Kajian Perbandingan Tekuk Baja Ringan Antara Hasil Analitis dan Numerik Program LUSAS


Untitled-1Analisis dan perhitungan tekuk dengan numerik pada batang baja ringan penampang C (Canal) pada tulisan ini dilakukan dengan        Peraturan AS/NZS (Australian and Newzealand Standard) dan Perhitungan numerik yang berbasis FEM (Finete Element Metode) dengan program LUSAS. Dipilihnya peraturan AS/NZS karena belum adanya peraturan resmi di Indonesia untuk baja ringan (Coldform –steel). Menggunakan Program LUSAS demi mendapatkan bentuk geometri dari penampang canal baja ringan akibat beban aksial. Dimana kedua hasil perhitungan tersebut dibandingkan untuk mengetahui berapa besar beban kritis yang mampu dipikul profil Canal baja ringan akibat beban aksial maksimal pada rangka.

Pada perhitungan analisa dengan AS/NZS penampang C100.10 mengalami tekuk distorsional. Hasil perhitungan ini kemudian dibandingkan dengan hasil perhitungan dengan numerik metode elemen hingga dengan program LUSAS terlihat bahwa beban kritis untuk hasil metode elemen hingga lebih besar dibandingkan hasil perhitungan dengan peraturan AS/NZS dimana perbandingan terbesar hasil metode elemen hingga terhadap hasil peraturan AS/NZS adalah 1.29.

Pemakaian baja struktural baja ringan (cold form steel) pada saat ini semakin banyak digunakan dalam konstruksi bangunan, hal ini diakibatkan karena semakin sulitnya memperoleh kayu sebagai bahan konstruksi dan terutama juga karena beratnya yang ringan, kemudahan dalam pabrikasi dan konstruksi serta kemampuannya untuk dibentuk dalam berbagai jenis ukuran dan tampang (section). Selain itu pemakaian material baja ringan dapat juga untuk struktur sekunder sampai struktur utama misalnya untuk balok lantai, rangka atap dan dinding pada bangunan industri, gudang, bangunan komersial maupun rumah tinggal. Untuk struktur yang besar dan berat penggunaan baja ringan juga sudah banyak walaupun termasuk dalam kategori elemen struktur yang tipis (thin-walled structures), pemakaian baja ringan meliputi box-girder jembatan, anjungankapal (ship hulls) dan badan pesawat terbang. Ide dari pembuatan struktur baja ringan adalah untuk mendapatkan kekuatan maksimum dari material yang relatif tipis.

Baja ringan memiliki penampang yang tipis maka profil baja ringan sangat rentan terhadap bahaya tekuk. Penelitian yang telah dilakukan para peneliti menunjukkan bahwa batang baja ringan mengalami berbagai ragam (modes) tekuk diantaranya: tekuk lokal, tekuk flexural dan tekuk distorsional. Para peneliti juga telah menunjukkan bahwa kekuatan ultimit batang baja ringan sangat dipengaruhi oleh pola tekuk yang dialaminya.

Perilaku struktural baja ringan yang mengalami berbagai ragam tekuk tersebut belum sepenuhnya dapat dipahami dengan baik karena relatif masih terbatasnya jumlah penelitian yang dilakukan apabila dibandingkan dengan penelitian-penelitian yang dilakukan terhadap baja jenis hot rolled. Baja ringan untuk tampang terbuka seperti tampang C, tampang Z dan tampang topi (hat) adalah jenis baja ringan yang umum dijumpai karena relatif lebih mudah dibentuk dan mudah disambung, akan tetapi tampang jenis ini sangat rawan mengalami tekuk karena kelangsingan plat yang sangat tinggi, adanya eksentrisitas dari pusat geser ke titik berat maupun akibat kekakuan torsionalnya yang sangat rendah.

Pada saat ini di Indonesia, penggunaan baja ringan telah berkembang luas, namun pemakaian yang semakin meluas ini belum diimbangi dengan adanya peraturan (code) yang dapat digunakan secara khusus untuk mengatur tentang perencanaan, pelaksanaan maupun pengawasan penggunaan baja ringan sebagai material konstruksi.

Oleh sebab itu sangat penting apabila dilaksanakan penelitian maupun kajian tentang fenomena tekuk yang dialami oleh material baja ringan agar dapat diperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang fenomena tersebut.

Kekuatan material baja ringan yang memiliki tampang berdinding tipis sangat dipengaruhi oleh karakteristik tekuk yang dialaminya. Karena itu perlu diteliti bagaimana pola tekuk (buckling modes) yang dialami oleh penampang dan berapa besar beban tekuk kritis yang dapat dipikul oleh suatu penampang apabila mengalami pembebanan tekuk.

Dalam skripsi ini akan dibahas tentang pola tekuk yang dialami oleh batang baja ringan profil C (C-section) pada rangka apabila mengalami pembebanan akibat beban aksial. Kondisi perletakan yang ditinjau adalah perletakan sederhana sendi-sendi.

