10STRUKTURSIMPANGD-UPLOAD_contoh Design Jembatan Komposit

(1)

Pro

Proyek yek / Ba/ Bagprgproo : : PerePerencanncanaan aan ReviRevitaltalisasi isasi JembJembatan atan SemSemi Pi Permaermanen nen MenjMenjadi adi PermPermanen anen RayoRayon A n A 100m100m Na

Nama ma PPakaketet : Pem: Pembabanngugunanan n JeJembmbatatan an SSimimpapang ng D KD Kecec. R. Ramambbah ah HiHililir r Jembatan Komposit 18m

Jembatan Komposit 18m Pr

Prop op / K/ Kab ab / K/ Kododyaya : : RoRokakan Hn Hululu-u-RiRiauau

1. DATA KONSTRUKSI 1. DATA KONSTRUKSI

T

Teebbaal l ssllaab b llaannttaai i jjeemmbbaattaann h h == 0,2000,200 mm T

Teebbaallllaappiissaannaassppaall ttaa== 0,0500,050 mm

T

Teebbaal l ggeennaannggaan n aaiir r hhuujjaann tth h == 0,0500,050 mm JJaarraakkaannttaarraaggiirrddeerrbbaajjaa ss== 1,2501,250 mm LLeebbaarrjjaalluurrllaalluu--lliinnttaass bb11== 5,0005,000 mm

LLeebbaarrttrroottooaarr bb22== -- mm

LLeebbaarrttoottaalljjeemmbbaattaann bb== 5,9005,900 mm

P

Paannjjaanng g bbeennttaanng g jjeemmbbaattaann L L == 18,00018,000 mm MUTU BAJA

MUTU BAJA Bj -Bj - 3737

T

Teeggaannggaannlleelleehhbbaajjaa,, ffyy== 240240MPaMPa

T

Teeggaannggaan n ddaassaarr,, ffs s = = ffy y / / 11..5 5 == 160160MPaMPa M

Moodduulluusseellaassttiissbbaajjaa,, EEss== 210.000210.000 MPaMPa MUTU BETON

MUTU BETON K -K - 250250

K

Kuuaatttteekkaannbbeettoonn,, ffcc''== 20,7520,75 MPaMPa

M

Moodduulluus s eellaassttiis s bbeettoonn,, EEc c = = 44770000√√_{fc' =}_{fc' =} _21.409,52_21.409,52 _MPa_MPa

SPESIFIC GRAFITY SPESIFIC GRAFITY B

Beerraattbbaajjaa wwss== 77,0077,00 kN/m3kN/m3

B

Beerraattbbeettoonnbbeerrttuullaanngg wwcc== 25,0025,00 kN/m3kN/m3 B

Beerraattllaappiissaannaassppaall wwaa== 22,0022,00 kN/m3kN/m3 B

Beerraattaaiirrhhuujjaann wwhh== 9,809,80 kN/m3kN/m3

PROFIL BAJA :

PROFIL BAJA : WF 700.300.15.28WF 700.300.15.28 B

Beerraattpprrooffiillbbaajjaa,, wpprrooffiilw l== 2,15002,1500kN/mkN/m T Tiinnggggii,, dd== 708708mmmm LLeebbaarr,, bb== 302302mmmm T Teebbaallbbaaddaann,, ttww== 1515mmmm T Teebbaallssaayyaapp,, ttff == 2828mmmm

LLuuaassppeennaammppaanngg,, AA== 27.36027.360 mm2mm2

Tahanan momen,

Tahanan momen, Wx =Wx = 6.700.0006.700.000 mm3mm3

M

Moommeenniinneerrssiiaa,, IIxx== 2,37,E+092,37,E+09 mm4mm4

P

Paannjjaanng g bbeennttaanng g ggiirrddeerr,, L L == 1188..000000 mmmm T

Teebbaallssllaabbbbeettoonn,, hh== 220000 mmmm

JJaarraakkaannttaarraaggiirrddeerr,, ss== 11..225500 mmmm

PERHITUNGAN STRUKTUR GIRDER KOMPOSIT

(2)

