PLATE GIRDER
( BALOK PELAT BERDINDING PENUH )
1. PENDAHULUAN
Pelat girder adalah suatu balok besar yang dibuat dari susunan
elemen2 pelat yang disatukan dengan alat penyambung untuk mendapatkan
susunan bahan yang lebih effisien dibanding yang diperoleh dengan balok
tempa (rolled beam)
Contoh:
Bentuk box seperti contoh gambar (f) mempunyai kekakuan puntir yang
besar, maka sangat cocok digunakan untuk jembatan di tikungan. Alat
penyambung untuk plate girder sekarang banyak digunakan sambungan las,
namun untuk penyambungan di lapangan sering dilakukan dengan sambungan
baut.
Pada jembatan jalan raya, pada bentang kurang dari ± 24 m jembatan
balok biasa dapat digunakan. Namun untuk bentang > 24 m penggunaan plate
girder akan lebih ekonomis.
Untuk jembatan Kereta Api / beban berat, bentang plate girder yang
dicapai akan lebih kecil.
Umumnya plate girder digunakan untuk jembatan KA pada bentang 15
sampai dengan 40 m, sedangkan untuk jembatan jalan raya pada bentang 24
sampai dengan 46 m, namun untuk jembatan yang menerus, bentang yang dapat
dicapai lebih besar yaitu ± 61 m.
Pada bangunan gedung baja, plate girder dipakai untuk balok yang
mendapat beban yang berat, bentang-bentang besar ataupun pada balok
pendukung crane dan sebagainya.
Plate Girder sebenarnya adalah "balok tinggi", yang mempunyai
ukuran hc / tw > λr atau badan balok ramping.
2. UKURAN PLATE GIRDER
Tinggi Plate Girder bervariasi yaitu antara L atau rata-rata
adalah L bentang.
Keadaan yang membatasi tinggi plate girder adalah masalah
pengangkutan, seperti persyaratan tinggi bebas dan sebagainya.
Ukuran Pelat Badan (Web-Size)
Setelah tinggi balok diperkirakan maka ukuran plate girder akan
ditentukan oleh besarnya gaya geser maximum dan momen maximum.
Pelat badan menahan hampir semua tegangan geser dari balok, tegangan
geser ini di distribusi merata pada pelat badan.
Akibat lenturan balok akan melengkung. Lengkungan pada sayap balok
menimbulkan komponen gaya vertikal pada badan balok. Pelat badan harus
cukup kuat menahan vertikal buckling komponen gaya vertikal tersebut.
- Pelat badan yang tidak diperkaku:
- Pelat badan dengan pengaku vertikal:
Ketebalan Pelat badan yang diperkaku melintang harus memenuhi :
( jika 1,0 ( ( 3,0
( jika 0,74 ( ( 1,0
( jika ( 0,74.
Bila > 3,0 dianggap tidak diperkaku.
- Umumnya
Untuk jembatan tw min= 3/8 inc ( 9 mm)
Untuk bangunan tw min= 1/4 - 5/16 inc (6 – 8 mm)
Ukuran Pelat Sayap
Kuat lentur dari balok akan sama dengan kuat lentur sayap ditambah
dengan kuat lentur badan balok. Namun hampir semua kuat lentur dari
balok diberikan oleh sayapnya.
Maka sebagai perkiraan luas sayap adalah:
Af.Fy.h ( Mu
Atau :
Af (
Kuat Lentur Rencana Balok = ( Mn
( = 0,9
Mn = Kuat lentur nominal
Kuat Lentur Nominal Mn Plate Girder (Balok Pelat Berdinding Penuh)
a) Balok pelat berdinding penuh adalah balok yang mempunyai ukuran;
h/tw > λr dimana (r = ( fy (MPa)
Momen nominal balok:
Mn = Kg. S .fcr
Dimana: Kg = Koefisien balok berdinding penuh
= 1 -
ar =
h = tinggi bersih balok.
