JENIS – JENIS SAMBUNGAN PADA BAJA

Menurut AISC 1.2 dan AISC 2.1 kontruksi baja dibedakan atas tiga kategori :

1.      Jenis 1 AISC. sambungan portal kaku, yaitu memiliki kekakuan penuh sehingga sudut-sudutnya tidak berubah ( restain ) sekitar 90%.

2.      Jenis 2 AISC. sambungan kerangka sederhana ( simple framing), yaitu suatu keerangka dapat dikatakan sempurna jika sudut semula antara perpotongan dapat berubah 80% dari perubahan teoritis yang mengunakan sambungan sendi tanpa gesekan ( frictionless ).

3.      Jenis 3 AISC. Sambungan kerangka semi-kaku, ialah sambungan yang pengekangan rotasinya berkisar antara 20 – 90% untuk mencegah perubahan sudut. AISD menyatakan jika perencanaan kontruksi berdasarkan jenis 3 dapat diterapkan jika ‘’ sambungan balok dan gelagar memiliki derajat pengekangan momen yang dapat diandalkan dan jelas berada diantar ketegaran ( rigidity) jenis 1 dan fleksibelitas jenis 2.’’

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat digambar berikut 

a)      Momen primer

Maka dari gambar diatas dapat dicari slope-deflection atau persamaan kemiringan lendutan. Lendutan tersebut adalah ;

M_a  = M _fa + (4 EI / L ) Ɵ a + ( 2 EI / L ) Ɵb

M_b  = M _fb + (2 EI / L ) Ɵ a + (  EI / L ) Ɵb

Namun jika beban yang ditinjau simetris, maka :

M_b = - M_a2     Ɵb= - Ɵa2    M_FB = -M_FA

1.      Sambungan Balok Sederhana

       Sambungan sederhana untuk jenis 2 AISC biasanya digunakan untuk menyambung suatu balok dengan balok lainnya atau sambungan ke sayap kolom. Untuk jenis sambungan ini biasanya dibuat standar dan untuk info lebih lanjut lihat pada AISC manual “ frame beam connection ”. sambungan ini, bagian siku dibuat sefleksibel mungkin.

       Dalam praktek fabrikasi dewasa ini, sambungan bengkel biasanya dilas, sedangkan sambungan dilapangan dapat dibaut atau dilas. Akhir-akhir ini ada beberapa perencanaan menggunakan sambungan plat ujung yang dilas ke badan suatu balok dan dibaut ke balok atau kolom lainnya. Bila profil siku biasanya disebut siku penjepit ( clip angle ), yang dipakai untuk menyambung balaok dengan kolom, maka siar antara keduanya ½ inci dengan demikian jika balok terlalu panjang (dalam batas toleransi)  dan siku tersebut bisa bergeser tanpa harus dipotong. Untuk jumlah baut berkekuatan tinggi yang dibutuhkan didasarkan pada gaya gesesr yang berlangsung dengan mengabaikan eksentrisitas beban, sedangkan panjang dan ukuran las ditentukan dengan memperhitungkan eksentrisitas beban.

Gambar 1.2 Kegagalan akibat sobekan diujung yang ditoreh pada balok sederhana.

2.      Tegangan Lentur Pada Siku Penyambung

Gaya tarik T per inci di puncak siku tersebut dihitung berdasarkan momen yang bekerja ( reaksi P kali eksitensi beban e yang diukur dari garis alat penyambung A atau garis berat las A ) untuk menghitung tegangan puncak diujung siku, maka mengunakan rumus :

f=Mc/I=(Pe  ( L/2  ) )/(1/12 ( 2t ) ( L )^3 )= (3Pe)/(tL^2 )

T=(f)(2)(tebal siku t)=(6P_e)/L^2                         

Ket :