2. SECTION PROPERTIES SEBELUM KOMPOSIT 2.1. KONTROL PENAMPANG L / d = 25,424 1.25*b / tf = 13,482 L / d > 1.25*b / tf (OK) d / tw = 47,20 d / tw < 75,00 (OK)

Compact section (OK) 2.2. TEGANGAN IJIN KIP

Pada girder baja diberi pengaku samping yang berupa balok diafragma yang berfungsi sebagai pengaku samping yang merupakan dukungan lateral dengan jarak,

L1 = L / 3 = 6.000 mm c1 = L1 * d / (b * tf) = 502,365

c2 = 0.63 * Es / fs = 826,875 Karena nilai, 250 < c1 < c2 maka :

Tegangan kip dihitung dengan rumus :

Fskip = fs - ( c1 - 250 ) / ( c2 -250 ) * 0.3 * fs = 139,001 MPa 3. SECTION PROPERTIES SETELAH KOMPOSIT

3.1. LEBAR EFEKTIF SLAB BETON

Lebar efektif slab beton ditentukan dari nilai terkecil berikut ini :

L/4 = 4.500,00 mm s = 1.250,00 mm 12*h = 2.400,00 mm

Diambil lebar efektif slab beton, Be = 1.250,00 mm

3.2. SECTION PROPERTIES GIRDER KOMPOSIT

Rasio perbandingan modulus elastis, n = Es / Ec = 9,80872 Luas penampang beton transformasi, Act = Be* h / n = 25.487,52 mm2

Luas penampang komposit, Acom = A + Act = 52.847,52 mm2

Momen statis penampang terhadap sisi bawah balok,

Acom * ybs = A * d / 2 + Act * (d + h / 2) Jarak garis netral terhadap sisi bawah,

ybs = [ A * d / 2 + Act * (d + h / 2) ] / Acom = 572,96 mm < d maka garis netral di bawah slab beton Jarak sisi atas profil baja thd. grs. netral, yts = d - ybs = 135,04 mm Jarak sisi atas slab beton thd. grs. netral, ytc = h + yts = 335,04 mm

(3)

Momen inersia penampang komposit : 1/2 * Be* h3 / n = 509.750.450 mm4 Act * (ytc - h/2)2 = 1.408.063.528 mm4 Ix = 2.370.000.000 mm4 A * (d/2 - yts)2 = 1.311.697.765 mm4 Icom = 5.599.511.743 mm4

Tahanan momen penampang komposit :

Sisi atas beton, Wtc = Icom / ytc = 16.712.815 mm3

Sisi atas baja, Wts = Icom / yts = 41.464.659 mm3

Sisi bawah baja, Wbs = Icom / ybs = 9.773.005 mm3

3.3. TEGANGAN IJIN

Tegangan ijin lentur beton, Fc = 0.4 * fc' = 8,30 MPa Tegangan ijin lentur baja, Fs = 0.8 * fs = 128,00 MPa

4. KONDISI GIRDER SEBELUM KOMPOSIT 4.1. BEBAN SEBELUM KOMPOSIT

Beban (kN/m)

1 Berat sendiri profil baja WF 700.300.15.28 2,1500

2 Berat diafragma WF 300.200.8.12 0,5680

3 Perancah dan bekisting dari kayu 1,7500

4 Slabbeton 1,25 0,20 25,00 6,2500

Total beban mati girder sebelum komposit, QD = 10,7180 Beban hidup sebelum komposit, merupakan beban hidup pekerja pada saat

pelaksana-an konstruksi, dan diambil qL = 2,00 kN/m2

Beban hidup girder sebelum komposit, QL = s * qL = 2,50 kN/m Total beban pada girder sebelum komposit, Qt = QD + QL = 13,2180 kN/m

4.2. TEGANGAN PADA BAJA SEBELUM KOMPOSIT

Panjang bentang girder, L = 18,00 m

Momen maksimum akibat beban mati, M = 1/8 * Qt * L2 = 535,33 kNm

Tegangan lentur yang terjadi, f = M * 106 / Wx = 79,900 MPa

< Fskip = 139,001 MPa

AMAN (OK) Jenis beban

(4)

