studi tekuk torsi-lateral stepped beam

SKRIPSI

STUDI TEKUK TORSI-LATERAL STEPPED BEAM

BAJA PROFIL I SIMETRI GANDA DENGAN

MENGGUNAKAN ANALISIS KERUNTUHAN

KELSEN TRISTA KWEENISKY

NPM : 2015410152

PEMBIMBING: Dr. Paulus Karta Wijaya

KO-PEMBIMBING: Naomi Pratiwi B.Eng., M.Sc.

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 1788/SK/BAN-PT/Akred/S/VII/2018)

BANDUNG

JANUARI 2019

i

STUDI TEKUK TORSI-LATERAL STEPPED BEAM

BAJA PROFIL I SIMETRI GANDA DENGAN

MENGGUNAKAN ANALISIS KERUNTUHAN

Kelsen Trista Kweenisky

NPM : 2015410152

Pembimbing : Dr. Paulus Karta Wijaya, Ir., M.Sc.

Ko-Pembimbing : Naomi Pratiwi B.Eng., M.Sc.

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL (Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 1788/SK/BAN-PT/Akred/S/VII/2018)

BANDUNG

JANUARI 2019

ABSTRAK

Optimalisasi desain balok baja dapat dilakukan dengan cara membuat balok non-prismatis baja I,

salah satu contoh balok non-prismatis adalah stepped beam. Stepped beam difabrikasi dengan cara

menambahkan cover plate pada sebagian panjang flens tepat di lokasi gaya dalam momen lentur

maksimum, sehingga balok mengalami perubahan penampang secara tiba-tiba. Balok yang

dibebani lentur terhadap sumbu kuat akan mengalami kondisi batas tekuk torsi-lateral/ lateral-

torsional buckling (LTB) pada segmen tak terbreis. Persamaan momen kritis LTB stepped beam

belum dimuat di dalam spesifikasi AISC 360-16. Park (2004) menurunkan persamaan momen

kritis stepped beam bentang menerus dengan analisis tekuk elastis. Oleh karena itu, persamaan

momen kritis stepped beam dengan pembebanan transversal di pusat geser di atas tumpuan

sederhana akan dikembangkan dengan analisis keruntuhan beserta perilaku dan bentuk

keruntuhannya. Dari analisis yang sudah dilakukan, panjang cover plate terhadap panjang bentang

(α) yang semakin panjang akan memperbesar nilai momen kritis balok prismatis secara signifikan.

Pengaruh ketebalan cover plate hanya akan dominan pada rasio α yang panjang. Jarak antara dua

tumpuan lateral (Lb) tidak mempengaruhi persentase kenaikan momen kritis stepped beam pada

rasio α ≤ 0,333. Perilaku keruntuhan stepped beam menunjukkan bahwa pada rasio α yang

semakin besar, keruntuhan yang terjadi akan semakin tiba-tiba. Nilai momen kritis balok prismatis

dan stepped beam dihubungkan dengan beberapa koefisien. Hasil studi menyajikan faktor

modifikasi tekuk torsi-lateral akibat ketidaksempurnaan geometri awal bentuk ragam pertama

dengan amplitudo maksimum Lb/2000 (Cb1) dan koefisien stepped beam (Cst). Koefisien ini

diperlukan untuk mengaproksimasi momen kritis stepped beam berdasarkan persamaan LTB

AISC 360-16 untuk balok prismatis.

Kata kunci : Balok non-prismatis, Stepped Beam, Tekuk Torsi-Lateral, , Analisis Keruntuhan

iii

LATERAL TORSIONAL-BUCKLING OF DOUBLY-

SYMMETRIC I-SHAPED STEPPED STEEL BEAM

USING COLLAPSE ANALYSIS

Kelsen Trista Kweenisky

NPM : 2015410152

Advisor : Dr. Paulus Karta Wijaya, Ir., M.Sc.

Co-Advisor : Naomi Pratiwi B.Eng., M.Sc.

