Buku Ajar Struktur Baja II-BabI

Bahan Ajar

Struktur Baja II

D

I

S

U

S

U

N

OLEH:

Rudiansyah Putra, ST, M.Si

Jurusan Teknik Sipil - Fakultas Teknik

UNIVERSITAS SYIAH KUALA

2008

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI..................................................................................................................................................................... iBAB I PENDAHULUAN.............................................................................................................................................. 1

1.1 Apa itu jembatan?..................................................................................................................................... 1

Daftar Isi

Bab 1 Pendahuluan

1.1 Apa itu jembatan?

1.2 Klasifikasi-klasifikasi jembatan baja

1.3 Komponen-komponen jembatan baja

Bab 2 Dasar-dasar perencanaan jembatan

2.1 Prinsip-prinsip perencanaan

2.2 Aliran perencanaan

2.3 Pembebanan

2.3.1 Klasifikasi beban-beban

2.3.2 Beban mati

2.3.3 Beban hidup

2.3.4 Beban-beban lain dan kombinasi pembebanan

Bab 3 Jembatan Rangka

3.1 Pendahuluan

3.2 Perencanaan

3.3 Analisis

3.4 Pendimensian

3.4.1 Pendimensian elemen

3.4.2 Pendimensian sambungan

Bab 4 Jembatan Plate Girder

4.1 Pendahuluan

4.2 Struktur

4.3 Kriteria dan prosedur perencanaan

i

4.4 Sambungan pada balok menyilang

4.5 Perencanaan bagian-bagian tambahan

Bab 5 Jembatan Komposit

5.1 Pendahuluan

5.2 Mekanik

5.3 Aspek perencanaan jembatan-jembatan komposit

5.4 Shear connector

5.5 Kesimpulan karakteristik dari jembatan komposit

By Rudiansyah Putra ii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Apa Itu Jembatan?

Jembatan adalah suatu struktur yang melintasi suatu sungai, teluk, jalan atau

penghalang lainnya. Dalam perencanaan, jembatan harus lancar dan aman untuk laluan

kendaraan, kereta api atau pejalan kaki. Tampak elevasi dari jembatan dapat dilihat pada

Gambar 1. Struktur jembatan terdiri dari bahagian atas (superstructure) yang terdiri dari

sistem lantai kendaraan, rangka utama atau gelagar, dan bagian bawah (substructure)

yang terdiri dari pilar, tower, pondasi, dan abutment.

Gambar 1. Tampak elevasi jembatan

1.2 Klasifikasi Jembatan Baja

Jembatan baja dapat dibagi-bagi berdasarkan:

1. Pemakaiannya

a) Jembatan jalan orang (pedestrian bridge): jembatan untuk pejalan kaki dan

sepeda.

b) Jembatan jalan raya (highway bridge): jembatan untuk jalan raya.

c) Jembatan jalan kereta api (railway bridge): jembatan untuk jalan kereta api.

d) Jembatan kombinasi (combined bridge): jembatan untuk jalan raya dan kereta api.

e) Jembatan jalan air/saluran air (aqueduct bridge): jembatan yang mendukung

pemipaan untuk saluran air.

1

2. Letak lantai kendaraan

a) Deck bridge : jembatan yang memiliki lantai kendaraan yang terletak di

atas elemen gelagar-gelagar pemikul atau rangka.

b) Through bridge : jembatan dengan posisi lantai kendaraannya yang terletak

pada bagian bawah dari batang-batang atau gelagar-gelagar

pemikul, sehingga di atas lantai kendaraan (lalu lintas)

terdapat ikatan-ikatan melintang atau bagian-bagian dari

batang pemikul.

Apabila tidak terdapat ikatan melintang (ikatan angin) di

atas lalu lintas, maka disebut semi through bridge.

c) Pony bridge : Lantai kendaraan terletak pada bagian tengah dari batang-

batang atau gelagar-gelagar pemikul.