4.3. LENDUTAN PADA BAJA SEBELUM KOMPOSIT Qt = 13,22 kN/m E= 210.000.000 kPa L = 18 m Ix= 0,002370 m2 d = 5/384 * Qt * L4 / (E * Ix) = 0,03630 m < L/240 = 0,07500 m (OK) 5. BEBAN PADA GIRDER KOMPOSIT

5.1. BERAT SENDIRI (MS)

Beban (kN/m)

1 Berat sendiri profil baja WF 700.300.15.28 2,1500

2 Berat diafragma WF 300.200.8.12 0,5680

3 Slabbeton 1,25 0,20 25,00 6,2500

Total berat sendiri girder QMS = 8,9680

Momen dan gaya geser maksimum akibat berat sendiri,

MMS = 1/8 * QMS * L2 = 363,204 kNm VMS = 1/2 * QMS * L = 80,712 kN 5.2. BEBAN MATI TAMBAHAN (MA)

Beban (kN/m)

1 Aspal 0,05 1,25 22,00 1,375

2 Airhujan 0,05 1,25 9,80 0,613

Total beban mati tambahan, QMA = 1,988 kN/m

Momen dan gaya geser maksimum akibat beban mati tambahan,

MMA = 1/8 * QMA * L2 = 80,49 kNm VMA = 1/2 * QMA * L = 17,89 kN 5.3. BEBAN LAJUR "D"

Beban kendaraan yg berupa beban lajur "D" terdiri dari beban terbagi rata (Uniformly Distributed Load), UDL dan beban garis (Knife Edge Load), KEL seperti pada Gambar. UDL mempunyai intensitas q (kPa) yang besarnya tergantung pada panjang total L yg dibebani lalu-lintas atau dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

q = 8.0 kPa untuk L≤_{30 m}

q = 8.0 *( 0.5 + 15 / L ) kPa untuk L > 30 m Jenis Konstruksi

No

(5)

KEL mempunyai intensitas, p = 44,00 kN/m Faktor beban dinamis (Dinamic Load Allowance) untuk KEL diambil sebagai berikut :

DLA = 0.4 untuk L50 m

DLA = 0.4 - 0.0025*(L - 50) untuk 50 < L < 90 m

DLA = 0.3 untuk L90 m

q = 8,00 kPa DLA= 0,4 s= 1,25 m

Beban lajur "D", QTD = q * s = 10,00 kN/m

PTD = (1 + DLA) * p * s = 77,00 kN

Momen dan gaya geser maksimum akibat beban lajur "D",

MTD = 1/8 * QTD * L2 + 1/4 * PTD*L = 751,500 kNm VTD = 1/2 * QTD * L + 1/2 * PTD = 128,500 kN 5.4. GAYA REM (TB)

Pengaruh pengereman dari lalu-lintas diperhitungkan sbg gaya dalam arah memanjang dan dianggap bekerja pada jarak 1.80 m dari permukaan lantai jembatan. Besarnya ga-ya rem tergantung panjang total jembatan (Lt) sebagai berikut :

Gaya rem, TTB = 250 kN untuk Lt80 m Gaya rem, TTB = 250 + 2.5*(Lt - 80) kN untuk 80 < Lt < 180 m

Gaya rem, TTB = 500 kN untuk Lt180 m

Jumlahgirder, n= 5,00

Besarnya gaya rem, TTB = 250 / n = 50,00 kN

Lengan thd. pusat tampang girder, y = ytc + ta + 1.80 = 2,19 m

Momen dan gaya geser maksimum akibat beban lajur "D",

MTB = 1/2 * TTB * y = 54,626 kNm VTB = TTB * y / L = 6,070 kN

(6)

5.5. BEBAN ANGIN (EW)

Beban garis merata tambahan arah horisontal pada permukaan lantai j embatan akibat angin yang meniup kendaraan di atas jembatan dihitung dengan rumus :

TEW = 0.0012*Cw*(Vw)2

Cw = koefisien seret = 1,20

Vw = Kecepatan angin rencana = 35,00 m/det

TEW = 0.0012*Cw*(Vw)2 = 1,764 kN Bidang vertikal yang ditiup angin merupakan bidang samping kendaraan dengan tinggi