PARAHYANGAN CATHOLIC UNIVERSITY

DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING (Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 1788/SK/BAN-PT/Akred/S/VII/2018)

BANDUNG

JANUARY 2019

ABSTRACT

Optimization of steel beam design can be done by providing a non-prismatic I-shaped beam. As

example one of non-prismatic beam is stepped beam. Stepped beam is fabricated by welding a

cover plate at a portion of the beam length on top and bottom flanges right at the location of

maximum bending moment, so that the beam undergoes sudden change of cross-section. Beams

that are bent subjected to strong axis will experience Lateral-Torsional Buckling (LTB) to its

unbraced lengths. The equation of critical moment stepped beam (Mst) has not been considered in

AISC 360-16 specification. Park (2004) derived the critical moment equation for stepped beam

over continous span with elastic buckling analysis. Therefore, the equation of critical moment

stepped beam subjected to transverse loading on shear center of simply support span will be

developed by collapse analysis along with its collapse behavior. Analysis shown that, the larger

ratio of cover plate length to span length (α) will significantly increase the critical moment value

of prismatic beams. The effect of cover plate thickness will only be dominant in the large α ratio.

Length between braced point (Lb) does not affect the percentage increased in critical moment

stepped beam with α ≤ 0.333. Stepped beam collapse behavior shows that in the larger α ratio, its

collapse will occurs suddenly. The critical moment value of the prismatic beam and stepped beam

are connected with several coefficients. The results of this study present the initial geometry

imperfection modification factor with Lb / 2000 amplitude (Cb1) and stepped beam coefficient

(Cst). This coefficient is needed to approximate the critical moment stepped beam based on the

AISC 360-16 LTB equation for prismatic beams.

Kata kunci : Non-Prismatic Beam, Stepped Beam, Lateral Torsional-Buckling, Collapse Analysis

v

KATA PENGANTAR

Ucapan bersyukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan Sang Bhagava atas

berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang

berjudul Studi Tekuk Torsi-Lateral Stepped Beam Baja Profil I dengan

Menggunakan Analisis Keruntuhan. Penulisan skripsi ini sebagai syarat untuk

menyelesaikan jenjang studi strata I Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil,

Universitas Katolik Parahyangan..

Ucapan terima kasih penulis ucapkan sebanyak-banyaknya kepada.

1. Bapak Dr. Paulus Karta Wijaya, Ir., M.Sc. selaku dosen pembimbing yang

telah memberikan masukkan, saran yang membangun, serta pengetahuan

berdasarkan keilmuannya agar tulisan ini mendekati kesempurnaan dan

mendorong agar karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi masyarakat.

2. Ibu Naomi Pratiwi, B.Eng., M.Sc. selaku dosen ko-pembimbing yang telah

banyak meluangkan waktu dan pemikirannya bagi skripsi ini serta motivasi yang

sangat mendorong penulis untuk menyelesaikan penulisan karya ilmiah ini,

sehingga dapat terselesaikan dengan hasil yang memuaskan.

3. Bapak Dr. Johannes Adhijoso Tjondro dan Ibu Nenny Samudra, Ir., MT.

Selaku dosen penguji ujian skripsi yang telah memberikan pengetahuan baru dan

saran yang berharga.

4. Bapak Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D selaku dosen yang telah

memberikan saran dan rekomendasi dalam prosedur analisis.

vii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ............................................................................................................... i

ABSTRACT ........................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ............................................................................................ v

DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN .............................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xix

