Perencanaan Jembatan Rangka Baja PDF

Preview

Summary

i MAKALAH TUGAS BESAR JEMBATAN RANGKA BAJA KONSTRUKSI BAJA I “BADAWANG TWINS BRIDGE” Disusun Oleh : Dhinahadi Vitriyana 4114010005 Mazaya Btari Gina 4114010017 Yasinta Agustina 4114010023 Jurusan Teknik Sipil Program Studi S1 Terapan Perancangan Jalan dan Jembatan POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2015 ii K...

Description

i

MAKALAH TUGAS BESAR JEMBATAN RANGKA BAJA KONSTRUKSI BAJA I

“BADAWANG TWINS BRIDGE”

Disusun Oleh :

Dhinahadi Vitriyana

4114010005

Mazaya Btari Gina

4114010017

Yasinta Agustina

4114010023

Jurusan Teknik Sipil Program Studi S1 Terapan Perancangan Jalan dan Jembatan

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2015

ii

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT karena berkah dan rahmatnya yang dilimpahkan, kami dapat mengikuti dan menyelesaikan makalah tugas besar konstruksi baja I yang bertema jembatan rangka baja dengan judul “BADAWANG TWINS BRIDGE”. Dalam kesempatan ini kami peneliti bermaksud mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang mendukung dan membantu dalam pembuatan tugas besar konstruksi baja ini, yaitu : 1. Anis Rosyidah, S. Pd., SST., MT. , selaku dosen konstruksi baja yang telah memberikan arahan serta bimbingan dalam pembuatan tugas besar jembatan rangka baja. 2. Teman-teman Teknik Sipil khususnya keluarga besar program studi Perancangan Jalan dan Jembatan yang selalu memberikan motivasi dan semangat kepada kami. Dalam penelitian ini, kami menyadari bahwa makalah ini masih sangat jauh dari kesempurnaan. Dengan rasa hormat kami mohon arahan, petunjuk, saran, dan kritik terhadap penelitian kami. Sehingga diharapkan pada penelitian selanjutnya dilakukan perbaikan serta dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi kami.

Depok, 4 Januari 2016

Penyusun

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i PENGANTAR...........................................................................................ii DAFTAR ISI ............................................................................................. iii DAFTAR GRAFIK……………………………………………………….v DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….vi DAFTAR TABEL................................................................................... vii BAB 1 PENDAHULUAN.......................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ..................................................................................... 1 1.2. Pokok Pembahasan ............................................................................... 2 1.3. Tujuan Penulisan .................................................................................. 2 1.4. Rumusasn Penulisan............................................................................. 2 BAB 2 MODEL DAN DATA TEKNIS JEMBATAN ............................ 3 2.1. Dasar Teori Perancangan ..................................................................... 3 2.2. Model Jembatan ................................................................................... 3 2.3. Data Teknis dan Spesifikasi Material Jembatan ............................... 4 BAB 3 ANALISA DIAFRAGMA ............................................................ 6 3.1. Perencanaan Diafragma Jembatan ....................................................... 6 3.2. Perencanaan Profil Diafragma ............................................................. 7 3.3. Periksa Lendutan ................................................................................ 10 BAB 4 ANALISA RANGKA UTAMA .................................................... 14 4.1. Analisa Struktur dengan Beban Statis ................................................. 14 4.2. Analisa Struktur dengan Beban Dinamis ............................................. 23 4.3. Pembebanan Rangka Utama .............................................................. 29 4.4. Perencanaan Rangka Utama ................................................................. 23 BAB 5 PERENCANAAN SAMBUNGAN BAUT .................................. 38 5.1. Desain Smbungan Baut ........................................................................ 38 5.2. Desain Block Shear .............................................................................. 60

iv

BAB 6 PENUTUP…………….……………………………………….....68 6.1. Kesimpulan ………………………………………………………......68 6.2. Saran ……..………………………………………………………......68 DAFTAR PUSTAKA………...…………………………………………..69 LAMPIRAN………...………...…………………………………………..70

v

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1. Garis Pengaruh Batang Atas dan Bawah ............................................28 Grafik 4.2. Garis Pengaruh Batang Diagonal.........................................................28 Grafik 4.3. Garis Pengaruh Batang Vertikal ..........................................................29