S = modulus penampang =
fcr = tegangan kritis (Mpa)
1
Tegangan Kritis fcr
Tegangan kritis fcr ditentukan oleh:
- Kelangsingan berdasar panjang bentang (tekuk torsi lateral)
- Kelangsingan berdasarkan tebal pelat sayap (local buckling)
- Kelangsingan berdasar panjang bentang (tekuk torsi lateral):
(G = ( L = jarak pengekang lateral
rt = jari-jari girasi (pelat sayap + pelat badan
tertekan)
Batas kelangsingan:
(p = 1,76
(r = 4,40
- Kelangsingan berdasar tebal pelat sayap:
(G =
Batas kelangsingan:
(p = 0,38
(r = 1,35
Dimana kc =
Dan 0,35 ( kc ( 0,763
Maka besarnya fcr adalah:
1. Untuk (G ( (p , (bentang pendek) ( maka fcr = fy
2. Untuk (p ( (G ( (r , (bentang menengah) ( maka
fcr = cb. fy
3. Untuk (r ( (G, (bentang panjang) ( maka fcr = fc (λr /λg)2
Dimana:
fc = ( fy ( jika ditentukan berdasar oleh tekuk torsi
lateral (panjang bentang)
fc = fy / 2 , jika ditentukan berdasar tekuk local (tebal pelat
sayap)
Faktor pengali momen Cb =
Kuat Geser
Pelat badan yang memikul gaya geser terfaktor Vu harus memenuhi:
Vu Ø.Vn , dimana Ø = 0,9
Vn = kuat geser nominal pelat badan.
KUAT GESER NOMINAL Vn :
- Untuk ( 1,10
kn = 5 +
Vn = 0,6 fy.Aw ……… (8.8 – 3a) ( Aw = luas bruto pelat badan.
- Untuk 1,10 ( ( 1,37
Vn = 0,6 fy.Aw ……… (8.8 – 4a).
Atau Vn = 0,6 fy.AW ……… (8.8 – 4b).
Dimana: cv = 1,10
- Untuk 1,37
Vn = ……….(8.8 – 5a)
Atau: Vn = 0,6 fy.AW ……….(8.8 – 5b)
Dimana : cV = 1,5
PENGAKU / STIFFENER
Untuk memperkecil bahaya lipat pelat badan, maka diberikan
pengaku/stiffener. Agar konstruksi sederhana, maka stiffener di tempatkan
pada gelagar-gelagar melintangnya. Namun bila diperlukan, stiffener dapat
ditempatkan lagi diantaranya.
PENGAKU PENUMPU BEBAN
Ru - (Rb ( As.fy
As = luas stiffener
( = 0,9
Rb = kekuatan pelat badan berdasar kuat leleh,kuat tekuk.
Lihat pasal: 8.10.3
8.10.4
8.10.5
8.10.6
( Bila (Ru - (Rb) = (-) ( tidak perlu pengaku
- Lebar pengaku: bs >
- Tebal pengaku: ts >
dan
- Kontrol sebagai kolom
Penampang kolom
- Panjang tekuk kolom lk = 0,75 h
rx =
(c = ( didapat w = ………
Ru ( ( A' ( ( = 0,85
PERENCANAAN PENGAKU VERTIKAL
- Pemasangan Pengaku:
Bila kuat geser pelat badan (Vn tidak memenuhi, maka diberikan
pengaku vertikal, yang dipasang pada salah satu sisi atau di kedua
sisi pelat badan.
- Luas Minimum (Pasal 8.12.2)
Pengaku vertikal yang tidak menerima beban luar secara langsung
atau momen, harus memenuhi:
As ( 0,5 D Aw (1 - CV)
D = 1,0 untuk sepasang pengaku
= 1,8 untuk pengaku L tunggal
= 2,4 untuk pengaku pelat tunggal
Aw = luas pelat badan
Cv =
- Kekakuan Minimum: (Pasal 8.12.3)
Pengaku vertikal pada pelat badan yang tidak menerima beban luar
secara langsung atau momen, harus mempunyai Is :
Is ( 0,75 h.tW3 ( untuk
Is ( ( untuk
Dimana Is =
Contoh :
Suatu plate girder bentang L = 21,00 m memikul beban-beban (anggap
sebagai beban terbagi rata) yaitu:
- Beban hidup WL = 5200 kg/m'
- Beban mati WD = 3000 kg/m'
- Ditaksir berat sendiri gelagar = 370 kg/m'
Rencanakan plate girder tersebut.
Jawab : Wu = 1,2 D + 1,6 L
= 1,2 (3000 + 370) + 1,6 x 5200 = 12,364 kg/m'
Mu = Wu.L2 = x 12,364 x 212 = 681.565,5 kg.m
= 68,156.550 kg.cm
Vu = = 129,822 kg
UKURAN BALOK
- Ambil tinggi balok d =
- = 2100 mm
Ambil tf = 28 mm
h = 2100 – 2 x 28 = 2044
- Tebal tW: h/tw >
tW <
ambil tW = 12 mm ( ……… OK.
- Sayap balok : Af =
ambil pelat 28 x 500 = 14000 mm2 > 13899,6 mm2
KONTROL KUAT LENTUR
1) Apakah Penampang Kompak :
.…ya.
( Penampang kompak!