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xxi

PENDAHULUAN ................................................................................... 1-1 BAB 1

1.1. Pendahuluan .......................................................................................... 1-1

1.2. Inti Permasalahan .................................................................................. 1-3

1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 1-3

1.4. Batasan Masalah .................................................................................... 1-4

1.5. Metode Penelitian .................................................................................. 1-5

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................ 1-5

STUDI PUSTAKA .................................................................................. 2-1 BAB 2

2.1. Material Baja ......................................................................................... 2-1

2.2. Klasifikasi Penampang yang Mengalami Lentur .................................. 2-5

2.3. Tekuk Torsi-Lateral / Lateral-Torsional Buckling (LTB)..................... 2-8

viii

2.4. Tegangan Sisa (Residual Stress) .......................................................... 2-13

2.5. Faktor Modifikasi Tekuk Torsi-Lateral Untuk Momen Tak Seragam (Cb)

2-14

2.6. Jarak Antara Dua Tumpuan Lateral (Lb) ............................................. 2-16

2.7. Ketidaksempurnaan Geometri Awal .................................................... 2-17

2.8. Analisis Tekuk Elastis.......................................................................... 2-18

2.9. Elemen Cangkang 4 nodal (shell) ........................................................ 2-19

2.10. Sambungan Kaku (Rigid link) .......................................................... 2-20

PEMODELAN ELEMEN HINGGA ....................................................... 3-1 BAB 3

3.1. Pratinjau ................................................................................................. 3-1

3.2. Preliminary Validation .......................................................................... 3-2

3.2.1. Verifikasi Model Balok dengan Linearized Buckling .................... 3-2

3.2.2. Verifikasi model sambungan las..................................................... 3-4

3.3. Pemodelan Material Baja ....................................................................... 3-9

3.4. Pembebanan ......................................................................................... 3-12

3.5. Fixity .................................................................................................... 3-13

3.6. Pemodelan ketidaksempurnaan geometri awal .................................... 3-15

3.7. Parameter Stepped Beam...................................................................... 3-16

ANALISIS STUDI PARAMETER .......................................................... 4-1 BAB 4

4.1. Hasil Preliminary Validation ................................................................. 4-1

ix

4.1.1. Hasil Verifikasi Balok dengan Linearized Buckling ...................... 4-1

4.1.2. Hasil Verifikasi Rigid Link sebagai Sambungan Las ..................... 4-3

4.2. Analisis Pengaruh Nilai Parameter terhadap Momen Kritis ................. 4-7

4.2.1. Pengaruh Akibat Beban Terpusat .................................................. 4-9

4.2.2. Pengaruh Akibat Beban Terdistribusi Merata .............................. 4-20

4.3. Pembahasan Bentuk Keruntuhan Stepped Beam ................................. 4-31

4.4. Analisis Koefisien Stepped Beam (Cst)................................................ 4-35

4.5. Analisis Faktor Modifikasi Tekuk Torsi-Lateral Akibat

Ketidaksempurnaan Geometri Awal (Cb1) ..................................................... 4-47

