KAJIAN PERBANDINGAN TEKUK KOLOM BAJA RINGAN
SECARA NUMERIK DAN PERATURAN
TESIS
OLEH
RIWANTO MARBUN
087016012/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KAJIAN PERBANDINGAN TEKUK KOLOM BAJA RINGAN
F ak ulta s T eknik U niversitas Sum atera U tara
U niversitas Sum atera U tara
U niversitas Sum atera U tara
U niversitas Sum atera U tara
Judul Tesis : KAJIAN PERBANDINGAN TEKUK KOLOM BAJA RINGAN SECARA NUMERIK DAN PERATURAN
Nama Mahasiswa : Riwanto Marbun Nomor Pokok : 087016012
Program Studi : Magister Teknik Sipil
Menyetujui: Komisi Pembimbing,
Dr. Ing. Hotma Panggabean Ketua
Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT Anggota
Ketua Program Studi,
Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE
Dekan,
Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME
Telah Diuji Pada
Tanggal Lulus : 30 Agustus 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Ing. Hotma Panggabean Anggota : Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Ir. Sanci Barus, MT
ABSTRAK
Analisis dan perencanaan pada kolom baja ringan penampang C (Canal) pada tulisan ini dilakukan berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan oleh Sreedhar
Kalavagunta dan kawan-kawan dalam jurnal Experimental Study of Axially Compressed
Cold Formed Steel Channel Columns, Indian Journal of Science and Technology, 2013.
Pada percobaan tersebut diambil penampang C (Canal) sebanyak 2 (dua) jenis yaitu C100.10 dan C75.12 dengan panjang bervariasi sebesar 700 mm, 600 mm dan 500 mm.
Pada percobaan tersebut penampang C100.10 mengalami tekuk lokal sedangkan
pada penampang C75.12 mengalami tekuk flexural torsional. Hasil percobaan ini
kemudian dibandingkan dengan hasil perhitungan dengan peraturan AS/NZS dan
simulasi numerik dengan metode elemen hingga yang menggunakan program Lusas.
Untuk penampang C100.10 terlihat bahwa beban kritis untuk hasil metode elemen
hingga lebih besar dibandingkan hasil perhitungan dengan peraturan AS/NZS maupun hasil percobaan dimana perbandingan terbesar hasil metode elemen hingga terhadap
hasil percobaan adalah 1.108 dan hasil metode elemen hingga terhadap hasil peraturan
AS/NZS adalah 1.056. Untuk penampang C75.12 terlihat bahwa beban kritis untuk hasil
metode elemen hingga lebih besar dibandingkan hasil percobaan maupun hasil
perhitungan dengan peraturan AS/NZS dimana perbandingan terbesar hasil metode elemen hingga terhadap hasil percobaan adalah 1.094 dan hasil metode elemen hingga
terhadap hasil peraturan AS/NZS adalah 1.043.
ABSTRACT
Analysis and design on light steel column of C (Canal) section in this paper is based on the results of experiments conducted by Sreedhar Kalavagunta and his colleagues in the journal Experimental Study of Axially Compressed Cold Formed Steel Channel Columns, Indian Journal of Science and Technology, 2013. The experiment using two kind of C (Canal) section types, C100.10 and C75.12 types with varying length of 700 mm, 600 mm and 500 mm.
At the experiment on the C100.10 that had local buckling while C75.12 section had flexural torsional buckling. The experimental results are then compared with calculations based on the rules AS/NZS and numerical simulation with finite element method and using Lusas program. From the calculation for the section C100.10 seen that the critical load for the finite element method calculation is greater than the code AS / NZS and the results of experiments in which the largest comparative results of the finite element method (FEM) to the experimental results and the 1.108 results is the finite element method to the standard / code is 1.056. For the calculation of the section C75.12 seen that the critical load for the finite element method is greater than the results of experiments and calculations with the code AS/NZS where the largest comparative results of the finite element method (FEM) to the experimental results is 1.094 and results for the finite element method to the standard / code is 1.043.
Keywords : The Code AS/NZS, Finite Element Method (FEM), Experiments
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat
dan karunia-Nya, sehingga tesis dengan judul “Kajian Perbandingan Tekuk Kolom
Baja Ringan Secara Numerik dan Peraturan” ini dapat diselesaikan. Tesis ini merupakan hasil dari analisis program Lusas v.14, hasilnya dibandingkan dengan
peraturan baja ringan Australian Standard / New Zealand Standard(AS/NZS) serta hasil
referensi Eksperimental Study of Axially Compressed Cold Form Steel Channel
Columns, Indian Journal of Science and Technology, 2013.
Tesis ini diselesaikan sebagai satu di antara persyaratan untuk menyelesaikan
pendidikan dan memperoleh gelar Magister Teknik pada Fakultas Teknik Program
Studi Magister Teknik Sipil Jurusan Struktur Bangunan pada Universitas Sumatera
Utara.
