40
II.7. Castellated Beam
Castellated beam merupakan suatu profil baja yang mempunyai bukaan berbentuk segi enam. Castellated mengalami proses pemotongan pada bagian badan profil dengan
pola zigzag salah satu bagian yang telah dipotong lalu diangkat dan disatukan bagian badannya dan terakhir dilakukan pengelasan pada bagian badan yang menempel; hal ini
dilakukan untuk meningkatkan tinggi dari profil awal h dengan tinggi potongan yang ada d. Bentuk castellated beam ditampilkan dalam gambar II.7.1
Gambar II.7.1. proses pembentukan castellated beam Adapun keuntungan dari penggunaan castellated beam. Keuntungan yang utama
yaitu meningkatkan kekakuan lentur secara vertikal; castellated beam telah dib uktikan lebih efisien untuk beban medium pada bentang panjang dimana perencanaannya
dikontrol dengan kapasitas momen dan lendutan. Balok castellated, karena rasio kuat tariknya yang tinggi dengan berat dan pemeliharaan yang kecil, kadang-kadang secara
menguntungkan dapat menggantikan penggunaan girder. Mereka digunakan dalam bangunan bertingkat, bangunan komersial dan bangunan industri, dan juga untuk rangka
Universitas Sumatera Utara
41
portal. Keuntungan balok castellated juga mencakup penampilan mereka yang mengesankan dan memungkinkan penggunaan daerah bukaan untuk pelayanan instalasi.
Adapun juga kerugian dari penggunaan balok castellated. Akibat adanya bukaan pada bagian badan profil, perilaku struktur dari balok casatellated akan berbeda dari
balok baja yang biasa. Karena perbedaan kemungkinan moda kegagalan atau moda kegagalan yang baru, mereka merupakan struktur nonlinear, dimana tidak bisa dianalisi
dengan metode sederhana. Kapasitas geser pada bagian badan profil adalah suatu faktor yang terbatas, dan balok acstellated tidak cocok untuk bentang pendek yang dibebani
dengan berat. Deformasi geser pada bagian T nya sangat signifikan dan abalisa lendutan lebih kompleks daripada balok yang bagian badan profil padat
II.7.1 Analisa dan perencanaan balok castellated Geometri dari balok castellated terdapat tiga parameter yaitu sudut potongan pada
bukaan badan profil Ø . Rasio ekspansi α, dan panjang pengelasan c yang
ditungukkan pada gambar II.6.2
Gambar II.7.2.1. Parameter pada castellated beam
Universitas Sumatera Utara
42
GambarII.7.2.2. Castellated Beam di lapangan
• Sudut potongan Ø Sudut potongan mempengaruhi jumlah proses pemotongan balok castellated
N per unit panjang dari balok N akan kecil ketika suduit itu rata dan akan besar ketika bertahap. Percobaan telah menunjukkan bahwa peningkatan
jumlah N mempunyai pengaruh yang kecil untuk kekakuan elastis pada balok castellated, itu akan meningkatkan daktilitas dan kapasitas rotasim
percobaan yang ada menunjukkan bahwa penyesuaian pada sudut 60 adalah suatu sudut standart yang efisien terhadap bangunan industri.
• Rasio ekspansi α Rasio ekspansi merupakan suatu ukuran dari peningkatan tinggi balok yang
dicapai pada proses pemotongan, dalam teori tinggi balok baja yang biasa
Universitas Sumatera Utara
43
dapat hampir dua kali lipat, tetapi tinggi seluruhnya dari profil T adalah suatu faktor batas dalam pelasanaan, tinggi dari potongan ‘d’ adalah
setengah bagian dari tinggi h
s
, maka: ℎ
�
=
ℎ
�
4
, ℎ
�
=
ℎ
�
2
+ ℎ , ∝ =
ℎ
�
ℎ
≈ 1,5 II.6.1.1 • Panjang pengelasan c
Jika panjang pengelasan terlalu pendek, kemudian las pada bagian badan yang disambung akan mengalami kegagalan geser horizontal, dan apabila
terlalu panjang akan mengalami kegagalan dalam lentur vierendeel, jadi keseimbangan yang beralasan antara dua moda kegagalan ini yaitu c = h
s
4. Balok harus memiliki kekuatan yang cukup untuk memikul momen lentur dan gaya
geser yang ditimbulkan oleh beban-beban yang bekerja. Kinerja dari balok bergantung kepada geometri, dimensi fisik, dan bentuk dari penampangnya. Hingga saat ini, masih
belum tersedia metode desain yang dapat diterima secara luas karena kerumitan dari perilaku balok castella serta bentuk kerusakan yang menyertainya. Kekuatan dari balok
dengan berbagai jenis bukaan pada pelat badan ditentukan berdasarkan interaksi antara lentur dan geser pada bukaannya. Terdapat beberapa jenis bentuk kerusakan yang perlu
diperhitungkan di dalam desain balok dengan bukaan yang meliputi mekanisme Vierendeel, mekanisme lentur, tekuk torsi lateral, patah pada sambungan las dan tekuk
pada badan yang disambung web post. Did alam perencanaan balok castella, beberapa kriteria berikut perlu diperhitungkan:
1. Kapasitas lentur balok
Momen maksimum akibat beban luar M
U
tidak boleh melebihi kapasitas plastis M
p
dari balok castella.