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 5-1 BAB 5

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 5-1

5.2. Saran ...................................................................................................... 5-2

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... L1-1

xi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

Daftar Notasi

A0 = luas penampang benda uji semula

Atf = luas penampang benda uji sesaat sebelum putus

Cb = faktor modifikasi tekuk torsi-lateral untuk momen tak seragam

Cb1 = faktor modifikasi tekuk torsi-lateral akibat ketidaksempurnaan geometri

awal bentuk ragam tekuk pertama dengan amplitudo maksimum Lb/2000

Cst = koeifisien stepped beam

Cst1 = koefisien stepped beam untuk beban terpusat hasil FEA

Cst2 = koefisien stepped beam untuk beban merata hasil FEA

Cw = konstanta pilin

E = modulus elastisitas baja

Fcr = tegangan kritis balok

G = modulus geser

h0 = jarak antar pusat berat flens

Ix = momen inersia terhadap sumbu x

Iy = momen inersia terhadap sumbu y

J = konstanta torsi

L0 = panjang benda uji semula

Lb = jarak antara dua tumpuan lateral/ panjang segmen tak terbreis

Lp = batas panjang segmen tak terbreis mengalami LTB inelastis

Lr = batas panjang segmen tak terbreis mengalami LTB elastis

xii

M = momen lentur balok terhadap sumbu x

M0cr = momen kritis balok prismatis dari solusi eksak tekuk elastis AISC

MA = nilai absolut momen lentur di L/4 segmen tak terbreis

MB = nilai absolut momen lentur di L/2 segmen tak terbreis

MC = nilai absolut momen lentur di 3L/4 segmen tak terbreis

Mcr = momen kritis balok prismatis hasil analisis elemen hingga

Mcr_RL = momen kritis stepped beam dengan sambungan rigid link

Mcr1 = momen kritis stepped beam dengan penebalan langsung

Mmax = nilai absolut momen lentur di lokasi maksimum bentang tak terkekang

P = gaya tarik

Pcr = beban kritis balok

y = jarak dari titik berat penampang ke serat di atas/bawah penampang

Zx = modulus plastis terhadap sumbu x

α = rasio panjang cover plate terhadap panjang balok

β = rasio lebar cover plate terhadap lebar balok

γ = rasio ketebalan total flens terhadap tebal flens profil

ΔL = pertambahan panjang benda uji

ε = regangan teknik (engineering strain)

εt = regangan sebenarnya (true strain)

εtf = regangan sebenarnya sesaat sebelum putus (final true strain)

λ = nilai eigen (Eigenvalue)

λp = batas kekompakkan komponen struktur lentur AISC

λr = batas kelangsingan komponen struktur lentur AISC

xiii

σ = tegangan teknik (engineering stress)

σt = tegangan sebenarnya (true stress)

σxx = tegangan lentur

[K] = matriks kekakuan struktur

[KG] = matriks kekakuan geometri

{v} = vektor eigen (Eigenvectors)

%Error1 = 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑜𝑠𝑒𝑑 𝑒𝑞𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛− 𝐶𝑠𝑡1

𝐶𝑠𝑡1

%Error2 = 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑜𝑠𝑒𝑑 𝑒𝑞𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛− 𝐶𝑠𝑡2

𝐶𝑠𝑡2

Daftar Singkatan

FEA = Finite Element Analysis

FEM = Finite Element Modelling

LTB = Lateral-Torsional Buckling

WF 400x200-8mm = Balok WF 400x200x8x13 dengan cover plate 8mm

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Potongan Memanjang Stepped Beam ............................................... 1-2

Gambar 1.2 Potongan Melintang Stepeed Beam .................................................. 1-2

Gambar 2.1 Kurva tegangan-regangan pelbagai material baja (Salmon, 2009) .. 2-1

Gambar 2.2 Kurva tegangan-regangan engineering dan true (Gere, 2004) ......... 2-4

Gambar 2.3 Ilustrasi batas klasifikasi penampang ............................................... 2-6

Gambar 2.4 Batas klasifikasi penampang untuk flens profil I baja canai yang

mengalami lentur (sumber : tabel B4.1 AISC 360-16) ........................................ 2-6

Gambar 2.5 Batas klasifikasi penampang untuk web profil I baja canai yang

mengalami lentur (sumber : tabel B4.1 AISC 360-16) ........................................ 2-6

Gambar 2.6 Batas klasifikasi flens diperkaku dengan cover plate ...................... 2-7

Gambar 2.7 Momen nominal tekuk torsi-lateral pada segmen tak terbreis yang

dibebani lentur terhadap sumbu kuat dan mengalami momen seragam pada profil I

simetri ganda kompak ........................................................................................ 2-10

Gambar 2.8 LTB pada balok I tumpuan sederhana (tengah bentang) : a) member

b) penampang (Silva, 2013) ............................................................................... 2-11

Gambar 2.9 a) Konfigurasi LTB b) kurva beban vs lateral displacement pada

balok ideal dan balok dengan ketidaksempurnaan awal bentuk ragam pertama 2-12

Gambar 2.10 Pola tegangan sisa A) Linear B) Parabola C) Tegangan sisa akibat

pengelasan (Van,2015) ....................................................................................... 2-14

