwa gaa-gaa potensial dari luar akan engakibatkan perubahan di dala konstruksi berupa deforasi ang disebut regangan. Sehingga keseibangan antara potensi ang bekerja harus saa dengan efek ang ditibulkan ke dala konstruksi tersebut, dengan anggapan tidak ada energi ang hilang ( Energi potensial = Energi Regangan ) dala kondisi statis, pengertian energi adalah gaa dikali dengan perpindahan. Energi regangan diasusikan linier walaupun sebenarna ada energi ang diabaikan dan sangat relatif kecil. Energi Regangan u ()

3 Tekuk ateral Pada Balok I di Atas Dua Tupuan Sederhana Pada gabar di bawah dapat dilihat suatu balok ang diletakkan pada tupuan sederhana diana di berikan beban P. Balok akan engalai deforasi akibat tidak apu lagi enahan beban seperti ditunjukkan pada gabar 3. Gabar. Balok di atas dua tupuan sederhana Gabar.3 Deforasi balok akibat beban P Keakuratan hasil ang didapat dari analisa etode energi adalah sangat tergantung kepada ketepatan dala engasusikan pola kelengkungan fungsi hapiran diana asusi ang dilakukan harus eenuhi terhadap sarat-sarat batas ang harus ditetapkan. Fungsi hapiran (shape function) akan sangat dipengaruhi oleh posisi beban dan bentuk penapang.untuk balok di atas dua tupuan sederhana dan beban di tengah bentang, fungsi hapirana adalah : z u sin () Total Energi Regangan Total Energi Potensial (3) z sin U U = Ak.lentur lateral + Ak. torsi warping + Ak. torsi Venant U u" " ' dz * / 0 x.. '. dz (3) (4) (5) Analisis Balok onorail Profil I Dala enentukan oen kritis, pada bentang diatas dua tupuan sederhana dengan beban terpusat pada tengah bentang sesuai dengan literatur (Trahair, 993) 0.4 QP 0.4 QP (6) z z z diana z / / w (7)

4 Balok engalai tekuk elastis, G = odulus geser, J = konstanta torsi penapang, I w = konstanta torsi Venant, dan adalah panjang bentang. P / (8) dan faktor pebesaran oen nilaina dapat ditentukan dengan ruus (Standard Australia, 998).7 ax 3 4 (9) dengan ax adalah oen aksiu, adalah oen ¼ bentang, 3 adalah oen di tengah bentang dan 4 adalah oen ¾ bentang. Penederhanaan Persaaan dala Bentuk Paraeter K Untuk enederhanakan ruus, persaaan 6 di atas dapat disederhanakan dala bentuk paraeter K dengan ensubstitusi nilai Q sesuai dengan posisi pebebanan. Untuk flens bawah nilai Q = ½ h, pada pusat geser nilai Q = 0, dan pada flens atas nilai Q = - ½ h. (Research Report Trahair No R883, 007) Peletakan pusat beban pada flens bawah ( Q = ½ h).35.46k 0.38K (0) Peletakan beban pada pusat geser ( Q = 0).35 K () Dan untuk peletakan beban pada flens atas ( Q = - ½ h),.35.46k 0. 38K () Disubstitusikan nilai K dala tabel ke asing asing persaaan 0, persaaan, dan persaan. Tabel. Hubungan Nilai./ ( ) dengan K K./ ( ) Flens Bawah Pusat Geser Flens Atas

5 Nilai K untuk berbagai posisi pebebanan di atas keudian di plotkan dengan bantuan iosoft Excel didapat suatu persaaan baru dala bentuk K. Untuk pusat beban pada flens bawah ( Q = + ½ h) K 0.53K (3) Untuk pusat beban pada pusat geser ( Q = 0) 4.49K 0.48K (4) Untuk pusat beban pada flens atas ( Q = - ½ h) K 0.49K (5) Sebagai pebanding hasil dala tugas akhir ini enggunakan literatur dari W.F Chen dan E. ui. Dala enentukan oen kritis, pada bentang diatas dua tupuan sederhana dengan beban terpusat pada tengah bentang dapat di tentukan dengan persaaan (Structural Stabilit, 986) : C b o (6) diana. w 0 I r (7) Balok engalai tekuk elastis, G = odulus geser, J = konstanta torsi penapang, dan adalah panjang bentang. Nilai I r dapat di hitung dengan sarat I / I x <. I I r I x (8) W EC w (9) Untuk enentukan nilai Cb pada posisi flens bawah Cb = A.B, nilai Cb pada pusat geser Cb = A, dan nilai Cb pada flens atas Cb = A/B diana nilai dari A =.35 dan B = B = W 0.80W. 4. HASI DAN PEBAHASAN Properties Penapang Profil I 54x46x43 b h = 59.6 r b = 47.3 h t w = 7. tf tw t f =.7