   T = beban pada puncak dua plat siku penyambung sepanjang 1 inci

 t = tebal siku

L = panjang siku

Jika sambungan baut dianggap sebagai balok dengan dua tumpuan jepit-jepit dan sambungan las dianggap sebagai balok sederhana. Maka dapat disederhanakan sbb :

Untuk siku yang dibaut ;

f=M/S=(M )/(1/6  ( 1 )( t^(2 )))= 6M/t^2  

M=Tg/8                         

f=(0,75 Tg)/t^2 =(4,5 Peg)/(t^2 L^2  )=(9,0 P_(eg e))/(t^2 L^2 )                        

Untuk siku yang dilas ;

M=Tg/4                         

f=(1,5  Tg)/t^2 =(9,0 Peg)/(t^2 L^2  )=(18,0 P_(eg e))/(t^2 L^2 )              

Untuk sambungan sederhana, deformasi siku harus memadai agar sambungan mendekati kondisi tumpuan sederhana. Lendutan pada siku dapat dihitung dengan mengunakan persamaan berikut :

Untuk siku yang dibaut.

∆=(T 〖(2g_(e ))〗^3)/(192 EI)=(T 〖(2g_(e ))〗^3)/(192 E(1⁄(12 ))  t^3  )  

Untuk siku yang dilas.

∆=(T 〖(2g_(e ))〗^3)/(48 EI)=(T 〖(2g_(e ))〗^3)/(48 E(1⁄(12 ))  t^3  )  

3. Kapasitas las yang memikul gaya geser dan tarik pada sambungan siku

Dilapangan sering kita jumpai sambunggan las seperti pada gambar. Namun para ahli masih berbeda pendapat dalam analisis kekuatan sambungan ini. Contoh nya seperti Blodgett (8) menghitung kekuatan berdasarkan keadaan geser eksentris pada bidang las. 

1/2  〖f"〗_x (5/6  L)  2/3 L=P/2 e_2 

Dan komponen geser langsung adalah 

f ’v =  P/2L gaya satuan panjang.

fr yang sesungguhnya adalah = √( (P/2L)^2  〖+(9/5  (Pe_2)/L^2 )〗^2   )     

=P/(2L^2 ) √(L^2+〖12,9〗_e  2/3      )gaya / satuan panjang

Berikut adalah gambar distribusi tegangan.

0

komponen lentur untuk distribusi tegangan ini adalah :

f”x= Mc/I=(P_(e_t ) (L/2))/(2L^3/12)= (3Pe_t)/L^2 

dengan mengabaikan las di puncak siku. Komponen geser langsungnya adalah

f’v = P/2L gaya / satuan panjang

fr yang sesungguhnya adalah = √((P/2L)^2+((3Pe_t)/L^2 )^2  )

S=I/y untuk serat tarik dipuncak konfigurasi adalah :

S=2((4bd+d^2)/6) untuk d = L dan b = L/12. persaman ini menjadi S=(4L^2)/9

Jadi komponen tegangan lentur adalah :

f”x = M/S= (Pe_1)/S=(Pe_1)/(4L^2/9)=(9Pe_1)/(4L^2 )  

4. Sambungan balok dengan kedudukan - tanpa perkuatan

Sambungan balok sederhana atau disebut juga sambungan penghubung kebadan balok, namun balok dapat ditumpu pada suatu dudukan dan perkuatan ataupun tanpa perkuatan. untuk dudukan harus selalu digunakan bersama siku atas pemegang yang hanya berfungsi sebagai sokong samping ( lateral support) bagi sayap tekan.  

Namun pada sambungan balok sederhana sambungan dengan dudukan hanya ditujukan untuk memindahkan reaksi vertikal, jadi dudukan dan siku harus lebih fleksibel. Tebal siku dudukan ditentukan oleh tegangan lentur pada penampang kritis  siku tersebut, dan momen lentur pada penampang kritis sambungan ke sayap kolom diperoleh dengan mengalikan reaksi balok dan jarak ke penampang kritis reaksi.