Penulis mengucapkan terimakasih atas saran/ide/masukan dan waktunya
kepada Bapak Dr. Ing Hotma Panggabean sebagai Ketua Komisi Pembimbing dan
Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT sebagai Anggota Komisi Pembimbing, kepada
Bapak Prof. Dr. Ing Johannes Tarigan, Bapak Ir. Sanci Barus, MT, Bapak Ir. Rudi
Iskandar Pane, MT sebagai Pembanding serta Para Staf Pengajar Magister Teknik Sipil
yang telah memberikan materi kuliah selama masa perkuliahan, kepada abangda
Albertus Simbolon, ST yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tesis ini
dan sahabatku Nelson Hutahaean, ST, MT yang saling menguatkan memberikan
semangat dalam penyelesaian tesis ini dan adinda Yun Ardi yang telah banyak
membantu dalam urusan administrasi di Magister Teknik Sipil USU.
Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto,
MSCE sebagai Ketua Jurusan Magister Teknik Sipil dan Bapak Ir. Rudi Iskandar Pane,
MT sebagai Sekretaris Jurusan Magister Teknik Sipil, kepada Bapak Prof. Dr. Ir.
Bustami Syam, MSME sebagai Dekan Fakultas Teknik dan Bapak Prof. Dr. dr. Syahril
Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) sebagai Rektor Universitas Sumatera
Istriku tercinta Octavia Ernie Christina Siallagan, SH, anak-anakku Deo Rocandy Sion Marbun dan Audrey Claudya Marbun, orangtuaku Bernaman Marbun/Mesta Manik, mertuaku Drs. Djapea Walter Siallagan/Lamria Purba serta
seluruh Saudara/Saudariku terimakasih atas dukungan dan doa dari kalian. Rekan
sekaligus atasanku : Ir. Iwan Darmawan, MT (Kasatker PJN Wil. II Prov. Sumut) yang
telah memberikan waktu, semangat maupun bantuan dalam penyelesaian tesis ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna disebabkan
keterbatasan pengetahuan, pengalaman serta referensi yang penulis miliki. Untuk ini
penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan tesis ini di masa yang akan
datang.
Akhirnya penulis mengucapkan terimakasih dan semoga tesis ini dapat
bermanfaat bagi kita.
Medan, Agustus 2013
Penulis,
PERNYATAAN
Bersama ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi manapun dan
sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali yang secara tertulis disebutkan dalam
naskah penulisan ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, Agustus 2013
Penulis,
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
I. Data Pribadi
1. Nama : Riwanto Marbun
2. Tempat/Tanggal Lahir : Medan/06 Agustus 1974
3. Jenis Kelamin : Laki-Laki
4. Pekerjaan : Pegawai Negeri Sipil
5. Agama : Kristen Protestan
6. Alamat : Jln. Sei Brantas No. 29 Medan
Kec. Medan Sunggal, Sumut
II. Riwayat Pendidikan
1. SD Negeri 060938 Medan tahun 1981-1987
2. SMP Negeri 8 Medan tahun 1987-1990
3. STM Negeri 3 Medan tahun 1990-1993
4. D3 Teknik Sipil Politeknik USU Medan tahun 1993-1996
5. S1 Teknik Sipil FT USU Medan tahun 1999-2002
6. S2 Teknik Sipil USU tahun 2008-2013
III. Riwayat Pekerjaan
Pegawai Negeri Sipil pada Balai Besar Pelaksanaan Jalan Nasional I Medan,
DAFTAR ISI
2.1.2 Bentuk Tampang Baja Ringan dan Aplikasinya 10
2.1.3 Tegangan Leleh, Kekuatan Tarik dan Kurva Tegangan
Regangan pada Baja Ringan 11
2.1.4 Modulus Elastisitas, Tangen Modulus dan
2.3.2 Energi Potensial Minimum 22
2.5.4.2 Metode Modifikasi Panjang Busur
(Metode Crisfield) 54
2.5.4.3 Kontrol Panjang Busur (Metode Rheinboldt) 54
2.5.4.4 Pelacakan Baris Dengan Metode Panjang Busur 56
2.5.4.5 Penyesuaian Beban Secara Otomatis 56
2.5.5 Model Hubungan Tegangan-Regangan Material Baja 56
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 57
3.1 Umum 51