3. Macam gelagar utama

a) I – beam bridge : Jembatan ini mempunyai gelagar utama profil I.

b) T – beam bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar profil T.

c) Plate girder bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar utama yang terdiri

dari profil baja tersusun atau plate girder.

d) Box girder bridge : Jembatan yang mempunyai single atau multiple gelagar

utama yang terdiri dari balok box girder yang terbuat

dari baja ataupun beton.

e) Composite girder bridge : Jembatan komposit antara deck beton dengan gelagar

baja.

f) Truss bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar utama yang terdiri

dari suatu susunan rangka batang (truss).

g) Arch bridge : Jembatan yang mempunyai struktur yang terdiri dari

deck jalan dan parabola.

h) Cable-stayed bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar yang ditahan oleh

kabel baja tegangan tinggi yang dikakukan pada tower.

i) Suspension bridge : Jembatan yang mempunyai gelagar yang digantung

dengan kabel baja tegangan tinggi pada kabel yang

dihubungkan ke tower.

By Rudiansyah Putra 2

(Gambar 2)Jenis-jenis jembatan rangka modern

4. Kondisi tumpuan

a) Simply support bridge : Gelagar utama atau rangka ditumpu oleh dua jenis

tumpuan yaitu sendi dan rol. Jembatan ini adalah statis

tertentu.

b) Continuous bridge : Jembatan ini mempunyai lebih dari satu bentang, dan

gelagar utamanya menerus di atas beberapa tumpuan.

Jembatan ini adalah statis tak tentu.


c) Gerber/Cantilever bridge : Jembatan ini adalah statis tak tentu, tapi kurang kaku

kalau dibandingkan dengan continuous bridge.

(Gambar 3)Kondisi tumpuan

5. Macam sambungannya

a. Sambungan dengan rivet (paku keling).

b. Sambungan dengan bolt (baut).

c. Sambungan dengan las : makin banyak dipakai, terutama setelah meningkatnya

mutu dan teknik mengelas.

d. Sambungan dengan pin:makin jarang dipakai, karena pin cepat aus, dan lagi

perputaran pin itu tidak sebebas yang diduga.

6. Daya dukung jembatani

a. Jembatan Kelas I : dengan beban 100% beban standar.

b. Jembatan Kelas II : dengan beban 70% beban standar.

c. Jembatan Kelas III : dengan beban 50% beban standar.

i Lihat peraturan untuk muatan Jalan Raya dari Binamarga.


(Gambar 4)Tipe jembatan dan aplikasi panjang bentangnya

5

1.3 Komponen-komponen jembatan baja

Semua jembatan terdiri dari dua bagian utama, yaitu yang pertama apa yang

dikenal dengan namanya jembatan atau superstructure dan yang kedua adalah pondasi

atau substructure. Diktat ini disusun hanya mengenai superstructure saja.

Superstructure terdiri dari empat bagian utama yang masing-masing mempunyai

fungsi tersendiri:

A. Sistem lantai kendaraan (floor system)

B. Gelagar utama

C. Perletakan

D. Ikatan-ikatan (bracings)

(Gambar 6)

Komponen-komponen jembatan baja

6

A. Sistem lantai kendaraan (floor system)

Sistem lantai kendaraan adalah jalur lalu lintas dan bagian-bagian pemikul yang

meneruskan beban ke sistem konstruksi utama. Sistem lantai dari suatu jembatan

biasanya terdiri dari suatu lantai kendaraan/deck, balok lantai/gelagar melintang dan

stinger/gelagar memanjang. Deck secara langsung mendukung beban hidup. Balok lantai

sama seperti stinger, ditampilkan pada Gambar 7, bentuk dari grillage dan meneruskan

beban dari deck ke gelagar utama. Balok lantai dan stinger digunakan pada jembatan

rangka, seperti tipe jembatan truss, tipe jembatan Rahmen dan tipe jembatan lengkung,

di mana spasi dari gelagar utama atau rangkanya besar. Pada tipe deck di atas, deck

langsung ditumpu oleh gelagar utama, dan sering tidak memakai sistem lantai karena

gelagar utama searah paralel dan saling berdekatan. Material lantai kendaraan yang

digunakan dapat diklasifikasikan menggunakan beton, baja ataupun kayu.

