Set 03 - Perencanaan Batang Tarik - SNI 1729-2015

PERENCANAAN

BATANG TARIK

SNI 1729:2015



BAB D – Desain Komponen Struktur untuk Tarik



Mekanisme runtuh akibat tarik



Pembatasan kelangsingan



Kekuatan tarik



Luas efektif



Efek shear lag



Luas neto

Perencanaan Kondisi Limit



Kriteria

ultimate

batang/komponen struktur

tarik



Kondisi limit pada

batang



Leleh penampang pada daerah yang jauh dari

sambungan



Kondisi limit pada

sambungan



Fraktur pada penampang efektif neto (penampang

dengan baut pada sambungan)



Geser blok pada penampang dengan lubang baut

Pembatasan Kelangsingan



Tidak ada batas kelangsingan maksimum untuk

komponen struktur dalam tarik



Disarankan untuk membatasi



Tidak berlaku untuk batang (

rod

) atau gantungan

(

hanger

)

Note:

Bukan persyaratan struktural, hanya untuk membatasi defleksi lateral dari elemen (cth: akibat vibrasi)

mm) atau (m penampang girasi jari -jari mm) atau (m struktur komponen panjang   r L

300



r

L

Kekuatan Tarik



Persyaratan LRFD/DFBK



Nilai

minimum

antara:

 Untuk mekanisme leleh tarik pada penampang bruto (Pers. D2-1)

 Untuk mekanisme keruntuhan tarik pada penampang efektif (Pers. D2-2)

u n t

R



R

f

g y t n t

P

f

F

A

f



(MPa) minimum leleh tegangan ) (mm bruto luas 2    y g t F A 90 . 0 f e u t n t

P

f

F

A

f



(MPa) minimum tarik kuat ) (mm efektif luas 2    u e t F A 75 . 0 f

Luas Bruto dan Luas Efektif



Luas

bruto

,

, hanya digunakan pada

kondisi batas leleh



Terjadi pada sebagian besar bentang

komponen struktur tarik



Luas

efektif

,

, digunakan pada kondisi

batas fraktur (pasca leleh)



Terjadi pada daerah di sekitar perlemahan

(lubang, distribusi tegangan yang tidak

Luas Efektif (

)



Adanya perlemahan pada daerah

sambungan



Shear lag

→ distribusi tegangan tidak merata



Perlubangan

→ luas penampang berkurang



Luas efektif penampang (

Pers. D3-1

)



Faktur

shear lag

,

→

Tabel D.1

U

A

A

_e



_n lag shear faktor ) (mm efektif luas ) (mm neto luas 2 2    U A A e n

Efek

Shear Lag



Tegangan tarik tidak merata di daerah sambungan

karena adanya

perubahan letak titik tangkap

(eksentrisitas) gaya aksial pada struktur tarik



Titik tangkap gaya pada daerah sambungan terletak

pada sisi luar penampang yang bersentuhan dengan

bagian (elemen) komponen struktur yang disambung

x

Koefisien Reduksi Penampang akibat

Shear Lag

 Profil siku pada sambungan:

 Salah satu kaki dari profil siku memikul sebagian besar beban transfer dari sambungan (baut/las)

 Setelah daerah transisi, pada jarak tertentu dari lubang baut, baru seluruh luas penampang dapat dianggap memikul tegangan tarik secara merata

 Bagian profil siku yang memikul beban transfer dapat mencapai fraktur meskipun beban tarik pada penampang bruto belum mencapai leleh

Faktor

Shear Lag

(Tabel D3.1)

(mm) las panjang atau gaya, arah dalam baut terjauh jarak sambungan, panjang (mm) sambungan tas eksentrisi   l x

Luas Penampang Neto (

)



Sambungan baut (

Pasal B4.3

)



→ luas penampang bersih

terkecil dari mekanisme runtuh

yang mungkin terjadi



Potongan 1-3:

=

−



Potongan 1-2 -3:

=

−

+

4

1 2 u P u P 3 s pelat tebal komponen sumbu lurus tegak yang lubang sumbu antar jarak komponen sumbu sejajar yang lubang sumbu antar jarak 2mm 2mm] baut [diameter mm 2 (mm) nominal diameter ) (mm bruto luas 2         t u s d A_g

Luas Penampang Neto (

)

ndt

A

Luas Penampang Neto (

)









g

t

s

ndt

A

A

_n

_g

4

2

Luas Penampang Neto (

)



Sambungan las memanjang, atau kombinasi

memanjang + melintang (tanpa lubang)

=

I

P P

Luas Penampang Neto (

)



Sambungan las melintang (tanpa lubang)

=

= 1

, jika seluruh ujung penampang dilas

Las tegak lurus

arah gaya

Keruntuhan Geser Blok



Kegagalan karena robeknya suatu blok pelat baja pada

daerah sambungan (

block shear rupture

)



Mode kegagalan ditahan oleh penampang pada batas

daerah yang diarsir berwarna kuning



Tegangan tarik

pada penampang tegak lurus sumbu batang

s

s

Keruntuhan Geser Blok



Kekuatan yang tersedia untuk mekanisme

geser blok (

Pers. J4-5

)

nt u bs gv y nt u bs nv u n t

R



0

.

