Chapter I Torsipada Dengan Cara Analitis Dan Program Ansys
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Dewasa ini, semakin berkembangnya dunia arsitektur untuk mendesain
bangunan yang tidak simetris dan tidak beraturan, maka torsi menjadi sangat penting
untuk diperhatikan dan diperhitungkan. Pengaruh torsi / puntir terkadang sangat
berperan penting dalam desain struktur. Kasus torsi sering dijumpai pada balok induk
yang memiliki balok – balok anak dengan bentang yang tak sama panjang.
Pada tahun 1853, insinyur Prancis yang bernama Adhemar Jean Barre de
Saint Venant mengemukakan pada French Academy of Sciences tentang teori puntir
(torsi) klasik yang menjadi dasar analisa dewasa ini, Ia mengatakan bahwa jika
batang dengan penampang bukan lingkaran, bila dipuntir maka penampang yang
semula datar tidak akan menjadi datar lagi setelah dipuntir, penampang ini menjadi
terpilin (warping) keluar bidang. Pada masalah torsi, perubahan bentuk keluar bidang
( atau pengaruh pilin / warping ) harus ditinjau di samping pengaruh rotasi ( atau
puntir menerus ).
Torsi merupakan efek momen termasuk putaran / puntiran yang terjadi pada
penampang tegak lurus terhadap sumbu utama dari elemen. Beban lateral dapat
mengakibatkan torsi pada bangunan ketika beban lateral tersebut cenderung memutar
bangunan tersebut dengan arah vertikal. Hal ini terjadi ketika pusat beban tidak tepat
dengan pusat kekakuan elemen vertikal beban lateral – sistem ketahanan struktur
tersebut. Eksentrisitas diantara pusat kekakuan dan massa bangunan dapat
menyebabkan gerakan torsi selama terjadinya gempa. Torsi ini dapat meningkatkan
1
displacement pada titik ekstrim bangunan dan menimbulkan masalah pada elemen
penahan lateral yang berlokasi pada tepi gedung. (Astariani, 2014)
Dalam torsi ada 3 jenis analisa antara lain:
a. Torsi pada tampang tebal seperti bujur sangkar, bulat dan persegi panjang.
b. Torsi pada tampang tipis terbuka seperti profil I, profil canal, profil z.
c. Torsi pada tampang tipis tertutup seperti tampang hollow dan pipa.
Kesemuanya teori torsi tersebut akan mengacu kepada soap film analogi.
(Timoshenko, 1986), (Tarigan J, 2014).
Peran program computer
untuk melakukan analisis dan desain struktur
memegang peranan yang sangat penting, hal ini disebabkan karena kemampuannya
dalam mengolah dan menganalisis data dengan kecepatan dan ketelitian yang sangat
tinggi. Keterbatasan waktu untuk melakukan perhitungan dan desain suatu struktur
beton maupun baja tidak menutup kemungkinan akan mengakibatkan kesalahan –
kesalahan dalam perhitungan apabila perhitungan tersebut dilakukan secara manual
tanpa bantuan program computer. Sulitnya memprediksi pengaruh torsi yang terjadi
sehingga efek dari torsi sering diabaikan oleh perencana dalam merencanakan
struktur padahal torsi harus direncanakan untuk menjamin struktur itu kuat.
Dengan berkembangnya teknologi, perhitungan mekanika khususnya torsi
dapat dihitung dengan bantuan program ANSYS. Program ini dapat menguntungkan
karena dapat menghitung yang detail dan rumit serta mengurangi kesalahan
perhitungan.
Maka dari itu, melalui tugas akhir ini penulis akan melakukan penelitian
dengan judul “Perbandingan Perilaku Torsi Pada Tampang Tipis Terbuka Dengan
Cara Analitis Dan Program Ansys”.