Besar tekuk yang terjadi akan dianalisis dengan simulasi menggunakan program LUSAS dan hasilnya akan dibandingkan secara analitis dengan peraturan baja ringan Australian Standard / New Zealand Standard(AS/NZS).

Gambaran Umum

            Profil baja ringan (cold form steel) adalah jenis profil baja yang memiliki dimensi ketebalan relatif tipis dengan rasio dimensi lebar setiap elemen profil terhadap tebalnya sangat besar. Karena dimensi ketebalan profil relatif tipis, maka pembentukan profil dapat dilaksanakan menggunakan proses pembentukan dingin (cold forming processes). Didalam proses ini, profil dibentuk dari pelat atau lembaran baja menjadi bentuk yang diinginkan melalui mesin rol atau mesin tekuk pelat (rolling press atau bending brake machines) pada suhu ruangan. Ketebalan pelat baja yang umumnya digunakan sebagai bahan dasar pembentukan profil biasanya berkisar antara 0.3 mm hingga 6 mm(WW-Yu).

Profil baja ringan sangat berbeda dibanding profil baja konvensional yang dibentuk melalui proses pengerjaan panas (hot formed steel sections). Jenis profil pertama dipengaruhi oleh tegangan sisa tekan yang diakibatkan oleh strain hardening dalam proses pengerjaan dingin sedangkan pada jenis profil kedua, tegangan sisa yang timbul diakibatkan oleh proses pendinginan. Karena rasio dimensi lebar terhadap tebal dinding profil disetiap bagian elemennya sangat besar, maka akibat beban tekan sering kali profil pertama-tama mengalami local buckling sebelum mencapai kekuatan maksimumnya dalam mendukung beban kerja. Bentukmekanisme kerusakan profil sangat bervariasi tergantung dari jenis pembebanan yang dapat didukung profil sampai mencapai kekuatanmaksimumnya.

Baja ringan (cold formed steel) sebagai elemen struktur telah mulai diminati dewasa ini. Hasil riset yg cukup intensif terhadap perilaku baja ringan yang telah dituangkan di dalam design code di berbagai negara seperti Australia Standard(AS/NZS), American Iron and Steel Institute (AISI), British Standard (BS code) dan Eurocode telah meningkatkan kredibilitas baja ringan sebagai elemen struktur yang sama dengan baja biasa (hot-rolled steel) dan beton bertulang.

Menurut Wei-Wen Yu, batang stuktural baja cold form memberikan beberapa keuntungan dalam konstruksi bangunan, antara lain:

  1. Dibanding dengan baja biasa, produk baja ringan dapat diproduksi dengan berat yang lebih ringan dan bentang yang lebih pendek.
  2. Konfigurasi tampang yang tidak biasa dapat diproduksi secara lebih ekonomis dengan proses bentukan dingin (cold forming) sehingga perbandingan antara kekuatan dengan berat yang diinginkan dapat diperoleh.
  3. Tampang bentuk sarang (nestable section) dapat diproduksi dimana tampang tersebut memungkinkan proses pemaketan yang lebih padat dan pengangkutan yang lebih ekonomis.
  4. Panel dan dek pemikul beban bisa menyediakan permukaan yang berguna digunakan untuk lantai, atap dan konstruksi dinding.
  5. Panel dan dek pemikul beban tidak hanya memikul beban normal tetapi juga mampu memikul geser apabila panel-panel tersebut terkoneksi dengan baik.

Apabila dibandingkan dengan material struktur yang lain seperti kayu dan beton, material baja ringan memiliki beberapa kelebihan:

  1. Lebih ringan.
  2. Kekakuan dan kekuatan yang tinggi.
  3. Kemudahan pabrikasi dan produksi massal.
  4. Cepat dan mudah dipasang dan didirikan.
  5. Tidak terlalu terpengaruh oleh cuaca.
  6. Detail yang lebih akurat.
  7. Tidak mengalami susut dan rangkak pada temperatur.
  8. Kualitas yang seragam.
  9. Proses pengangkutan material yang ekonomis.
  10. Material dapat didaur ulang.

 

Sedangkan kelemahan ataupun kekurangan baja ringan diantaranya:

  1. Ketebalan material yang terbatas menyebabkan material tidak dapat digunakan untuk struktur yang memikul momen dan gaya tekan yang sangat besar dikarenakan kemungkinan bahaya tekuk yang tinggi.
  2. Tidak semua jenis sambungan dapat digunakan untuk material yang sangat tipis.
  3. Peraturan yang belum terlalu populer untuk beberapa negara penggunaan material cold formed steel masih merupakan hal yang baru.
  4. Standar ukuran profil dari tiap produsen tidak selalu sama.
  5. Jenis profil tunggal yang terbatas sehingga untuk mendapatkan kekuatan yang diharapkan banyak dilakukan profil gabungan.

