Metode Kekakuan Langsung (Direct Stiffness Method)

dokumen-dokumen yang mirip
ANALISA STRUKTUR METODE MATRIKS (ASMM)

TRANSFORMASI SUMBU KOORDINAT

ANALISIS STRUKTUR METODE MATRIX. Pertemuan ke-3 SISTEM RANGKA BATANG (PLANE TRUSS)

Analisis Struktur Statis Tak Tentu dengan Force Method

STRUKTUR STATIS TAK TENTU

METODE SLOPE DEFLECTION

Analisis Struktur Statis Tak Tentu dengan Metode Slope-Deflection

5- Persamaan Tiga Momen

Dosen Pembimbing: 1. Tavio, ST, MS, Ph.D 2. Bambang Piscesa, ST, MT

BAB I PENDAHULUAN. tersebut. Modifikasi itu dapat dilakukan dengan mengubah suatu profil baja standard menjadi

BAB II METODE KEKAKUAN

SATUAN ACARA PERKULIAHAN (SAP)

PENGEMBANGAN WEBSITE UNTUK PEMBELAJARAN ANALISIS STRUKTUR RANGKA DENGAN METODE KEKAKUAN LANGSUNG

PENGARUH DAN FUNGSI BATANG NOL TERHADAP DEFLEKSI TITIK BUHUL STRUKTUR RANGKA Iwan-Indra Gunawan PENDAHULUAN


Analisis Struktur Statis Tak Tentu dengan Force Method

Pertemuan I, II I. Gaya dan Konstruksi

MEKANIKA REKAYASA III

Pertemuan I,II I. Struktur Statis Tertentu dan Struktur Statis Tak Tentu

DEFORMASI BALOK SEDERHANA

KOMPUTERISASI ANALISIS STRUKTUR RANGKA 3D DENGAN METODE KEKAKUAN LANGSUNG ALGORITMA HOLZER. Yohanes I P NRP :

BAB III. Ditinjau dari 'hmur teori, konstruksi dan pemakaiannya balok grid sudah

3- Deformasi Struktur

ANALISIS CANTILEVER BEAM DENGAN MENGGUNAKAN METODE SOLUSI NUMERIK TUGAS KULIAH

BAB I STRUKTUR STATIS TAK TENTU

ekfvalen. Tegangan/gaya dicari dari displacement. Displacement merupakan bilangan

Metode Defleksi Kemiringan (The Slope Deflection Method)

Struktur Rangka Batang Statis Tertentu

Struktur Statis Tertentu : Rangka Batang

Respect, Professionalism, & Entrepreneurship. Mata Kuliah : Mekanika Bahan Kode : TSP 205. Kolom. Pertemuan 14, 15

STIFFNESS AND FLEXIBILITY ANALISA STRUKTUR DENGAN METODE MATRIKS

BAB II METODE ELEMEN HINGGA PADA STRUKTUR. 2.1 Jenis - Jenis Struktur pada Bangunan Teknik Sipil

BAB I SLOPE DEFLECTION

Gaya. Gaya adalah suatu sebab yang mengubah sesuatu benda dari keadaan diam menjadi bergerak atau dari keadaan bergerak menjadi diam.

Pertemuan VI,VII III. Metode Defleksi Kemiringan (The Slope Deflection Method)

GARIS GARIS BESAR PROGRAM PERKULIAHAN ( GBPP )

Golongan struktur Balok ( beam Kerangka kaku ( rigid frame Rangka batang ( truss

III. METODE KEKAKUAN

MODUL 3 : METODA PERSAMAAN TIGA MOMEN Judul :METODA PERSAMAAN TIGA MOMEN UNTUK MENYELESAIKAN STRUKTUR STATIS TIDAK TERTENTU

BAB II TEORI DASAR. Gambar 2.1 Tipikal struktur mekanika (a) struktur batang (b) struktur bertingkat [2]

BAB II PELENGKUNG TIGA SENDI

STATIKA I. Reaksi Perletakan Struktur Statis Tertentu : Balok Sederhana dan Balok Majemuk/Gerbe ACEP HIDAYAT,ST,MT. Modul ke: Fakultas FTPD