Lebar dudukan didasarkan pada panjang tumpuan N yang diperlukan menurut AISC-1.10.10.1 :

N = P/(0,75F_y t_w )-k≥k  

dengan     tw = tebal badan

k = jarak dari muka sayap terluar ke kaki lengkungan badan.

Pada umumnya lebar dudukan tidak boleh kurang dari 3 inch dan tabel AISC memakai lebar siku standar sebesar 4 inch.

Lengan momen dengan e dan ef adalah 

ef = siar pemasangan + N/2  dan e = ef - t - 3/8    

momen lentur pada penampang kritis siku adalah 

M = Pe

fb =M/S= P_e/(1/6  〖bt〗^2 )= (6P_e)/〖bt〗^2   

berdasarkan tegangan ijin pada penampang segi empat pejal yang melentur terhadap sumbu lemahny, AISC-1.5.1.4.3,  menjadi:

t^2= (6P_e)/(0,75F_y b)= (8P_e)/(F_y b)

5. Sambungan dudukan dengan perkuatan

Bila reaksi dudukan tanpa perkuatan terlampau berat, siku dudukan pada kontruksi baut dapat diperkuat, atau dudukan dengan perkuatan yang berbentuk Tdapat digunakan pada kontruksi las. Ada dua jenis pembebanan dasar yang bekerja pada dudukan dengan perkuatan : salah satu yang umum ialah reaksi disalurkan oleh badan balok langsung pada garis perkuatan. Jenis lainnya ialah arah balok sedemikian rupa hingga bidang badannya tegak lurus bidang perkuatan .   

N= P/(0,75F_y t_w )- k≥k

Menentukan tebal penguat ts yaitu dengan menganggap balok P terletak pada jarak N/2 dan dapat dalam beberapa kriteria.

ts ≥ tw     agar minimal tebalnya seperti badan balok ts ≥ W/(95/√F)   

menurut AISC-1.9.1.2 untuk mencegah tekuk setempat    ts ≥ P/(0,90 F_y (w-0,5)2)  untuk siku penguat.

6. Analisis yang paling ekskak dan saran perencanaan

Konsol pendek sudah lama direncanakan secara empiris tanpa memanfaatkan teori atau percobaan.namun ada beberapa angapan para ahli :

Plat atas penyambung penuh ke kolom penyanggah.

Beban P disebar walaupun tidak terbagi rata dengan titik berat sekitar 0,6b dari tumpuan.

Rasio b/a( tepi yang dibebani / tepi yang bertumpu) berkisar antara 0,50 dan 2,0. 

Dulu analisis teoritis hanya memperhatikan tekuk elastis: namun berdasarkan hasil dari pengujian menunjukkan bahwa plat konsol segitiga memiliki kekuatan purna tekuk (post-buckling) yang cukup besar.

Jika kekuatan dibatasi oleh kelelehan dan 0,60 Fy dianggap sebagai tegangan ijin yang aman, maka kriteria keamanan menjadi :

f_maks= (P/bt)/z≤0,60F_y dan untuk menentukan stabilitas persamaan tekuk plat adalah sebagai berikut :  fcr=(kπ^2 E)/(12(1-μ^2 ) (b/t)^2 )

 fcr adalah tegangan utama sepanjang tepi bebas diagonal. Untuk menjamin bahwa kelelehan terjadi sebelum tekuk terjadi, maka fcr disamakan dengan Fy.

Teganagan gabungan ditepi bebas pada penampang kritis dihitung sbb:

f maks =P/A+MC/I=(P/sin⁡∅ )/(bt sin⁡∅ )+(P⁄sin⁡∅ )(e.sin⁡∅ )(b.sin⁡〖∅/2〗 )/(((b.sin⁡∅ )^3 t)⁄12)

         = P/(bt.〖sin〗^2  ∅) [1+6e/b]

Kekuatan plastis plat konsol 

Untuk menentukan kekakuan plastis pada plat konsol maka kita dapat mengunakan cara yang diusulkan oleh Beedle.

