Buku Ajar Struktur Baja II-BabI
-
Upload
hidup-makan-gratis -
Category
Documents
-
view
692 -
download
5
Transcript of Buku Ajar Struktur Baja II-BabI
Bahan Ajar
Struktur Baja II
D
I
S
U
S
U
N
OLEH:
Rudiansyah Putra, ST, M.Si
Jurusan Teknik Sipil - Fakultas Teknik
UNIVERSITAS SYIAH KUALA
2008
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI..................................................................................................................................................................... iBAB I PENDAHULUAN.............................................................................................................................................. 1
1.1 Apa itu jembatan?..................................................................................................................................... 1
Daftar Isi
Bab 1 Pendahuluan
1.1 Apa itu jembatan?
1.2 Klasifikasi-klasifikasi jembatan baja
1.3 Komponen-komponen jembatan baja
Bab 2 Dasar-dasar perencanaan jembatan
2.1 Prinsip-prinsip perencanaan
2.2 Aliran perencanaan
2.3 Pembebanan
2.3.1 Klasifikasi beban-beban
2.3.2 Beban mati
2.3.3 Beban hidup
2.3.4 Beban-beban lain dan kombinasi pembebanan
Bab 3 Jembatan Rangka
3.1 Pendahuluan
3.2 Perencanaan
3.3 Analisis
3.4 Pendimensian
3.4.1 Pendimensian elemen
3.4.2 Pendimensian sambungan
Bab 4 Jembatan Plate Girder
4.1 Pendahuluan
4.2 Struktur
4.3 Kriteria dan prosedur perencanaan
i
4.4 Sambungan pada balok menyilang
4.5 Perencanaan bagian-bagian tambahan
Bab 5 Jembatan Komposit
5.1 Pendahuluan
5.2 Mekanik
5.3 Aspek perencanaan jembatan-jembatan komposit
5.4 Shear connector
5.5 Kesimpulan karakteristik dari jembatan komposit
By Rudiansyah Putra ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Apa Itu Jembatan?
Jembatan adalah suatu struktur yang melintasi suatu sungai, teluk, jalan atau
penghalang lainnya. Dalam perencanaan, jembatan harus lancar dan aman untuk laluan
kendaraan, kereta api atau pejalan kaki. Tampak elevasi dari jembatan dapat dilihat pada
Gambar 1. Struktur jembatan terdiri dari bahagian atas (superstructure) yang terdiri dari
sistem lantai kendaraan, rangka utama atau gelagar, dan bagian bawah (substructure)
yang terdiri dari pilar, tower, pondasi, dan abutment.
Gambar 1. Tampak elevasi jembatan
1.2 Klasifikasi Jembatan Baja
Jembatan baja dapat dibagi-bagi berdasarkan:
1. Pemakaiannya
a) Jembatan jalan orang (pedestrian bridge): jembatan untuk pejalan kaki dan
sepeda.
b) Jembatan jalan raya (highway bridge): jembatan untuk jalan raya.
c) Jembatan jalan kereta api (railway bridge): jembatan untuk jalan kereta api.
d) Jembatan kombinasi (combined bridge): jembatan untuk jalan raya dan kereta api.
e) Jembatan jalan air/saluran air (aqueduct bridge): jembatan yang mendukung
pemipaan untuk saluran air.
1
2. Letak lantai kendaraan
a) Deck bridge : jembatan yang memiliki lantai kendaraan yang terletak di
atas elemen gelagar-gelagar pemikul atau rangka.
b) Through bridge : jembatan dengan posisi lantai kendaraannya yang terletak
pada bagian bawah dari batang-batang atau gelagar-gelagar
pemikul, sehingga di atas lantai kendaraan (lalu lintas)
terdapat ikatan-ikatan melintang atau bagian-bagian dari
batang pemikul.
Apabila tidak terdapat ikatan melintang (ikatan angin) di
atas lalu lintas, maka disebut semi through bridge.
c) Pony bridge : Lantai kendaraan terletak pada bagian tengah dari batang-
batang atau gelagar-gelagar pemikul.