Gambar 2.11 Bentuk ketidaksempurnaan geometri awal (Van Der Aa, R.P., 2015)

............................................................................................................................ 2-17

xvi

Gambar 2.12 Derajat kebebasan nodal elemen cangkang (Wijaya,2014) .......... 2-20

Gambar 3.1 Rigid link dalam pemodelan elemen hingga (melintang) ................. 3-7

Gambar 3.2 Rigid link dalam pemodelan elemen hingga (memanjang)............... 3-7

Gambar 3.3 Define rigid link dalam ADINA v.9.3.3 ........................................... 3-8

Gambar 3.4 Tegangan leleh penampang akibat tegangan sisa ............................. 3-9

Gambar 3.5 Superposisi diagram tegangan leleh akibat tegangan sisa .............. 3-10

Gambar 3.6 Kurva true stress-strain curve material baja dengan tegangan leleh

250 MPa atau setara dengan 1 x Fy .................................................................... 3-11

Gambar 3.7 Beban terpusat pada pusat geser ..................................................... 3-12

Gambar 3.8 Beban terdistribusi merata pada pusat geser ................................... 3-12

Gambar 3.9 Perletakkan sendi-roll stepped beam .............................................. 3-14

Gambar 3.10 Bentuk ketidaksempurnaan geometri awal first buckling mode ... 3-15

Gambar 4.1 Bentuk ragam tekuk pertama hasil analisis tekuk elastik ................. 4-2

Gambar 4.2 Kurva load vs Lateral Displacement model rigid link dan penebalan

langsung (bentang panjang) .................................................................................. 4-4

Gambar 4.3 Kurva load vs Lateral Displacement model rigid link dan penebalan

langsung (bentang pendek) ................................................................................... 4-5

Gambar 4.4 Diagram momen lentur akibat pembebanan ..................................... 4-6

Gambar 4.5 Tegangan lentur pada lokasi momen maksimum menurut mekanika 4-

6

Gambar 4.6 Kurva Load vs Lateral Displacement untuk berbagai nilai α ........... 4-8

Gambar 4.7 a) Hubungan parameter stepped beam terhadap momen kritis

penampang WF 400x200x8x13 dengan α = 0,167 akibat beban terpusat .......... 4-12

xvii


penampang WF 250 x 125 x 6 x 9 dengan α = 0,167 akibat beban terpusat ..... 4-14

Gambar 4.9 Grafik % beda terhadap M0cr vs Lb untuk WF 400x200 akibat beban

terpusat ............................................................................................................... 4-19

Gambar 4.10 Grafik % beda terhadap Mcr0 vs Lb untuk WF 250x125 akibat beban

terpusat ............................................................................................................... 4-19


penampang WF 400x200x8x13 dengan α = 0,167 akibat beban merata ........... 4-24


penampang WF 250 x 125 x 6 x 9 dengan α = 0,167 akibat beban merata ....... 4-26

Gambar 4.13 Grafik Lb vs % beda terhadap M0cr untuk WF 400x200 akibat beban

merata ................................................................................................................. 4-30

Gambar 4.14 Grafik Lb vs % beda terhadap M0cr untuk WF 250x125 akibat beban

merata ................................................................................................................. 4-30

Gambar 4.15 Bentuk keruntuhan stepped beam dengan α = 0,167 akibat beban

terpusat ............................................................................................................... 4-31


terpusat ............................................................................................................... 4-31


terpusat ............................................................................................................... 4-32


terpusat ............................................................................................................... 4-32

xviii


merata ................................................................................................................. 4-33


merata ................................................................................................................. 4-34


merata ................................................................................................................. 4-34


merata ................................................................................................................. 4-34

Gambar 4.23 a) Hubungan berbagai parameter stepped beam terhadap Cst untuk

rasio α = 0,167 akibat beban terpusat ................................................................. 4-37

