ANALISA SISTEM PENGAKU (STIFFENER) PADA GELAGAR PELAT GIRDER PENAMPANG - I

Transkripsi

1 ANALISA SISTEM PENGAKU (STIFFENER) PADA GELAGAR PELAT GIRDER PENAMPANG - I TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : M. AGUS HANAFI SIPAHUTAR Dosen Pembimbing: Ir. TORANG SITORUS, M.T. NIP BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016

2 ABSTRAK Jembatan merupakan sebuah struktur yang sengaja dibangun untuk menyeberangi jurang atau rintangan seperti sungai, lembah, rel kereta api maupun jalan raya. Jembatan gelagar berdinding penuh (balok girder) merupakan hal yang dibahas dalam tugas akhir ini, terlebih lagi terhadap desain pengaku pada balok girder. Balok girder merupakan balok tinggi yang langsing dengan ukuran web yang relatif tipis sehingga diperlukannya penggunaan pengaku untuk mencegah terjadinya tekuk badan ataupun tekuk torsi lateral. Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi jarak pengaku dengan beban yang sama terhadap terjadinya tekuk pada badan dan juga aksi medan tarik yang terjadi pada badan. Perhitungan pendimensian balok girder dan pengaku mengacu pada metode LRFD (Load and Resistance Factor Design) yang berdasarkan SNI Hasil pendimensian kemudian disimulasikan dengan bantuan program ANSYS. Kata kunci: balok girder, pengaku, tekuk, torsi lateral. i

3 DAFTAR ISI ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR GRAFIK... DAFTAR NOTASI... KATA PENGANTAR... i ii v vi viii ix xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan dan Manfaat Pembatasan Masalah Metode Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 Umum Sifat-Sifat Mekanik Baja Tipe-Tipe Jembatan Jenis Gelagar Balok Pelat Berdinding Penuh (Balok Girder) Kegagalan Akibat Tekuk Pesyaratan Balok Pelat Berdinding Penuh (Balok Girder) Kuat Momen Nominal Balok Girder a Tipe Keruntuhan Tekuk Torsi Lateral b Tipe Keruntuhan Tekuk Lokal Flens Tekan ii

4 2.5.4 Kuat Geser Nominal a Tekuk Elastis Akibat Geser Murni b Tekuk Inelastis Akibat Geser Murni Kuat Geser Nominal Dengan Pengaruh Aksi Medan Tarik Interaksi Geser Dan Lentur Jenis Jenis Stiffener (Pengaku) a Pengaku Memanjang (Pengaku Horizontal) b Pengaku Melintang (Pengaku Vertikal) Pengaku Penahan Gaya Tumpu a Kuat Leleh Web b Kuat Tekuk Dukung Web c Kuat Tekuk Lateral Web d Kuat Tekuk Lentur Web Desain Balok Pelat Berdinding Penuh (Pelat Girder) Peraturan Pembebanan Aksi tetap a Berat Sendiri b Beban Mati Tambahan Aksi Transien a Lajur Lalu Lintas Rencana b Beban lajur D c Beban truk T BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bagan Alir Mulai Studi literatur Tahap Desain Data Pengolahan Data Analisa Struktur Manual Dengan Metode LRFD Analisa Dengan Menggunakan Program ANSYS Hasil dan Pembahasan iii

5 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Potongan Memanjang Dan Melintang Gelagar Pelat Girder Pradimensi Pembebanan Pada Gelagar Perhitungan Gaya Dalam Cek Kekuatan Penampang Terhadap Momen (Gaya Dalam) a Kontrol Tegangan Pemeriksaan Terhadap Kuat Geser Disain Jarak Pengaku Vertikal (Panel Ujung) Disain Jarak Pengaku Vertikal (Panel Tengah) Disain Pengaku Vertikal (Stiffener) Disain Pengaku Penahan Gaya Tumpu Disain Sambungan (Sambungan Las) Disain Diafragma Perhitungan Lendutan Hasil Tinjauan Output ANSYS BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA iv

6 DAFTAR TABEL Tabel Judul Halaman Tabel 2.1 Berat isi untuk beban mati (kn/m 3 ) 38 Tabel 2.2 Faktor beban untuk berat sendiri 40 Tabel 2.3 Faktor beban untuk beban mati tambahan 41 Tabel 2.4 Jumlah lajur lalu lintas rencana 42 Tabel 4.1 Variasi jarak antar pengaku vertikal (Stiffener) 79 Tabel 4.2 Nilai q pengaku (Stiffener) 79 Tabel 4.3 Lendutan terhadap girder akibat diafragma 82 Tabel 4.4 Lendutan total 83 v

7 DAFTAR GAMBAR Tabel Judul Halaman Gambar 2.1 Hubungan tegangan-regangan tipikal 7 Gambar 2.2 Kurva hubungan tegangan (f) vs regangan (ε) 9 Gambar 2.3 Bagian kurva tegangan-regangan yang diperbesar 9 Gambar 2.4 Penampang gelagar tunggal 15 Gambar 2.5 Penampang gelagar tersusun (balok girder) 16 Gambar 2.6 Kondisi batas untuk balok terlentur 17 Gambar 2.7 Kehancuran badan yang dicegah dalam desain 20 Gambar 2.8 Tampak Samping dan Potongan Melintang Balok Girder I 21 Gambar 2.9 Aksi medan tarik balok girder 26 Gambar 2.10 Kapasitas geser dengan aksi medan tarik 26 Gambar 2.11 Interaksi geser dan lentur 27 Gambar 2.12 Sambungan las pada balok girder 33 Gambar 2.13 Beban D : beban terbagi rata vs panjang bentang dibebani 44 Gambar 2.14 Faktor beban dinamis untuk beban garis untuk pembebanan 45 lajur D Gambar 2.15 Beban lajur D 45 Gambar 2.16 Penyebaran pembebanan pada arah melintang 47 Gambar 2.17 Pembebanan Truk T (500 kn) 48 Gambar 4.1 Potongan memanjang dan melintang gelagar 52 Gambar 4.2 Variasi 1 sebelum dibebani 84 Gambar 4.3 Variasi 1 setelah dibebani 85 Gambar 4.4 Variasi 2 sebelum dibebani 85 vi