6 Tabel. Analisa Penapang Profil I 54x46x43 Profil I - 54x46x43 A = 5.48 x 0 3 J = 40 x I w = 03 x I x = 65.4 x Z x = 566 x r x = 09 S x = 504 x I = 6.77 x Z = 4 x S = 9 x r = 35. G = 80,000 Pa E = 00,000 Pa Analisis Panjang Bentang dengan etode RFD Kondisi balok profil engalai perilaku tekuk elastis, berdasarkan peraturan SNI , berada dala kasus 5, diana panjang bentang harus lebih besar dari r ( > r) Cek kelangsingan penapang b 70 (0) tf f h 680 penapang kopak () tw f X () r r X f fr f fr Dengan f = tegangan leleh baja, fr = tegangan residu ( 70 pa untuk penapang di rol dan 4 pa untuk penapang di las) X Sx EA (3) Sx X 4 Iw I (4) Untuk Profil I 54x46x43 panjang bentang > r = > 535 Nilai dibandingkan dengan enggunakan etode Trahair Tabel 3. Nilai dibandingkan dengan pada Profil I 54x46x43 at [Trahair] kn Ratio [%] Profil [] Flens bawah Pusat Geser Flens Atas Atas/Bawah 54x46x43 5, , , , , , , ,

7 []kn] [kn] Dari tabel di atas dapat dilihat pada bentang 5, nilai 3 kn, pada bentang 8 nilai 0 kn dan pada bentang nilai 7 kn. Seakin panjang bentang, nilai oen kritis seakin kecil. Hal ini berlaku baik untuk flens atas, aupun untuk flens bawah. Hasil tabel di atas dapat ditapilkan dala grafik di bawah ini [] at [Trahair] B at [Trahair] SC at [Trahair] Top Gabar 4. Grafik hubungan antara dengan pada Profil I 54x46x43 Hubungan oen kritis dengan K dapat di taplkan pada gabar di bawah ini. Dapat kita lihat, seakin besar nilai oen kritis, aka nilai K juga seakin besar ,0 0,0 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 K = (π w / ) 0.5 at [Trahair] B at [Trahair] SC at [Trahair] Top Gabar 5. Grafik hubungan antara dengan K pada Profil I 54x46x43 Perbandingan nilai antara etode Trahair dan etode Chen ui

8 [kn] Dari analisis ang dilakukan, nilai oen kritis antara etode Trahair dan etode Chen ui terdapat sedikit perbedaan. Tetapi khusus untuk flens bawah, perbedaan nilai oen kritis tidak terlalu signifikan. Perbedaan antara kedua etode dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4. Perbandingan nilai dengan antara etode Trahair dan Chen-ui pada profil I 54x46x43 [] [Pada posisi] Trahair Chen & ui Botto SC Top T/B % Botto SC Top T/B % Selisih Ratio (%) 5, , , , , , , , [] at Trahair B at Trahair SC at Trahair Top at Chen-ui B at Chen-ui SC at Chen-ui Top 5. KESIPUAN Gabar 6. Grafik perbandingan nilai antara etode Trahair dan etode Chen ui pada profil I 54x46x43 Kesipulan ang dapat diabil berdasarkan dari hasil perhitungan pada bab-bab sebeluna adalah sebagai berikut: a. Posisi pebebanan di flens atas, pusat geser, dan flens bawah bila dibebani, aka pada posisi flens bawah akan lebih stabil bila dibandingkan dengan posisi ang lain. Nilai pada flens bawah lebih besar bila dibandingkan di pusat geser dan flens atas ( botto > Shear centre > Top).

9 b. Perbedaan rasio persentase flens atas dan flens bawah (Top/Botto) antara etode Trahair dan etode Chen ui pada profil I 54x46x43 dengan bentang 8 adalah 9.7 %. Pada profil I 457x9x98 dengan bentang 8, perbedaan rasio antara kedua etode adalah.6 %. Dan pada profil I 60x9x40 pada bentang 8, perbedaan rasio antara kedua etode.54 %. c. Seakin panjang bentang ang ditinjau ( > r ), perbedaan sesuai peletakan beban pada flens atas dibandingkan flens bawah seakin kecil 6. SARAN Dala enganalisa suatu odel struktur perlu diperhatikan pengekangan di ujung balok profil I. Baik tidak di kekang di kedua ujung (unrestrained), di kekang penuh di kedua ujungna (full restrained) dan di kekang sebagian (partiall restrained). Dala endesain keran onorail, sebaikna panjang bentang tidak terlalu panjang dan posisi roda keran di sepanjang flens bawah, karena pada posisi flens bawah lebih stabil dala enahan beban. DAFTAR PUSTAKA Chen, W.F dan E. ui.(986). Structural Stabilit. USA : Elsevier Departeen Pekerjaan Uu. (00). Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung. SNI , Jakarta Oentoeng, Ir. (999). Konstruksi Baja. Surabaa : Andi Orihuela, Toas. Design of onorail Beas. Fro Salon, Charles G.,John E, Johnson. (990). Struktur Baja: Disain dan Perilaku Jilid.Jakarta : Erlangga Setiawan, Agus. (008). Perencanaan Struktur Baja dengan etode RFD. Searang: Erlangga Sitorus, Torang.00. Kajian Experiental dan Teoritis Efek Beban Kerja Tidak di Pusat Geser Terhadap ateral Buckling Pada balok Kantilever Struktur Baja. edan: Draft Tesis. Tioshenko, S Strength of aterials. USA: VNR Trahair, N.S. (993). Flexural Torsional Buckling of Structures. USA and Canada:CRC Press Inc Trahair, N.S. (007). ateral Buckling of onorail Beas. Research Report No R883