2.00 m di atas lantai jembatan. h = 2,00 m

Jarak antara roda kendaraan x = 1,75 m

Transfer beban angin ke lantai jembatan, QEW = [ 1/2*h / x * TEW ] = 1,008 kN/m

Momen dan gaya geser maksimum akibat transfer beban angin,

MEW = 1/8 * QEW * L2 = 40,824 kNm VEW = 1/2 * QEW * L = 9,072 kN

5.6. BEBAN GEMPA (EQ)

Gaya gempa vertikal pada balok dihitung dengan menggunakan percepatan vertikal ke bawah sebesar 0.1*g dengan g = percepatan grafitasi.

Gaya gempa vertikal rencana : TEW = 0.10 * Wt

Wt = Berat total struktur yang berupa berat sendiri dan beban mati tambahan.

Bebanberatsendiri, QMS= 8,97 kN/m

Beban mati tambahan, QMA = 1,99 kN/m

Beban gempa vertikal, QEQ = 0.10 * (QMS + QMA) = 1,096 kN/m

Momen dan gaya geser maksimum akibat transfer beban angin,

MEQ = 1/8 * QEQ * L2 = 44,370 kNm VEQ = 1/2 * QEQ * L = 9,860 kN

(7)

6. TEGANGAN PADA GIRDER KOMPOSIT

Wtc = 16.712.815 mm2 Wts = 41.464.659 mm2 Wbs = 9.773.005 mm2

n = 9,8087

Tegangan pada sisi atas beton, ftc = M *10^6 / ( n * Wtc ) Tegangan pada sisi atas baja, fts = M *10^6 / Wts Tegangan pada sisi bawah baja, fbs = M *10^6 / Wbs

Tegangan yang terjadi pada sisi bawah baja

fbs (MPa)

1 Beratsendiri(MS) 37,164

2 Bebanmatitamb(MA) 8,236

3 Bebanlajur"D"(TD) 76,895

4 Gayarem(TB) 5,589

5 Bebanangin(EW) 4,177

6 Bebangempa(EQ) 4,540

KOMBINASI - 1

Tegangan ijin beton : 100% * Fc = 8,30 MPa

Tegangan ijin baja : 100% * Fs = 128,00 MPa

fbs (MPa)

4 Gaya rem (TB) 5 Beban angin (EW) 6 Beban gempa (EQ)

122,296 < 100% * Fc < 100% * Fs

OK (AMAN) OK (AMAN)

KOMBINASI - 2

fbs (MPa)

4 Gaya rem (TB)

6 Beban gempa (EQ)

126,473 < 125% * Fc < 125% * Fs OK (AMAN) OK (AMAN) 7,540 29,809 No (MPa) (MPa) 0,249 0,985 4,584 18,124

atas beton atas baja 363,20400 80,49375 751,50000 54,62607 40,82400 1,070 2,216 atas baja atas beton Momen M (kNm) ftc (MPa) fts (MPa) Jenis Beban 0,491 4,584 0,333 0,249 0,271 8,759 1,941 18,124 1,317 0,985 44,36978 7,291 28,824 4,584 18,124 ftc fts (MPa) (MPa) Jenis Beban 2,216 8,759 No 0,491 1,941 2,216 8,759 0,491 1,941

atas beton atas baja

(8)

KOMBINASI - 3

fbs (MPa)

4 Gayarem(TB) 5,589

6 Beban gempa (EQ)

132,063 < 140% * Fc < 140% * Fs

OK (AMAN) OK (AMAN)

KOMBINASI - 4

fbs (MPa)

4 Gayarem(TB) 5,589

136,603 < 150% * Fc < 150% * Fs

OK (AMAN) OK (AMAN)

7. LENDUTAN PADA GIRDER KOMPOSIT Lendutan max. pada girder akibat :

1. Beban merata Q : dmax = 5/384 * Q * L4 / (Es * Icom) 2. Beban terpusat P : dmax = 1/48 * P * L3 / (Es * Icom) 3. Beban momen M : dmax = 1/(723) * M * L2 / (Es * Icom)