60

F

A



U

F

A



0

.

60

F

A



U

F

A

f

merata) usi terdistrib tidak leleh tegangan (jika merata) usi terdistrib leleh tegangan (jika ) (mm tarik mekanisme untuk neto luas ) (mm geser mekanisme untuk neto luas ) (mm geser mekanisme untuk bruto luas 2 2 2 5 0 0 . 1 75 . 0 . U A A A bs nt nv gv t      f

)

60

.

0

60

.

0

min(

_{u nv y gv} nt u bs n t

R



U

F

A



F

A

atau

F

A

f

Keruntuhan Geser Blok

Keruntuhan Geser Blok

Contoh 1



Desain struktur tarik

Beban tarik:

DL = 30 kips (133 kN)

LL = 90 kips (400 kN)

Panjang komponen = 25 ft (7.6m)

Cek kapasitas penampang untuk

menerima beban tarik!

Profil W8x21 ASTM A992

Contoh 1



Step 1 – Hitung kuat perlu

R

_u

Comb. 1

Comb. 2

Comb. 3

Comb. 4

Comb. 5

Comb. 6

R

_u

= max

1.4 D

1.2 D + 1.6 L + 0.5 (L

_a

atau H)

1.2 D + 1.6 (L

_a

atau H) + (

g

_L

L atau 0.8 W)

1.2 D + 1.3 W +

g

_L

L + 0.5 (L

_a

atau H)

1.2 D



1.0 E +

g

_L

L

0.9 D



(1.3 W atau 1.0 E)

f

R

_n



R

_u

(

Sg

_i

Q

_i

)

Contoh 1



Step 1 – Hitung kuat perlu

R

_u

 D = 133 kN  L = 400 kN  Combo 1: 1.4D = 1.4(133 kN) = 186.2 kN  Combo 2: 1.2D+1.6L = 1.2(133)+1.6(400) = 799.6 kN  Maka, R_u = 799.2 kN ◄

Contoh 1



Step 2 – Tentukan properties penampang

 Profil yang dipilih W8x21, ASTM A992  F_y = 50 ksi (345 MPa)  F_u = 65 ksi (448 MPa)  A_g = 6.16 in2 _{(3974 mm}2₎  b_f = 5.27 in (133.9 mm)  t_f = 0.40 in (10.2 mm)  d = 8.28 in (210.3 mm)  r_y = 1.26 in (32 mm)

 x_bar = 0.831 in (21.1 mm) – eksentrisitas sambungan  l = 3 x 3 in = 9 in (228.6 mm) – panjang sambungan

Contoh 1



Step 3 – Hitung kapasitas

 Kondisi leleh tarik

Pers. D2-1: = = 0.90 × 345 × 3974 = 1234

 Faktor shear lag

Untuk profil melintang terbuka seperti ini, U tidak perlu lebih kecil dari rasio luas bruto elemen yang disambung terhadap luas bruto komponen struktur

= = . . = 0.687

Kasus 2: = 1 − ̅ = 1 − .

. = 0.908

Kasus 7: = 0.85 untuk ≤ (jika Kasus 2 juga dihitung, boleh menggunakan nilai yang lebih besar)

Contoh 1



Step 3 – Hitung kapasitas

 Penampang neto

= − + 2

= 3974 − 4 20.6 + 2 10.2 = 3052

 Penampang efektif

= = 3052 × 0.908 = 2771.2

 Kondisi runtuh tarik

Pers. D2.2 = = 0.75 × 448 × 2771.2 = 931.1 (Note: Kondisi leleh tarik → 1234 kN)

Contoh 1



Step 4 – Cek kelangsingan yg disarankan

 Rasio kelangsingan

= = 237.5 < 300



Step 5 – Kesimpulan

Kapasitas tarik penampang W8x21 ditentukan oleh

kondisi

runtuh tarik

di daerah sambungan, sebesar

931.1 kN. Kapasitas penampang mencukupi kuat

perlu sebesar 799.6 kN (Combo 2).

Contoh 2



Desain struktur tarik

Beban tarik: DL = 40 kips (178 kN) LL = 120 kips (534 kN) Panjang komponen = 25 ft (7.6m) Profil 2L4x4x1/2 (s = 3/8) ASTM A36

Cek kapasitas penampang untuk menerima beban tarik!

