TUGAS AKHIR STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA BANGUNAN GEDUNG DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ABAQUS 6.7 Oleh : RACHMAWATY ASRI (3109 106 044) Dosen Pembimbing: Budi Suswanto, ST. MT. Ph.D Ir. Isdarmanu, M.Sc PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR JURUSAN TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012
42
Embed
STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA ... · plastis, keruntuhan dari sebuah struktur balok adalah salah satunya ... Hasil Analysis Report pada Xtract v2.6.2. ANALISA
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
TUGAS AKHIR
STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA BANGUNAN GEDUNG
DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ABAQUS 6.7
Oleh :
RACHMAWATY ASRI (3109 106 044)
Dosen Pembimbing:
Budi Suswanto, ST. MT. Ph.D
Ir. Isdarmanu, M.Sc
PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR JURUSAN TEKNIK SIPILFakultas Teknik Sipil dan PerencanaanInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2012
Bab 1. Pendahuluan
Bab 2. Tinjauan Pustaka
Bab 3. Metode Penyelesaian
Bab 4. Pembebanan Sturktur Sekunder
Bab 5. Pembebanan Struktur Utama
Bab 6. Perencanaan Sambungan
Bab 7. analisa Xtract v2.6.2
Bab 8. analisa Abaqus 6.7
Bab 9. Kesimpulan dan Saran
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dalam perencanaan struktur, hampir semua balok hanya dirancang memikulmomen lentur dan geser pada sumbu mayor saja, sedangkan dalam arah minorbalok dianggap menyatu dengan lantai sehingga tidak diperhitungkan.
Dalam kenyataannya perlu perancangan lentur dalam arah minor (penampangbi-aksial) termasuk jika timbul torsi.
Terjadinya torsi pada tepi balok akibat beban lateral yang tidak seimbangmengakibatkan tekuk semakin besar.
Fenomena tekuk biasanya disebabkan oleh balok baja yang sangat tipissehingga mudah mengalami tekuk oleh karena itu dibutuhkan perhitungananalisa struktur pada profil baja yang mampu menerima torsi
Latar Belakang
Analisa struktur menggunakan program SAP2000 versi 14. Untuk analisapenampang dengan menggunakan program Xtract versi 2.6.2 dan analisaperilaku elemen struktur menggunakan program Abaqus 6.7.
Difokuskan untuk mempelajari perilaku struktur bangunan gedung khususnyaelemen struktur balok yang mengalami tekuk torsi lateral karena dalamperencanaan struktur, terjadinya tekuk dapat mengurangi kapasitas dari baloksehingga balok berdeformasi dan mengalami tekuk.
Desain profil menggunakan profil wide flange (WF) karena pada perencananstruktur bangunan baja untuk desain struktur utamanya lebih banyakmenggunakan profil WF dibandingkan profil yang lain, selain itu profil WFcenderung lebih menekuk pada bagian badan dibandingkan sayapnya akibatlenturan pada balok baja.
Perumusan masalah
Permasalahan yang akan ditinjau dalam studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja bangunan gedung dengan menggunakan Abaqus 6.7 ini antaralain:
1. Bagaimana menganalisa struktur bangunan baja khususnya pada elemenstruktur balok dengan menggunakan program SAP2000 versi 14?
2. Bagaimana menganalisa elemen struktur balok baja profil WF yang mengalamitekuk torsi lateral dengan rumus empiris?
3. Bagaimana menganalisa penampang balok baja profil WF denganmenggunakan program Xtract versi 2.6.2?
4. Bagaimana mengetahui perilaku yang terjadi pada elemen struktur balok bajayang mengalami tekuk torsi lateral dengan menggunakan program Abaqus6.7?
5. Bagaimana membandingkan perilaku elemen struktur portal khususnya padabalok dengan variasi beban lateral?
Tujuan
Dari permasalahan yang ada diatas, adapun tujuan yang ingin dicapaidalam studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja bangunan gedungdengan menggunakan Abaqus 6.7 ini adalah:
1. Dapat menganalisa struktur bangunan baja khususnya pada elemen strukturbalok dengan menggunakan program SAP2000 versi 14.
