PERENCANAAN BATANG TARIK SI-3212 Struktur Baja
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
1
SNI 1729:2015 BAB D – Desain Komponen Struktur untuk Tarik Mekanisme runtuh akibat tarik Pembatasan kelangsingan Kekuatan tarik Luas efektif Efek shear lag Luas neto
Keruntuhan geser blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
2
Perencanaan Kondisi Limit Kriteria ultimate batang/komponen struktur tarik Kondisi limit pada batang Leleh penampang pada daerah yang jauh dari
sambungan
Kondisi limit pada sambungan Fraktur pada penampang efektif neto (penampang
dengan baut pada sambungan) Geser blok pada penampang dengan lubang baut
pada sambungan 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
3
Penampang Struktur Tarik
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
4
Mekanisme Runtuh Akibat Tarik
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
5
Pembatasan Kelangsingan Tidak ada batas kelangsingan maksimum untuk komponen struktur dalam tarik Disarankan untuk membatasi
L 300 r
Note: Bukan persyaratan struktural, hanya untuk membatasi defleksi lateral dari elemen (cth: akibat vibrasi)
L panjang komponen struktur (m atau mm) r jari - jari girasi penampang (m atau mm)
Tidak berlaku untuk batang (rod) atau gantungan (hanger)
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
6
Kekuatan Tarik Persyaratan LRFD/DFBK
ft Rn Ru Nilai minimum antara:
Untuk mekanisme leleh tarik pada penampang bruto (Pers. D2-1)
ft Pn ft Fy Ag
ft 0.90 Ag luas bruto (mm 2 ) Fy tegangan leleh minimum (MPa)
Untuk mekanisme keruntuhan tarik pada penampang efektif (Pers. D2-2)
ft Pn ft Fu Ae
ft 0.75 Ae luas efektif (mm 2 ) Fu kuat tarik minimum (MPa)
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
7
Luas Bruto dan Luas Efektif Luas bruto, , hanya digunakan pada kondisi batas leleh Terjadi pada sebagian besar bentang
komponen struktur tarik
Luas efektif, , digunakan pada kondisi batas fraktur (pasca leleh) Terjadi pada daerah di sekitar perlemahan
(lubang, distribusi tegangan yang tidak merata) 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
8
Luas Efektif (
)
Adanya perlemahan pada daerah sambungan Shear lag → distribusi tegangan tidak merata Perlubangan → luas penampang berkurang
Luas efektif penampang (Pers. D3-1) An luas neto (mm 2 )
Ae AnU
Ae luas efektif (mm 2 ) U faktor shear lag
Faktur shear lag, 4-Feb-16
→ Tabel D.1
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
9
Efek Shear Lag Tegangan tarik tidak merata di daerah sambungan karena adanya perubahan letak titik tangkap (eksentrisitas) gaya aksial pada struktur tarik Titik tangkap gaya pada daerah sambungan terletak pada sisi luar penampang yang bersentuhan dengan bagian (elemen) komponen struktur yang disambung x
P
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
P
10
Koefisien Reduksi Penampang akibat Shear Lag Profil siku pada sambungan:
Salah satu kaki dari profil siku memikul sebagian besar beban transfer dari sambungan (baut/las)
Setelah daerah transisi, pada jarak tertentu dari lubang baut, baru seluruh luas penampang dapat dianggap memikul tegangan tarik secara merata
Bagian profil siku yang memikul beban transfer dapat mencapai fraktur meskipun beban tarik pada penampang bruto belum mencapai leleh
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
11
Faktor Shear Lag (Tabel D3.1)
x eksentrisitas sambungan (mm) l panjang sambungan, jarak terjauh baut dalam arah gaya, atau panjang las (mm)
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
12
Faktor Shear Lag
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
13
Faktor Shear Lag
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
14
Luas Penampang Neto (
) 1
Sambungan baut (Pasal B4.3)
→ luas penampang bersih terkecil dari mekanisme runtuh yang mungkin terjadi −
4-Feb-16
−
P
3
Ag luas bruto (mm 2 )
Potongan 1-2 -3:
=
P
u u
s
Potongan 1-3:
=
2
+
4