(Gambar 7)

Sistem lantai kendaraan

Sistem lantai kendaraan ini terbagi atas 3 bagian:

1. Lantai Kendaraan/Deck

Jalur lalu lintas mempunyai lebar minimum 2.75 meter dan lebar maksimum 3.75.

Untuk lalu lintas dua jalur, lebar lantai kendaraan sekurang-kurangnya adalah 5,50 m.

Lantai kendaraan ini dapat terdiri dari plat baja, beton atau kayu. Sebagai lapisan

penutup biasanya diberi aspal. Pemilihan sistem lantai kendaraan ini dipengaruhi oleh

faktor: kualitas permukaan jalan, drainage, berat lantai, lamanya pembuatan dan overall

cost termasuk pemeliharaannya.


Floor beam Floor beam

Stringer StringerSpiking strip

Aspal Kayu

Main structure

Aspal Beton

Track tieRail

Concrete

Track tie

Ballast

(Gambar 5)

Lantai kendaraan harus mempunyai drainase yang baik untuk meneruskan air

secepat mungkin. Biasanya permukaan jalan diberi kemiringan. Harus dijaga agar air

dari drainase tidak merembes ke bagian-bagian yang terbuat dari baja.

Lantai kendaraan umumnya dipikul oleh gelagar utama yang diletakkan searah

dengan bentang jembatan. Gelagar memanjang ini dipikul oleh gelagar melintang yang

disambungkan atau diletakkan di atas gelagar utama. Adakalanya lantai kendaraan itu

langsung dipikul oleh gelagar melintang tanpa memakai gelagar melintang. Deck untuk

jembatan jalan raya didisain untuk beban roda dari truk menggunakan teori lentur plat

dua arah.

Untuk through bridge, di samping lebar bersih dari lantai jembatan, tinggi ruang

bebas minimum (clearance) harus diperhatikan pula. Untuk jembatan jalan raya 4,50 m

dan untuk jembatan jalan kereta api 5,50 m.

Penyebaran tekanan roda

a) Lantai kayu :

Penyebaran tekanan roda di sini dianggap membentuk sudut 450 sampai ke

sumbu lantai.


A1

A

Aspal

Kayu/Beton

P P

B1

B

A = A1 + 2 (1/2 x tebal papan lantai + tebal aspal)

B = B1 + 2 (1/2 x tebal papan lantai + tebal aspal)

Untuk jembatan tipe kelas 1 A1 = 50 cm dan B1 = 20 cm, sedangkan untuk

jembatan tipe kelas II A1 = 35 cm dan B1 = 14 cm.

b) Lantai beton :

Suatu deck dari beton bertulang sudah sangat umum digunakan pada jembatan

jalan raya. Tipe deck ini sangat rentan terhadap kerusakan yang disebabkan oleh aliran

lalu lintas, yang mana secara terus menerus meningkat. Lalu lintas pada daerah

perkotaan terbuka terhadap beban lalu lintas yang berat dan harus diperbaiki secara

berkala. Baru-baru ini suatu deck komposit telah dikembangkan untuk meningkatkan

kekuatan, daktilitas, dan durabilitas deck tanpa meningkatkan beratnya atau pengaruh

ongkos dan durasi dari konstruksi. Pada lantai komposit, plat baja bawah melayani

kedua sebagai bagian dari lantai dan formwork untuk pelimpahan beton. Hal ini banyak

cara untuk menggabungkan antara plat baja dan tulangan. Contohnya dapat dilihat pada

Gambar 8. Lantai ini di buat perbagian di lapangan dan beton dituangkan di lapangan

setelah gelagar sudah diletakkan.


(Gambar 8)

Lantai komposit

Lebar efektif dari lantai beton di mana beban roda dianggap terbagi rata, menurut

H. M. Westergaard dapat ditetapkan sebagai berikut:

E = 0,6 S + 0,75 (untuk bentang ≤ 2,10 m)

E = 0,4 S + 1,10 (untuk bentang > 2,10 m)

E = lebar efektif (m)

S = bentang efektif dari slab beton yang tegak lurus pada arah lalu lintas.