3.2 Bagan Alir Penelitian 51
3.3.1 Pendefenisian Model 54
3.3.1.6 Posisi dan Jenis Perletakan 55
3.3.1.7 Posisi dan Jenis Pembebanan 55
3.3.2 Pemasukan Parameter Model 55
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 67
4.1 Hasil Perhitungan dengan Metode Elemen Hingga (LUSAS) 67
4.2 Hasil Perhitungan dengan Peraturan AS/NZS 73
4.2.1 Kolom Baja Ringan dengan Penampang
Canal Lip C100.10, L = 700 mm 73
4.2.2 Kolom Baja Ringan dengan Penampang
Canal Lip C100.10, L = 600 mm 79
4.2.3 Kolom Baja Ringan dengan Penampang
Canal Lip C100.10, L = 500 mm 86
4.2.4 Kolom Baja Ringan dengan Penampang
Canal Lip C75.12, L = 700 mm 92
4.2.5 Kolom Baja Ringan dengan Penampang
Canal Lip C75.12, L = 600 mm 100
4.2.6 Kolom Baja Ringan dengan Penampang
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Harga Koefisien Tekuk Pelat 21
2.2 Faktor Reduksi Kapasitas 23
2.3 Batasan Untuk Komponen Struktur Tekan Yang Telah Diprakualifikasi 30
3.1 Ukuran Penampang Benda Uji 51
4.1 Beban Terhadap Perpindahan Untuk C100.10 L= 700 mm 67
4.2 Beban Terhadap Perpindahan Untuk C100.10 L= 600 mm 68
4.3 Beban Terhadap Perpindahan Untuk C100.10 L= 500 mm 69
4.4 Beban Terhadap Perpindahan Untuk C75.12 L= 700 mm 77
4.5 Beban Terhadap Perpindahan Untuk C75.12 L= 600 mm. 71
4.6 Beban Terhadap Perpindahan Untuk C75.12 L= 500 mm 72
4.7 Beban Kritis Hasil Eksperimental 109
4.8 Perbandingan Hasil Setiap Metode Analisis 110
DAFTAR GAMBAR
2.13 Idealisasi Hubungan Tegangan Regangan Untuk Baja 47
2.20 Prosedur Inkrementasi/iteratif Level Beban Konstan 53
2.21 Ilustrasi Limit Point Untuk Respon Derajat Kebebasan Tunggal 54
2.22 Modifikasi Inkrementasi Beban Panjang Busur untuk Respon
Derajat Kebebasan Tunggal 55
2.23 Kurva Hardening (Hardening Curve) 57
3.1 Bagan Alir Penelitian 52
3.2 Bagan Alir Pemodelan Metode Elemen Hingga 53
4.1 Perpindahan Yang Terjadi Akibat Beban Aksial Tekan Pada Kolom
Baja Ringan Untuk Penampang C100.10 Dengan Panjang 700 mm 67
4.2 Perpindahan Yang Terjadi Akibat Beban Aksial Tekan Pada Kolom
Baja Ringan Untuk Penampang C100.10 Dengan Panjang 600 mm 68
4.3 Perpindahan Yang Terjadi Akibat Beban Aksial Tekan Pada Kolom
Baja Ringan Untuk Penampang C100.10 Dengan Panjang 500 mm 69
4.4 Perpindahan Yang Terjadi Akibat Beban Aksial Tekan Pada Kolom
Baja Ringan Untuk Penampang C75.12 Dengan Panjang 700 mm 70
4.5 Perpindahan Yang Terjadi Akibat Beban Aksial Tekan Pada Kolom
Baja Ringan Untuk Penampang C75.12 Dengan Panjang 600 mm 58
4.6 Perpindahan Yang Terjadi Akibat Beban Aksial Tekan Pada Kolom
DAFTAR NOTASI
b = Lebar Efektif Elemen Yang Menerima Beban Tekan Merata, Baik
Dengan Maupun Tanpa Pengaku, Untuk Menentukan Kapasitas.
f
b = Lebar Sayap Dari Penampang Kanal Atau Z.
C = Rasio Luas Penampang Untuk Komponen Struktur Tekan.
d = Tinggi Penampang.
E = Modulus Elastisitas Young (200 x 103 MPa).
c
f = Tegangan Beban Layan Pada Pelat Penutup Atau Lembaran.
y
f = Tegangan Tekuk Elastis Pelat.
c
f = Tegangan Kritis.
oc
f = Tegangan Tekuk Lentur, Torsi Dan Lentur Torsi Elastic.
od
f = Tegangan Tekuk Distorsi Elastis Dari Penampang.
G = Modulus Elastisitas Geser (80 x 103 MPa).
I = Momen Inersia Penampang Utuh, Tak Tereduksi kepada Sumbu Lentur.
J = Konstanta Torsi Untuk Penampang.
k = Koefisien Tekuk Pelat.
ez ey ex l l
l , , = Tekuk Efektif Untuk Lentur Terhadap Sumbu X Dan Y Serta Torsi.
c
N = Kapasitas Komponen Struktur Nominal Dari Struktur dalam tekan.
cd
N = Kapasitas Komponen Struktur Nominal Untuk Tekuk Distorsi.
1
c
N = Kapasitas Komponen Struktur Nominal Untuk Tekuk Lokal.