2
1.2
Perumusan Masalah
Masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini ialah perilaku torsi pada
tampang tipis terbuka, yaitu balok dengan profil plat berdinding tipis terbuka
(t/h < 0.1) . Gaya Torsi sering terjadi pada struktur balok bersilang akibat dari gaya
luar P yang bekerja, yang juga akan menimbulkan gaya lentur dan gaya geser. Gaya
torsi tersebutdapat menimbulkan tegangan torsi dan warping. Tegangan torsi pada
balok bersilangI dapat terjadi dibadan profil dan pada sayap atau flens profil,
sedangkanuntuk tegangan
warping
terjadi
pada
flens
yang
melintir
kearahlateralnya. Tegangan - tegangan yang terjadi ini harus diperhitungkan karena
dapatmengakibatkan kelebihan tegangan (over stress) pada struktur apabila
dikombinasikan antaraysng satu dan yang lainnya sehingga dapat melampaui
tegangan baja yangdiijinkan.
Dalam tugas akhir ini, penulis akan melakukan studi parameter, yaitu
membandingkan perilaku torsi pada tampang tipis terbuka yaitu dengan cara Analitis
dan dengan bantuan program ANSYS.
1.3
Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini yaitu :
•
Mengetahui perilaku torsi pada tampang tipis terbuka, yaitu tampang I
dengan cara analitis
•
Mengetahui penggunaan ANSYS dalam analisis perilaku torsitampang
tipis terbuka
•
Mengetahui perbandingan perilaku torsi secara analitis dibandingkan
dengan program Ansys
3
•
Memberikan kemudahan untuk para engineer dalam memberikan
pendekatan dengan program Ansys dibandingkan dengan hasil analitis.
1.4
Pembatasan Masalah
Adapun
pembatasan
masalah
yang
diambil
untuk
mempermudah
penyelesaian adalah:
•
Struktur yang ditinjau adalah bentang bertumpuan sederhana yang
dibebani momen torsi di tengah bentang
•
Perilaku torsi di sini adalah tegangan geser, tegangan warping dan
tegangan lentur akibat dari perilaku torsi dan sudut puntir.
•
Tampang tipis terbuka yang dimaksud adalah profil plat berdinding tipis
terbuka ( t/h < 0.1 ) yaitu pada tampang I, dengan membandingkan
gelagar baja profil I dan profil WF.
•
Perhitungan dilakukan secara analitis berdasarkan peraturan SNI dan
membandingkannya dengan hasil output sofware ANSYS APDL 15.0
•
1.5
Elemen yang digunakan pada ANSYS adalah BEAM189
Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah dengan kajian
literatur, yaitu mengumpulkan teori-teori dan rumus-rumus yang dibutuhkan untuk
merencanakan dan menganalisa melalui beberapa sumber antara lain: buku-buku,
jurnal-jurnal, standar-standar yang berkaitan dengan tugas akhir ini yang dapat
diakses melalui internet , masukan-masukan dari dosen pembimbing dan sebagainya.
4
Kemudian, analisa dilakukan dengan perhitungan manual ( analitis ) dan bantuan
program computer Ansys untuk perbandingan perhitungan.
1.6
Sistematika Penulisan
Penulisan ini disusun dalam lima bab dengan sistematika penulisan sebagai
berikut:
Bab I Pendahuluan
Pendahuluan memuat tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan,
pembatasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini menjelaskan tentang pokok-pokok kajian, yaitu teori-teori dan rumusrumus yang digunakan untuk perhitungan torsi.
Bab III Perhitungan Analitis Tampang Tipis Terbuka
Bab ini memuat tentang perhitungan perilaku torsi pada tampang tipis terbuka
dengan perhitungan manual ( analitis ).
Bab IV Penggunaan ANSYS dalam Analisis Torsi Tampang Tipis Terbuka
Bab ini memuat tentang perhitungan perilaku torsi pada tampang tipis terbuka
dengan menggunakan program ANSYS dan membandingkannya dengan hasil
dari analitis.
Bab VII Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi penutup dari laporan tugas akhir, meliputi kesimpulan dan saran
yang dapat ditarik dari pembahasan permasalahan.
