3- SAMBUNGAN BAUT Latar Belakang •
Elemen-elemen yang menyusun struktur baja harus digabungkan satu dengan yang lain dengan suatu sistem sambungan.
•
Sambungan berfungsi menyatukan elemen-elemen dan menyalurkan beban dari satu bagian ke bagian yang lain
Sistem Sambungan •
Elemen yang disambung
•
Jenis penyambung : las, baut, paku keling keling
•
Pelat penyambung (dan pelat pengisi)
Contoh Sambungan Sambungan balok - balok
1
Sambungan profil – pelat penyambung
Sambungan pelat – pelat
2
Sambungan profil – pelat penyambung
Sambungan pelat – pelat
2
Sambungan balok - kolom
3
Paku Keling (Rivet) •
Dasar perhitungan untuk sambungan baut dan paku keling adalah sama, yang membedakan adalah cara pelaksanaan dan bahan yang dipakai.
•
Sambungan keling keling umumnya terbuat dari mutu normal.
•
Sambungan keling dipasang dengan pemanasan awal. Pada saat membara, material keling diselipkan ke lubang keling dan salah satu ujungnya dipukul sementara ujung lainnya ditahan. Pukulan tersebut akan membentuk kepala keling pada ujungnya dan badan keling akan mengisi penuh lubang keling
•
Pada saat pendinginan, lubang keling akan memberikan gaya tarik awal, sehingga sambungan sambungan akan menjadi sangat fit.
4
Baut Mutu Normal (Baut Hitam) •
Sambungan baut dapat terbuat dari baut mutu normal atau mutu tinggi.
•
Baut ini dibuat dari baja karbon rendah yang diidentifikasi sebagai A307, dan merupakan jenis baut yang paling murah
•
Namun baut ini belum tentu menghasilkan sambungan yang paling murah karena banyaknya banyaknya jumlah baut yang dibutuhkan pada suatu sambungan
•
Pemakaian terutama pada struktur yang ringan, batang sekunder atau pengaku, platform, platform, gording, rusuk dinding.
•
Mutu baut dapat dibaca dibagian kepala baut, misalnya tertulis 4.6 artinya tegangan leleh baut = 4 x 6 x 100 = 2400 kg/cm 2
•
Baut mutu normal dipasang kencang tangan, tanpa gaya tarik awal dan merupakan tipe tumpu.
5
Baut Mutu Tinggi / High Tension Bolt (HTB) •
Sambungan baut mutu tinggi mengandalkan gaya tarik awal yang terjadi karena pengencangan awal.
•
Gaya tersebut dinamakan proof load .
•
Gaya tersebut akan memberikan friksi, sehingga sambungan baut mutu tinggi hingga taraf gaya tertentu dapat merupakan tipe friksi. Sambungan jenis ini baik untuk gaya bolak-balik.
•
Untuk taraf gaya yang lebih tinggi, sambungan tersebut merupakan tipe tumpu.
•
Baut mutu tinggi dipasang dengan mula-mula melakukan kencang tangan dan diikuti dengan setengah putaran setelah kencang tangan. Atau menggunkana kunci torsi yang telah dikalibrasi sehingga menghasilkan setengah putaran setelah kencang tangan.
•
Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi gedung adalah ¾ inci dan 7/8 inci.
•
Diamter yang palins sering digunakan pada konstruksi jembatan adalah 7/8 inci dan 1 inci
•
Saat ini sambungan baut lebih ekonomis daripada sambungan keling. 6
SPESIFIKASI BAUT DAN PAKU KELING Baut
Mutu
db (mm)
Proof Stress (MPa)
Kuat Tarik min. , fu (MPa)
A307
Normal
6,35 – 10,4
-
60
A325
Tinggi
12,7 – 25,4
585
825
28,6 – 38,1
510
725
12,7 – 38,1
825
1035
-
370
A490
Tinggi
Keling
Normal
•
Proof stress A307 adalah 70% x fu
•
Proof stress A490 adalah 80% x fu
7
Data – Data Teknis Baut HTB Baut
Mutu
Tegangan geser ijin (kg/cm2)
Tegangan tarik ijin (kg/cm2)
A307
Normal
960
1600
A325
Tinggi
1225
3080
A490
Tinggi
1540
3780
8
Pengertian Diameter Nominal (dn) dan Diameter Kern (dk) •
Diameter nominal adalah diameter yang tercantum pada perdagangan, misalnya M12 artinya diameter nominal (dn) = 12 mm
nama
•
Untuk baut tidak diulir penuh, diameter nominal adalah diameter terluar dari batang baut
•
Untuk baut ulir penuh, diameter inti (dk) adalah diameter dalam dari batang tersebut
•
Diameter yang digunakan untuk menghitung luas penampang : Baut tidak di ulir penuh menggunakan dn Baut diulir penuh menggunakan dk
9
Kerusakan Sambungan a.