2. Dapat menganalisa elemen struktur balok baja profil WF yang mengalamitekuk torsi lateral dengan rumus empiris.
3. Dapat menganalisa penampang balok baja profil WF dengan menggunakanprogram Xtract versi 2.6.2.
4. Dapat mengetahui perilaku yang terjadi pada elemen struktur balok baja yang mengalami tekuk torsi lateral dengan menggunakan program Abaqus 6.7.
5. Dapat membandingkan perilaku elemen struktur balok dengan variasi bebanlateral.
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam studi perilaku tekuk torsi lateral padabalok baja bangunan gedung dengan menggunakan Abaqus 6.7 iniadalah:
1. Hanya mempelajari perilaku elemen struktur balok yang mengalamitekuk torsi lateral saja.
2. Tidak membahas rencana anggaran biaya dan metode pelaksanaan.
3. Tidak membahas struktur bangunan bawah (pondasi).
4. Analisa struktur menggunakan program SAP2000 versi 14, dan untukminor analysis menggunakan program Xtract versi 2.6.2 dan Abaqus6.7.
TINJAUAN PUSTAKA
Jika sebuah balok menerima beban yang terus bertambah searahsumbu y (pada bidang badan profil), maka pada suatu saat secara tiba-tiba akan terjadi perpindahan lateral dan torsi pada balok tersebutsehingga terjadilah tekuk torsi lateral (lateral torsional buckling).
Tekuk torsi lateral adalah kondisi batas yang menentukan kekuatansebuah balok. Sebuah balok mampu memikul momen maksimumhingga mencapai momen plastis (Mp). Tercapai atau tidaknya momenplastis, keruntuhan dari sebuah struktur balok adalah salah satunyaperistiwa berikut:
Tekuk lokal dari sayap tekan
Tekuk lokal dari badan dalam tekan lentur
Tekuk torsi lateral
Tinjauan Pustaka
Tinjauan Pustaka
METODE PENYELESAIAN
Metode Penyelesaian
A
Mulai
Tidak
Studi literatur
Preliminary desain
Pembebanan Struktur(PPIUG 1983, SNI 03-1729-2002)
Analisa Struktur (SAP2000 versi 14)
Kontrol Penampang (SNI 03-1729-2002)
Ya
A
Analisa Penampang Balok (Xtract versi 2.6.2)
Analisa Perilaku Balok (Abaqus 6.7)
Visualisasi Gambar (Hasil)
Selesai
Perbandingan Perilaku Balok dengan variasi bebanlateral
Preliminary Desain
Gambar 1. Tampak atas bangunan
Kolom WF350x350x12x19
Balok Melintang WF600x200x11x17
Balok Memanjang WF400x200x7x11
Balok Memanjang WF300x200x8x12
Gambar 2. Potongan memanjang
-+0,00
+5,00
+10,00
Preliminary Desain
Gambar 3. Potongan melintang
+10,00
+5,00
+0,00-
Portal yang dimodelkan
padaAbaqus 6.7
Preliminary Desain
Pada Tugas Akhir ini untuk analisa dengan menggunakan Abaqus 6.7 dimodelkandalam bentuk portal 3D. Daerah yang ditinjau untuk menentukan deformasi,tegangan dan regangan adalah sebagai berikut:
Permodelan pada Abaqus 6.7
1 32
Gambar 4. Permodelan portal 2D
1 32
Gambar 5. Permodelan portal 3D pada Abaqus 6.7
Analisa Struktur
Pada tahap ini dilakukanpemodelan dan analisa linierstruktur dengan menggunakanSAP2000 versi 14 berdasarkanpreliminary desain danpembebanan yang telahdirencanakan.