3. Macam gelagar utama
a) I – beam bridge : Jembatan ini mempunyai gelagar utama profil I.
b) T – beam bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar profil T.
c) Plate girder bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar utama yang terdiri
dari profil baja tersusun atau plate girder.
d) Box girder bridge : Jembatan yang mempunyai single atau multiple gelagar
utama yang terdiri dari balok box girder yang terbuat
dari baja ataupun beton.
e) Composite girder bridge : Jembatan komposit antara deck beton dengan gelagar
baja.
f) Truss bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar utama yang terdiri
dari suatu susunan rangka batang (truss).
g) Arch bridge : Jembatan yang mempunyai struktur yang terdiri dari
deck jalan dan parabola.
h) Cable-stayed bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar yang ditahan oleh
kabel baja tegangan tinggi yang dikakukan pada tower.
i) Suspension bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar yang digantung
dengan kabel baja tegangan tinggi pada kabel yang
dihubungkan ke tower.
By Rudiansyah Putra 2
(Gambar 2)Jenis-jenis jembatan rangka modern
4. Kondisi tumpuan
a) Simply support bridge : Gelagar utama atau rangka ditumpu oleh dua jenis
tumpuan yaitu sendi dan rol. Jembatan ini adalah statis
tertentu.
b) Continuous bridge : Jembatan ini mempunyai lebih dari satu bentang, dan
gelagar utamanya menerus di atas beberapa tumpuan.
Jembatan ini adalah statis tak tentu.
By Rudiansyah Putra 3
c) Gerber/Cantilever bridge : Jembatan ini adalah statis tak tentu, tapi kurang kaku
kalau dibandingkan dengan continuous bridge.
(Gambar 3)Kondisi tumpuan
5. Macam sambungannya
a. Sambungan dengan rivet (paku keling).
b. Sambungan dengan bolt (baut).
c. Sambungan dengan las : makin banyak dipakai, terutama setelah meningkatnya
mutu dan teknik mengelas.
d. Sambungan dengan pin:makin jarang dipakai, karena pin cepat aus, dan lagi
perputaran pin itu tidak sebebas yang diduga.
6. Daya dukung jembatani
a. Jembatan Kelas I : dengan beban 100% beban standar.
b. Jembatan Kelas II : dengan beban 70% beban standar.
c. Jembatan Kelas III : dengan beban 50% beban standar.
i Lihat peraturan untuk muatan Jalan Raya dari Binamarga.
By Rudiansyah Putra 4
(Gambar 4)Tipe jembatan dan aplikasi panjang bentangnya
5
1.3 Komponen-komponen jembatan baja
Semua jembatan terdiri dari dua bagian utama, yaitu yang pertama apa yang
dikenal dengan namanya jembatan atau superstructure dan yang kedua adalah pondasi
atau substructure. Diktat ini disusun hanya mengenai superstructure saja.
Superstructure terdiri dari empat bagian utama yang masing-masing mempunyai
fungsi tersendiri:
A. Sistem lantai kendaraan (floor system)
B. Gelagar utama
C. Perletakan
D. Ikatan-ikatan (bracings)
(Gambar 6)
Komponen-komponen jembatan baja
6
A. Sistem lantai kendaraan (floor system)
Sistem lantai kendaraan adalah jalur lalu lintas dan bagian-bagian pemikul yang
meneruskan beban ke sistem konstruksi utama. Sistem lantai dari suatu jembatan
biasanya terdiri dari suatu lantai kendaraan/deck, balok lantai/gelagar melintang dan
stinger/gelagar memanjang. Deck secara langsung mendukung beban hidup. Balok lantai
sama seperti stinger, ditampilkan pada Gambar 7, bentuk dari grillage dan meneruskan
beban dari deck ke gelagar utama. Balok lantai dan stinger digunakan pada jembatan
rangka, seperti tipe jembatan truss, tipe jembatan Rahmen dan tipe jembatan lengkung,
di mana spasi dari gelagar utama atau rangkanya besar. Pada tipe deck di atas, deck
langsung ditumpu oleh gelagar utama, dan sering tidak memakai sistem lantai karena
gelagar utama searah paralel dan saling berdekatan. Material lantai kendaraan yang
digunakan dapat diklasifikasikan menggunakan beton, baja ataupun kayu.