Kerusakan pada baut akibat geser
b.
Kerusakan pada pelat lewat lubang sambungan
c.
Kerusakan pada baut ataupun pelat (mana yang lebih lemah) akibat tumpu
d.
Kerusakan pada tepi pelat akibat geser
10
Panduan Pemilihan Alat Sambung 1.
Sambungan baut sesuai untuk struktur ringan dengan beban statis yang kecil, dan batang sekunder (seperti gording, pengikat, bracing, dsb)
2.
Pelaksanaan pekerjaan baut sangat cepat, tidak memerlukan pekerja dengan kecakapan tinggi
3.
Bila struktur kelak akan dibongkar pasang, baut lebih sesuai untuk digunakan dibandingkan las
4.
Untuk beban fatique, sebaiknya menggunakan baut mutu tinggi dan las
5.
Pemasangan baut mutu tinggi memerlukan perhatian khusus
6.
Sambungan las sambungan baik
7.
Pada sambungan yang menerus dan rigid, sambungan las lebih sesuai
8.
Pengelasan sebaiknya dikerjakan di bengkel / work shop karena pemeriksaan las di lapangan agak diragukan
9.
Pekerjaan las untuk elemen batang yang sangat tebal memerlukan perhatian ekstra. Lebih seusai jika menggunakan sambungan baut, lagipula sambungan baut lebih kecil bahanya terhadap retak dan rapuh.
memerlukan
baja
lebih
sedikit,
dan
penampilan
11
Mekanisme Sambungan 1.
Tipe tumpu Sambungan tipe tumpu adalah sambungan yang dibuat dengan menggunakan baut yang dikencangkan dengan tangan, atau baut mutu tinggi yang dikencangkan untuk menimbulkna gaya tarik minimum yang disyaratkan, yang kuat rencananya disalurkan oleh gaya geser pada baut dan tumpuan pada bagian-bagian yang disambungkan
12
2.
Tipe friksi Sambungan tipe friksi adalah sambungan yang dibuat dengan menggunakan baut mutu tinggi yang dikencangkan untuk menimbulkan tarikan baut minimum yang disyaratkan sedemikian rupa sehingga gayagaya geser rencana disalurkan melalui jepitan yang bekerja dalam bidang kontak dan gesekan yang ditimbulkan antara bidang-bidang kontak
13
Klasifikasi Sambungan 1.
Sambungan Kaku (Rigid Connection) Deformasi titik kumpul harus sedemikian rupa sehingga tidak terlalu berpengaruh terhadap distribusi gaya maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur. Sambungan dianggap memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut diantara elemen-elemen yang disambung. M sambungan = 90% - 100% M jepit sempurna
14
15
16
2.
Sambungan Semi Kaku (Semi Rigid Connection) Pada sambungan semi kaku, perhitungan kekakuan, penyebaran gaya, dan deformasinya harus menggunakan analisa mekanika yang hasilnya didukung oleh percobaan eksperimental. Sambungan tidak memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut antara elemen yang disambung. Dianggap mempunyai kapasitas yang cukup untuk memberikan tahanan yang dapat diukur terhadap perubahan sudut tersebut M sambungan = 20% - 90% M jepit sempurna
17
18
3.