I.1 Latar Belakang I-1

Analisis Struktur Statis Tak Tentu dengan Metode Slope-Deflection

Outline TM. XXII : METODE CROSS. TKS 4008 Analisis Struktur I 11/24/2014. Metode Distribusi Momen

BAB I PENDAHULUAN. analisa elastis dan plastis. Pada analisa elastis, diasumsikan bahwa ketika struktur

KAJIAN EFEK PARAMETER BASE ISOLATOR TERHADAP RESPON BANGUNAN AKIBAT GAYA GEMPA DENGAN METODE ANALISIS RIWAYAT WAKTU DICKY ERISTA

PROGRAM ANALISIS GRID PELAT LANTAI MENGGUNAKAN ELEMEN HINGGA DENGAN MATLAB VERSUS SAP2000

Mekanika Rekayasa III

XI. BALOK ELASTIS STATIS TAK TENTU

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Pengertian rangka

STRUKTUR STATIS TERTENTU PORTAL DAN PELENGKUNG

PRINSIP DASAR MEKANIKA STRUKTUR

2 Mekanika Rekayasa 1

BAB II METODE DISTRIBUSI MOMEN

Pertemuan 13 ANALISIS P- DELTA

BAB I PENDAHULUAN. pesat yaitu selain awet dan kuat, berat yang lebih ringan Specific Strength yang

Mekanika Rekayasa/Teknik I

BAB I PENDAHULUAN. balok, dan batang yang mengalami gabungan lenturan dan beban aksial; (b) struktur

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN. Suatu konstruksi tersusun atas bagian-bagian tunggal yang digabung membentuk

Kuliah ke-2. UNIVERSITAS INDO GLOBAL MANDIRI FAKULTAS TEKNIK Jalan Sudirman No. 629 Palembang Telp: , Fax:

Rangka Batang (Truss Structures)

BAB II STUDI PUSTAKA. bangunan runtuh akibat sebuah muatan, maka bangunan tersebut akan aman dibebani

SATUAN ACARA PERKULIAHAN (SAP)

Tegangan Dalam Balok

APLIKASI SIMULASI MONTE CARLO PADA PERHITUNGAN MOMEN MAKSIMUM STRUKTUR PORTAL

Modul 4 PRINSIP DASAR

Penerapan metode defleksi kemiringan pada kerangka kaku statis tak-tentu Tanpa Goyangan

STIFFNESS AND FLEXIBILITY ANALISA STRUKTUR DENGAN METODE MATRIKS

Analisis Struktur Statis Tak Tentu dengan Metode Distribusi Momen

Mekanika Bahan TEGANGAN DAN REGANGAN

Pertemuan XIII VIII. Balok Elastis Statis Tak Tentu

P=Beban. Bila ujung-ujung balok tersebut tumpuan jepit maka lendutannya / 192 EI. P= Beban

APLIKASI METODE RESPON SPEKTRUM DENGAN METODE TEORITIS DENGAN EXCEL DIBANDINGKAN DENGAN PROGRAM SOFTWARE

BAB II DASAR TEORI. Gambar 2.1 Tumpuan Rol

BAB I PENDAHULUAN. fisik menuntut perkembangan model struktur yang variatif, ekonomis, dan aman. Hal

METODA CONSISTENT DEFORMATION

Bab V Implementasi Dan Pembahasan Metode Elemen Hingga Pada Struktur Shell

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

ANALISA BALOK SILANG DENGAN GRID ELEMEN PADA STRUKTUR JEMBATAN BAJA

MODUL PERKULIAHAN. Gaya Dalam Struktur Statis Tertentu Pada Portal Sederhana

BAHAN AJAR MEKANIKA REKAYASA 3 PROGRAM D3 TEKNIK SIPIL

Pertemuan IX,X,XI V. Metode Defleksi Kemiringan (The Slope Deflection Method) Lanjutan

Definisi Balok Statis Tak Tentu

ANALISA STRUKTUR PORTAL RUANG TIGA LANTAI DENGAN METODE KEKAKUAN DIBANDINGKAN DENGAN PROGRAM ANSYS HERY SANUKRI MUNTE

BAB I PENDAHULUAN. Pada konstruksi baja permasalahan stabilitas merupakan hal yang