( Untuk (G < (P ( fcr = fy = 2400 kg/cm2
2) Berdasarkan Tekuk Lateral :
L = 3 x 1750 = 5250 mm (= jarak pengekang lateral = jarak gelagar
melintang).
A' = 28 x 500 + 340,6 x 12 = 18087 mm2
Iy'y' = = 291715713 mm4
rt = = 127 mm
(G =
(p = 1,76
- Untuk (G < (p ( fcr = fy = 2400 kg/cm2
Dari 1) dan 2) di dapat tegangan kritis:
fcr = 2400 kg/cm2
- Momen Inersia Balok :
I =
= 3,859 x 1010 mm4
- Modulus Penampang S =
= 36.754,275 cm3
- Koefisien balok Kg = 1 -
= 0,994
- Momen nominal balok Mn = Kg.S.fcr
Mn = 0,994 x 36.754,275 x 2400 = 87.688.998 kg.cm
(Mn = 0,9 x 87.688.998 = 78.912.899 kg.cm
Syarat : Mu ( ( Mn
68.156.5510 kg.cm ( 78.912.899 kg.cm. ………… OK.
KONTROL KUAT GESER
Stiffener dipasang dengan jarak a = 1750 mm seperti tergambar.
=
1,10 = 1,10 ( dimana kn =
= = 11,82
= 109
1,37 = 136
Ternyata ( 1,37 maka Vn ditentukan (8.8.5)
Vn =
=
= 179867 kg ( kecil menentukan
Atau : Vn = 0,6. fy.AW
Dimana:
Vn = 1,5
= = 1,95
Vn = 0,6 x 2400 x (1,2 x 104,4 )
= 238.580 kg.
(Vn = 179.867 kg
(Vn = 0,9 x 179.867 = 161.880 kg
Syarat : Vu ( ( Vn
129.822 kg ( 161.880 kg ………… OK.
PERENCANAAN STIFFENER
1) Stiffener Penumpu Beban Ru
Pada perletakan Ru = Vu = 129.822 kg
D = 2100
h = 2044
- Ukuran pengaku :
Ru - ( Rb ( As.fy ……… (Pasal 8.10.3)
Rb Ditentukan oleh :
Kuat leleh badan Rb = (2,5 k + N) fy.tW ……… (pers. 8.10-3)
= (2,5 x 2,8 + 30) x 2400 x 1,2 = 106.560 kg.
Kuat tekuk dukung / lipat (pasal 8.10.4)
(X = 250) (
dan maka :
Rb = 0,39.tW2 ……… (pers. 8.10-4b)
= 0,39 x 1,22
= 66536 kg
Kuat tekuk lateral (Pasal 5.10.5)
Apakah
( Tidak perlu dikontrol terhadap tekuk lateral.
Kuat lentur pelat badan (pasal 8.10.6)
Rb =
= ( kecil menentukan
( = Rb = 14.104 kg
( Rb = 0,9 x 14.104 = 12.694 kg
Ru - ( Rb ( As.fy
129.822 – 12.694 ( As x 2400
As ( = 48.80 cm2
Ambil stiffener seperti tergambar:
As = 2 x (1,6 x 20) = 64 cm2 > 48.80 cm2
Lebar pengaku: (bs = 200) > …… OK.
Tebal pengaku (ts = 16) > ( ………… OK.
Kontrol Stiffener sebagai kolom:
A' : tW x (12 tW) = 12 x (12 x 12) = 1728 mm2
+ (16 x 200) x 2 = 6400 mm2
A' = 8128 mm2
Ixx = ( = 93246.037 mm4
rx = 107,1 mm
(c =
Untuk (c ( 0,25 ( w = 1,0
Syarat : Rn ( (.A'.
129.822 ( 0,85 x 81,28 x
129.822 kg ( 165.811 kg …………… OK.
2) Stiffener yang tidak menerima beban Ru (stiffener antara)
Luas Stiffener
As ( 0,5 D.AW (1 – CV)
Coba : Stiffener seperti tergambar
D = 1 ( sepasang pengaku
AW = 12 x 2044 = 34528 mm2 = 245,28 cm2 ( luas pelat
badan
CV =
=
As ( 0,5 x 1 x 245,28 x (1 – 0,509)
( 19,15 cm2
(As = 16 x 1,2 = 19,2 cm2) > 19,15 cm2 …………OK.
Kekakuan Minimum Is (pasal 8.12.3)
Is =
=
= , maka;
Syarat: Is ( 0,75.h.tW3
409,6 cm4 ( (0,75 x 204,4 x 1,23 = 264,9 cm4) ……… OK.
-----------------------
