Daya dukung balok pada hampir semua kasus dibatasi oleh tekuknya sayap tekan. Hal ini baru muncul ketika batas luluh telah tercapai setelah tegangan merata di seluruh kaki tekan. Hanya dengan penyangga lateral yang kuat tegangan tepi yang dapat ditahan dapat dinaikkan hingga wilayah penguatan baja konstruksi. Dalam menilai daya dukung, distribusi tegangan yang sebenarnya harus diperhitungkan. Dengan asumsi distribusi tegangan garis lurus, daya dukung akan diremehkan. Gejala ketidakstabilan harus diperiksa secara khusus.
Pengurangan lubang pada elemen penopang yang dibebani lentur
Pada sisi tarik balok terjadi pelemahan penampang seperti pada batang tarik (robeknya sayap tarik pada penampang yang melemah). Untuk penolakan lubang dalam pengertian ini berlaku aturan yang sama seperti untuk batang tarik.
Karena lubang yang diisi paku keling pada sisi tekan balok sangat sedikit memengaruhi distribusi tegangan dan deformasi, dan daya dukung sebagian besar dibatasi oleh tekuk lateral dari sayap tekan, besar pelemahan penampang pada balok berpenampang simetris tidak berpengaruh besar terhadap beban yang mampu ditahan. Oleh karena itu, F. Hartmann telah mengajukan pertanyaan apakah pada balok simetris perlu sama sekali memperhitungkan pelemahan oleh lubang. Pada penampang tak simetris (sisi tekan lebih kuat), pengurangan akibat lubang pada sisi tarik balok dapat menjadi faktor penentu daya dukung. Pada beban yang sering berulang, lubang memiliki pengaruh yang besar, bahkan bila terletak pada jarak yang lebih besar dari serat tepi.
Saat ini, dalam perhitungan daya dukung penampang terhadap lentur digunakan penampang bruto dan neto (di samping bentuk kegagalan lain yang relevan). Kegagalan pada penampang bruto terjadi pada bagian penampang yang tidak dilemahkan oleh lubang. Kegagalan pada penampang neto terjadi pada penampang yang dilemahkan oleh lubang, dan luas yang diperhitungkan adalah luas bruto dikurangi luas semua bukaan.
Paku keling pada leher dan pada kepala
Pada pembengkokan, selain tegangan normal, timbul juga tegangan geser yang pada balok dengan sayap sejajar sebanding dengan gaya transversal Q. Pada penampang komposit, tegangan geser pada bidang kontak antara masing-masing profil canai diterima oleh paku keling yang menghubungkannya. Distribusi gaya geser T pada badan adalah parabolik, sedangkan pada sayap hampir garis lurus. Pada balok dengan sayap berat, T di badan sedikit berbeda dari nilai rata-rata Tm, yang sering kali sudah cukup untuk penilaian awal.
Gbr. 1
Paku keling pada kepala (gambar 1b) bersama-sama harus menahan gaya pasak TK < TH. Gaya pasak di antara lamela sabuk yang satu dan yang lain masih lebih kecil dan pada kasus pada gambar 1c didistribusikan ke sejumlah paku keling yang lebih besar.
Sambungan balok
Sambungan memanjang pelat vertikal diperlukan bila tinggi pelat lebih besar daripada lebar pelat yang tersedia. Hal ini juga dapat diperlukan berkaitan dengan pembuatan dan transportasi. Pengikat dan paku keling pada sambungan memanjang suatu penopang harus menahan gaya TL yang sama, yang akan dimiliki pelat tanpa sambungan pada sambungan memanjangnya. Karena pelemahan oleh lubang pada pengikat sama besarnya seperti pada pelat vertikal, tebal pengikat harus lebih besar atau sama dengan tebal rusuk.