ANALISIS STRUKTUR METODE MATRIKS. Achmad Basuki, ST., MT. 1

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Analisis Struktur. 1.2 Derajat Ketidaktentuan Statis (Degree of Statically Indeterminancy)

BAB I PENDAHULUAN. yang paling utama mendukung beban luar serta berat sendirinya oleh momen dan gaya

Besarnya defleksi ditunjukan oleh pergeseran jarak y. Besarnya defleksi y pada setiap nilai x sepanjang balok disebut persamaan kurva defleksi balok

METODE DEFORMASI KONSISTEN

14/12/2012. Metoda penyelesaian :

GETARAN BEBAS PADA BALOK KANTILEVER. Kusdiman Joko Priyanto. Abstrak. Kata kunci : derajad kebebasan, matrik massa, waktu getar alamai

MEKANIKA TEKNIK 02. Oleh: Faqih Ma arif, M.Eng

Mata Kuliah: Statika Struktur Satuan Acara Pengajaran:

Transformasi Geometri Sederhana. Farah Zakiyah Rahmanti 2014

PENGARUH TEGANGAN TORSI TERHADAP PERENCANAAN TULANGAN MEMANJANG DAN TULANGAN GESER PADA BALOK GRID BETON BERTULANG TAMPANG PERSEGI

PEMANFAATAN SOFTWARE BERBASIS MATRIK DALAM PERHITUNGAN KONSTRUKSI STATIS TAK TENTU PADA MEKANIKA TEKNIK LANJUT

Transkripsi:

Metode Kekakuan angsung (Direct Stiffness Method) matriks kekakuan U, P U, P { P } = [ K ] { U } U, P U 4, P 4 gaya perpindahan P K K K K 4 U P K K K K 4 U P = K K K K 4 U P 4 K 4 K 4 K 4 K 44 U 4

P = K. U + K. U + K. U + K 4. U 4 Kesetimbangan gaya di arah U P = K. U + K. U + K. U + K4. U4 Kesetimbangan gaya di arah U P = K. U + K. U + K. U + K4. U4 Kesetimbangan gaya di arah U P4 = K4. U + K4. U + K4. U + K44. U4 Kesetimbangan gaya di arah U4

Jika U = dan U = U = U4 =, maka : P = K ; P = K ; P = K ; P4 = K4 ihat Gambar (a) Jika U = dan U = U = U4 =, maka : P = K ; P = K ; P = K ; P4 = K4 ihat Gambar (b) Jika U = dan U = U = U4 =, maka : P = K ; P = K ; P = K ; P4 = K4 ihat Gambar (c) Jika U4 = dan U = U = U4 =, maka : P = K4 ; P = K4 ; P = K4 ; P4 = K44 ihat Gambar (d)

U = P = K P = K P = K P4 = K4 U = P = K P = K P = K P4 = K4 U = P = K P = K P = K P4 = K4 U = P = K P = K P = K P4 = K4

Matrix kekakuan: K K K K 4 K = K K K K 4 K K K K 4 K 4 K 4 K 4 K 44 EI EI K = EI EI EI Matriks Kekakuan EI Gambar (a) (b) (c) (d)

Jika pada batang bekerja gaya aksial : U,P U,P, EA K = EA K = EA U = K = EA Matriks kekakuan elemen dengan melibatkan gaya aksial : K = EA U = U, P U, P U, P U 4, P 4 K = 6 x 6 EA EI EI EA EI EA EA EI EI EI

Contoh Sebuah balok statis tak tentu seperti pada gambar q, EI, EI Menentukan keaktifan ujungujung elemen Menentukan matriks tujuan DOF : rotasi Matriks kekakuan struktur [ Ks ] x Membuat matrik kekakuan elemen : [ Ks ] = [ K ] + [ K ]

Membuat matrik kekakuan elemen : Elemen EI EI K = EI EI EI EI Matriks Tujuan { T } = { } T [ K ] = x