Gambar 4.24 a) Hubungan berbagai parameter stepped beam terhadap Cst untuk

rasio α = 0,167 akibat beban merata ................................................................... 4-39

Gambar 4.25 Persamaan garis regresi kelompok data α ≤ 0,333 untuk beban

terpusat ............................................................................................................... 4-42

Gambar 4.26 Persamaan garis regresi kelompok data α ≤ 0,333 untuk beban

merata ................................................................................................................. 4-43

Gambar 4.27 Persamaan garis regresi kelompok data α > 0,333 untuk beban

terpusat ............................................................................................................... 4-44

Gambar 4.28 Persamaan garis regresi kelompok data α > 0,333 untuk beban

merata ................................................................................................................. 4-44

Gambar 4.29 Grafik (Lb/Lr) VS Cb1 untuk seluruh jenis pembebanan ............... 4-49

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Model verifikasi balok prismatis.......................................................... 3-3

Tabel 3.2 Model verifikasi rigid link ................................................................... 3-6

Tabel 3.3 Legenda fixity pemodelan elemen hingga .......................................... 3-14

Tabel 3.4 Parameter cover plate profil WF 400x200 ......................................... 3-17

Tabel 3.5 Parameter cover plate profil WF 250x125 ......................................... 3-17

Tabel 4.1 Hasil verifikasi model balok dengan analisis tekuk elastis .................. 4-2

Tabel 4.2 Hasil verifikasi rigid link sebgai model sambungan las dengan analisis

keruntuhan ............................................................................................................ 4-3

Tabel 4.3 Momen kritis stepped beam akibat pembebanan terpusat profil WF

400x200x8x13 .................................................................................................... 4-10

Tabel 4.4 Momen kritis stepped beam akibat pembebanan terpusat profil WF

250x125x6x9 ...................................................................................................... 4-11

Tabel 4.5 Kenaikan momen kritis WF 400x200 akibat beban terpusat untuk

berbagai parameter terhadap momen kritis prismatis ........................................ 4-17

Tabel 4.6 Kenaikan momen kritis WF 250x125 akibat beban terpusat untuk

berbagai parameter terhadap momen kritis prismatis ........................................ 4-18

Tabel 4.7 Momen kritis stepped beam akibat pembebanan terdistribusi merata

profil WF 400x200x8x13 ................................................................................... 4-22

Tabel 4.8 Momen kritis stepped beam akibat pembebanan terdistribusi merata

profil WF 250x125x6x9 ..................................................................................... 4-23

xx

Tabel 4.9 Kenaikan momen kritis WF 400 x 200 akibat pengaruh beban merata

untuk berbagai parameter terhadap momen kritis prismatis ............................... 4-28

Tabel 4.10 Kenaikan momen kritis WF 250x125 akibat beban merata untuk

berbagai parameter terhadap momen kritis prismatis ......................................... 4-29

Tabel 4.11 Persamaan yang diajukan untuk Cst .................................................. 4-45

Tabel 4.12 Nilai Cb1 untuk profil WF 400x200 .................................................. 4-48

Tabel 4.13 Nilai Cb1 untuk profil WF 250x125 .................................................. 4-49

xxi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan Section Properties Variasi Penampang (tanpa

memperhitungkan fillet radius) dan momen kritis AISC ................................... L1-1

Lampiran 2. Perhitungan Koefisien Stepped Beam (Cst) Profil WF 400x200 Untuk

Berbagai Lb/D .................................................................................................... L2-1

Lampiran 3. Perhitungan Koefisien Stepped Beam (Cst) Profil WF 250x125 Untuk

Berbagai Lb/D .................................................................................................... L3-1

Lampiran 4. Perhitungan Besar Error Persamaan yang Diajukan ..................... L4-1