Sambungan Sendi (Simple Connection) Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang diperlukan pada sambungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur terhadap komponen struktur yang disambung. Detail sambungan harus dapat memikul gaya reaksi yang bekerja pada eksentrisitas yang sesuai dengan detail sambungan. M sambungan = 0% - 20% M jepit sempurna
19
20
21
Bidang Kerja Sambungan •
Perencanaan sambungan ditentukan oleh bidang kerja sambungan, yaitu bidang tempat bekerjanya gaya pada sistem sambungan.
•
Bidang kerja : 1.
Sejajar (dalam bidang / sebidang)
2.
Tegak lurus (lurus bidang / tak sebidang)
3.
Kombinasi sejajar – tegak lurus
22
1.
Bidang Kerja Sejajar (Pembebanan Dalam Bidang) Adalah pembebanan yang gaya dan momen lentur rencananya berada dalam bidang sambungan sedemikian rupa sehingga gaya yang ditimbulkan dalam komponen sambungan hanya gaya geser
23
2.
Bidang Kerja Tegal Lurus (Pembebanan Luar Bidang) Adalah pembebanan yang gaya dan momen lentur rencananya menghasilkan gaya yang arahnya tegak lurus bidang sambungan sedemikian rupa sehingga gaya yang ditimbulkan dalam komponen sambungan hanya gaya tarik
24
3.
Bidang Kerja Kombinasi Adalah pembebanan yang gaya dan momen lentur rencananya menghasilkan gaya yang arahnya sejajar dan tegak lurus bidang sambungan sedemikian rupa sehingga gaya yang ditimbulkan dalam komponen sambungan adalah kombinasi gaya geser dan tarik
25
Tata Letak Baut
3 db ≤ S ≤ 15 tp atau 200 mm
1,5 db ≤ S1 ≤ (4 tp + 100) atau 200 mm S2 ≤ 12 tp atau 150 mm
26
Perencanaan Baut
Kuat Geser Rencana Tumpu Baut
Untuk 1 bidang geser baut
27
Kuat Geser Rencana Tumpu Pelat
28
Kuat Tarik Rencana
29
Kombinasi Geser danTarik Rencana Tumpu Baut
30
Kuat Geser Rencana Baut Mutu Tinggi Tipe Friksi
31
32
Kombinasi Geser danTarik Rencana Friksi Baut
(Tb)
33
Kelompok Baut Yang Memikul Beban Sebidang, Beban Eksentris
•
Pada sambungan ini, beban bekerja pada bidang sambungan, tetapi tidak melalui titik berat sambungan. Akibat eksentris tersebut akan menimbulkan beban momen puntir pada sambungan, sehingga disamping sambungan menerima geser sentris, juga ditambah menerima beban geser puntir
•
Ada 3 cara pendekatan analisis untuk sambugan baut geser puntir yang telah dikenal yaitu :
Cara elastis
Reduced Eccentricity Method
Ultimated Strength Method 34
A. Cara Elastis •
Penyelesaian cara elastis ini memberikan hasil sangat konservatif karena pengaruh gesekan antar pelat tidak diperhitungkan.
•
Untuk kasus A adalah geser sentris sehingga beban Pu diterima secara merata pada tiap baut : Ku = Pu/n
•
Untuk kasus B, momen puntir Mu = Pu x e, seolah-olah disebarkan ke masing-masing baut sedemikian rupa sehingga arah dari beban setiap baut akan membuat momen kopel terhadap titik berat susunan baut dan besar beban masing-masing baut sebanding dengan jarak baut tersebut ke titik berat susunan baut (cg). 35
Kui = beban pada tiap baut Ri = jarak antara baut ke titik berat (cg) susunan baut dimana arah Ki tegak lurus Ri (1) dan
(2)
kalau masing-masing beban baut dinyatakan dalam K 1
(3) Kalau persamaan (3) dimasukkan persamaan (1)
(4) Dengan demikian beban masing-masing baut dapat dinyatakan sbb :
Kalau diperhatikan, maka baut yang menerima beban terberat adalah baut terjauh dari cg (Rmax) 36
Kalau beban K diuraikan dalam arah horisontal dan vertikal, maka perumusannya adalah : Sin ai =
Cos ai =
Khi = Ki sin ai = Kvi = Ki cos ai = Dimana : Kva =
Total beban yang diterima :
≤ Ø Rn
37
B. Reduced Eccentricity Method •
Cara elastis dapat dikatakan over estimate terhadap besarnya momen yang bekerja pada sambungan sehingga dikembangkanlah suatu cara yang memakai efektif eksentrisitas dengan memperhitungkan pengaruh tahanan slip (gesekan) pada bidang gesek.