Pu = Fy t sin2ϕ (√(4e^2  +b^2  )   -2e)

7. Sambungan menerus balok ke kolom

sambungan ini berguna untuk memindahkan semua momen dan pemperkecil atau meniadakan rotasi batang pada sambungan. Dalam perencanaan sambungan yang perlu diperhatikan adalah penyaluran beban melalui sambungan, dan deformasi setempat yang terjadi. Sambungan kaku kaku dapat menguntungkan pada (1) struktur yang direncanakan plastis, atau (2) pada perencanaan tegangan kerja jika balok yang disambung kekolom merupakan “penampang terpadu”.

Pengaku horizontal pada daerah tekan sambungan

Pengaku untuk mencegah pelipatan badan pada daerah dimana sayap balok menimbulkan desakan, dan mencegah sayap kolom akibat desakan dari sayap balok. Namun jika beban maksimum pada badan kolom tercapai, maka beban tersebar sepanjang dasar lengkungan badan. Sehingga syarat kesseimbangan menjadi :   Pbf = Fyc (tb+ 5k)t

Dan t minimum untuk mencegah pelipatan badan adalah :

t≥P_bf/((t_b+5k) F_yc )

Selain pelipatan badan harus dicegah, tekuk vertikal plat badan keseluruhan juga harus dihindari.

Pengaku horizon pada daerah tarik sambungan

Masalah utama pada sayap tarik adalah deformasi yang timbul pada sayap kolom. Pu = Fyc t2f  [(4⁄β+β/β_1)/(2-β_1/a)]  

ket ; tf  = tebal sayap kolom

β  = p/q

α  = x1/q

β1 = β/4 [√(β^2+8α-β)]

Pengaku Plat Vertikal dan T

Kadang-kadang kita perlu memakai plat vertikal atau profil Tpengaku ini bermanfaat terutama pada sistem empat arah. Rumus pengunaan pengaku vertikal.              Pbf = Fyc (tb + 5k)t+2(F_yst/2)(t_b+ 5k) t_s

Plat Tarik Atas

Cara yang sederhana untukmenyalurkan momen dari balok ialah memakai plat tarik di atas balok bersama plat tekan bawah dan plat badan untuk gaya geser, siku dudukan bawah, atau konsol bawah.

Sambungan Balok T Ganda

Untuk sambungan momen yang di baut , balok T ganda merupakan salah satu jenis yang paling umum, bila profil T yang sayapnya tebal berubah bentuk, ujung sayap cenderung mendesak ke arah dalam sehingga timbul gaya Q.

Rumus untuk menghitung Q :

Q=P((100bD^2- 〖14wt〗^2)/(62aD^2- 〖21wt〗^2  ))

Dimana: P = beban luar yang bekerja pada satu baut

                        a dan b = jarak yang didefinisaikan

                        D =diameter baut nominal

           T= tebal plat yang di sambung

          W = panjang sayap yang berpengaruh pada sepasang baut

8. Sambungan menerus balok ke balok

Tujuan utama sambungan balok ke balok ialah menyalurkan gaya tarik pada salah satu sayap balok ke balok yang lainnya yang bertemu di sisi gelagar yang lain. Sambungan ini dapat dibedakan atas dua kategori : (1) sambunga di mana sayap- sayap tarik yang bertemu tidaak di sambung secara tegar antara satu dengan yang lainnya, (2) sambungan dimana sayap –sayap tarik yang bertemu di sambung secara tegar.

Pada perencanaannya harus mendapatkan faktor keamanan:

σy2 = σ12 + σ22 + σ1σ2

dimana : σ1 dan σ2 adalah tegangan utama yang bekerja.