8 Gambar 4.5 Variasi 2 setelah dibebani 86 Gambar 4.6 Variasi 3 sebelum dibebani 86 Gambar 4.7 Variasi 3 setelah dibebani 87 Gambar 4.8 Variasi 4 sebelum dibebani 87 Gambar 4.9 Variasi 4 setelah dibebani 88 Gambar 4.10 Variasi 5 sebelum dibebani 88 Gambar 4.11 Variasi 5 setelah dibebani 89 Gambar 4.12 Variasi 6 sebelum dibebani 89 Gambar 4.13 Variasi 6 setelah dibebani 90 Gambar 4.14 Gelagar Tanpa Stiffener Sebelum Dibebani 90 Gambar 4.15 Gelagar Tanpa Stiffener Setelah Dibebani 91 Gambar 4.16 Lendutan variasi 1 91 Gambar 4.17 Lendutan variasi 2 92 Gambar 4.18 Lendutan variasi 3 92 Gambar 4.19 Lendutan variasi 4 93 Gambar 4.20 Lendutan variasi 5 93 Gambar 4.21 Lendutan variasi 6 94 Gambar 4.22 Lendutan Gelagar Tanpa Stiffener 94 Gambar 4.23 Variasi 5 dengan pengaku memanjang 99 Gambar 4.24 Variasi 6 dengan pengaku memanjang 99 vii

9 DAFTAR GRAFIK Tabel Judul Halaman Grafik 4.1 Grafik lendutan 83 viii

10 DAFTAR NOTASI A A f A pb A s A w C v D LF E H I s I x I y K g L w L L 1 M n M u P P 1 P 2 P las = Luas penampang profil = Luas pelat sayap = Luas penampang pengaku penahan gaya tumpu = Luas penampang stiffener = Luas pelat badan = Koefisien geser = Dinamik load factor = Modulus elastisitas baja = Tinggi profil = Inersia pengaku vertikal = Inersia terhadap sb-x = Inersia terhadap sb-y = Koefisien balok girder = Panjang las = Panjang bentang tak terkekang = Jarak antar diafragma = Momen nominal = Momen lentur ultimit = Gaya akibat beban truck = Beban pada as roda tengah atau belakang = Beban pada as roda depan = Gaya akibat las ix

11 R n R nw S V cr V n V u a a r b b s f f cr f uw f y f yf f yw h k n m q DL r T s t f t s = Tahanan nominal = Tahanan nominal akibat las = Modulus penanampang = Kuat geser kritis = Kuat geser nominal = Gaya geser ultimit = Jarak antar pengaku vertikal = Perbandingan antara luas pelat badan terhadap luas pelat sayap = Lebar flens = Lebar stiffener = Gaya geser = Tegangan leleh kritis = Tegangan ultimit las = Tegangan leleh baja = Tegangan leleh flens = Tegangan leleh web = Tinggi bersih bagian web = Rasio antara a dan h = Rasio antara tegangan leleh web dengan tegangan leleh flens = Beban terbagi rata akibat beban mati = Jari-jari girasi = Jarak las dari as ke as = Tebal flens = Tebal stiffener x

12 t w λ Ø = Tebal web = faktor kelangsingan = Faktor reduksi = Tegangan tekuk geser xi

13 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul ANALISA SISTEM PENGAKU (STIFFENER) PADA GELAGAR PELAT GIRDER PENAMPANG - I ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana di bidang Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Sehubungan dengan selesainya tugas akhir ini, penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. sebagai koordinator Sub Jurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir.Torang Sitorus, M.T., sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan ilmu dalam penyusunan tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. dan Ibu Rahmi Karolina, S.T., M.T., sebagai dosen pembanding dan penguji penulis. 6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah membimbing dan xii

14 memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Amin, Bang Edi dan Bang Zul). 8. Kedua orang tua saya, Ayahanda M. Coiman Sipahutar dan Ibunda Marlina Sitompul, yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini. 9. Kakak-kakak saya, Hanifa Indriyani Sipahutar, S.Pd, Syamaiyah Handayani Sipahutar, S.Pd, dan Afrida Fitriyani Sipahutar, S.Pdi. Serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Kepada Yenni Farida Siregar, SKM sahabat terkasih yang selama ini memberikan semangat serta dukungan kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 11. Seluruh teman-teman seperjuangan Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara angkatan 2011, yang telah banyak membantu saya hingga selesainya Tugas Akhir ini. 12. Buat teman-teman saya Ahmad Amanu SS, Rico Ardiansyah, Zulfuadi Lubis, Adriansyah Pami Rahman Siregar, M. Arief Rizqy, Reza Kurniawan dan Her Afriyandi terima kasih atas dukungannya selama ini. xiii

15 13. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terimakasih, dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca. Medan, Februari 2016 Penulis (M. Agus Hanafi Sipahutar) xiv