= jarak as ke as gelagar memanjang dikurangi setengah lebar sayap profil.

c) Lantai baja :

Untuk bentang yang panjang, lantai baja digunakan untuk meminimumkan berat

dari beban lantai. Lantai plat baja dikakukan dengan rib/tulangan longitudinal dan

transversal seperti ditunjukkan pada Gambar 9. Lantai plat baja juga bekerja di atas

sayap dari gelagarnya. Pavement pada lantai baja harus diselesaikan dengan sangat hati-

hati untuk menahan air dari penetrasi yang melalui pavement sehingga menyebabkan

lantai baja berkarat.


(Gambar 9)

Lantai plat baja

2. Stinger/Gelagar Memanjang

Stinger/gelagar memanjang mendukung deck secara langsung dan menyalurkan

beban ke balok lantai/gelagar melintang seperti ditampilkan pada Gambar 7. Stinger ini

diletakkan pada arah longitudinal sama seperti gelagar utama. Stinger harus memenuhi

kekakuan untuk lentur untuk menahan retak pada deck atau pada permukaan pavement.

Standar desain biasanya batasi untuk perpindahan vertikal yang disebabkan oleh berat

dari truk.

Sebuah roda yang ditempatkan pada slab beton tepat di atas suatu gelagar

memanjang, akan menyebabkan terjadinya lendutan tidak saja pada gelagar itu sendiri,

tapi juga pada gelagar-gelagar memanjang yang berada di sebelahnya.

Hal ini disebabkan karena adanya kekakuan dari slab beton dalam arah

melintang. Jadi jelas bahwa beban tersebut sebagian dipikul juga oleh gelagar yang lain.

Besarnya penyebaran tekanan roda ini tergantung pada kekakuan dari lantai kendaraan.

Menurut peraturan muatan dari Binamarga, besarnya beban hidup yang dipikul

oleh gelagar memanjang yang terletak dengan jarak S pada satu dengan yang lainnya

adalah:

a. Untuk menghitung momen

1. Gelagar tengah:

Beban terbagi rata : q’ =

q2 ,75

×FD×S

Beban garis : P’ =

P2 ,75

×(FD )


2. Gelagar pinggir:


q2 ,75

×¿ ¿S’


P2 ,75

×¿ ¿S’

b. Untuk menghitung gaya melintang

1. Gelagar tengah:


q2 ,75

×(FD )


P2 ,75

×¿ ¿S’

2. Gelagar pinggir: sama dengan gelagar tengah untuk menghitung momen.

Catatan: - q dan P adalah beban jalur sesuai dengan ketentuan yang terdapat pada

halaman 15.

- (FD) adalah faktor distribusi seperti terdapat pada tabel. Untuk harga

lengkapnya lihat peraturan muatan dari Binamarga.

- S’ adalah lebar pengaruh beban hidup pada gelagar pinggir.

Tabel Faktor Distribusi

Jenis lantai kendaraanLebar lantai kendaraan

1 jalur 2 jalur atau lebih

Papan kayuS

1,20S

1,10

Slab betonS

2 ,15S

1,65

S = Jarak gelagar (m)

3. Balok Lantai/Gelagar Melintang

Balok lantai/gelagar melintang diletakkan pada arah transversal dan

dihubungkan dengan baut mutu tinggi pada rangka atau parabola, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 7. Balok lantai mendukung stinger dan menyalurkan beban ke

gelagar utama, rangka atau parabola. Dengan kata lain bahwa rangka utama atau


parabola menerima beban secara tidak langsung melalui balok lantai. Balok lantai juga

menyediakan kekakuan transversal pada jembatan sehingga meningkatkan tahanan torsi

secara keseluruhan.

Gelagar melintang biasanya terdiri dari suatu profil I atau profil tersusun. Tapi

untuk suatu jembatan yang lebar, gelagar melintang itu dapat pula suatu rangka batang.

Dalam merencanakan gelagar melintang suatu jembatan jalan raya, beban hidup

pada jalur lalu lintas dianggap seolah-olah bekerja langsung pada gelagar tersebut.