Gambar 6. Permodelan SAP 2000 v14
PEMBEBANAN
STRUKTUR
Lantai atap
pelat (8x5) m2 : beban mati = 391,1 kg/m2
beban Hidup = 75,433 kg/m2
pelat (6x5) m2 : beban mati = 319,1 kg/m2
beban Hidup = 85,627 kg/m2
Lantai 1
pelat (8x5) m2 : beban mati = 470,1kg/m2
beban Hidup = 223,75 kg/m2
pelat (6x5) m2 : beban mati = 398,1 kg/m2
beban Hidup = 244,139 kg/m2
Pembebanan Struktur
Kombinasi Pembebanan
Peraturan pembebanan menggunakan RSNI2 03-1726-201x dengan kombinasi pembebanan sebagai berikut:
COMB 1 : 1,4 D
COMB 2 : 1,2 D + 1,6 LCOMB 3 : 1,2 D + 0,5 L +1,3 WCOMB 4 : 1,2 D + 0,5 L - 1,3 WCOMB 5 : 1,2 D + 1 L + 1 ECOMB 6 : 1,2 D + 1 L - 1 ECOMB 7 : 0,9 D + 1E COMB 8 : 0,9 D - 1E
dimana : D = Beban Mati L = Beban HidupW = Beban Angin E = Beban Gempa
ANALISA STRUKTUR
Dimensi Struktur Utama
Balok Induk Melintang
Dimensi balok induk = WF 600x200x11x17
Balok Induk Memanjang
Dimensi balok induk = WF 400x200x7x11
Kolom
Dimensi kolom = WF 350x350x12x19
Analisa Struktur Balok
Kontrol Dimensi Balok IndukGaya maksimum balok berada pada frame 216 combo 5 (1,2 D+1 L+1 E) : Mukanan = -33197,342 kg.mVukanan = 15758,516 kg.m
Kontrol Kekuatan Penampang (Local Buckling)•Kontrol tekuk lokal
𝑉𝑛 = 0,6 × 𝑓𝑦 × 𝐴𝑤 = 0,6 × 2500 × 60 × 1,1 = 99000 kg Syarat : 𝑉𝑢 < ∅ × 𝑉𝑛 = 15758,516 kg < 0,9 × 99000 kg 15758,516 kg < 89100 kg…𝒐𝒌
Kontrol Kuat Geser
Analisa Struktur Balok
DESAIN SAMBUNGAN
Sambungan Balok Anak dengan Balok Induk Profil Balok Anak : WF 300x200x8x12
Profil Balok Induk : WF 600x200x11x17
Direncanakan : profil siku ∟60x60x6
(fub = 8250 kg/cm2)
Baut Ø 16 mm (Abaut = 2,0106 cm2)
Dipasang 2 baut pada setiap sisi
Desain Sambungan
WF 300X200X8X12
60X60X6
16 mm
Tulangan negatif -200
WF 600x200x11x17
Gambar 7. Sambungan balok anak dengan balok induk
Sambungan Balok Induk dengan Kolom
Desain Sambungan
WF 600x200x11x17WF
350x
350x
12x1
9
30mm30mm
30mm
30mm
20mm
L 100x100x10
T 900x300x16x28
T 900x300x16x28
Potongan profilWF 600x200x11x17
Gambar 8. Sambungan balok indukdengan kolom
Direncanakan menggunakan :•Baut : A 325•Mutu baut : 8250 kg/cm2
•Ulir pada bidang geser (r1 = 0,5)•Siku penyambung ∟100 x100 x10•Profil T 900x300x16x28•Diameter baut : 20 (pelat siku)
20 (profil T)
ANALISA KAPASITAS PENAMPANG
(XTRACT V2.6.2)
Analisa Xtract v2.6.2
Analisa Kapasitas Penampang Balok
Dari hasil Analysis Report penampangbalok WF 600x200x11x17 dapat dilihatbahwa, Kuat momen nominal :Mn =Maka,
746,7 × 103 𝑁𝑚 = 74670 𝑘𝑔𝑚
𝑀𝑢 = ∅ × 𝑀𝑛 = 0,9 × 7467000 = 6720300 kgcm
Gambar 9. Hasil Analysis Report pada Xtract v2.6.2
ANALISA PERILAKU BALOK
(ABAQUS 6.7)
Pada Abaqus 6.7 untuk mengetahui tegangan yang terjadi padastruktur portal dapat ditunjukkan dengan melihat warna pada strukturportal tersebut. Semakin merah warnanya maka tegangan yang terjadisemakin besar. Berikut ini hasil visualisasi akibat beban lateral mula-mula.