(Gambar 7)
Sistem lantai kendaraan
Sistem lantai kendaraan ini terbagi atas 3 bagian:
1. Lantai Kendaraan/Deck
Jalur lalu lintas mempunyai lebar minimum 2.75 meter dan lebar maksimum 3.75.
Untuk lalu lintas dua jalur, lebar lantai kendaraan sekurang-kurangnya adalah 5,50 m.
Lantai kendaraan ini dapat terdiri dari plat baja, beton atau kayu. Sebagai lapisan
penutup biasanya diberi aspal. Pemilihan sistem lantai kendaraan ini dipengaruhi oleh
faktor: kualitas permukaan jalan, drainage, berat lantai, lamanya pembuatan dan overall
cost termasuk pemeliharaannya.
By Rudiansyah Putra 7
Floor beam Floor beam
Stringer StringerSpiking strip
Aspal Kayu
Main structure
Aspal Beton
Track tieRail
Concrete
Track tie
Ballast
(Gambar 5)
Lantai kendaraan harus mempunyai drainase yang baik untuk meneruskan air
secepat mungkin. Biasanya permukaan jalan diberi kemiringan. Harus dijaga agar air
dari drainase tidak merembes ke bagian-bagian yang terbuat dari baja.
Lantai kendaraan umumnya dipikul oleh gelagar utama yang diletakkan searah
dengan bentang jembatan. Gelagar memanjang ini dipikul oleh gelagar melintang yang
disambungkan atau diletakkan di atas gelagar utama. Adakalanya lantai kendaraan itu
langsung dipikul oleh gelagar melintang tanpa memakai gelagar melintang. Deck untuk
jembatan jalan raya didisain untuk beban roda dari truk menggunakan teori lentur plat
dua arah.
Untuk through bridge, di samping lebar bersih dari lantai jembatan, tinggi ruang
bebas minimum (clearance) harus diperhatikan pula. Untuk jembatan jalan raya 4,50 m
dan untuk jembatan jalan kereta api 5,50 m.
Penyebaran tekanan roda
a) Lantai kayu :
Penyebaran tekanan roda di sini dianggap membentuk sudut 450 sampai ke
sumbu lantai.
By Rudiansyah Putra 8
A1
A
Aspal
Kayu/Beton
P P
B1
B
A = A1 + 2 (1/2 x tebal papan lantai + tebal aspal)
B = B1 + 2 (1/2 x tebal papan lantai + tebal aspal)
Untuk jembatan tipe kelas 1 A1 = 50 cm dan B1 = 20 cm, sedangkan untuk
jembatan tipe kelas II A1 = 35 cm dan B1 = 14 cm.
b) Lantai beton :
Suatu deck dari beton bertulang sudah sangat umum digunakan pada jembatan
jalan raya. Tipe deck ini sangat rentan terhadap kerusakan yang disebabkan oleh aliran
lalu lintas, yang mana secara terus menerus meningkat. Lalu lintas pada daerah
perkotaan terbuka terhadap beban lalu lintas yang berat dan harus diperbaiki secara
berkala. Baru-baru ini suatu deck komposit telah dikembangkan untuk meningkatkan
kekuatan, daktilitas, dan durabilitas deck tanpa meningkatkan beratnya atau pengaruh
ongkos dan durasi dari konstruksi. Pada lantai komposit, plat baja bawah melayani
kedua sebagai bagian dari lantai dan formwork untuk pelimpahan beton. Hal ini banyak
cara untuk menggabungkan antara plat baja dan tulangan. Contohnya dapat dilihat pada
Gambar 8. Lantai ini di buat perbagian di lapangan dan beton dituangkan di lapangan
setelah gelagar sudah diletakkan.
By Rudiansyah Putra 9
(Gambar 8)
Lantai komposit
Lebar efektif dari lantai beton di mana beban roda dianggap terbagi rata, menurut
H. M. Westergaard dapat ditetapkan sebagai berikut:
E = 0,6 S + 0,75 (untuk bentang ≤ 2,10 m)
E = 0,4 S + 1,10 (untuk bentang > 2,10 m)
E = lebar efektif (m)
S = bentang efektif dari slab beton yang tegak lurus pada arah lalu lintas.