Contoh 2



Step 1 – Hitung kuat perlu

R

_u

Comb. 1

Comb. 2

Comb. 3

Comb. 4

Comb. 5

Comb. 6

R

_u

= max

1.4 D

1.2 D + 1.6 L + 0.5 (L

_a

atau H)

1.2 D + 1.6 (L

_a

atau H) + (

g

_L

L atau 0.8 W)

1.2 D + 1.3 W +

g

_L

L + 0.5 (L

_a

atau H)

1.2 D



1.0 E +

g

_L

L

0.9 D



(1.3 W atau 1.0 E)

f

R

_n



R

_u

(

Sg

_i

Q

_i

)

Contoh 2



Step 1 – Hitung kuat perlu

R

_u

 D = 178 kN  L = 534 kN  Combo 1: 1.4D = 1.4(178 kN) = 249.2 kN  Combo 2: 1.2D+1.6L = 1.2(178)+1.6(534) = 1068 kN  Maka, R_u = 1068 kN ◄

Contoh 2



Step 2 – Tentukan properties penampang

 Profil yang dipilih 2L4x4x1/2 (s = 3/8), ASTM A36  F_y = 36 ksi (248 MPa)  F_u = 58 ksi (386 MPa)  A_g (penampang satuan) = 3.75 in2 _{(2419.4 mm}2₎  A_g (penampang total) = 2 x 3.75 in2 _{(4838.7 mm}2₎  b (penampang satuan) = 4 in (101.6 mm)  t (penampang satuan) = 0.5 in (12.7 mm)  r_x (penampang total) = 1.21 in (30.7 mm)  r_y (penampang total) = 1.83 in (46.5 mm)

 x_bar (penampang satuan) = 1.18 in (30 mm) – eksentrisitas sambungan  l = 7 x 3 in = 21 in (533.4 mm) – panjang sambungan

Contoh 2



Step 3 – Hitung kapasitas

 Kondisi leleh tarik

Pers. D2-1: = = 0.90 × 248 × 4838.7 = 1080

 Faktor shear lag

Untuk profil melintang terbuka seperti ini, U tidak perlu lebih kecil dari rasio luas bruto elemen (bagian) yang disambung terhadap luas bruto komponen struktur

= = . .

. = 0.533

Kasus 2: = 1 − ̅ = 1 −

. = 0.944

Kasus 8: = 0.80 untuk jumlah baut dalam satu baris dalam arah beban adalah 4 atau lebih (jika Kasus 2 juga dihitung,

Contoh 2



Step 3 – Hitung kapasitas

 Penampang neto

= − + 2

= 4838.7 − 2 20.6 + 2 12.7 = 4264.7

 Penampang efektif

= = 4264.7 × 0.944 = 4025.9

 Kondisi runtuh tarik

Pers. D2.2 = = 0.75 × 386 × 4025.9 = 1165.5 (Note: Note: Kondisi leleh tarik → 1080 kN) ◄

Contoh 2



Step 4 – Cek kelangsingan disarankan

 Rasio kelangsingan = . = 247.6 < 300 = . = 163.4 < 300



Step 5 – Kesimpulan

Kapasitas tarik penampang 2L4x4x1/2 (s = 3/8) ditentukan

oleh kondisi

leleh tarik

di daerah bentang/lapangan,

sebesar 1080 kN. Kapasitas penampang mencukupi kuat

perlu sebesar 1068 kN (Combo 2)

Contoh 3



Kapasitas Geser Blok

Beban tarik: DL = 40 kips (178 kN) LL = 120 kips (534 kN) Panjang komponen = 25 ft (7.6m) Profil 2L4x4x1/2 (s = 3/8) ASTM A36

Cek kapasitas geser blok penampang untuk menerima beban tarik!

Contoh 3



Step 1 – Tentukan properties profil utuh

 Profil yang dipilih 2L4x4x1/2 (s = 3/8), ASTM A36  F_y = 36 ksi (248 MPa)  F_u = 58 ksi (386 MPa)  A_g (penampang satuan) = 3.75 in2 _{(2419.4 mm}2₎  A_g (penampang total) = 2 x 3.75 in2 _{(4838.7 mm}2₎  b (penampang satuan) = 4 in (101.6 mm)  t (penampang satuan) = 0.5 in (12.7 mm)  r_x (penampang total) = 1.21 in (30.7 mm)  r_y (penampang total) = 1.83 in (46.5 mm)

Contoh 3



Step 2 – Tentukan mekanisme runtuh

geser blok

L

_gt

Contoh 3



Step 3 – Hitung penampang geser blok

(untuk satu profil)

 Luas neto yang menahan gaya tarik

= −

= 38.1 − 0.5 20.6 + 2 12.7 = 340.4

Contoh 3



Step 3 – Hitung penampang geser blok

(untuk satu profil)

 Luas neto yang menahan geser

= ( − ) = 571.5 − 7.5 20.6 + 2 12.7 = 5105.4

 Luas bruto yang menahan geser

Contoh 3



Step 4 – Hitung kapasitas geser blok

 Pers. J4-5: = 0.60 +

= 0.75 0.60 × 386 × 5105.4 + 1.0 × 386 × 340.4 = 985.4

 Batas maksimum dari Pers. J4-5

_ = 0.60 +

= 0.75 0.60 × 248 × 7258.1 + 1.0 × 386 × 340.4 = 908.6 ◄

Contoh 3



Step 5 – Kesimpulan

Kapasitas geser blok 2L4x4x1/2 (s = 3/8) adalah

908.6 kN (untuk satu profil), atau total untuk

dobel-siku adalah 1817.2 kN