Masalah desain meliputi pemilihan ukuran dan bentuk balok berdasarkan beban dan panjang span yang diketahui sehingga tidak mencapai tegangan ijin material. Tujuan utama dalam desain adalah keamanan struktural. Pertimbangan lain, misal ekonomi, fungsi, perawatan, lama pakai (permanence) dan kepentingan, merupakan pertimbangan kedua.

Berikut adalah prosedur umum dalam desain balok :

1. Tentukan lokasi, besar, dan jenis beban yang bekerja sepanjang span balok dan kondisi tumpuan              balok. Tetapkan batasan, misal tegangan ijin dan dimensi bahan.

2. Buat diagram beban dan hitung reaksi balok.

3. Buat diagram gaya geser

4. Buat diagram momen bending. Tentukan momen bending pada titik dimana tegangan geser nol atau        menuju nol

5. Menggunakan nilai momen bending terbesar (abaikan tanda), hitung modulus penampang                        menggunakan rumus lentur :



6. Pilih balok yang paling ekonomis (dari tabel pada apendiks) dengan modulus penampang sedikit            lebih besar dari yang diperlukan. Pilih balok yang paling ringan (kN/m)
7. Setelah penampang dipilih, hitung momen tambahan akibat berat balok
8. Momen desain total sekarang merupakan jumlah momen karena beban yang bekerja dan momen            karena berat balok sendiri. Hitung modulus penampang pada kondisi ini. Jika modulus penampang        lebih kecil daripada yang diperlukan, pilih balok baru dan ulangi langkah ke-7 dan ke-8
9. Cek tegangan geser menggunakan rumus geser. Jika tegangan geser hasil perhitungan mencapai              tegangan geser ijin, pilih balok baru yang memiliki kapasitas geser lebih tingi dan ulangi langkah ke-      8 dan ke-9

Jika balok dibebani dan melentur, segmen AB memendek menjadi A’B’ dan segmen CD memanjang ke C’D’. Balok sebelah atas mengalami tekanan dan bagian bawah mengalami tarik. Titik J dan F tetap pada jarak yang sama, baik pada kondisi dibebani maupun tidak dibebani, menunjukkan tidak ada pemendekan atau perpanjangan sehingga tekanan dan tarikan nol.

 

Hubungan antara beban, gaya geser dan momen bending pada sebuah balok adalah hal yang sangat penting dalam memilih balok apa yang akan digunakan. Hubungan ini memberikan metode untuk membuat diagram gaya geser.

KASUS :

Merancang balok dengan tumpuan sederhana panjang span 31,5 meter dan beban angkat maksimal 6 ton (di-2 titik roda hoisting crane sepanjang 1,5 meter) untuk mengangkat dan memindahakan beban hoisting crane.

Adapun balok yang diambil memiliki tegangan bending ijin 22.000 lb/in2 (= 150 Mpa) dan tegangan geser ijin 14.500 lb/in2 (= 100 Mpa)..............................................................................tabel 1

ANALISA :

1.     Span balok yang diambil adalah Wide Flange (W 460 mm x 0,73 kN/m) dengan :

Sb all (teg. bending ijin) = 150 Mpa ; Ss ijin (teg. geser ijin)= 100 Mpa ; Sx (Modulus penampang) = 1,46.10-3 m3....................................Referensi Tabel 2 

2.     Diagram beban dan hitung reaksi balok

Dimana berat beban hoisting crane pada beban maksimum diasumsikan 6 ton (58,8 kN) yang ditumpu oleh roda sepanjang 1,5 meter, sehingga beban masing-masing roda sebesar 29,4 kN

Sedangkan balok wide flange sendiri memiliki beban uniform = 0,7448 kN/mtr

3.     Diagram gaya geser (Vx)

Sehingga diperoleh diagram gaya geser :


4.     Diagram Momen Bending

Untuk :

Momen tambahan akibat dari berat balok sendiri adalah :

Momen total adalah,   Mtot          =  455,52 . 103  +  92,38 . 103

                                                            =  547,9 . 103   N.m

5.    Modulus penampang yang diperlukan, Sx(req)

 

Sehingga diperoleh :

Modulus penampang yang diperlukan > Modulus penampang bahan

                                                Sx(req)   >    Sx

                        3,65 . 10-3  m3     >    1,46 . 10-3  m3

Kesimpulan :

Wide Flange (W 460 mm x 0,73 kN/m) dengan 2 tumpuan jenis pin diujung balok tidak aman, sehingga balok harus ditambah tumpuan pin ditiap 6 meter dan tiap sambungan sepanjang 31,5 meter.

 Uji coba pembuktian analisa : dengan penambahan tumpuan.

1.     Span balok yang diambil adalah Wide Flange (W 460 mm x 0,73 kN/m) dengan :

Sb all (teg. bending ijin) = 150 Mpa ; Ss ijin (teg. geser ijin)= 100 Mpa ; Sx (Modulus penampang) = 1,46.10-3 m3....................................tabel 2

 

2.     Diagram beban dan hitung reaksi balok

Dimana berat beban hoisting crane pada beban maksimum diasumsikan 6 ton (58,8 kN) yang ditumpu oleh roda sepanjang 1,5 meter, sehingga beban masing-masing roda sebesar 29,4 kN

Sedangkan balok wide flange sendiri memiliki beban uniform = 0,7448 kN/mtr

3.     Diagram gaya geser (Vx)

      Diagram beban balok,  å Md  =  0


Ra    =    29,87   kN

Untuk :

0 £ x < 15,25

V(x)         =  Ra 

=  29,87  kN

15,25 £ x < 16,75

V(x)         =  Ra  -  29,87

                 =  0 

16,75 £ x < 31,5

V(x)         =  Ra  -  29,87  -  29,87

                 =  - 29,87  kN

Sehingga diperoleh diagram gaya geser :

4.     Diagram Momen Bending

Untuk :

0 £ x < 15,25

M(x)        =  Ra . x 

=  29,87  . x   kN

15,25 £ x < 16,75

M(x)        =  Ra . x  -  29,87 ( x – 15,25 )

                 =  29,87 . x  -  29,87 . x  +  448,35

                 =   455,52  kN

16,75 £ x < 31,5

M(x)        =  Ra . x  -  29,87  ( x – 15,25 ) -  29,87 ( x – 16,75 )

                 =  - 29,87 . x  +  955,84  kN

Momen tambahan akibat dari berat balok sendiri adalah :


 Momen total adalah,   Mtot          =  455,52 . 103  +  92,38 . 103

                                                      =  547,9 . 103   N.m

5.    Modulus penampang yang diperlukan, Sx(req)

 

Tabel 1 :

Tabel 2 :


=============================================================
Daftar Pustaka :
1. Muhib Zainuri, Ach, ST, 2008, Kekuatan Bahan, Penerbit Andi, Yogyakarta
2. 


Post a Comment

Posting Komentar