4- STRUKTUR TEKAN Pengertian Pengerti an Batang Tekan •
•
Batang tekan merupakan batang dari suatau rangka batang atau elemen kolom pada bangunan gedung yang menerima tekan searah panjang batang Beban yang cenderung membuat batang bertambah pendek akan menghasilkan tegangan tekan pada batang tersebut
•
Pada rangka rangka batang, umumnya umumnya batang tepi atas adalah batang tekan
•
Struktur tekan terdapat terdapat pada bangunan-bangunan : o
Jembatan rangka
o
Rangka kuda-kuda atap
o
Rangka menara / tower
o
Kolom pada portal bangunan gedung
o
Sayap tertekan pada balok I (portal, jembatan)
1
Batang tekan
2
Perbedaan terpenting antara antara struktur tarik dan tekan adalah : •
•
Pada struktur tarik, beban tarik membuat batang tetap lurus pada sumbunya, sumbunya, sedangkan pada struktur tekan, beban tekan cenderung membuat batang tertekuk sehingga bahaya tekuk harus diperhatikan Pada struktur tarik, adanya lubang-lubang baut pada sambungan akan mengurangi luas penampang yang memikul beban tarik tersebut, sedangkan pada struktur tekan baut dianggap dapat mengisi lubang sehingga penampang penuh (brutto) yang memikul beban tekan
Kuat tekan komponen struktur yang memikul gaya gaya tekan ditentukan : •
•
Bahan : –
Tegangan leleh (fy)
–
Tegangan sisa (fr)
–
Modulus elastisitas (E)
Geometri (bentuk) : –
penampang
–
Panjang komponen
–
Kondisi ujung dan tumpuan 3
Kondisi batas (ultimate) : •
Tercapainya batas kekuatan
•
Tercapainya batas kestabilan (kondisi tekuk)
Kondisi batas kestabilan kestabilan / tekuk yang harus har us diperhitungkan adalah : •
Tekuk lokal elemen plat (flens local buckling and web local buckling)
•
Tekuk lentur (flexural buckling)
•
Tekuk torsi (torsional bucling)
•
Tekuk torsi lentur (flexural torsional buckling)
•
•
Tercapainya batas kekuatan & tekuk struktur analisis Euler/elastic, Euler/elastic, inelastic, & leleh Tercapainya batas kekuatan & tekuk lokal batas kelangsingan elemen profil (b/tf dan h/tw)
4
Tekuk lokal di flens
Tekuk lokal di web
5
Hubungan antara Batas Kekuatan dan Batas Kestabilan •
•
Pada percobaan tekan menunjukkan bahwa kehancuran batang tekan akan terjadi pada tegangan (P/A) dibawah tegangan leleh (fy) Dengan profil yang sama, semakin panjang batang akan semakin cepat mencapai kehancuran atau semakin kecil beban yang dapat diterima. Hal ini disebabkan semakin langsing batang semakin besar kecenderungannya untuk menekuk
6
7
Angka kelangsingan (slenderness ratio) : •
l
Angka kelangsingan adalah perbandingan antara panjang batang dengan jari-jari kelembaman
L = panjang batang r = jari-jari girasi / kelembaman I = momen inersia A = luas penampang
8
Analisis Tekuk Elastis (Perumusan Euler) Perumusan Euler diturunkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut : o
Batang betul-betul lurus
o
Beban bekerja simetris
o
Bahan homogen
o
Tahanan ujung-ujung batang sendi
9
10
Revisi dari Perumusan Euler •
•
•
Kalau dibandingkan dengan grafik yang dihasilkan dari percobaan tekan di laboratorium, maka perumusan Euler yang diturunkan secara analitis terdapat penyimpangan Perumusan Euler masih dianggap berlaku/sama dengan kenyataan hasil test di laboratorium sampai batas proporsional dimana hukum Hooke berlaku atau harga E tetap (daerah elastis) λ > 110. Setelah melampaui titik proporsional, harga E tidak tetap lagi sehingga perumusan Euler tidak sesuai lagi (daerah inelastic) λ > 110 Untuk daerah inelastic ( λ < 110 ) atau leleh ( λ < 20 ) ini diadakan revisi rumus menggunakan rumus-rumus pendekatan
11
Pengaruh Tegangan Sisa (Residual Stress) •
•
•
•
•