1-1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Pendahuluan

Salah satu keuntungan penggunaan material baja sebagai elemen balok pada

struktur adalah mempunyai rasio kekuatan per satuan berat (strength-to-weight

ratio) yang besar, sehingga struktur yang elemennya memiliki bentang panjang

akan menjadi lebih ekonomis (McComarc dan Csernak, 2012). Untuk

mendapatkan elemen struktur baja yang lebih ekonomis, desain pada member baja

IWF dapat dioptimalkan dengan menggunakan balok non-prismatis, contohnya

berupa web-tapered beam. Web-tapered beam ini memiliki tujuan menyediakan

kekuatan dan kekakuan yang lebih besar dengan berat yang minimum. Pelat badan

atau bagian web dibuat lebih tinggi dan/atau lebih tebal pada area momen

terbesar. Cara lain adalah dengan memperbesar dimensi pelat flens (lebar dan/atau

tebalnya) pada bagian tengah bentang untuk pembebanan transversal guna

menyediakan momen inersia yang lebih besar pada penampang di lokasi momen

lentur terbesar. Perubahan pada elemen pelat flens yang secara tiba-tiba pada

sebagian panjang balok dinamakan stepped beam.

Stepped beam dapat difabrikasi dengan mengelas pelat penutup (cover

plate) di atas permukaan flens pada sebagian panjang penampang agar

memperbesar momen inersia. Geometri stepped beam dapat dilihat pada Gambar

1.1 dan Gambar 1.2

1-2

Pertimbangan penggunaan antara balok non-prismatis web-tapered dan stepped

adalah biaya yang dikeluarkan untuk membuat tapered plates lebih tinggi,

sehingga stepped beam lebih lazim digunakan oleh para praktisi karena fabrikasi

sangat sederhana (Park, 2004). Masalah yang umum terjadi pada balok yang

dibebani tegak lurus sumbu kuat adalah tekuk torsi-lateral / Lateral Torsional

Buckling yang selanjutnya ditulis LTB. Persamaan momen kritis LTB untuk

penampang I prismatis sudah disediakan oleh AISC 360-16 (2016) dimana

pembebanan diasumsikan terjadi pada pusat geser, akan tetapi persamaan momen

Gambar 1.1 Potongan Memanjang Stepped Beam

Gambar 1.2 Potongan Melintang Stepeed Beam

1-3

kritis untuk stepped beam masih belum dimuat di dalam panduan spesifikasi

AISC.

Beberapa penelitian menyajikan rumus langsung untuk menjadi panduan

dalam merancang stepped beam (Park, 2004). Dalam penelitian tersebut,

dikembangkan sebuah koefisien penampang untuk menghitung momen kritis

stepped beam berdasarkan momen kritis penampang prismatis yang didapat

dengan analisis tekuk elastis. Objek penelitian tersebut adalah stepped beam yang

mengalami momen gradien linear di atas bentang menerus. Perumusan masalah

penelitian terkait dengan pertanyaan bagaimana persamaan momen kritis stepped

beam dengan beban transversal di atas tumpuan sederhana?.

1.2. Inti Permasalahan

Dalam analisis keruntuhan, belum ditemukan persamaan untuk menghitung

momen kritis stepped beam dengan beban transversal di atas tumpuan sederhana.

Persamaan ini bermanfaat dalam desain guna menghitung momen kritis stepped

beam berdasarkan perhitungan momen kritis balok prismatis AISC 360-16.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengembangkan koefisien stepped beam (Cst) dan faktor modifikasi tekuk

torsi-lateral ketidaksempurnaan geometri awal (Cb1) sebagai faktor dalam

menetukan persamaan momen kritis stepped beam.

1-4

2. Mempelajari sifat dan perilaku keruntuhan tekuk torsi-lateral pada balok

stepped.

3. Mengetahui pengaruh ketidaklekatan antara pelat penutup dan pelat sayap

terhadap momen kritis stepped beam dengan sambungan kaku (rigid link)

dalam FEM

1.4. Batasan Masalah

Penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal berikut ini :

1. Model adalah balok baja dengan penampang I simetri ganda yang

mengalami penebalan flens akibat penambahan pelat penutup (cover plate).