Riset tentang baja ringan untuk konstruksi bangunan dimulai oleh Prof. George Winter dari Universitas Cornell tahun 1939. Berdasarkan riset-riset beliau maka dapat dilahirkan edisi pertama tentang “Light Gauge Steel Design Manual” tahun 1949 atas dukungan AISI (American Iron and Steel Institute). Sejak dikeluarkan peraturan tersebut lima dekade yang lalu, maka pemakaian material baja ringan semakin berkembang untuk konstruksi bangunan, mulai struktur sekunder sampai struktur utama misalnya untuk balok lantai, rangka atap dan dinding pada bangunan industri, komersial maupun rumah tinggal.

Walaupun termasuk dalam kategori elemen struktur yang tipis (thin-walled structures), pemakaian baja ringan telah meluas yaitu meliputi box-girder jembatan, anjungankapal (ship hulls) dan badan pesawat terbang. Ide dari pembuatan struktur baja ringanadalah untuk mendapatkan kekuatan maksimum dari material yang relatif tipis.Belakangan ini penggunaan baja ringan di Indonesa menjadi trend yang cukupmenarik, dimana material ini lebih banyak digunakan untuk rangka atap dibandingkanmenjadi struktur lainnya. Hal ini dikarenakan gencarnya iklan-iklan yangmenawarkan produk rangka atap baja ringan menggantikan material kayu. Disampingitu kemudahan dalam mendapatkan bahan, kecepatan pemasangan dan struktur yang kuatmembuat rangka atap dari baja ringan menjadi terkenal.

Penggunaan baja ringan di Indonesia belum didukung oleh tersedianya peraturan (design code) tentang penggunaan baja ringan tersebut. Baja ringan yang beredar dipasaran hampir didominasi oleh produk-produk yang dikeluarkan oleh Bluescope Lysaght, Bluescope Steel dan Pryda yang berasal dari Australia, dengan Australian/New Zeland Standard (AS/NZS 46000) sebagai design code.

 Perhitungan Numerik Tekuk Dengan Metode Elemen Hingga (LUSAS) pada Batang Baja Ringan dengan Penampang Canal 100.10

            Dari hasil perhitungan dengan metode elemen hingga (Lusas) untuk menentukan besarnya beban tekuk pada penampang diperoleh dari besarnya beban kritis tekan dengan memodelkan penampang kolom baja ringan dengan material nonlinier dan geometri nonlinier.

Data Struktur Profil Baja Ringan

            Data – data Struktur baja ringan meliputi :

– Profil                         : Canal 100.10

-Panjang Batang          : 2,372 m

-Tebal                          : 1 mm

-Mesh                          : 20 mm

– Tinggi Profil              : 100 mm

– Lebar Profil               : 50 mm

– fy                               : 550 N/mm2

– A                               : 216 mm

-Ix                                : 3640000 mm4

– Iy                               : 75500 N/mm2

–                                : 0,3

 

 Pemodelan Struktur Pada LUSAS

 

Gambar. 4.4. Modeling Struktur pada Program LUSAS V.14

 

  Input Data Material Baja Ringan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar. 4.5. Material baja ringan setelah di input pada model.

 Meshing Struktur pada LUSAS

 

Gambar. 4.6. Meshing Struktur pada Program Lusas dengan besar mesh = 20 mm

 

 Pembebanan dan Penentuan Tumpuan

 

Gambar. 4.7. Penentuan beban dan Tumpuan pada Program LUSAS

 

  Hasil Perhitungan Numerik dengan Metode Elemen Hingga (LUSAS)

Gambar. 4.8. Hasil Output Program LUSAS

Hasil (output) perpindahan akibat beban aksial tekan dari program Lusas v.14 dalam tabel 4.2 dan grafik pada gambar 4.9

Tabel. 4.2. Beban Terhadap Perpindahan Untuk Profil C.100.10

Beban (N)   Perpindahan (mm) Beban (N)   Perpindahan (mm)
1055.767 0.003 16892.272   0.556
2111.534   0.013 17948.039 0.602
3167.301 0.025 19003.806   0.639
4223.068   0.038 20059.573 0.682
5278.835 0.067 21115.34   0.662
6334.602   0.085 22171.107 0.765
7390.369 0.122 23226.874   0.924
8446.136   0.143 24282.641 1.022
9501.903 0.188 25338.408   1.093
10557.67   0.222 26394.175 1.168
11613.437 0.249 27449.942   1.194
12669.204   0.284 28505.709 1.275
13724.971 0.336 29561.476   1.310
14780.738   0.425 30617.243 1.421
15836.505   0.466 31673.01   1.573

 

Gambar. 4.9. Grafik Beban Terhadap Perpindahan Untuk C100.10 L = 2,372 m

 

 

 Pembahasan

            Dari hasil perhitungan untuk penampang C100.10 dengan panjang bentang 2,372 m untuk metode elemen hingga dengan program LUSAS maka diperoleh besarnya beban kritis sebesar 31673,01 Newton atau 31,673 kN. Dengan menggunakan Standard / Code berdasarkan AS/NZS diperoleh besarnya beban kritis sebesar 24,463 kN sebagaimana tertera pada tabel 4.3.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s