Gbr. 2 - Sambungan memanjang lembaran vertikal
Sambungan melintang yang dibebani lentur dapat ditutup dengan berbagai cara oleh sambungan pelat penutup. Gbr. 3 menunjukkan beberapa kemungkinan sambungan bengkel, di mana hanya pelat vertikal yang disambung. Jika pelat penutup hanya berada di antara siku-siku sayap (gbr. 3a), maka tetap ada jalur pelat vertikal yang tidak tertutup di bawah siku-siku sayap. Dalam hal ini siku-siku dan paku keling di area sambungan pelat vertikal menerima beban yang jauh lebih besar, sehingga jenis sambungan ini harus dibatasi pada sambungan yang kurang penting dengan gaya kecil. Sambungan yang tertutup sepenuhnya selalu harus diutamakan. Pelat penutup khusus pada lengan vertikal siku-siku menerima tegangan memanjang dari jalur ini, tetapi hanya sedikit berkontribusi dalam menerima gaya geser. Perbaikan tertentu dalam hal ini ditunjukkan pada gbr. 3c. Pada gaya besar harus diupayakan pelat penutup sepanjang seluruh tinggi pelat vertikal (gbr. 3d), yang mengandaikan bahwa siku-siku sayap harus diputus. Pelat penutup dibuat setebal lengan siku-siku; pada ketebalan siku-siku yang besar digunakan pelat perata untuk menghemat kelebihan tebal pelat penutup.
Sl. 3 - Sambungan melintang (bengkel) pelat vertikal
Sambungan pelat vertikal di bawah beban gaya geser: Balok pada lokasi sambungan hanya dibebani oleh Q (M = 0). Untuk sambungan dengan jarak paku keling yang sama (gambar 4) harus diasumsikan bahwa gaya pada paku keling NiQ kira-kira sesuai dengan elemen luas e*t dari sambungan sambungan tersebut, yaitu bahwa gaya pada paku keling terdistribusi seperti tegangan geser sepanjang tinggi balok, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Namun dalam perancangan dihitung dengan distribusi merata pada semua n paku keling NiQ = Q/n.
Gbr. 4 - Lanjutan pelat vertikal dengan distribusi gaya geser melintang
Gbr. 5 menunjukkan sambungan bengkel_ dari lembaran vertikal (siku penguat dan lamela diteruskan di tempat lain).
Gbr. 5
Lentur dengan gaya normal: Balok yang pada saat yang sama dibebani momen lentur dan gaya normal didesain menurut prinsip yang sama dan dengan asumsi distribusi tegangan linier. Pada pengurangan penuh paku keling di kedua sayap, penampang efektif dan posisi garis nol tidak bergantung pada kasus pembebanan, sehingga tegangan akibat M dan N dapat dijumlahkan secara sederhana. Pembebanan paku keling pada sambungan diperoleh melalui superposisi gaya dari kasus pembebanan parsial M, yaitu N.
Penyanggaan dan sambungan penopang
Di sini hanya akan dibahas yang paling umum dari sejumlah besar solusi. Saat melakukan penilaian, selalu perlu memikirkan gaya tambahan yang diperoleh dari penyimpangan terhadap perhitungan ketahanan yang lebih atau kurang diidealkan.
Penyanggaan sederhana sebuah balok pada sayap atas dari elemen bangunan lain dapat dipertimbangkan bila tersedia tinggi bangunan yang besar. Kasus normal adalah sambungan kaku dengan paku keling atau baut. Pada gambar 6 ditunjukkan penyanggaan normal gording I kontinu dalam bangunan, yang juga menghindari pengeboran pada kaki I yang sempit. Balok harus dalam kasus ini diamankan terhadap terguling serta terhadap gaya lateral (gambar 7 dan 8). Dalam pembangunan jembatan, balok sering dipasangkan (gambar 9); penyanggaan tetap balok memanjang pada balok melintang (gambar 10). Pada balok dengan gaya tumpuan yang lebih besar, balok harus diperkuat dengan siku pas atau profil yang dilas (gambar 8 hingga 10). Pada balok kompleks, beban harus disalurkan ke rusuk.
Gbr. 6 - Pemasangan kasau
Sl. 7 dan 8
Gbr. 9 dan 10
Sambungan rusuk: Pada gambar 11 dan 12 ditunjukkan sambungan balok-I, yang digunakan dalam bangunan sebagai sambungan normal. Takikan dibuat dengan radius besar, untuk menghindari pecahnya rusuk balok. Penjepitan elastis dari sambungan rusuk memberikan peningkatan tertentu pada daya dukung. Deformasi yang dijelaskan memang tidak berbahaya pada pembebanan yang terutama statis, misalnya pada jembatan tua.