•
Baut satu baris, dan n adalah jumlah baut dalam satu baris : eefektif = eaktual – (1+2n)/4 (inchi)
•
Baut dua baris atau lebih, simetris, dan n jumlah baut dalam satu baris : eefektif = eaktual – (1+n)/2 (inchi)
•
1 inchi = 2,54 cm Contoh baut 1 baris, n = 4 eefektif = 6 – (1+2x4)/4 = 3,75 in
Contoh baut 2 baris, n = 3 eefektif = 5 – (1+3)/2 = 3 in Penyelesaian selanjutnya dengan cara elastis 38
C. Ultimate Strength Method •
Kedua penyelesaian diatas dengan cara sifat sambungan elastis. Cara yang lebih realistis adalah ultimate strength method
Jika pada baut yang terjauh belum mulai terjadi slip atau leleh, sambungan belum gagal. Bila momen bertambah, baut yang lebih dekat akan menahan beban bertambah besar, dan kegagalan tidak terjadi sebelum semua baut slip atau leleh. Pada beban eksentris ini cenderung terjadi baik rotasi maupun translasi pada bahan sambungan, dan pengaruhnya sama dengan perputaran sambungan terhadap suatu titik yang disebut pusat sesaat perputaran (titik O). 39
•
Pusat sesaat perputaran ini berjarak e’ dari titik berat sambungan.
•
Deformasi dari baut-baut ini dianggap bervariasi tergantung pada jarak baut dari pusat sesaat putaran.
•
Beban geser ultimate yang dapat diterima oleh baut tidak sama dengan Ru baut, tapi tergantung pada deformasi baut.
•
Crafod dan Kulak mendapatkan hubungan sbb:
= total deformasi dari baut Rult = kekuatan rencana baut (Ru) Baut terjauh deformasinya diambil =0,34 in dan deformasi baut lainnya dapat dihitung sebanding dengan jarak (d) antara baut dengan titik pusat (O) Gaya yang diterima oleh masing-masing baut dinyatakan dengan R dengan arah tegak lurus garis hubung (d) Titik O dicari dengan coba-coba, sehingga didapat keseimbangan :
∑V = 0 Pu - ∑Rv = 0
(total gaya vertikal = 0)
∑M terhadap O = 0
(total momen thd titik O = 0)
∑H = 0
(total gaya horisontal = 0) 40
Pendekatan Menentukan Jumlah Baut •
Untuk sambungan geser sentris jumlah baut bisa langsung dicari :
n = jumlah baut
•
Untuk sambungan geser eksentris jumlah baut harus direncanakan dulu baru dikontrol kekuatannya. Sebagai perkiraan awal jumlah baut dapat digunakan rumus pendekatan sbb : n = jumlah baut Mu = Momen terfaktor μ = jarak vertikal antar baut Ru = kekuatan rencana baut
•
Rumus tsb berlaku untuk beban Mu saja dan baut hanya 1 baris
•
Untuk beban Mu dan Pu, nilai Ru direduksi
•
Untuk baut lebih dari 1 baris, nilai Ru dinaikkan
41
Kelompok Baut Pemikul Beban Tidak Sebidang (Eksentris) •
Pada tipe sambungan ini beban bekerja tidak lagi pada bidang sambungan, maka akan timbul gaya lintang dan momen lentur pada bidang sambungan itu
•
Untuk sambungan dengan beban A, maka beban menjadi geser sentris, sehingga beban Pu dibagi secara merata pada tiap baut Ku = Pu/n
42
•
Untuk sambungan dengan beban B, momen Mu merupakan momen yang menyebabkan sambungan melentur, dimana bagian atas akan tertarik dan bagian bawah tertekan
•
Bila alat penyambung digunakan baut mutu tinggi tipe friction, maka akibat dari pengencang baut akan memberikan gaya tekan pada bidang sambungan, tapi bila digunakan baut biasa (tipe tumpu) maka gaya tekan ini dapat diabaikan
•
Untuk sambungan baut tipe tumpu dapat diselesaikan dengan cara elastis atau ultimate sedangkan sambungan baut tipe friction diselesaikan dengan memperhitungkan gaya tekan.