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Tampak Samping Jembatan ...............................................................4 Gambar 2.2. Tampak Bawah Jembatan ...................................................................4 Gambar 2.3. Potongan Melintang Jembatan ............................................................4 Gambar 3.1 Diafragma Pada Jembatan .................................................................10 Gambar 3.2. Lendutan Akibat Plat Beton ...............................................................11 Gambar 3.3. Lendutan Akibat Perkerasaan ................................................. …….. 11 Gambar 3.4. Lendutan Akibat Kendaraan ..............................................................12 Gambar 3.5. Lendutan Akibat Diafragma ..............................................................12 Gambar 4.1. Struktur Pembebanan .........................................................................14 Gambar 4.2. Potongan Perhitungan Gaya Batang ..................................................15 Gambar 5.1. Rencana Sambungan Baut .................................................................38

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Data Teknis dan Spesifikasi Material Jembatan .....................................5 Tabel 3.1. Spesifikasi Penampang Baja IWF ..........................................................8 Tabel 4.1. Hasil Perhitungan Gaya-gaya Batang....................................................23 Tabel 4.2. Nilai Beban Berjalan dalam P Satu Satuan ...........................................25 Tabel 4.3. Nilai Gaya Batang Tarik dan Tekan Maksimal ....................................27 Tabel 4.4. Perhitungan Nilai Pu Akibat Beban Statis dan Beban Dinamis . ……..31 Tabel 4.5. Spesifikasi Penampang Baja IWF Aksial Tarik ....................................33 Tabel 4.6. Spesifikasi Penampang Baja IWF Aksial Tekan ...................................35 Tabel 5.1. Spesifikasi Baut dan Plat .......................................................................38

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang Jembatan merupakan suatu struktur yang dibangun untuk menyeberangi jurang atau rintangan seperti sungai, rel kereta ataupun jalan raya. Sedangkan menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 34 Tahun

tentang Jalan, yang dimaksud dengan jembatan adalah jalan

yang terletak di atas permukaan air dan/atau di atas permukaan tanah.Dengan adanya jembatanmemungkinkan penyeberangnya berjalan di atas rintangan tersebut. Dalam perkembangannya pembangunan jembatan sangat berkaitan dengan upaya pengembangan wilayah dalam mendukung kegiatan ekonomi seperti pertanian, perkebunan, perikanan, peternakan, industri, pariwisata, pertambangan serta pengembangan kegiatan sosial kemasyarakatan. Teknologi mengenai jembatan sudah seharusnya dikuasai oleh bangsa Indonesia untuk terciptanya peningkatan Sumber Daya Manusia (SDM) dibidang teknik jembatan. Hal ini mendorong rasa semangat putra-putri Indonesia untuk mampu merencanakan serta merealisasikan suatu konstruksi jembatan yang memenuhi kriteria dengan material yang kuat, stabil, ringan, dan ekonomis merupakan suatu keharusan khususnya bagi setiap lulusan Teknik Sipil khususnya dengan prodi Perancangan Jalan dan Jembatan. Konfigurasi jembatan rangka baja telah banyak dikembangkan untuk mendapatkan desain yang efisien dari penggunaan meterial yang memiliki kekuatan optimal, serta indah dari segi estetika. Berdasarkan pemikiran tersebut, kami merancang model jembatan yang mengacu pada teori-teori yang telah diajarkan dalam mata kuliah Konstruksi Baja dan sumbersumber yang sesuai dengan ketentuan yang berlaku seperti SNI (Standar Nasional Indonesia) yang digunakan dalam perencanaan konstruksi jembatan di Indonesia dan LRFD (Load and Resistance Factor Design) tanpa mengesampingkan nilai estetika.

2

1.2.

Pokok Bahasan Bahasan yang kami ambil dalam penyusunan makalah ini adalah mendesain konstruksi struktur jembatan rangka baja dengan konstruksi utama berada di atas lantai jembatan untuk kendaraan yang kuat, ekonomis dan kreatif dilihat dari segi struktur, biaya, estetika, dan kemudahan pelaksanaan.

1.3.

Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini adalah diharapkan mahasiswa mampu mengolah, menganalisa, dan merencanakan suatu jembatan rangka baja sesuai dengan ilmu yang telah diajarkan.