Gbr. 11. - Sambungan normal balok-I dengan penampang ujung tegak lurus
Gbr. 12 - Sambungan normal dengan ujung balok-I yang dipotong
Sambungan kaku terhadap lentur dibuat ketika diperlukan sambungan tanpa perubahan sudut (penopang kontinu, sudut kaku rangka) atau ketika ada bahaya keruntuhan akibat kelelahan pada beban berubah-ubah, terutama pada jembatan rel. Dapat digunakan lamela untuk kontinuitas, sambungan kaku terhadap lentur. sudut kaku terhadap lentur, sudut rangka.
- Lembaran sambung kontinuitas – Jika perlu menyambungkan penyangga yang terletak pada bidang yang sama, maka kedua sayap atas dihubungkan dengan lembaran atau ikat kontinuitas. Dengan demikian paku keling sambungan terbebas dari gaya tarik dan deformasi besar dapat dihindari.
Gbr. 13 - Sambungan dengan lamela untuk kontinuitas
Gbr. 14 - Sambungan penyangga memanjang a) jembatan jalan tol; b) jembatan kereta api
- Sambungan kaku terhadap lentur – Jenis sambungan ini ditemukan pada konsol penuh jalur pejalan kaki pada jembatan jalan raya. Pada momen yang lebih kecil, pelat vertikalnya hanya disambungkan secara dua sisi di antara sudut pengaku balok utama. Momen yang diberikan didistribusikan melalui pengaku ke seluruh tinggi balok utama, atau dimasukkan ke dalam sayap-sayapnya sebagai pasangan gaya.
Gbr. 15 dan 16
- Sudut kaku terhadap lentur – Sudut yang kaku terhadap lentur antara kolom dan balok penghubung dalam bangunan harus dirancang sedemikian rupa sehingga sudutnya tidak berubah dan tidak terjadi kelebihan tegangan lokal apa pun. Sambungan yang andal pada sudut-sudut tersebut misalnya terbentuk menurut gambar 16 ketika digunakan pelat sayap atau menurut gambar 100 ketika momen jepit pada sabuk kolom diterima sebagai pasangan gaya.
- Sudut rangka – Pada rangka poligonal, sambungan dapat dibuat pada titik patah jika perbedaan sudut kecil; batang-batang yang disambung ditutup dengan pengikat seperti batang tarik dan batang tekan. Gaya puntir terkonsentrasi pada titik patah dan harus ditahan oleh pengaku. Pada gambar 101 perlu diperhatikan perbedaan pada penutupan sambungan dan pengaku, tergantung pada arah momen lentur dan gaya geser. Dalam kasus gaya besar dan perbedaan sudut yang signifikan, dihindari agar sambungan berada pada bagian rangka yang sangat melengkung. Sambungan di dekat sudut rangka memungkinkan bentuk konstruksi yang lebih baik dan memudahkan pembuatan. Contoh dengan sambungan universal berpasak di kedua sisi titik patah ditunjukkan pada gambar 102a dan gambar 102b, di mana sudut terdiri dari bagian yang dilas. Pada gambar 103 ditunjukkan sambungan kaku terhadap lentur pada kolom rangka dengan balok melintang kontinu.
Gbr. 17a
Gbr. 17b
Sambungan miring: Pada sambungan yang dibahas sejauh ini, rusuk-rusuk saling tegak lurus. Namun jika sudutnya tidak siku-siku, maka siku-siku (gbr. 18) diputar; pada sudut yang sangat tajam digunakan ganjal baji. Gunakan pengikat untuk kontinuitas dan potongan penopang dalam kasus yang bersangkutan seperti pada sambungan tegak lurus. Pelat sambung yang dibengkokkan (gbr. 19) terhubung dengan eksentrisitas besar dan gaya tambahan yang signifikan. Pembuatan sambungan miring dipermudah bila digunakan pelat sambung yang dilas (gbr. 20).
Gbr. 18
Gbr. 19
Gbr. 20