Besarnya beban hidup yang dipikul oleh sebuah gelagar melintang yang terletak sejarak

B satu sama lain adalah:


q2 ,75 × B t/m


P2 ,75 t/m

Sambungan antara gelagar melintang dengan gelagar induk selalu dibuat sekaku

mungkin, yaitu untuk mendapatkan kekakuan jembatan dalam arah melintang. Oleh

karena itu, sebetulnya gelagar melintang tersebut tidaklah simply supported pada

gelagar induk, tapi untuk memudahkan perhitungan dianggap ditumpu sendi rol.

Dalam menghitung sambungannya dengan gelagar induk, kita pakai momen yang

besarnya 25% dari momen maksimum gelagar melintang itu.

Gelagar melintang itu dapat pula diletakkan di atas gelagar induk seperti pada

deck bridge. Konstruksi macam ini ada untung ruginya bila dibandingkan dengan yang di

atas, di mana gelagar melintang disambungkan pada gelagar induk seperti pada through

bridge.

Keuntungan: - Bentang gelagar melintang itu dapat diperkecil dengan mendekatkan

jarak gelagar induk, sehingga momen maksimumnya akan berkurang,

apalagi dengan timbulnya overstek kiri kanan.

- Konstruksi lebih sederhana.

Kerugian: - Jembatan kurang kaku dalam arah melintang, sehingga diperlukan

pengaku lateral (sway-bracings) yang lebih berat.

- Tinggi konstruksi bertambah, dan ini merupakan faktor pula apabila ia

terbatas.


aa a a

B. Gelagar Induk

Dalam pasal ini terutama yang akan dibahas adalah gelagar induk atau gelagar

utama dari suatu jembatan rangka.

Gelagar induk itu dapat berbentuk single-plane truss atau double-plane truss.

Umumnya ia berupa double-plane truss, kecuali untuk bentang-bentang yang relatif

pendek. Apabila plat pertemuan hanya terletak pada suatu bidang saja, dinamai single-

plane, tapi apabila ia rangkap dua dalam dua bidang, dinamai double-plane. Batang-

batang dari suatu single-plane truss dapat berupa plat, baja siku tunggal atau rangkap

dan baja kanal.

Plat-plat pertemuan dari double-plane truss mempunyai jarak yang tetap untuk

memudahkan sambungan-sambungan. Bentuk dari batang-batang yang dipergunakan

tergantung dari besarnya gaya batang. Bentuk yang uniform kadang-kadang lebih

disukai, misalnya seluruh batang tepi atas (upper chord) berbentuk U terbalik, batang-

batang tepi bawah (lower chord) berbentuk kotak, sedangkan batang-batang dinding

(vertikal dan diagonal) berbentuk I dan sepasang baja kanal.

Profil-profil batang dapat dipasang baik di sebelah luar maupun di sebelah dalam

dari plat pertemuan, tapi jarak “a” (lihat gambar) harus tetap.

Bentuk yang umum dari gelagar rangka adalah rangkaian dari segitiga. Batang-

batang horizontal berfungsi untuk memikul momen; batang-batang diagonal untuk

menahan geser; sedangkan batang-batang vertikal adalah untuk memikul gaya-gaya

vertikal langsung.


(Gambar 8)Jenis-jenis jembatan rangka dan lokasi lantai kendaraan

Perbandingan antara tinggi dan bentang dari suatu jembatan rangka yang ekonomis

berdasarkan praktek adalah:

hL=1

6 sampai

18

Hal ini tergantung dari susunan rangka, pembebanan, dan lain-lain. Sudut antara batang

diagonal dengan horizontal berkisar antara: 45° – 60°

Apabila bentang suatu jembatan bertambah, maka tinggi yang ekonomis juga

akan bertambah. Kalau kita ingin mempertahankan batang-batang diagonal membentuk

sudut dalam batas-batas tersebut di atas, maka jarak antara gelagar-gelagar melintang

akan menjadi besar. Untuk menghindari hal ini, maka rangka tersebut dibagi lagi dengan

batang-batang tambahan (rangka sekunder) seperti terlihat pada gambar (d) dan (e).