9. Sambungan Sudut Portal Kaku

Sudut portal kaku telah banyak diselidiki, dan konsep perencanaannya telah di ringkas dalam ASCE Manual No. 41, berikut gambar sudut portal kaku:

Pemindahan Gaya Geser pada Sudut Lurus Tanpa Konsol atau Pelebaran

Dengan menganggap semua momen lentur di pikul oleh sayap dan jarak antara titik berat sayap sama dengan 0,95 db, gaya sayap menjadi :

T=M/0,95D

Kapasitas geser badan sepanjang AB adalah 

Vab = Fvtwdc

Dengan menyamakan pers. Kedua di atas serta menyelesaikannya untuk tw, kita peroleh :

t=M/F(0,95D)d

Sambungan Lurus Dengan Pelebaran Lurus

Perencanaan sudut dengan pelebaran lurus harus memperhatikan tifa faktor sebagai berikut : (1) momen lentur sepanjang daerah yang diperlebar, (2) penyaluran gaya sayap dan tegangan geser di dalam dan di sekitar bagian yang diperlebar, dan (3) daya tahan terhadap tekuk setempat dan tekuk puntir lateral.

Dengan demikian, luas sayap yang di perlukan pada daerah yang diperlebar AB adalah :

A=A/cos⁡β 

Dimana : A di atas= luas sayap tekan di luar daerah yang di perlebar.

10. Alas Kolom

Ada dua masalah utama yang perlu diperhatikan dalam perencanaan alas kolom, pertama, gaya tekan pada sayap kolom harus disebar oleh plat (base plat) ke media penyanggahsedemikian rupa sehingga rupa hingga tegangan tumpunya masih dalam batas – batas yang di ijinkan oleh spesifikasi. Masalah kedua berkaitan dengan sambungan pada alas dan kolom ke pondasi beton. 

Tebal plat yang di butuhkan dapat di hitung dengan rumus:

t yang di perlukan=√((3fm^2)/0,75F)  atau √((3fn^2)/0,75F)  

Alas kolom umumnya harus menahan momen di samping tekanan aksial, sejumlah metode yang rumit tersedia untuk merencanakan alas penahan momen, yang bervariasi tergantung pada besarnya eksentrisitas beban dan detail penjangkaran yang khusus. Bila eksentrisitas beban , e = M/P, sedemikian kecil sehingga tidak melampaui 1/6 dari dimensi plat N dalam arah lentur (yakni pada bidang galih/kern/jarak1/3 dimensi dari pusat plat) rumus tegangan gabungan yang biasa berlaku. Jadi untuk e yang kecil, 

f =  ( P)/A±M/S

dengan M = Pe

S = Ar2/(N/2)= AN/6

r2= N2/12

f =  ( P)/A±6Pe/AN= ( P)/A  [1±6e/N]

dimana N = dimensi plat dalam arah lentur.

11. Sambungan Balok

Ada beberapa alasan yang menyebabkan balok profil giling atau gelegar plat harus di sambung , seperti (1) panjang yang tersedia dari pabrik lebih pendek dari bentangan; (2) fabrikator berpendapat penyambungan lebih ekonomis walaupun panjang penuh tersedia di pasaran; (3) perencana hendak memanfaatkan sambungan sebagai alat bantu untuk menghasilkan lengkungan (cembering); dan (4) perencana hendak merubah penampang agar sesuai dengan variasi kekuatan yang diperlukan sepanjang bentang. 

Sambungan direncanakan terhadap momen M dan gaya geser V yang terjadi di titik sambungan , atau direncanakan terhadap harga yang lebih besar sesuai dengan spesifikasi. 

Sambungan umumnya terletak padadaerah dimana gaya geser tau momen lentur sedemikian kecil sehingga seringkali perencana hanya harus memenuhi kekuatan minimum yang di syaratkan oleh spesifikasi.

     Jika momen pada struktur di hitung dengan memakai teori struktur statis tak tentu tanpa sendi dalam bentangan, perencana sebaiknya tidak merencanakan sambungan yang kekuatannya rendah untuk berlaku sebagai sendi.