d diameter nominal (mm) 2 mm [diameter baut 2mm] 2mm s jarak antar sumbu lubang yang sejajar sumbu komponen u jarak antar sumbu lubang yang tegak lurus sumbu komponen t tebal pelat
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
15
Luas Penampang Neto (
)
An Ag ndt
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
16
Luas Penampang Neto (
)
2
st An Ag ndt 4g 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
17
Luas Penampang Neto (
)
I P
P I
Sambungan las memanjang, atau kombinasi memanjang + melintang (tanpa lubang) = 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
18
Luas Penampang Neto (
)
Las tegak lurus arah gaya
Sambungan las melintang (tanpa lubang) = = 1, jika seluruh ujung penampang dilas 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
19
Keruntuhan Geser Blok Kegagalan karena robeknya suatu blok pelat baja pada daerah sambungan (block shear rupture) s s s2
s1
Mode kegagalan ditahan oleh penampang pada batas daerah yang diarsir berwarna kuning Tegangan tarik pada penampang tegak lurus sumbu batang Tegangan geser pada penampang sejajar sumbu batang 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
20
Keruntuhan Geser Blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
21
Keruntuhan Geser Blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
22
Keruntuhan Geser Blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
23
Keruntuhan Geser Blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
24
Keruntuhan Geser Blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
25
Mekanisme Keruntuhan Geser Blok
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
26
Keruntuhan Geser Blok Kekuatan yang tersedia untuk mekanisme geser blok (Pers. J4-5) ft Rn 0.60 Fu Anv U bs Fu Ant 0.60 Fy Agv U bs Fu Ant
ft Rn U bs Fu Ant min(0.60 Fu Anv atau 0.60 Fy Agv ) ft 0.75 Agv luas bruto untuk mekanisme geser (mm 2 ) Anv luas neto untuk mekanisme geser (mm 2 ) Ant luas neto untuk mekanisme tarik (mm 2 ) U bs 1.0 (jika tegangan leleh terdistribusi merata) 0.5 (jika tegangan leleh tidak terdistribusi merata) 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
27
Keruntuhan Geser Blok Kondisi di mana
4-Feb-16
= 1.0
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
28
Keruntuhan Geser Blok Kondisi di mana
4-Feb-16
= 0.5
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
29
CONTOH SOAL
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
30
Contoh 1 Desain struktur tarik Beban tarik: Profil W8x21 ASTM A992
DL = 30 kips (133 kN) LL = 90 kips (400 kN) Panjang komponen = 25 ft (7.6m) Cek kapasitas penampang untuk menerima beban tarik!
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
31
Contoh 1 Step 1 – Hitung kuat perlu Ru
f Rn Ru (Sgi Qi )
Ru = max
4-Feb-16
1.4 D 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (La atau H) 1.2 D + 1.6 (La atau H) + (gL L atau 0.8 W) 1.2 D + 1.3 W + gL L + 0.5 (La atau H) 1.2 D 1.0 E + gL L 0.9 D (1.3 W atau 1.0 E)
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
Comb. 1 Comb. 2 Comb. 3 Comb. 4 Comb. 5 Comb. 6
32
Contoh 1 Step 1 – Hitung kuat perlu Ru D = 133 kN L = 400 kN Combo 1: 1.4D
= 1.4(133 kN)
= 186.2 kN
Combo 2: 1.2D+1.6L
= 1.2(133)+1.6(400)
= 799.6 kN ◄
Maka, Ru = 799.2 kN
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
33
Contoh 1 Step 2 – Tentukan properties penampang Profil yang dipilih W8x21, ASTM A992 Fy = 50 ksi (345 MPa) Fu = 65 ksi (448 MPa) Ag = 6.16 in2 (3974 mm2) bf = 5.27 in (133.9 mm) tf = 0.40 in (10.2 mm) d = 8.28 in (210.3 mm) ry = 1.26 in (32 mm) xbar = 0.831 in (21.1 mm) – eksentrisitas sambungan l = 3 x 3 in = 9 in (228.6 mm) – panjang sambungan
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
34
Contoh 1 Step 3 – Hitung kapasitas Kondisi leleh tarik
=
Pers. D2-1:
= 0.90 × 345 × 3974 = 1234
Faktor shear lag
Untuk profil melintang terbuka seperti ini, U tidak perlu lebih kecil dari rasio luas bruto elemen yang disambung terhadap luas bruto komponen struktur = Kasus 2: Kasus 7:
4-Feb-16
.