Modulus elastis, Es = 2,10,E+08 kPa

Momen inersia, Icom = 0,005599512 m4

Lendutan dmax

4 Gayarem(TB) 0,000121

8,144 32,197 0,249 0,985 0,271 1,070 4,584 18,124 0,333 1,317 2,216 8,759 0,491 1,941 7,873 31,126

No Jenis Beban ftc fts (MPa) (MPa) 0,249 0,985 4,584 18,124 0,333 1,317 2,216 8,759 0,491 1,941

No Jenis Beban ftc fts (MPa) (MPa) 10,000 77,000 (Kn/m) (kN) (kN/m) Q P M 54,626 Jenis Beban No 1,008 1,096 8,968 1,988

(9)

Batasan lendutan elastis, L/240 = 0,075 m KOMB-4 Lendutan dmax

4 Gayarem(TB) 0,000121

tot = 0,023257 m

< L/240 (OK) 8. GAYA GESER MAKSIMUM PADA GIRDER KOMPOSIT

Gaya geser V (kN)

4 Gayarem(TB) 6,070

KOMBINASI - 1 100%

Gaya geser V (kN)

4 Gaya rem (TB) 5 Beban angin (EW) 6 Beban gempa (EQ)

Vmax = 227,100

KOMBINASI - 2 125%

Gaya geser V (kN)

4 Gaya rem (TB)

6 Beban gempa (EQ)

Vmax = 236,172

KOMBINASI - 3 140%

Gaya geser V (kN)

4 Gayarem(TB) 6,070

6 Beban gempa (EQ)

Vmax = 242,241 0,001172 0,001172 0,002310 0,002310 0,002310 0,007956 0,007956 0,007956 0,000121 0,010424 0,010424 0,010424

KOMBINASI BEBAN KOMB-1 KOMB-2 KOMB-3

No Jenis Beban Lendutan Lendutan Lendutan

(Kn/m) (kN) (kN/m) < L/240 (OK) < L/240 (OK) < L/240 (OK) 0,020691 0,021863 0,021983 Jenis Beban No No JenisBeban No JenisBeban No JenisBeban

(10)

KOMBINASI - 4 150%

Gaya geser V (kN)

4 Gayarem(TB) 6,070

Vmax = 252,101

Persen Vmax 100% Vmax

Teg. Ijin (kN) (kN) 1 KOMB-1 100% 227,100 2 kOMB-2 125% 188,937 3 KOMB-3 140% 173,029 4 KOMB-4 150% 168,067 Vmax (rencana) = 227,100 9. PERHITUNGAN SHEAR CONNECTOR

Gaya geser maksimum rencana, Vmax = 227,100 kN

ytc = 335,04 mm

h = 200 mm

Luas penampang beton yang ditransformasikan, A Act = 25.487,52 mm2 Momen statis penampang tekan beton yang ditransformasikan,

Sc = Act * (ytc - h / 2) = 5.990.663,64 mm3 Gaya geser maksimum, qmax = Vmax * Sc / Icom = 242,96 N/mm

Untuk shear connector digunakan besi beton bentuk U, D 13

Luas penampang geser, Asv =p/ 4 * D2 * 2 = 265,33 mm2

Tegangan ijin geser, fsv = 0.6 * fs = 96,00 MPa

Kekuatan satu buah shear connector, Qsv = Asv * fsv = 25.471,68 N Jumlah shear connector dari tumpuan sampai 1/4 L :

n = 1/4*qmax * L / Qsv = 42,9236 buah Jarak antara shear connector, s = L / ( 4 * n ) = 104,837 mm

Digunakan shear connector, 2 D 13 - 100 mm

Jumlah shear connector 1/4 L sampai tengah bentang :

n = 1/8*qmax * L / Qsv = 21,46 buah Jarak antara shear connector, s = L / ( 4 * n ) = 209,67 mm

Digunakan shear connector, 2 D 13 - 200 mm

No JenisBeban No Kombinasi Beban 227,100 236,172 242,241 252,101 2D13