43
Kelompok Baut Tipe Tumpu Cara Elastis Pendekatan •
Metode ini mengasumsikan bahwa sambungan yang menerima beban lentur tersebut akan berputar dengan titik putar pada baut terbawah sehingga baut-baut akan menerima beban tarik sedemikian rupa sehingga besarnya sebanding dengan jarak baut terhadap titik putarnya
Mu = Tu1 . d1 + Tu2 . d2 + Tu3 . d3 + Tu4 . d4
(1)
atau
(2) 44
Kalau persamaan (2) di substitusikan ke persamaan (1) maka :
Maka beban tarik pada masing-masing baut :
Baut menerima beban geser sebesar :
Beban tarik max :
45
Kelompok Baut Tipe Tumpu Cara Elastis Luasan Transformasi •
Pada metode ini momen lentur yang terjadi, gaya tarik ditahan oleh baut sedangkan tekan dipikul oleh pelat penyambung
Tarik yang diterima luasan baut dapat ditransformasi ke luasan pelat dengan lebar be dimana : be = (A . n) / μ A = luasa penampang baut
μ = jarak baut vertikal n = jumlah baut 1 deret 46
•
Mencari letak garis netral ½ b . yb2 = ½ be . ya2 b . yb2 = be . ya2 yb/ya = √(be/b)
(1)
ya + yb = h
(2)
Dari persamaan (1) dan (2), y a dan yb dapat dihitung Momen inersia dari luasan transformasi : I = 1/3 be . ya3 + 1/3 b . yb3 Tegangan tarik max :
Pada baut yang terjauh dari garis netral (g.n) menerima tegangan :
ymax = jarak terjauh dari garis netral
47
•
Baut terjauh memikul beban tarik :
•
Beban geser :
48
Kelompok Baut Tipe Tumpu Cara Ultimate •
Akibat momen terjadi tegangan tekan yang dipikul pelat dan tegangan tarik yang dipikul oleh baut
Garis netral didapat dari keseimbangan gaya tekan = gaya tarik : f yp . a . b = ∑T T = gaya tarik pada 1 baut f yp = tegangan leleh pelat Baut selain memikul beban tarik, juga memikul beban geser : 49
•
Kontrol tarik :
•
dimana :
•
Anggap beban tarik baut = Td (diambil dari Td tarik murni dan kombinasi geser tarik, mana yang terkecil)
•
Garis netral :
•
Momen rencana yang dapat dipikul oleh sambungan :
•
Kontrol momen terfaktor :
50
Kelompok Baut Tipe Friction •
Akibat momen lentur Mu = Pu x e
•
Menimbulkan :
bagian atas = geser + tarik bagian bawah = geser + tekan
Garis netral pada tengah-tengah
Dimana Vn = 1,13 m m Tb 51
Sambungan Balok •
Karena panjang profil dipasaran terbatas, maka terkadang sebuah balok harus disambung. Misalnya pada potongan I sejarak x dari perletakan A
•
Pada potongan I akan terjadi gaya lintang sebesar D I dan momen lentur M I 52
Pembagian beban pada sambungan : •
Gaya lintang D I seluruhnya dipikul pelat badan profil
•
Momen lentur M I disalurkan ke pelat sayap dan pelat badan dengan pembagian sbb : Badan menerima : Sayap menerima :
53
• Sambungan Sayap Momen yang dipikul saya dijadikan sepasang gaya kopel sehingga sambungan pada sayap menerima beban geser sentris sebesar gaya kopel tersebut
h = tinggi profil
54
• Sambungan Badan Momen pada pelat badan dan gaya lintang akan bekerja sebagai beban geser eksentris dan momen puntir pada sambungan pelat badan
55