Elemen K = EI EI EI EI EI EI Matriks Tujuan { T } = { } T [ K ] = x EI EI

Matriks Kekakuan Global Struktur [ Ks ] = [ K ] + [ K ] [ Ks ] x = + EI EI = 8 EI EI EI Untuk mendapatkan deformasi ujungujung aktif struktur, maka digunakan hubungan : { Ps } = [ Ks ] { Us } { Us } = [ Ks ] { Ps } dimana : Us = deformasi ujungujung aktif Ks = kekakuan struktur Ps = gayagaya pada ujung aktif elemen akibat beban luar (aksi)

Untuk contoh di atas, maka : q Ps = q q q q Menghitung invers matrik kekakuan global [ Ks ] [ Ks ] = 8 EI EI EI [ Ks ] = 8. 4. EI 4 8 = 8 EI 4 8 Jadi : { Us } = [ Ks ] { Ps } Us = 8 EI 4 8 q q

Us = 8 EI 6 q q 6 4 6 q q Us = 68 5 68 q EI q EI Rotasi di joint Rotasi di joint Deformasi untuk masingmasing elemen U U Elemen : U = U = 4 U q 68 EI U U Elemen : U = U = 4 U q 68 EI 5 q 68 EI

Reaksi akibat beban luar : q P R = q P R = q q q q q q q

Gaya akhir elemen : Elemen : { P } = [ K ] + { P R } EI EI EI P = EI EI + EI q 68 EI 6 q 56 q 56 P = 6 = q 56 4 q 56 q 8 q 8 q 8 q 8

Elemen : { P } = [ K ] + { P R } EI EI EI P = EI EI + EI 5 q 68 EI 68 q EI q q q q q 56 4 q 56 P = = 4 q 56 6 q 8 q 8 q 8

Free Body Diagram : q 8 q 8 q 8 q q 8 q 8 6 q 8 q 8 Menggambar gayagaya dalam : Bidang D : 6 q 8 q 8 + q 8 q 8 Bidang M : q 8 + + q 8

Elemen Portal D Sebuah portal statis tak tentu seperti pada gambar B P C B C EI EI DOF = A A / / Matriks kekakuan struktur [ Ks ] x [ Ks ] = [ K ] + [ K ]

Elemen EI K = EI x Matriks Tujuan { T } = { } T [ K ] = x Elemen EI K = EI x Matriks Tujuan { T } = { } T [ K ] = x EI EI

Matriks Kekakuan Global Struktur [ Ks ] = [ K ] + [ K ] [ Ks ] x = + EI EI = 8 EI EI EI Untuk mendapatkan deformasi ujungujung aktif struktur, maka digunakan hubungan : { Ps } = [ Ks ] { Us } { Us } = [ Ks ] { Ps } dimana : Us = deformasi ujungujung aktif Ks = kekakuan struktur Ps = gayagaya pada ujung aktif elemen akibat beban luar (aksi)

Untuk contoh di atas, maka : P 8 P P 8 Ps = 8 8 P P Menghitung invers matrik kekakuan global [ Ks ] [ Ks ] = 8 EI EI EI [ Ks ] = 8. 4. EI 4 8 = 8 EI 4 8

Jadi : { Us } = [ Ks ] { Ps } Deformasi untuk masingmasing elemen Us = 8 EI 4 8 8 8 P P U Elemen : U = = U P EI Us = 8 EI 6 q q 6 4 6 q q U Elemen : U = = U 5 P EI P EI Us = 5 P EI P EI Rotasi di joint B Rotasi di joint C

Reaksi akibat beban luar : P P 8 P 8 P R = P R = 8 8 P P Gaya akhir elemen : Elemen : { P } = [ K ] + { P R } Elemen : { P } = [ K ] + { P R } EI P = + EI P EI EI P EI P = + EI 5 P EI P 8 P 8 P = 56 6 56 P P Hasil perhitungan hanya momen saja 6 q q 56 8 P = = Hasil perhitungan hanya momen saja