BAB II
5
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Dewasa ini, semakin berkembangnya dunia arsitektur untuk mendesain
bangunan yang tidak simetris dan tidak beraturan, maka torsi menjadi sangat penting
untuk diperhatikan dan diperhitungkan. Pengaruh torsi / puntir terkadang sangat
berperan penting dalam desain struktur. Kasus torsi sering dijumpai pada balok induk
yang memiliki balok – balok anak dengan bentang yang tak sama panjang.
Pada tahun 1853, insinyur Prancis yang bernama Adhemar Jean Barre de
Saint Venant mengemukakan pada French Academy of Sciences tentang teori puntir
(torsi) klasik yang menjadi dasar analisa dewasa ini, Ia mengatakan bahwa jika
batang dengan penampang bukan lingkaran, bila dipuntir maka penampang yang
semula datar tidak akan menjadi datar lagi setelah dipuntir, penampang ini menjadi
terpilin (warping) keluar bidang. Pada masalah torsi, perubahan bentuk keluar bidang
( atau pengaruh pilin / warping ) harus ditinjau di samping pengaruh rotasi ( atau
puntir menerus ).
Torsi merupakan efek momen termasuk putaran / puntiran yang terjadi pada
penampang tegak lurus terhadap sumbu utama dari elemen. Beban lateral dapat
mengakibatkan torsi pada bangunan ketika beban lateral tersebut cenderung memutar
bangunan tersebut dengan arah vertikal. Hal ini terjadi ketika pusat beban tidak tepat
dengan pusat kekakuan elemen vertikal beban lateral – sistem ketahanan struktur
tersebut. Eksentrisitas diantara pusat kekakuan dan massa bangunan dapat
menyebabkan gerakan torsi selama terjadinya gempa. Torsi ini dapat meningkatkan
1
displacement pada titik ekstrim bangunan dan menimbulkan masalah pada elemen
penahan lateral yang berlokasi pada tepi gedung. (Astariani, 2014)
Dalam torsi ada 3 jenis analisa antara lain:
a. Torsi pada tampang tebal seperti bujur sangkar, bulat dan persegi panjang.
b. Torsi pada tampang tipis terbuka seperti profil I, profil canal, profil z.
c. Torsi pada tampang tipis tertutup seperti tampang hollow dan pipa.
Kesemuanya teori torsi tersebut akan mengacu kepada soap film analogi.
(Timoshenko, 1986), (Tarigan J, 2014).
Peran program computer
untuk melakukan analisis dan desain struktur
memegang peranan yang sangat penting, hal ini disebabkan karena kemampuannya
dalam mengolah dan menganalisis data dengan kecepatan dan ketelitian yang sangat
tinggi. Keterbatasan waktu untuk melakukan perhitungan dan desain suatu struktur
beton maupun baja tidak menutup kemungkinan akan mengakibatkan kesalahan –
kesalahan dalam perhitungan apabila perhitungan tersebut dilakukan secara manual
tanpa bantuan program computer. Sulitnya memprediksi pengaruh torsi yang terjadi
sehingga efek dari torsi sering diabaikan oleh perencana dalam merencanakan
struktur padahal torsi harus direncanakan untuk menjamin struktur itu kuat.
Dengan berkembangnya teknologi, perhitungan mekanika khususnya torsi
dapat dihitung dengan bantuan program ANSYS. Program ini dapat menguntungkan
karena dapat menghitung yang detail dan rumit serta mengurangi kesalahan
perhitungan.
Maka dari itu, melalui tugas akhir ini penulis akan melakukan penelitian
dengan judul “Perbandingan Perilaku Torsi Pada Tampang Tipis Terbuka Dengan
Cara Analitis Dan Program Ansys”.