̅
=
=1− =1−
. .
.
= 0.687
= 0.908 ◄
= 0.85 untuk ≤ (jika Kasus 2 juga dihitung, boleh menggunakan nilai yang lebih besar) SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
35
Contoh 1 Step 3 – Hitung kapasitas Penampang neto
=
−
+2
= 3974 − 4 20.6 + 2 10.2 = 3052
Penampang efektif
=
= 3052 × 0.908 = 2771.2
Kondisi runtuh tarik
Pers. D2.2
=
= 0.75 × 448 × 2771.2 = 931.1
◄
(Note: Kondisi leleh tarik → 1234 kN)
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
36
Contoh 1 Step 4 – Cek kelangsingan yg disarankan Rasio kelangsingan
=
= 237.5 < 300
Step 5 – Kesimpulan Kapasitas tarik penampang W8x21 ditentukan oleh kondisi runtuh tarik di daerah sambungan, sebesar 931.1 kN. Kapasitas penampang mencukupi kuat perlu sebesar 799.6 kN (Combo 2). 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
37
Contoh 2 Desain struktur tarik
Profil 2L4x4x1/2 (s = 3/8) ASTM A36
Beban tarik: DL = 40 kips (178 kN)
Cek kapasitas penampang untuk menerima beban tarik!
LL = 120 kips (534 kN) Panjang komponen = 25 ft (7.6m)
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
38
Contoh 2 Step 1 – Hitung kuat perlu Ru
f Rn Ru (Sgi Qi )
Ru = max
4-Feb-16
1.4 D 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (La atau H) 1.2 D + 1.6 (La atau H) + (gL L atau 0.8 W) 1.2 D + 1.3 W + gL L + 0.5 (La atau H) 1.2 D 1.0 E + gL L 0.9 D (1.3 W atau 1.0 E)
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
Comb. 1 Comb. 2 Comb. 3 Comb. 4 Comb. 5 Comb. 6
39
Contoh 2 Step 1 – Hitung kuat perlu Ru D = 178 kN L = 534 kN Combo 1: 1.4D
= 1.4(178 kN)
= 249.2 kN
Combo 2: 1.2D+1.6L
= 1.2(178)+1.6(534)
= 1068 kN ◄
Maka, Ru = 1068 kN
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
40
Contoh 2 Step 2 – Tentukan properties penampang Profil yang dipilih 2L4x4x1/2 (s = 3/8), ASTM A36 Fy = 36 ksi (248 MPa) Fu = 58 ksi (386 MPa) Ag (penampang satuan) = 3.75 in2 (2419.4 mm2) Ag (penampang total) = 2 x 3.75 in2 (4838.7 mm2) b (penampang satuan) = 4 in (101.6 mm) t (penampang satuan) = 0.5 in (12.7 mm) rx (penampang total) = 1.21 in (30.7 mm) ry (penampang total) = 1.83 in (46.5 mm) xbar (penampang satuan) = 1.18 in (30 mm) – eksentrisitas sambungan l = 7 x 3 in = 21 in (533.4 mm) – panjang sambungan 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
41
Contoh 2 Step 3 – Hitung kapasitas Kondisi leleh tarik
Pers. D2-1:
=
= 0.90 × 248 × 4838.7 = 1080
Faktor shear lag
Untuk profil melintang terbuka seperti ini, U tidak perlu lebih kecil dari rasio luas bruto elemen (bagian) yang disambung terhadap luas bruto komponen struktur = Kasus 2: Kasus 8:
4-Feb-16
=
.