= jarak as ke as gelagar memanjang dikurangi setengah lebar sayap profil.
c) Lantai baja :
Untuk bentang yang panjang, lantai baja digunakan untuk meminimumkan berat
dari beban lantai. Lantai plat baja dikakukan dengan rib/tulangan longitudinal dan
transversal seperti ditunjukkan pada Gambar 9. Lantai plat baja juga bekerja di atas
sayap dari gelagarnya. Pavement pada lantai baja harus diselesaikan dengan sangat hati-
hati untuk menahan air dari penetrasi yang melalui pavement sehingga menyebabkan
lantai baja berkarat.
By Rudiansyah Putra 10
(Gambar 9)
Lantai plat baja
2. Stinger/Gelagar Memanjang
Stinger/gelagar memanjang mendukung deck secara langsung dan menyalurkan
beban ke balok lantai/gelagar melintang seperti ditampilkan pada Gambar 7. Stinger ini
diletakkan pada arah longitudinal sama seperti gelagar utama. Stinger harus memenuhi
kekakuan untuk lentur untuk menahan retak pada deck atau pada permukaan pavement.
Standar desain biasanya batasi untuk perpindahan vertikal yang disebabkan oleh berat
dari truk.
Sebuah roda yang ditempatkan pada slab beton tepat di atas suatu gelagar
memanjang, akan menyebabkan terjadinya lendutan tidak saja pada gelagar itu sendiri,
tapi juga pada gelagar-gelagar memanjang yang berada di sebelahnya.
Hal ini disebabkan karena adanya kekakuan dari slab beton dalam arah
melintang. Jadi jelas bahwa beban tersebut sebagian dipikul juga oleh gelagar yang lain.
Besarnya penyebaran tekanan roda ini tergantung pada kekakuan dari lantai kendaraan.
Menurut peraturan muatan dari Binamarga, besarnya beban hidup yang dipikul
oleh gelagar memanjang yang terletak dengan jarak S pada satu dengan yang lainnya
adalah:
a. Untuk menghitung momen
1. Gelagar tengah:
Beban terbagi rata : q’ =
q2 ,75
×FD×S
Beban garis : P’ =
P2 ,75
×(FD )
By Rudiansyah Putra 11
2. Gelagar pinggir:
Beban terbagi rata : q’ =
q2 ,75
׿ ¿S’
Beban garis : P’ =
P2 ,75
׿ ¿S’
b. Untuk menghitung gaya melintang
1. Gelagar tengah:
Beban terbagi rata : q’ =
q2 ,75
×(FD )
Beban garis : P’ =
P2 ,75
׿ ¿S’
2. Gelagar pinggir: sama dengan gelagar tengah untuk menghitung momen.
Catatan: - q dan P adalah beban jalur sesuai dengan ketentuan yang terdapat pada
halaman 15.
- (FD) adalah faktor distribusi seperti terdapat pada tabel. Untuk harga
lengkapnya lihat peraturan muatan dari Binamarga.
- S’ adalah lebar pengaruh beban hidup pada gelagar pinggir.
Tabel Faktor Distribusi
Jenis lantai kendaraanLebar lantai kendaraan
1 jalur 2 jalur atau lebih
Papan kayuS
1,20S
1,10
Slab betonS
2 ,15S
1,65
S = Jarak gelagar (m)
3. Balok Lantai/Gelagar Melintang
Balok lantai/gelagar melintang diletakkan pada arah transversal dan
dihubungkan dengan baut mutu tinggi pada rangka atau parabola, seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 7. Balok lantai mendukung stinger dan menyalurkan beban ke
gelagar utama, rangka atau parabola. Dengan kata lain bahwa rangka utama atau
By Rudiansyah Putra 12
parabola menerima beban secara tidak langsung melalui balok lantai. Balok lantai juga
menyediakan kekakuan transversal pada jembatan sehingga meningkatkan tahanan torsi
secara keseluruhan.
Gelagar melintang biasanya terdiri dari suatu profil I atau profil tersusun. Tapi
untuk suatu jembatan yang lebar, gelagar melintang itu dapat pula suatu rangka batang.
Dalam merencanakan gelagar melintang suatu jembatan jalan raya, beban hidup
pada jalur lalu lintas dianggap seolah-olah bekerja langsung pada gelagar tersebut.