Analisa Perilaku Balok
Gambar 10. Hasil visualisasi akibat beban lateral awal
Analisa Perilaku Balok
Gambar 11. Hasil visualisasi akibat beban lateral (15ton) Gambar 12. Hasil visualisasi akibat beban lateral (20ton)
Gambar 13. Hasil visualisasi akibat beban lateral (25ton) Gambar 14. Hasil visualisasi akibat beban lateral (30ton)
Analisa Perilaku Balok
Gambar 15. Hasil visualisasi akibat beban lateral (35ton) Gambar 16. Hasil visualisasi akibat beban lateral (40ton)
Gambar 17. Hasil visualisasi akibat beban lateral (45ton) Gambar 18. Hasil visualisasi akibat beban lateral (50ton)
Analisa Perilaku Balok
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Dis
pla
ce
me
nt
(mm
)
Variasi Beban Lateral (N/mm2)
Displacement (titik 1)
U1
U2
U3
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Dis
pla
ce
me
nt
(mm
)
Variasi Beban Lateral (N/mm2)
Displacement (titik 2)
U1
U2
U3
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Dis
pla
ce
me
nt
(mm
)
Variasi Beban Lateral (N/mm2)
Displacement (titik 3)
U1
U2
U3
Gambar 20. grafik displacement akibat beban lateral pada titik 1, 2 dan 3
Analisa Perilaku Balok
Gambar 21. Grafik tegangan akibat beban lateral pada titik 1, 2 dan 3
-170-150-130-110-90-70-50-30-1010305070
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Te
ga
ng
an
(M
Pa
)
Variasi Beban Lateral (N/mm2)
Tegangan (titik 1)
S11
S22
S33
S12
S13
S23
-200-150-100
-500
50100150200250300350400450500550600
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Te
ga
ng
an
(M
Pa
)
Variasi Beban Lateral (N/mm2)
Tegangan (titik 3)
S11
S22
S33
S12
S13
S23
-130-120-110-100-90-80-70-60-50-40-30-20-10
010
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Te
ga
ng
an
(M
pa
)
Variasi Beban Lateral (N/mm2)
Tegangan (titik 2)
S11
S22S33S12
Analisa Perilaku Balok
Gambar 22. Grafik regangan akibat beban lateral pada titik 1, 2 dan 3
Dari hasil analisis SAP 2000 v14 dan perhitungan yang telah dilakukan padastruktur bangunan gedung, perencanaan dimensi profil pada balok anak (WF300x200x8x12), balok induk melintang (WF 600x200x11x17), balok indukmemanjang (WF 400x200x7x11) dan kolom (WF 350x350x12x19) sudahmemenuhi kontrol kekuatan profil.
Dari hasil perhitungan manual dan analisa menggunakan Xtract v2.6.2 dapatdisimpulkan bahwa pada penampang balok, momen nominal hasil Xtract jauhlebih besar dibandingkan hasil perhitungan manual.
Dari hasil analisa perilaku balok mengalami displacement maksimum padaarah Y (U2) sebesar 8,377 mm yang ditinjau ditengah bentang balok (titik 2)dengan beban lateral mula-mula sebesaru 9,05 ton (6,817 N/mm2).
Kesimpulan
Untuk nilai tegangan yang terjadi pada balok didapatkan hasil teganganmaksimum berada pada pertemuan balok dengan kolom (titik 3). Denganbeban lateral sebesar 50 ton (37,655 N/mm2), balok mengalami tegangansebesar 593 MPa pada arah Z (S33), hal tersebut membuktikan bahwa baloksudah mengalami kelelehan. Dari hasil nilai regangan yang terjadi diperolehpenampang balok mengalami regangan maksimum pada pertemuan antara Ydan Z (E23) yaitu sebesar -0,00778.
Dengan diberikannya variasi beban lateral yang semakin bertambah makadisplacement, tegangan dan regangan yang terjadi ikut mengalami kenaikanhingga melebihi batas leleh dari penampang tersebut.
Kesimpulan
Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam untuk mengetahui perilaku balokagar menghasilkan perencanaan struktur yang lebih baik. Seperti denganmemasang stiffener pada daerah joint antara balok dan kolom agar kelelehanakibat beban lateral yang semakin bertambah tidak terjadi dan usahakan sendiplastis terjadi pada muka balok.
Gaya momen pada balok perlu dimodelkan dengan gaya geser kolom yang dijadikan momen kopel agar gaya momen dapat terdefinisikan.
Pada tahap pengisian Plastisitas Material pada tahap property, sebaiknya nilaiyield stress (fy) dan plastic strain perlu ditambahkan hingga mencapai kondisiputus (fu) agar saat diberi beban yang semakin besar perilaku struktur yang terjadi tidak linier.
Perlu dilakukan imperfection case pada Abaqus 6.7 agar tekuk torsi lateral dapat terjadi pada balok.