Tegangan sisa ialah tegangan yang ada pada profil baja akibat proses pembuatan dipabrik atau dilapangan Tegangan sisa terjadi karena pendinginan yang tidak bersamaan pada penampang profil sehingga mengakibatkan timbulnya tegangan-tegangan pada profil. Bagian yang cepat mendingin akan timbul tegangan tekan, sedangkan bagian yang terhambat pendinginannya akan timbul tegangan tarik Besarnya tegangan sisa berkisar 1/3 fy, dan diperaturan diambil fr = 70 MPa untuk profil buatan pabrik (roll) Tegangan sisa pada flens profil gilas panas dapat mencapai 140 MPa Tegangan sisa pada penampang gilas panas sangat berpengaruh dalam menentukan tahanan tekuk kolom
12
f p =
l e =
3 kategori kolom : •
Kolom pendek Tegangan runtuh = tegangan leleh, karena sangat pendek, tidak terjadi tekuk saat kolom runtuh
•
Kolom menengah (intermediate) Pada saat runtuh, sebagian penampang telah mencapai tegangan leleh. Kegagalan karena leleh dan tekuk. Kolom menekuk inelastic
•
Kolom panjang (kolom menekuk elastis) Tegangan tekuk tekan < tegangan proporsional ( fp) = fy - fr
13
Tekuk Lentur
Diturunkan
dari perumusan Euler
14
Kolom pendek Kolom
menengah (inelastic) Kolom panjang (elastic)
15
16
17
18
19
GA = nilai G untuk bawah kolom yang ditinjau GB = nilai G untuk atas kolom yang ditinjau 20
Tekuk Lokal (Local Buckling) •
•
•
Tekuk lokal terjadi bila tegangan pada elemen-elemen penampang mencapai tegangan kritis pelat Tegangan kritis pelat tergantung dari perbandingan tebal dengan lebar, perbandingan panjang dan tebal, kondisi tumpuan dan sifat material Perencanaan dapat disederhanakan dengan memilih perbandingan tebal dan lebar elemen penampang yang menjamin tekuk lokal tidak akan terjadi sebelum tekuk lentur. Hal ini diatur dalam peraturan dengan membatasi kelangsingan elemen penampang komponen struktur tekan : l
= b/t ≤ lr
Besarnya lr ditentukan dalam tabel 7.5-1 SNI 03-1729-2002 •
•
Pada umumnya kekuatan komponen struktur dengan beban aksial murni ditentukan oleh tekuk lentur. Efisiensi sedikit berkurang apabila tekuk lokal terjadi sebelum tekuk lentur Bebarapa jenis penampang berdinding tipis seperti L, T, Z dan C yang umumnya mempunyai kekakuan torsi kecil mungkin mengalami tekuk torsi atau kombinasi tekuk lentur-torsi 21
•
•
Untuk kepraktisan perencanaan, peraturan tidak menyatakan perlu memeriksa kondisi tekuk torsi/ lentur-torsi apabila tekuk lokal tidak terjadi kecuali untuk penampang L-ganda atau T Untuk komponen struktur dengan penampang L-ganda atau T harus dibandingkan kemungkinan terjadinya tekuk lentur pada kedua sumbu utama dengan tekuk torsi/lentur-torsi
22
Berdasarkan kelangsingan elemen penampang, dibagi 3 kategori penampang kolom : •
Penampang kompak (Compact Section) : b/t ≤ l p Penampang dapat mencapai tegangan plastik sebelum menekuk
•
Penampang tidak kompak (Non Compact Section) : l p ≤ b/t ≤ l r Penampang dapat mencapai tegangan leleh disebagian tempat sebelum menekuk
•
Penampang langsing (Slender Compression Element) : b/t ≥ l r Sangat tidak ekonomis untuk kolom sehingga tidak boleh dipakai sebagai kolom 23
24
25
Nilai l r
b/t ≤ 250/
b/t ≤ 250/
d/t ≤ 335/
h/tw ≤ 665/
b/t ≤ 250/
h/tw ≤ 665/
b/t ≤ 200/ b/t ≤ 625/
D/t ≤ 22000/fy
b/t ≤ 250/
b/t ≤ 625/
h/tw ≤ 665/
26
Merencanakan Batang Tekan •
•
•
•
•
Pada perencanaan batang tekan tidak bisa langsung mendapatkan kebutuhan Ag dan rmin seperti pada perencanaan batang tarik, karena kelangsingan batang pada batang tekan mempengaruhi kekuatan bahan Untuk itu perlu pendekatan awal dengan memisalkan besarnya l. Pemisalan besarnya angka kelangsingan l diambil pada daerah inelastic yaitu antara 80-100 Dengan mengambil pemisalan nilai l, kita dapat menghitung lc (parameter kelangsingan) dan harga w Dari kontrol kekuatan bisa didapatkan nilai Ag
Dengan harga Ag dan r tersebut pemilihan profil bisa dilakukan sampai didapat profil yang tepat/ekonomis
27
Komponen Struktur Tekan Tersusun
28
29
30
31
32
33
34
Contoh Soal 1 :
35
250
250
665 16,14
250
665 42,93
665
36
37
38
Contoh Soal 2 :
39
40
41
42
43
44