Batang-batang tepi atas dan bawah dapat pula dibuat melengkung untuk

menahan sebagian dari gaya lintang, dan dengan demikian mengurangi beban pada

batang diagonal. Caranya yang umum adalah dengan menetapkan tingginya di tengah

dan di tepi (hip), kemudian membuat parabola melalui kedua titik itu.

Jarak antara gelagar melintang (panel length) pada jembatan rangka berkisar

antara 4 m – 8 m.

C. Perletakkan

Pada jembatan-jembatan yang relatif kecil, yaitu dengan bentang yang kurang dari 15

m, gelagar induk dapat langsung diletakkan di atas plat landasan (bearing plate). Cara

perletakkan seperti ini sudah dapat dianggap cukup untuk menyebarkan tekanan reaksi

pada luas tertentu dari fungsi fondasi (pier atau abutment). Tapi untuk jembatan yang

lebih panjang cara ini tidak dapat lagi dipakai karena:

1. Lendutan pada jembatan dapat mengakibatkan bearing plate sebelah luar

terangkat ke atas, sehingga tidak terdapat lagi tekanan yang terbagi rata.

2. Meskipun lubang yang berbentuk elips (slotted hole) pada perletakkan yang

berfungsi sebagai rol dapat menyesuaikan diri dengan perubahan temperatur

atau perpanjangan/perpendekkan dari gelagar induk, tapi pergerakannya sedikit

banyaknya terhalang oleh adanya geseran.


Oleh karena itu, untuk jembatan yang lebih panjang, selalu dipakai rocker antara gelagar

dan bearing plate (lihat gambar 1, dan 3). Tipe gambar 2 hanya untuk perletakkan di

mana tidak ada uplift.


dua bauttiap sisi

dua bauttiap sisi

Gambar (3)


Meskipun bidang kontak antara rocker dan bearing plate hanya merupakan satu

garis lurus, tapi oleh karena adanya perubahan bentuk, maka beban itu akan terbagi rata

pada suatu luas tertentu. Luas ini akan bertambah besar dengan bertambahnya radius

rocker.

Dari percobaan-percobaan, telah didapat rumus empiris:

P = 40 d

P = tegangan yang diizinkan antara rocker dan bearing plate ( kg per linear cm)

d = diameter rocker (cm)

Pada reaksi yang lebih besar, maka harus menggunakan radius yang lebih besar,

atau rocker diperpanjang. Kalau kita tidak dapat lagi memakai rocker dengan radius dan

panjang yang wajar berhubung besarnya reaksi, maka penyelesaiannya dapat dilakukan

dengan memakai beberapa rollers (gambar di bawah ini).


D. Bracings ( Ikatan-ikatan)

Sebuah jembatan yang merupakan suatu struktur ruang yang tidak hanya

memikul beban-beban vertikal yang kemudian diteruskan pada fondasi, tapi juga

menahan gaya-gaya lateral dan longitudinal yang disebabkan oleh angin, gaya rem,

traksi, dll. Untuk mendapatkan kekakuan dalam arah melintang dan untuk menjaga

kemungkinan timbulnya torsi, maka diperlukan adanya ikatan-ikatan (bracings)

Meskipun jembatan dalam keseluruhannya merupakan struktur ruang, tapi dalam

perhitungan setiap komponennya dihitung sendiri-sendiri sebagai suatu komponen yang

linier dan sebidang.

Top lateral bracings (ikatan angin atas) akan memberikan kekakuan pada

jembatan, stabilisasi terhadap batang tepi atas yang tertekan, dan juga untuk

meneruskan sebagian besar dari beban angin pada end post (portal ujung) yang

kemudian meneruskannya pada landasan.

Sway bracings diperlukan untuk mendapatkan kekakuan terhadap torsi, dan ia

biasanya dipasang pada bidang vertikal di sebelah atas jembatan. Sway bracings ini

bukanlah untuk menambah kekuatan suatu jembatan, tetapi terutama adalah untuk

menambah kekakuannya.


(Gambar 7)

Nama-nama bagian jembatan


Buku Ajar Struktur Baja II-BabI

Documents

Transcript of Buku Ajar Struktur Baja II-BabI