2. Pelat penutup diberikan pada flens atas dan bawah.

3. Pelat penutup digunakan pada tengah bentang dengan rasio panjang pelat

penutup dan panjang bentang balok, α bervariasi (0 < α < 1).

4. Lebar pelat penutup sama dengan lebar pelat flens (β = 1).

5. Rasio tebal pelat sayap keseluruhan terhadap tebal pelat flens profil standar

(γ) disesuaikan dengan batas kekompakkan (λp) penampang AISC dan tebal

pelat penutup tidak lebih tebal dari tebal flens.

6. Beban yang diberikan adalah beban terpusat di tengah bentang dan

terdistribusi merata pada pusat geser sehingga balok mengalami momen

tidak seragam.

7. Stepped beam ditumpu oleh tumpuan vertikal sederhana, dengan syarat

batas rotasi puntir ditahan dan bebas untuk pilin (free to warp).

8. Seluruh penampang dalam pemodelan adalah penampang kompak.

1-5

9. Dalam analisis keruntuhan, material yang digunakan adalah baja dengan

kuat leleh Fy = 250 MPa homogen, isotropik, plastis multilinear dengan

modulus elastisitas E = 200.000 Mpa, modulus geser G = 77.200 MPa dan

rasio poisson ν = 0.3. Material dianggap sepenuhnya elastik dengan E =

200.000 MPa dalam analisis tekuk elastis.

1.5. Metode Penelitian

Metode penelitian ini adalah :

1. Studi literatur, literatur yang digunakan berasal dari buku referensi, makalah

ilmiah, dan panduan spesifikasi yang dikeluarkan AISC. Dasar teori yang

digunakan dalam penelitian ini mengadopsi dari literatur yang disebutkan di

atas dalam rangka mendukung keilmuan peneliti dalam melakukan analisis.

2. Analisis keruntuhan dengan metode elemen hingga, dengan bantuan piranti

lunak ADINA v.9.3.3 sebagai alat bantu komputasi dalam analisis. Hasil

komputasi piranti lunak akan dibandingkan terlebih dahulu dengan

persamaan AISC untuk memverifikasi permodelan yang dilakukan. Lantas,

stepped beam dimodelkan dengan berbagai parameter yang seluruh hasilnya

akan diolah menjadi suatu konklusi.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam penelitian ini terdiri dari 5 (lima) bab yang disusun

sistematis sebagai berikut:

1-6

1. Bab I Pendahuluan, membahas hal yang mendorong dan melatarbelakangi

penelitian ini, rumusan inti masalah yang akan diteliti, metode yang

digunakan dalam penelitian ini dan sistematika penulisan penelitian.

2. Bab II Studi Pustaka, berisikan dasar teori yang mendasari penyusunan

skripsi, yaitu material baja, klasifikasi penampang I, tekuk torsi-lateral

elastis dan inelastis, metode elemen hingga, elemen cangkang, serta teori

lain yang mendukung.

3. Bab III Permodelan Elemen Hingga, berisikan model verifikasi, asumsi

yang digunakan dalam permodelan elemen pada piranti lunak, data

parameter model, pembebanan, dan prosedur analisis tekuk elastis dan

ineastis dengan metode elemen hingga.

4. Bab IV Analisis dan Hasil Pemodelan, berisikan analisis mengenai evaluasi

persamaan momen kritis AISC berdasarkan hasil dengan metode elemen

hingga dan hubungan momen kritis stepped beam dan balok prismatis.

Analisis grafis untuk menemukan koefisien hubungan momen kritis stepped

beam dan balok prismatis dengan persamaan. Menguji validitas koefisien

yang ditemukan.

5. Bab V Kesimpulan dan Saran, berisikan kesimpulan dan saran mengenai

pembahasan pada bab sebelumnya.

studi tekuk torsi-lateral stepped beam

Documents