Besarnya beban hidup yang dipikul oleh sebuah gelagar melintang yang terletak sejarak
B satu sama lain adalah:
Beban terbagi rata : q’ =
q2 ,75 × B t/m
Beban garis : P’ =
P2 ,75 t/m
Sambungan antara gelagar melintang dengan gelagar induk selalu dibuat sekaku
mungkin, yaitu untuk mendapatkan kekakuan jembatan dalam arah melintang. Oleh
karena itu, sebetulnya gelagar melintang tersebut tidaklah simply supported pada
gelagar induk, tapi untuk memudahkan perhitungan dianggap ditumpu sendi rol.
Dalam menghitung sambungannya dengan gelagar induk, kita pakai momen yang
besarnya 25% dari momen maksimum gelagar melintang itu.
Gelagar melintang itu dapat pula diletakkan di atas gelagar induk seperti pada
deck bridge. Konstruksi macam ini ada untung ruginya bila dibandingkan dengan yang di
atas, di mana gelagar melintang disambungkan pada gelagar induk seperti pada through
bridge.
Keuntungan: - Bentang gelagar melintang itu dapat diperkecil dengan mendekatkan
jarak gelagar induk, sehingga momen maksimumnya akan berkurang,
apalagi dengan timbulnya overstek kiri kanan.
- Konstruksi lebih sederhana.
Kerugian: - Jembatan kurang kaku dalam arah melintang, sehingga diperlukan
pengaku lateral (sway-bracings) yang lebih berat.
- Tinggi konstruksi bertambah, dan ini merupakan faktor pula apabila ia
terbatas.
By Rudiansyah Putra 13
aa a a
B. Gelagar Induk
Dalam pasal ini terutama yang akan dibahas adalah gelagar induk atau gelagar
utama dari suatu jembatan rangka.
Gelagar induk itu dapat berbentuk single-plane truss atau double-plane truss.
Umumnya ia berupa double-plane truss, kecuali untuk bentang-bentang yang relatif
pendek. Apabila plat pertemuan hanya terletak pada suatu bidang saja, dinamai single-
plane, tapi apabila ia rangkap dua dalam dua bidang, dinamai double-plane. Batang-
batang dari suatu single-plane truss dapat berupa plat, baja siku tunggal atau rangkap
dan baja kanal.
Plat-plat pertemuan dari double-plane truss mempunyai jarak yang tetap untuk
memudahkan sambungan-sambungan. Bentuk dari batang-batang yang dipergunakan
tergantung dari besarnya gaya batang. Bentuk yang uniform kadang-kadang lebih
disukai, misalnya seluruh batang tepi atas (upper chord) berbentuk U terbalik, batang-
batang tepi bawah (lower chord) berbentuk kotak, sedangkan batang-batang dinding
(vertikal dan diagonal) berbentuk I dan sepasang baja kanal.
Profil-profil batang dapat dipasang baik di sebelah luar maupun di sebelah dalam
dari plat pertemuan, tapi jarak “a” (lihat gambar) harus tetap.
Bentuk yang umum dari gelagar rangka adalah rangkaian dari segitiga. Batang-
batang horizontal berfungsi untuk memikul momen; batang-batang diagonal untuk
menahan geser; sedangkan batang-batang vertikal adalah untuk memikul gaya-gaya
vertikal langsung.
By Rudiansyah Putra 14
(Gambar 8)Jenis-jenis jembatan rangka dan lokasi lantai kendaraan
Perbandingan antara tinggi dan bentang dari suatu jembatan rangka yang ekonomis
berdasarkan praktek adalah:
hL=1
6 sampai
18
Hal ini tergantung dari susunan rangka, pembebanan, dan lain-lain. Sudut antara batang
diagonal dengan horizontal berkisar antara: 45° – 60°
Apabila bentang suatu jembatan bertambah, maka tinggi yang ekonomis juga
akan bertambah. Kalau kita ingin mempertahankan batang-batang diagonal membentuk
sudut dalam batas-batas tersebut di atas, maka jarak antara gelagar-gelagar melintang
akan menjadi besar. Untuk menghindari hal ini, maka rangka tersebut dibagi lagi dengan
batang-batang tambahan (rangka sekunder) seperti terlihat pada gambar (d) dan (e).
