2.4 Analisis struktur bangunan atas, bawah, dan fondasi .1 Umum
2.4.2 Analisis struktur bangunan atas .1 Pelat lantai
2.4.2.6 Jembatan tipe rangka batang
2.4.2.6.1 Penyaluran gaya pada jembatan tipe rangka batang (rangka batang standar) Jembatan rangka batang merupakan jembatan yang dibangun dengan konfigurasi komponen struktur berbentuk segitiga yang dihubungkan pada titik pertemuan elemen (sambungan) dan memikul beban melalui aksi tarik tekan pada struktur utamanya. Sistem struktur utama jembatan rangka batang terdiri dari dari dua sistem utama, yaitu sistem dek dan sistem rangka. Sistem dek terdiri dari pelat, gelagar stringer dan gelagar lantai (floor beam). Sistem rangka terdiri batang rangka diagonal samping, rangka batang samping bawah (lower chord), rangka batang samping atas (upper chord) dan ikatan angin. Gambar detail komponen struktur jembatan rangka batang standar diperlihatkan pada Gambar 2.18.
Pada sistem dek, semua beban yang berada di pelat, termasuk beban lalu lintas dan berat sendiri pelat dipikul oleh gelagar stringer. Semua beban mati termasuk berat stringer dan beban lalu lintas diteruskan ke gelagar lantai dan semua beban (beban mati dan beban lalu lintas) termasuk berat gelagar lantai akan diteruskan ke rangka utama sebagai beban terpusat di sambungan (joint), karena beban yang diteruskan dari sistem dek ke rangka utama adalah beban terpusat, maka pada sistem rangka jembatan rangka batang hanya bekerja gaya aksial berupa tarik dan tekan.
37
Gambar 2.18 - Komponen-komponen struktur jembatan rangka batang standar 2.4.2.6.2 Analisis struktur pada stringer
Analisis pengaruh pembebanan beban mati pada sistem dek jembatan rangka batang standar dapat dilakukan dengan metode analisis gelagar di atas tumpuan sederhana. Jika ditinjau dari konfigurasi sistem dek, pelat bertumpu pada gelagar stringer dan gelagar stringer bertumpu kepada gelagar lantai. Secara umum, pada jembatan standar, pelat pada jembatan rangka standar berperilaku sebagai pelat satu arah dengan arah tulangan utama pada arah tegak lurus jalan, sehingga berat pelat yang bekerja pada gelagar stringer dapat dihitung berdasarkan lebar tributari, karena gelagar stringer disambung ke gelagar lantai sebagai sambungan geser, tidak terjadi transfer momen, maka perhitungan pengaruh beban mati pada gelagar stringer dapat dilakukan dengan memodelkan stringer sebagai gelagar dengan tumpuan sederhana (bukan gelagar menerus) dengan panjang bentang diambil sama dengan jarak antar gelagar lantai. Gelagar stringer ini dibebani oleh beban merata berat pelat dan lapisan perkerasan jalan. Sebagai contoh, pada Gambar 19 diperlihatkan contoh denah sistem dek jembatan rangka batang dengan jarak antar gelagar lantai sebesar 5000 mm dan jarak antara gelagar stringer sebesar 1700 mm. Jumlah gelagar lantai adalah 13 gelagar, sehingga jumlah panel antara gelagar lantai berjumlah 12 panel. Karena sistem pelat adalah pelat satu arah dengan arah lentur pada arah transversal jembatan, maka lebar tributari pelat pada gelagar stringer adalah sebesar 1700 m (lihat Gambar 2.19 dan Gambar 2.20). Untuk menghitung pengaruh beban mati terhadap stringer, maka stringer dimodelkan sebagai
38
gelagar di atas dua tumpuan sederhana dengan panjang bentang 5000 mm seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.21.
Gambar 2.19 - Contoh posisi sistem dek jembatan rangka
Gambar 2.20 - Detail lebar tributari pada gelagar stringer
Gambar 2.21 - Model struktur stringer dengan beban mati
Untuk menghitung pengaruh beban lalu lintas rencana (beban lajur “D”) pada stringer, besar beban lajur yang bekerja pada stringer juga ditentukan berdasarkan lebar tributari yang sama dengan lebar tributari yang digunakan untuk penentuan pengaruh beban mati. Beban BTR dikonversikan menjadi beban merata persatuan panjang. Khusus untuk beban garis terbagi rata (BGT), beban ini hanya ditempatkan pada tengah bentang jembatan, sehingga tidak semua stringer memikul beban ini. Pada kasus ini, karena jumlah panel antar gelagar lantai berjumlah genap, maka posisi beban BGT akan berada tepat di atas gelagar lantai BL7, sehingga tidak ada pengaruh beban BGT yang masuk ke stringer. Untuk stringer yang memikul beban BGT, maka beban BGT dimodelkan sebagai beban terpusat. Pemodelan
QMS dan QMA
5000
BL1 BL7 BL13
Gelagar lantai Stringer
Stringer
39
struktur stringer yang memikul beban lalu lintas BTR pada kasus ini diperlihatkan pada Gambar 2.22.