Free Body Diagram : 6 56 P 7 P 8 9 P 56 9 P 56 6 56 7 P 8 P Dihitung lagi P P 8 9 56 P 56 P 9 P 56 Dihitung lagi Bidang D : 7 P 8 + P P 8 Bidang M : 7 P 8 6 P 56 + P 56 Bidang N : 9 P 56 9 P 56 + P 56 7 P 8

Transformasi Sumbu U, P u, p u, p u, p U, P U, P u u u = Koordinat okal dan Global C S S C U U U C = cos S = sin

Atau dapat ditulis : Dimana : u = U = C S S C C = cos S = sin Untuk transformasi sumbu sebuah titik dengan 6 dof dapat ditulis : u u u u 4 u 5 u 6 = U U U U 4 U 5 U 6 [ u ] = [ R ] [ U ] R = matriks rotasi

Transformasi sumbu juga berlaku untuk gaya : p = P P = p = T P = T p P P P P 4 P 5 P 6 = p p p p 4 p 5 p 6 [ P ] = [ R ] T [ p ] R = matriks rotasi p = k u ; u = R U P = R T p P = K U = R T k u K = R T k R = R T k R U K

Matriks kekakuan elemen untuk 6 dof : EA EA k = 6 x 6 EI EI EA EI EA EI EI EI k = 6 6 6 4 6 6 6 6 6 4 Dimana : = EI = A I [ K ] = [ R ] T [ k ] [ R ]

K = C S S C C S S C 6 6 6 4 6 6 6 C S S C C S S C 6 6 4 g g g 4 g g g 4 g g 5 g g g 5 K = g 6 g 4 g 5 g 7 g g g 4 g g 5 g 6 Dimana : g = ( C + S ) g 5 = 6 C g = C S ( ) g 6 = 4 g = ( S + C ) g 7 = g 4 = 6 S

Sebuah portal seperti gambar, dengan menggunakan transformasi sumbu hitunglah gayagaya dalam yang bekerja E =. ksi A = 5 in I = 5 in 4 = ft = ft q =,68 k/ft = ft M = 4 kft = 68 kin Sumbu Global Sumbu okal DOF [ Ks ] x DOF [ k ] x 5 6 5 4 6 4

Matriks transformasi batang : Batang : = 7 o cos 7 o = sin 7 o = = 7 o x = C S S C = x Batang : = o cos o = sin o = = o x x = C S S C =

C S S C R = = C S S C C S S C R = = C S S C

Matriks kekakuan system struktur Elemen : EI..5 = =,87 (. ) = A I 5.(.) =.44 5 C = ; S = { T } = { } T g g g 4 g g g 4 K = g g 5 g g g 5 g 6 g 4 g 5 g 7 g g g 4 g g 5 K = g g 4 g 4 g 6 g 4 g 6 g = ( C + S ) =,87 [ + () ] =,44 g 4 = 6 S =,87. 6. () = 66,4 g 6 = 4 =,87. 4. = 5. Sehingga :,44 66,4 K = 66,4 5.

Elemen : EI..5 = =,87 (. ) = A I C = ; S = 5.(.) =.44 5 g = ( C + S ) =,87 [.44. + () ] =.5,8 g 4 = 6 S =,87. 6. () = g 6 = 4 =,87. 4. = 5. g 7 = =,87.. = 5.56 Sehingga : { T } = { } T K =.5,8 5. 5.56 g g g 4 g g g 4 5.56 5. g g 5 g g g 5.6,4 66,4 K = g 4 g 6 g 4 g 5 g 7 K S = 66,4.4 5.56 g g g 4 5.56 5. g g 5 g 4 g 7 g 6 K = g g 4 g 4 g 4 g 6 g 7 g 4 g 7 g 6

Matriks beban : 8,4 8,4 q =,4 k/in 68 kin 68 kin 68 kin P S = 68 { Ps } = [ Ks ] { Us } { Us } = [ Ks ] { Ps }.6,4 66,4 U S = 66,4.4 5.56 5.56 5. 68 U S =,95,9,96 Defleksi horizontal di Rotasi di Rotasi di

Displasement masingmasing batang (koordinat lokal) u u u u = = u 4,95 = u 5,95 u 6,9,9 u,95,95 u u u = = u 4,9 =,9 u 5 u 6,96,96

