Sambungan adalah hubungan yang berfungsi untuk memperpanjang atau menambah. Sambungan diperlukan, misalnya, karena panjang atau lebar lembaran logam yang tersedia tidak mencukupi; pada pemasangan, sambungan diperlukan untuk membatasi dimensi dan berat elemen-elemen yang diangkut. Pengikat adalah lembaran logam yang menutupi putusnya sambungan. Semua hubungan lainnya, terutama yang antara batang-batang rangka pada berbagai arah dan penopang pada berbagai bidang, disebut sebagai sambungan.“
Pada sambungan biasa, pengikat dan paku keling sambungan didimensi sesuai gaya penuh. Oleh karena itu, pada sambungan normal tidak disyaratkan agar permukaan sambungan saling bersentuhan.
Bidang utama penerapan batang tarik dan batang tekan (yakni batang lurus yang terutama dibebani oleh gaya normal) adalah rangka batang. Pembahasan dalam bagian ini mengabaikan bahaya tekuk pada batang tekan. Mula-mula akan dibahas kekuatan statik.
Pengurangan lubang pada batang tarik
Daya dukung: Keadaan tegangan pada batang tarik mengalami perubahan lokal yang signifikan akibat lubang/bukaan. Dalam daerah proporsional, distribusi tegangan pada penampang yang melemah sesuai (gambar 1). Tegangan memanjang terbesar pada batang persegi panjang menurut A. Henning adalah:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Gbr. 1 - Tegangan memanjang dan melintang pada batang berlubang a) menurut A. Henning; b) menurut M. Rudeloff
Dalam kasus batas d/b = 0 untuk lamela yang sangat lebar diperoleh maxσ = 3σm dan untuk kasus yang ditunjukkan pada Gbr. 1a d/b = 1/3 adalah maxσ = 2,42 σm. Selain tegangan memanjang, terdapat juga tegangan melintang dan tegangan geser. Tegangan terbesar terdapat pada selubung lubang. Di sana terjadi deformasi permanen pertama, yaitu puncak-puncak tegangan terurai dan timbul penyamaan tegangan pada penampang. Deformasi permanen yang nyata di daerah lubang baru muncul ketika tegangan rata-rata σm pada penampang yang melemah melampaui batas luluh σFO. Pemanjangan total batang pada SF = Fm * σF hanya sedikit lebih besar daripada pada batang tanpa lubang. (Fm adalah luas penampang terlemah)
Pada percobaan tarik dengan batang ber-rivet, patah selalu terjadi pada penampang yang dilemahkan. Beban saat patah, dalam keadaan biasa, cukup tepat SB = Fn * σB. Percobaan pemutusan pada batang yang ditarik dengan lubang terbuka menunjukkan gambar patahan seperti pada gambar 2.
Gbr. 2 - Gambar patahnya batang tarik
Dalam percobaan dengan sambungan keling ditunjukkan bahwa sambungan dengan satu baris paku keling memiliki ketahanan yang lebih rendah daripada sambungan dengan beberapa baris paku keling yang tersusun berderet. Berdasarkan hal itu, tegangan rata-rata saat patah σB pada penampang efektif adalah:
Prosedur penentuan dimensi untuk batang tarik: Menurut cara perhitungan yang umum, untuk tegangan tarik rata-rata harus berlaku σm = S/Fm ≤ dozσ dan itu pada semua penampang yang relevan Fm. Pengurangan akibat lubang ditentukan untuk penampang tegak lurus dengan jumlah lubang terbanyak, dan dapat terjadi bahwa penampang patah dengan lebih banyak lubang memberikan nilai Fm yang lebih kecil (gambar 2). Dalam pengertian ini, pada profil gilas Fm dihitung dengan pengembangan. Pada penampang gabungan dilakukan dengan cara yang sama.
Perbandingan Fm/F menurut aturan umumnya berada antara 0,8 dan 0,9, yaitu pengurangan lubang ΔF = F – Fm sebesar 10% hingga 20% dari seluruh penampang F batang. Pada bangunan besar, ΔF sangat memengaruhi berat, sehingga layak mencari penampang dengan pengurangan lubang yang lebih kecil.
Deformasi: Pertambahan panjang elastis batang tarik dengan lubang hampir tidak lebih besar dibandingkan batang sejenis tanpa lubang. Pertambahan panjang total sambungan hampir sama dengan pertambahan panjang lamela yang disambung. Karena itu, untuk perhitungan deformasi konstruksi baja cukup ditentukan pertambahan panjang elastis dengan nilai E dan F dari batang yang tidak dilemahkan. Keamanan terhadap luluh pada batang yang dilemahkan lebih besar daripada, misalnya, pada batang tekan.
Distribusi gaya pada paku keling
Gbr. 3
Distribusi gaya S pada batang ke masing-masing keling sambungan bergantung pada sifat elastisnya, sehingga bersifat “tak tentu secara statis”. Dalam kasus pada gambar 3 distribusi N1, N2, … bergantung pada deformasi keling dan pelat yang disambung, dan berubah sesuai perbandingan Fpengikat/Fbatang. Untuk Fpengikat ≠ Fbatang, gaya ujung pada keling tidak lagi sama besar (gbr. 50a). Dengan menurunnya perbandingan Fpengikat/Fbatang, Nn menjadi lebih kecil, N1 mendekati S. Penyambungan lamela dengan tebal yang sangat berbeda (gbr. 4b) tidak tepat karena kelebihan beban pada keling pertama.