Gambar 2.22 - Beban BTR pada stringer
Untuk perhitungan pengaruh beban truk (“T”) pada stringer, maka pengaruh beban truk ditentukan dengan menggunakan konsep garis pengaruh seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.23. Gambar tersebut memperlihatkan empat bagian panel yang terletak di antara 5 gelagar lantai. Lebar panel tersebut adalah masing-masing 5000 mm.
Gambar 2.23 - Perhitungan pengaruh beban truk pada stringer
Karena stringer disambung ke gelagar lantai dengan sambungan geser (tidak terjadi transfer momen), maka untuk keperluan analisis struktur, stringer dimodelkan sebagai gelagar bentang banyak dengan sambungan pin di atas tumpuan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.23. Sehingga gaya dalam berupa momen dan geser yang terjadi pada stringer diperlihatkan seperti pada Gambar 2.23 (c) dan Gambar 2.23 (d). Selanjutnya metode distribusi dapat digunakan sesuai Sub bab 2.4.2.2.4 jika semua persyaratan untuk metode distribusi terpenuhi, jika tidak maka analisis dapat dilakukan dengan menempatkan beban roda 112,5 kN tepat di atas stringer.
5000 BTR
Arah gerak beban truk
40 2.4.2.6.3 Analisis struktur pada gelagar lantai
Beban-beban gravitasi yang bekerja pada stringer (beban mati) diteruskan ke gelagar lantai.
Reaksi tumpuan pada stringer yang dibahas pada Sub bab 2.4.2.6.2 menjadi beban di gelagar lantai sebagai beban terpusat. Karena gelagar lantai bertumpu pada sambungan rangka batang utama, sehingga untuk keperluan analisis struktur, gelagar lantai dapat dimodelkan sebagai gelagar dua tumpuan sederhana yang memikul beban terpusat. Untuk panel tengah, beban terpusat tersebut adalah sebesar dua kali reaksi perletakan pada stringer (asumsi jarak antara gelagar lantai seragam). Sebagai contoh, pemodelan struktur untuk analisis pengaruh beban gravitasi (MS, MA, BGT dan BTR) pada gelagar lantai Gambar 2.24 adalah sebagai berikut:
Gambar 2.24 - Pemodelan analisis struktur pada gelagar lantai
Gambar 2.24 memperlihatkan gelagar lantai yang dibebani beban terpusat P berasal dari reaksi perletakan pada gelagar stringer. Reaksi tumpuan pada gelagar lantai yang diperlihatkan pada Gambar 2.24 menjadi beban terpusat pada sambungan sistem rangka utama (sistem rangka batang samping).
Untuk analisis pengaruh beban truk pada gelagar lantai dapat dilakukan dengan memodelkan truk sebagai beban terpusat tepat di atas gelagar seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.25. Beban roda truk dimodelkan sebagai beban terpusat sebesar 112,5 kN dengan jarak antar roda pada satu gandar 1750 mm. Jumlah beban truk yang diperhitungkan adalah sesuai dengan jumlah lajur rencana. Sebagai contoh, jika lajur rencana terdiri dari dua lajur, maka terdapat dua truk dengan empat roda di atas gelagar lantai. Jarak antar roda pada truk yang berdekatan adalah sebesar 1000 mm. Pengaruh beban roda truk pada gelagar lantai dapat ditentukan dengan metode garis pengaruh.
Gambar 2.25 - Pemodelan beban truk pada gelagar lantai (transverse beam) Beban lalu lintas yang menjadi beban terpusat pada rangka samping ditentukan berdasarkan nilai terbesar dari reaksi perletakan dengan beban BTR dan BGT pada Gambar 2.24 atau dari reaksi perletakan akibat beban truk pada Gambar 2.25.
Lb
P P
P P
1750 1000
1750
41
2.4.2.6.4 Analisis struktur dua dimensi rangka batang
Pada Sub bab 2.4.2.6.1 telah dibahas terkait pembebanan dan tata cara pemodelan dan analisis struktur pada sistem dek. Beban-beban tersebut diteruskan ke sistem rangka utama sebagai beban terpusat melalui gelagar lantai yang dibahas pada Sub bab 2.4.2.6.4. Tampak samping rangka utama pada contoh ini diperlihatkan seperti pada Gambar 2.26.
Gambar 2.26 - Tampak samping sistem rangka batang utama
Untuk analisis pengaruh beban yang bekerja pada sistem rangka utama, sistem struktur dimodelkan sebagai elemen garis seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.27. Sistem struktur rangka ini dibebani oleh beban P dimana beban P merupakan beban-beban yang bekerja pada sistem dek. Banyak metode analisis struktur untuk menghitung pengaruh beban pada rangka batang, diantaranya adalah metode potong dan metode titik kumpul seperti yang lazim dijumpai dalam buku analisis struktur. Pada rangka batang yang diperlihatkan pada Gambar 2.27, rangka batang samping bawah akan memikul beban tarik sehingga didesain sebagai elemen tarik. Rangka batang atas memikul beban tekan sehingga didesain sebagai batang tekan. Rangka batang diagonal akan berperilaku sebagai batang tarik dan batang tekan tergantung kepada letak elemen tersebut.
Gambar 2.27 - Pemodelan struktur rangka batang 2.4.3 Gorong-gorong (box culvert)