Gaya akhir batang : Elemen : Elemen : { P } = [ k ] { u } + { },9 k 47,5 kin P = =,9 k,959 kft { P } = [ k ] { u } + { F aksi },9 k 7,8 k 95,84 kin P = =,9 k,9 k 7,8 k 7,99 kft,9 k,9 k,9 k 9 k 9 k 95,6 kin 7,968 kft 68 kin 4 kft

Free body diagram :,9,9 k,959 + 9 7,968 kft,9 k,9 k 7,99 kft q =,68 k/ft 4 kft,9 k,9 7,8 +,959 7,8 k 9 k +,9,9 + + 7,99 4

KONSTRUKSI RANGKA BATANG Pada Konstruksi Rangka Batang (KRB), perhitungan matriks kekakuan elemen [ K ] berdasarkan kasus rangka batang Dimensi. Gaya yang bekerja hanya tarik dan tekan aksial saja, sedang gaya momen dan lintang tidak terjadi. Perhatikan gambar dengan elemen struktur batang dengan luas A dan Modulus Elastisitas E konstan. Perhitungan kekakuan elemen hanya mengandung elemen A, E dan empat titik koordinat, yaitu : xi, xj, yi, dan yj.

y,v c = cos j i j x,u cu i i u i q i p i p j q j d Elemen Rangka Batang, dengan sudut pada bidang xy Elemen Rangka Batang setelah perpindahan titik u i >, titik lain tetap

Pertama, harus menghitung : = x j x C = cos = S = sin = i y x j j y x y j i y Perpendekan aksial cu i menghasilkan gaya tekan aksial F = AE cu i Dimana : x dan y merupakan komponen dari ; p i = p j = Fc q i = q j = Fs i i Komponen ini menghasilkan kesetimbangan statis, sehingga diperoleh : C p i AE CS C u i = q i p j CS q j

Hasil yang sama juga akan diperoleh dengan cara memberikan perpindahan pada v i, u j, dan v j, dimana gaya bekerja sendirisendiri. Dan jika 4 dof dengan nilai tidak nol bekerja bersamasama, dan dengan superposisi masingmasing elemen matriks kekakuan, dapat dihitung sebagai berikut : C CS C CS K = AE CS S CS S C CS C CS CS S CS S

Hubungan matriks kekakuan dengan gaya dapat ditulis sebagai berikut : [ K ] { D } = { F } C CS C CS u i p i AE CS S CS S C CS C CS v i u j = q i p j CS S CS S v j q j Untuk kasus khusus :. Jika nilai =, sebagai batang horizontal, matriks kekakuan elemen [ K ] 4 x 4 Hanya berisi 4 komponen yang tidak bernilai nol, yaitu : k = k = k = k = AE K = AE

. Jika nilai = 9, sebagai batang vertikal, matriks kekakuan elemen [ K ] 4 x 4 Hanya berisi 4 komponen yang tidak bernilai nol, yaitu : k = k 44 = k 4 = k 4 = AE K = AE

Sebuah Konstruksi Rangka Batang dengan luas A dan Modulus Elastisitas E yang sama, seperti pada Gambar 4 5 4 5 v 6 7 u Hitunglah matriks kekakuaan masingmasing elemen

Perumusan untuk mencari nilai matriks kekakuan elemen dengan sudut : C CS C CS K = AE CS S CS S C CS C CS CS S CS S Batang, dan merupakan batang horizontal, sehingga = o Maka : [ K ] = [ K ] = [ K ] K = AE

Batang 4 dan 6 merupakan batang diagonal dengan sudut = 6 o Dimana : C = cos 6 o =,5 S = sin 6 o =,866 Maka : [ K 4 ] = [ K 6 ],5,4,5,4 K 4 = AE,4,75,4,75,5,4,5,4,4,75,4,75 Batang 5 dan 7 merupakan batang diagonal dengan sudut = o Dimana : C = cos o =,5 S = sin o =,866 Maka : [ K 5 ] = [ K 7 ],5,4,5,4 K 5 = AE,4,75,4,75,5,4,5,4,4,75,4,75