2
1.2
Perumusan Masalah
Masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini ialah perilaku torsi pada
tampang tipis terbuka, yaitu balok dengan profil plat berdinding tipis terbuka
(t/h < 0.1) . Gaya Torsi sering terjadi pada struktur balok bersilang akibat dari gaya
luar P yang bekerja, yang juga akan menimbulkan gaya lentur dan gaya geser. Gaya
torsi tersebutdapat menimbulkan tegangan torsi dan warping. Tegangan torsi pada
balok bersilangI dapat terjadi dibadan profil dan pada sayap atau flens profil,
sedangkanuntuk tegangan
warping
terjadi
pada
flens
yang
melintir
kearahlateralnya. Tegangan - tegangan yang terjadi ini harus diperhitungkan karena
dapatmengakibatkan kelebihan tegangan (over stress) pada struktur apabila
dikombinasikan antaraysng satu dan yang lainnya sehingga dapat melampaui
tegangan baja yangdiijinkan.
Dalam tugas akhir ini, penulis akan melakukan studi parameter, yaitu
membandingkan perilaku torsi pada tampang tipis terbuka yaitu dengan cara Analitis
dan dengan bantuan program ANSYS.
1.3
Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini yaitu :
•
Mengetahui perilaku torsi pada tampang tipis terbuka, yaitu tampang I
dengan cara analitis
•
Mengetahui penggunaan ANSYS dalam analisis perilaku torsitampang
tipis terbuka
•
Mengetahui perbandingan perilaku torsi secara analitis dibandingkan
dengan program Ansys
3
•
Memberikan kemudahan untuk para engineer dalam memberikan
pendekatan dengan program Ansys dibandingkan dengan hasil analitis.
1.4
Pembatasan Masalah
Adapun
pembatasan
masalah
yang
diambil
untuk
mempermudah
penyelesaian adalah:
•
Struktur yang ditinjau adalah bentang bertumpuan sederhana yang
dibebani momen torsi di tengah bentang
•
Perilaku torsi di sini adalah tegangan geser, tegangan warping dan
tegangan lentur akibat dari perilaku torsi dan sudut puntir.
•
Tampang tipis terbuka yang dimaksud adalah profil plat berdinding tipis
terbuka ( t/h < 0.1 ) yaitu pada tampang I, dengan membandingkan
gelagar baja profil I dan profil WF.
•
Perhitungan dilakukan secara analitis berdasarkan peraturan SNI dan
membandingkannya dengan hasil output sofware ANSYS APDL 15.0
•
1.5
Elemen yang digunakan pada ANSYS adalah BEAM189
Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah dengan kajian
literatur, yaitu mengumpulkan teori-teori dan rumus-rumus yang dibutuhkan untuk
merencanakan dan menganalisa melalui beberapa sumber antara lain: buku-buku,
jurnal-jurnal, standar-standar yang berkaitan dengan tugas akhir ini yang dapat
diakses melalui internet , masukan-masukan dari dosen pembimbing dan sebagainya.
4
Kemudian, analisa dilakukan dengan perhitungan manual ( analitis ) dan bantuan
program computer Ansys untuk perbandingan perhitungan.
1.6
Sistematika Penulisan
Penulisan ini disusun dalam lima bab dengan sistematika penulisan sebagai
berikut:
Bab I Pendahuluan
Pendahuluan memuat tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan,
pembatasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini menjelaskan tentang pokok-pokok kajian, yaitu teori-teori dan rumusrumus yang digunakan untuk perhitungan torsi.
Bab III Perhitungan Analitis Tampang Tipis Terbuka
Bab ini memuat tentang perhitungan perilaku torsi pada tampang tipis terbuka
dengan perhitungan manual ( analitis ).
Bab IV Penggunaan ANSYS dalam Analisis Torsi Tampang Tipis Terbuka
Bab ini memuat tentang perhitungan perilaku torsi pada tampang tipis terbuka
dengan menggunakan program ANSYS dan membandingkannya dengan hasil
dari analitis.
Bab VII Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi penutup dari laporan tugas akhir, meliputi kesimpulan dan saran
yang dapat ditarik dari pembahasan permasalahan.
BAB II
5