. .
̅
=1− =1−
.
= 0.533
= 0.944 ◄
= 0.80 untuk jumlah baut dalam satu baris dalam arah beban adalah 4 atau lebih (jika Kasus 2 juga dihitung, boleh menggunakan nilai yang lebih besar) SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
42
Contoh 2 Step 3 – Hitung kapasitas Penampang neto
=
−
+2
= 4838.7 − 2 20.6 + 2 12.7 = 4264.7
Penampang efektif
=
= 4264.7 × 0.944 = 4025.9
Kondisi runtuh tarik
Pers. D2.2
=
= 0.75 × 386 × 4025.9 = 1165.5
(Note: Note: Kondisi leleh tarik → 1080 kN) ◄
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
43
Contoh 2 Step 4 – Cek kelangsingan disarankan Rasio kelangsingan
= =
. .
= 247.6 < 300 = 163.4 < 300
Step 5 – Kesimpulan Kapasitas tarik penampang 2L4x4x1/2 (s = 3/8) ditentukan oleh kondisi leleh tarik di daerah bentang/lapangan, sebesar 1080 kN. Kapasitas penampang mencukupi kuat perlu sebesar 1068 kN (Combo 2) 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
44
Contoh 3 Kapasitas Geser Blok
Profil 2L4x4x1/2 (s = 3/8) ASTM A36
Beban tarik: DL = 40 kips (178 kN)
Cek kapasitas geser blok penampang untuk menerima beban tarik!
LL = 120 kips (534 kN) Panjang komponen = 25 ft (7.6m)
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
45
Contoh 3 Step 1 – Tentukan properties profil utuh Profil yang dipilih 2L4x4x1/2 (s = 3/8), ASTM A36 Fy = 36 ksi (248 MPa) Fu = 58 ksi (386 MPa) Ag (penampang satuan) = 3.75 in2 (2419.4 mm2) Ag (penampang total) = 2 x 3.75 in2 (4838.7 mm2) b (penampang satuan) = 4 in (101.6 mm) t (penampang satuan) = 0.5 in (12.7 mm) rx (penampang total) = 1.21 in (30.7 mm) ry (penampang total) = 1.83 in (46.5 mm) xbar (penampang satuan) = 1.18 in (30 mm) – eksentrisitas sambungan l = 7 x 3 in = 21 in (533.4 mm) – panjang sambungan 4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
46
Contoh 3 Step 2 – Tentukan mekanisme runtuh geser blok Lgv
Lgt
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
47
Contoh 3 Step 3 – Hitung penampang geser blok (untuk satu profil) Luas neto yang menahan gaya tarik
=
−
= 38.1 − 0.5 20.6 + 2 12.7 = 340.4
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
48
Contoh 3 Step 3 – Hitung penampang geser blok (untuk satu profil)
Luas neto yang menahan geser
=(
−
) = 571.5 − 7.5 20.6 + 2 12.7 = 5105.4
Luas bruto yang menahan geser
= 4-Feb-16
= 571.5 × 12.7 = 7258.1 SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
49
Contoh 3 Step 4 – Hitung kapasitas geser blok =
Pers. J4-5:
0.60
+
= 0.75 0.60 × 386 × 5105.4 + 1.0 × 386 × 340.4 = 985.4
Batas maksimum dari Pers. J4-5 _
=
0.60
+
= 0.75 0.60 × 248 × 7258.1 + 1.0 × 386 × 340.4 = 908.6
4-Feb-16
◄
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
50
Contoh 3 Step 5 – Kesimpulan Kapasitas geser blok 2L4x4x1/2 (s = 3/8) adalah 908.6 kN (untuk satu profil), atau total untuk dobelsiku adalah 1817.2 kN
4-Feb-16
SI-3212 – Sem 2 – 2015/2016 - MR
51