1.4.

Rumusan Masalah Permasalahan-permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah: 1. Bagaimana model rangka jembatan baja yang akan direncanakan dan dianalisa? 2. Apa saja data teknis dan spek material yang dibutuhkan dalam perancangan? 3. Bagaimana menentukan dan memperhitungkan pembebanan serta dimensi penampang yang efisien pada diafragma? 4. Bagaimana cara mengetahui perhitungan dan menentukan gaya tarik dan tekan yang bekerja pada struktur utama jembatan? 5. Bagaimana cara mengetahui lendutan pada diafragma? 6. Bagaimana pembebanan yang bekerja pada struktur utama rangka jembatan? 7. Bagaimana merencanakan sambungan yang digunakan pada struktur rangka jembatan? Mengingat begitu kompleksnya dalam perencanaan struktur jembatan maka untuk perencanaan pier head, abutment dan pondasi diabaikan dalam perumusan masalah di atas.

3

BAB II MODEL DAN DATA TEKNIS JEMBATAN 2.1.

Dasar Teori Perancangan Jembatan rangka adalah struktur konstruksi jembatan yang tersusun dari rangka-rangka yang diletakakan pada suatu bidang dan dihubungkan melalui sambungan sendi-rol pada ujungnya. Struktur rangka batang dapat dikatakan stabil jika tidak terjadi pergerakkan titik pada struktur di luar pengaruh deformasi elemen. Susunan struktur yang stabil khususnya pada jembatan merupakan rangkaian segitiga.1 Dilengkapi dengan batang diagonal dan/ atau vertikal, sehingga setiap batang hanya memikul batang aksial murni. Dalam melakukan perancangan struktur jembatan rangka batang

tentunya harus memenuhi persamaan kesetimbangan, sehingga struktur rangka batang tersebut menjadi statis tertentu dan dapat diselesaikan dengan persamaan kesetimbangan. Dalam hal perancangan struktur jembatan rangka batang dua dimensi agar struktur tersebut dikatakan struktur statis tertentu maka harus memenuhi persamaan: Dimana:

2J = m + 3

J

= Jumlah Joint

m

= Jumlah Batang

Dalam desain jembatan kali ini, kami merancang jenis jembatan rangka atas baja dan spesifikasinya adalah sebagai berikut: a. Terdiri dari dua jalur b. Panjang bentang 50 meter c. Tinggi maksimum 6 d. Lebar jaluur 4 meter

1

Ir. Heinz Frick, mekanika teknik 1, cet 21 tahun 2006 : Kanisius, Yogyakarta. Sub – bab 4.2

2.2.

Model Jembatan

4

Rangka jembatan yang kami rencanakan adalah sebagai berikut:

Gambar 2.1 Tampak samping jembatan

Gambar 2.2 Tampak bawah jembatan

Gambar 2.3 Potongan melintang jembatan 2.3.

Data Teknis dan Spesifikasi Material Jembatan

5

Data teknis dan spesifikasi material jembatan yang kami rencanakan adalah sebagai berikut:

Tabel 2.1 Data Teknis dan Spesifikasi Material Jembatan Panjang Jembatan

50 m

Lebar Jembatan

8m

Lebar Jalur

4m

Panjang Segmen

5m

Jumlah Segmen

10 segmen

Tebal Perkerasan

0,05 m

Tebal Pelat Lantai

0,2 m

Jenis Perletakan Mutu Baja

Sendi – Rol

Fy

BJ – 50

290 MPa

Fu

500 MPa

E

200.000 Mpa

Beban Lajur

9 KN/m2

BI Beton

24 KN/m3

BJ Aspal

22 KN/m3

Tinggi Air Hujan

0,05 m

BJ Air

10 KN/m3

6

BAB III ANALISA DIAFRAGMA 3.1. 