By Rudiansyah Putra 15
Batang-batang tepi atas dan bawah dapat pula dibuat melengkung untuk
menahan sebagian dari gaya lintang, dan dengan demikian mengurangi beban pada
batang diagonal. Caranya yang umum adalah dengan menetapkan tingginya di tengah
dan di tepi (hip), kemudian membuat parabola melalui kedua titik itu.
Jarak antara gelagar melintang (panel length) pada jembatan rangka berkisar
antara 4 m – 8 m.
C. Perletakkan
Pada jembatan-jembatan yang relatif kecil, yaitu dengan bentang yang kurang dari 15
m, gelagar induk dapat langsung diletakkan di atas plat landasan (bearing plate). Cara
perletakkan seperti ini sudah dapat dianggap cukup untuk menyebarkan tekanan reaksi
pada luas tertentu dari fungsi fondasi (pier atau abutment). Tapi untuk jembatan yang
lebih panjang cara ini tidak dapat lagi dipakai karena:
1. Lendutan pada jembatan dapat mengakibatkan bearing plate sebelah luar
terangkat ke atas, sehingga tidak terdapat lagi tekanan yang terbagi rata.
2. Meskipun lubang yang berbentuk elips (slotted hole) pada perletakkan yang
berfungsi sebagai rol dapat menyesuaikan diri dengan perubahan temperatur
atau perpanjangan/perpendekkan dari gelagar induk, tapi pergerakannya sedikit
banyaknya terhalang oleh adanya geseran.
By Rudiansyah Putra 16
Oleh karena itu, untuk jembatan yang lebih panjang, selalu dipakai rocker antara gelagar
dan bearing plate (lihat gambar 1, dan 3). Tipe gambar 2 hanya untuk perletakkan di
mana tidak ada uplift.
By Rudiansyah Putra 17
dua bauttiap sisi
dua bauttiap sisi
Gambar (3)
By Rudiansyah Putra 18
Meskipun bidang kontak antara rocker dan bearing plate hanya merupakan satu
garis lurus, tapi oleh karena adanya perubahan bentuk, maka beban itu akan terbagi rata
pada suatu luas tertentu. Luas ini akan bertambah besar dengan bertambahnya radius
rocker.
Dari percobaan-percobaan, telah didapat rumus empiris:
P = 40 d
P = tegangan yang diizinkan antara rocker dan bearing plate ( kg per linear cm)
d = diameter rocker (cm)
Pada reaksi yang lebih besar, maka harus menggunakan radius yang lebih besar,
atau rocker diperpanjang. Kalau kita tidak dapat lagi memakai rocker dengan radius dan
panjang yang wajar berhubung besarnya reaksi, maka penyelesaiannya dapat dilakukan
dengan memakai beberapa rollers (gambar di bawah ini).
By Rudiansyah Putra 19
D. Bracings ( Ikatan-ikatan)
Sebuah jembatan yang merupakan suatu struktur ruang yang tidak hanya
memikul beban-beban vertikal yang kemudian diteruskan pada fondasi, tapi juga
menahan gaya-gaya lateral dan longitudinal yang disebabkan oleh angin, gaya rem,
traksi, dll. Untuk mendapatkan kekakuan dalam arah melintang dan untuk menjaga
kemungkinan timbulnya torsi, maka diperlukan adanya ikatan-ikatan (bracings)
Meskipun jembatan dalam keseluruhannya merupakan struktur ruang, tapi dalam
perhitungan setiap komponennya dihitung sendiri-sendiri sebagai suatu komponen yang
linier dan sebidang.
Top lateral bracings (ikatan angin atas) akan memberikan kekakuan pada
jembatan, stabilisasi terhadap batang tepi atas yang tertekan, dan juga untuk
meneruskan sebagian besar dari beban angin pada end post (portal ujung) yang
kemudian meneruskannya pada landasan.
Sway bracings diperlukan untuk mendapatkan kekakuan terhadap torsi, dan ia
biasanya dipasang pada bidang vertikal di sebelah atas jembatan. Sway bracings ini
bukanlah untuk menambah kekuatan suatu jembatan, tetapi terutama adalah untuk
menambah kekakuannya.
By Rudiansyah Putra 20
(Gambar 7)
Nama-nama bagian jembatan
By Rudiansyah Putra 21
22