Universitas Sumatera Utara
44
U Y
LT P
U
H F
A M
M =
≤
1 dimana A
LT
adalah luas dari penampang T bawah, F
Y
adalah tegangan leleh baja dan H
U
adalah jarak antara pusat berat penampang T atas dan bawah. 2.
Kapasitas geser balok Di dalam perencanaan balok castella, terdapat dua bentuk kerusakan geser yang perlu
diperiksa. Yang pertama adalah kapasitas geser vertikal yang akan dipikul oleh penampang T atas dan bawah. Jumlah dari kapasitas geser dari penampang T atas
dan bawah perlu diperiksa dengan persamaan 2.
WUL Y
VY
A F
P 3
3 =
2 Yang kedua adalah kapasitas geser horisontal yang timbul pada web post karena
adanya perubahan gaya aksial di dalam penampang T seperti ditunjukkan pada
Gambar 5
. Web post dengan panjang las yang terlalu pendek dapat mempercepat terjadinya kerusakan pada saat gaya geser horisontal melebihi kekuatan leleh.
Kapasitas geser horisontal perlu diperiksa dengan persamaan3.
WP Y
VH
A F
P 3
3 =
3 dimana A
WUL
adalah total luas badan dari penampang T dan A
WP
adalah luas minimum dari web post.
Universitas Sumatera Utara
45 V
hi
T
i
V
i
V
i-1
T
i-1
A A
d
s y
t
Gambar 5 Gaya geser horisontal di dalam webpost pada balok castella
Dengan mengasumsikan gaya geser vertikal V
i
dan V
i+1
adalah sama dan garis kerja gaya aksial T
i
dan T
i+1
berada pada titik pusat penampang T, gaya geser horisontal dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan keseimbangan berdasarkan pada
diagram free-body yang ditunjukkan pada Gambar 5.
t S
i hi
y H
P V
V 2
− =
4 dimana H
S
adalah tinggi total balok castella seperti ditunjukkan pada Gambar 1.2b
. 3.
Kekuatan lentur dan tekuk dari web post Dengan mengasumsikan pelat sayap tertekan dari balok castella terkekang secara
lateral oleh pelat lantai, kekuatan tekuk torsi lateral balok castella dapat diabaikan dalam perencanaan. Kapastis lentur dan tekuk dari webpost pada balok castella dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan 5.
3 2
2 1
C C
C M
M
E MAX
− −
=
α α
5 dimana M
MAX
adalah momen maksimum izin dari web post dan M
E
adalah kapasitas
web post pada potongan A-A seperti terlihat pada Gambar 5. C
1,
C
2
, dan C
3
adalah konstan yang diperoleh dari persamaan6,7 dan 8.111
Universitas Sumatera Utara
46
2 1
00174 .
1464 .
097 .
5
β β
− +
= C
6
2 2
00683 .
0625 .
441 .
1
β β
− +
= C
7
2 3
00108 .
0853 .
645 .
3
β β
− +
= C
8 dimana α = Sd dan β = 2dt
w
, S adalah jarak antar lubang, d adalah kedalaman potongan dari bukaan, t
w
adalah tebal pelat badan. 4.
Mekanisme Vierendeel Bentuk kerusakan ini diakibatkan oleh gaya internal lokal di sekitar satu bukaan.
Kekuatan balok terhadap kerusakan melalui mekanisme Vierendeel ini dapat dihitung dengan menggunakan metode desain untuk penampang T. Kapasitas momen plastis
dari penampang T di atas dan di bawah bukaan akan dihitung secara terpisah. Interaksi antara momen tahanan dan gaya geser lokal serta gaya aksial pada
penampang T perlu diperhitungkan. Total kapasitas tahanan terhadap lentur VierendeelM
vrd
, adalah jumlah dari kapasitas tahanan Vierendeel dari penampang T atas dan bawah harus memenuhi ketentuan pada persamaan9.
eff sd
vrd
l V
M
9 dimana V
sd
adalah gaya geser yang yang perlu disalurkan melalui bukaan, dan l
eff
adalah panjang efektif dari bukaan.
Universitas Sumatera Utara
47
BAB III METODE ELEMEN HINGGA
3.1 Pendahuluan
Perkembangan dunia komputer telah begitu cepatnyamempengaruhi bidang- bidang penelitian dan industri, sehingga impianpara ahli dalam mengembangkan ilmu
pengetahuan dan industri telahmenjadi kenyataan. Pada trend sekarang ini, metoda dan analisa desaintelah banyak menggunakan perhitungan metematis yang rumit
dalampenggunaan sehari-hari. Metode elemen hingga finite element methodbanyak memberikan andil dalam melahirkan penemuan-penemuanbidang riset dan industri, hal
ini dikarenakan dapat berperan sebagairesearch tool pada eksperimen numerik. Aplikasi banyak dilakukan padaproblem kompleks diselesaikan dengan metode elemen hingga
sepertirekayasa struktur, steady state dan time dependent heat transfer, fluidflow, dan electrical potential problem, aplikasi bidang medikal.
Konsep Dasar Metode Elemen Hingga: 1.
Menjadikan elemen-elemen diskrit untuk memperoleh simpangan-simpangandan gaya-gaya anggota dari suatu struktur.
2. Menggunakan elemen-elemen kontinu untuk memperoleh solusipendekatan
terhadap permasalahan-permasalahanperpindahan panas, mekanika fluida dan mekanika solid.
Dua karakteristik yang membedakan metoda elemen hingga denganmetoda numeric yang lain yaitu:
Universitas Sumatera Utara
Kategori