Perencanaan Diafragma Jembatan 

Perhitungan Berat Beban Pada Difragma

Beban Mati (DL) Plat Beton qDL

= b x h x BI beton = 0,2 x 5 x 24 = 24 KN/m

MDL = 1/8 x qDL x L2 = 1/8 x 24 x 82 = 192 kNm



Beban Mati Tmbahan (SDL) Perkerasan Jalan qSDL

= b x h x BJ Aspal = 0,05 x 5 x 22 = 5,5 KN/m

MSDL = 1/8 x qSDL x L2 = 1/8 x 5,5 x 82 = 44 KNm



Beban Hidup (LL)

7

Air Hujan = b x h x BJ Air = 0,05 x 5 x 10 = 2,5 KNm Kendaraan = berat x tributary area = 9 KN/m2 x 5 m = 45 KN/m qLL

= 45 + 2,5

= 47,5 KN/m MLL = 1/8 x qLL x L2 = 1/8 x (47,5) x 82 = 380 KNm

3.2

Perencanaan Profil Diafragma 

Langkah I

: Menghitung Momen Ultimite

Mu = 1,3 MDL + 1,8 MLL + 2 MSDL = 1,3 (192) + 1,8 (380) + 2 (44) = 1021,6 KNm 

Langkah II

: Preliminary Design

Mu ≤ ϕ Mn

Mu Zx

= ϕ Fy . Zx

Dimana ϕ = 0,9

=

= 0,00391417624 m3

= 3914,176 cm3 

Langkah III

: Profil Penampang Yang Dipilih

8

Berdasarkan nilai Zx yang diperoleh, maka dipilih penampang profil dengan spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 3.1 Spesifikasi Penampang Baja IWF



Langkah IV

: Memperhitungkan Berat Sendiri Pada Mu

Nilai Mu setelah berat diafragma dimasukkan adalah sebagai berikut:  Beban Sendiri Struktur

Berat = 151 Kg/m = 1,51 KN/m = 1/8 x qDL x L2 = 1/8 x 1,51 x 82 = 12,08 KNm Mu akhir = 1,1 MDL + Mu = 1,1 (12,08) + 1021,6 = 1034,888 KNm MDL



Langkah V

 Pelat Sayap λ

= =

: Cek Local Buckling

B

.tf

.

= 7,5

λp

= =

√f √

= 9.982

Berdasarkan hasil pengecekan pada pelat sayap, maka dapat disimpulkan bahwa:

9

 Pelat Badan h

= 588

λ

= =

λp

h

tw

= =

√f √

= 98,684

= 41

Berdasarkan hasil pengecekan pada pelat sayap, maka dapat disimpulkan bahwa:

Sehingga Mn = Mp = fy . Zx = 29 KN/cm2 x 4488,84 cm3 = 130176,36 KNcm  Langkah VI

= 1301,7636 KN : Cek Lateral Buckling

Panjang batang tidak terkekang (Lb) dipengaruhi oleh letak ikatan angin

(bracing). Gambar 3.1 Diafragma pada jembatan Lb

=2m

Lp

= 1,76 . iy . √

= 1,76 x 68,5 x √

10

= 3,17 m

Lr 

= 8,92 m (berdasarkan Tabel Baja) Lb

Sehingga Langkah VII

<

Lp

Bentang Pendek (Mn = Mp)

: Kontrol Kekuatan

Mu ≤ ϕ Mn

Mu

= 1034,888 KNm

ϕ Mn = 1176,08724 KNm

Berdasarkan hasil perhitungan tersebut maka dapat disimpulkan: Mu <

ϕ Mn

OK ! 

Dimensi profil yang direncanakan memenuhi syarat Ratio 0,879 < 1 (AMAN !!) Berdasarkan hasil cek ratio profil baja )WF

yang digunakan untuk diafragma

sudah aman dan kuat untuk menahan beban jembatan yang gtelah ditentukan. 3.3 Cek Lendutan 

Plat Beton

q=

Gambar 3.2 Lendutan akibat Plat Beton

kN/m

11



Perkerasan

q = 5,5 KN/m q = , kN/m

Gambar 3.3 Lendutan akibat Perkerasan



Kendaraan

q = 36 KN/m

Gambar 3.4 Lendutan akibat Kendaraan

 Diafragma

q = 1,51 KN/m

12

Gambar 3.5 Lendutan akibat Diafragma

 Lendutan Total

Berdasarkan hasil perhitungan tersebut maka dapat disimpulkan:

D total < D izin

OK ! 

Lendutan yang terjadi memenuhi syarat sehingga profil aman!

13

BAB IV ANALISA RANGKA UTAMA 4.1 Analisa Struktur Dengan Beban Statis

Gambar 4.1 Struktur Pembebanan Data Rangka Utama

  

Panjang Bentang : 50 m Panjang Tiap Segmen : 5 m Tinggi Maksimum :6m o Tinggi Minimum

:5m

Perhitungan Beban Statis (Gaya-Gaya Batang) Perhitungan gaya gaya batang dilakukan dengan menggunakan metode Ritter dan Buhul serta beban dibuat P satu satuan.

Gambar 4.2 Potongan Perhitungan Gaya Batang

14 POTONGAN 1

∑V = O

5P - 0.5P - a1 sin

=

4.5P – a1 sin 45ᵒ = 0 a1 = 6.363P (tekan)

∑H = 0

b1 – a1 cos

=

b1 = 6.363P cos 45ᵒ b1 = 4.499P (tarik)

POTONGAN 2

∑V = O

v1 = -P (tarik)

∑H = 0 b1 = b2

b2 = 4.499P (tarik)

15

POTONGAN 3

∑V = O

∑H = 0

6.363P cos 45ᵒ - d1 cos 45ᵒ - a2 sin 6ᵒ- P = 0

a1 sin

4.499P – 0.707 d1 – 0.1045 a2- P = 0

4.499P – 0.994 a2+ 0.707 d1 = 0

a1 cos

- d1 cos

– a2 sin - v1 = 0

0.707 d1 + 0.1045 a2 = .

P……..

Eliminasipersamaan (1) dan (2) 0.707 d1 + 0.1045 a2 = 3.499P 0.707d1 -0.994 a2 = -4.499P 1.0985 a2 = 7.998P d2 = 7.28P (tekan)

0.707 d1 + 0.1045 a2 = 3.499P 0.707 d1 = 3.499P – (0.1045 x 7.28P) d1 = 3.87P (tarik)

- a2 cos + d1 sin =

6.363P sin 45ᵒ - a2 cos 6ᵒ + d1 sin 45ᵒ = 0

0.707 d1 - 0.994 a2 = - .

P……..

16 POTONGAN 4

∑V = O d1 sin

– v2 – P = 0

3.87P sin 45ᵒ - v2 – P = 0

2.736P - v2 – P = 0

v2 = 1.736P (tekan)

∑H = 0 -d1 cos

– b2 – b3 = 0

-3.87P cos 45ᵒ - 4.499P - b3 = 0 -2.736P - 4.499P - b3 = 0 b3 = - 7.235P (tarik)

17

POTONGAN 5

∑V = O

a2 cos + v2 – a3 sin θ – d2 cos

=

7.28P cos 84ᵒ + 1.736P - a3 sin 5ᵒ - d2 cos 42ᵒ = 0 0.76P + 1.736P – 0.087 a3– 0.743 d2 = 0

0.087 a3 + 0.743 d2 = .

P…….

∑H = 0

a2sin - a3cos θ + d2sin =

7.28P sin84ᵒ - a3cos5ᵒ + d2sin 42ᵒ = 0

0.996a3– 0.669d2= .

P…….

EliminasiPersamaan (1) dan (2) 0.087a3 + 0.743 d2 = 2.496P x 0.996 0.996a3– 0.669d2= 7.24P

x 0.087

0.086 a3 + 0.74d2 = 2.486P 0.086 a3– 0.058d2 = 0.629P 0.798d2 = 1.857P

d2= 2.327P (tarik)

18

0.087a3 + 0.743 d2 = 2.496P 0.087a3 + (0.743 x 2.327P) = 2.496P 0.087a3= 2.496P – 1.728P a3= 8.832P (tekan)

POTONGAN 6

∑MD = 0

5P . 15 –0,5P . 15 - P . 10 –P . 5 –a4cos

52,5P = a4cos 6ᵒ.6

a4 = 8,798P (tekan)

∑V =

5P – 0,5P - P – P – P + a4 sin 1,5P+ 8,789 sin 6ᵒ = - d3

d3 = - 3,254 P (tekan)

∑H = 0

a4cos + b4 + d3 cos =

+ d3 sin ...