Gbr. 4 - Pembebanan paku keling untuk Fštap > Fpodvezice
Lamel dan pengikat kaku, hanya paku keling yang elastis (gambar 5a). Maka semua paku keling mengalami pembengkokan yang sama, semua gaya pada paku keling harus sama.
Paku keling kaku, hanya pelat dan batang pengikat yang elastis (gambar 5b). Karena pertambahan panjang pada batang dan batang pengikat antara paku keling pertama dan terakhir harus sama, maka diperoleh N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, kecuali N1 = S * x1.
Gbr. 5
Distribusi gaya yang sebenarnya berada di antara kedua kasus batas ini. Jika beban meningkat, mula-mula pada keling ujung timbul deformasi permanen, keling yang paling besar bebannya menjadi lebih ringan dan distribusi gaya menjadi semakin merata. Setelah terjadi deformasi yang lebih besar, distribusi gaya mendekati kasus ketika lamela dan pengikat silang kaku, yaitu gaya pada keling hampir semuanya sama besar, apabila gaya geser keling menjadi acuan.
Beban saat runtuh: Cara pemasangan paku keling hampir tidak berpengaruh terhadap τBV. Kekuatan geser τBV sambungan praktis tidak bergantung pada jumlah paku keling, susunannya, bentuk sambungan berpaku keling; beban saat runtuh dalam pendekatan yang baik sesuai dengan pembebanan merata pada semua paku keling. Pernyataan yang sama juga berlaku untuk sambungan baut biasa, sehingga dapat disimpulkan bahwa tahanan terhadap slip tidak berpengaruh berarti terhadap daya dukung.
Perancangan: Pada konstruksi baja dan batang yang diberi beban sentris, perhitungan dilakukan dengan distribusi merata, yaitu N = S/n untuk setiap paku keling. Karena pada sambungan yang panjang paku keling pertama sudah cepat mengalami beban lebih, maka lebih dari 6 paku keling yang berderet sebaiknya dihindari.
Tahanan terhadap geser: Geser pada sambungan sudah muncul pada beban yang relatif kecil. Tahanan terhadap geser terutama bergantung pada gaya prategang, yang berubah oleh banyak pengaruh. Hal ini diabaikan dalam perancangan sambungan dengan paku keling dan baut yang selama ini umum dipakai. Ditekankan penggunaan sambungan dengan baut mutu tinggi.
Distribusi gaya pada paku keling menurut lebar: Pada jarak paku keling yang sama tegak lurus terhadap arah gaya (gbr. 6a), pada masing-masing paku keling terdapat jalur penampang a dengan lebar yang sama, sehingga pada pendekatan pertama gaya pada paku keling N = a t σ sama besarnya. Distribusi pada jarak paku keling yang tidak sama adalah tak tentu secara statis; untuk kasus pada gbr. 6b, distribusi dilakukan menurut hukum tuas.
Gbr. 6
Batang tarik
Lanjutan: Sambungan dengan pengikat simetris (gambar 3 dan 4). Gaya S pada batang di tempat sambungan harus ditahan hanya oleh pengikat. Sambungan paku keling pada sambungan juga harus didimensi berdasarkan S, karena mereka harus meneruskan seluruh gaya dari batang yang disambung ke pengikat.
Sambungan dengan penutup satu sisi terikat dengan tegangan lentur tambahan yang signifikan pada pelat yang disambung, penutup, dan paku keling. Penutupan sambungan satu sisi karena deformasi yang besar hanya diterapkan ketika (sl. 7) batang kaku terhadap lentur atau ketika ditahan dari samping sedemikian rupa sehingga tidak dapat melengkung.
Gbr. 7
Sambungan tidak langsung – Bila pengikat tidak dapat terletak langsung pada pelat yang disambung, baut keling dan pelat mengalami tegangan lentur yang jauh lebih besar. Karena itu, sesuai jumlah lapisan antara m dipilih jumlah n’ baut keling yang lebih besar daripada jumlah n pada penutupan sambungan secara langsung.
Gbr. 8
Pada penampang gabungan, pengikat disusun sedemikian rupa agar puncak tegangan lokal dapat dihindari, karena itu luas masing-masing pengikat ditentukan sesuai dengan luas bagian penampang yang mereka tutupi, sebisa mungkin dengan mempertahankan posisi titik berat. Distribusi luas pengikat yang menyimpang dari hal tersebut berkaitan dengan perubahan distribusi tegangan. Pada gambar 9 ditunjukkan sambungan batang satu dinding, pada gambar 10 batang dua bagian dengan 4 pelat vertikal dan satu sisi di antara siku.
Gbr. 9
Gbr. 10
Sambungan: Untuk sambungan batang tarik pada dasarnya berlaku hubungan yang sama seperti untuk penyambungan. Percobaan menunjukkan keunggulan besar dari pemasukan gaya secara simetris. Pada sambungan satu sisi, terjadi pembengkokan yang kuat dalam arah memanjang dan melintang (gbr. 11). Meskipun timbul tegangan lentur tambahan yang besar, batang L dan C yang disambung satu sisi dapat dimanfaatkan hampir sepenuhnya. Kapasitas dukung suatu sambungan dapat turun hingga setengahnya bila tidak diambil langkah-langkah untuk menyeimbangkan momen lentur tambahan.
Gbr. 11
Untuk penutupan sambungan jangan menggunakan pelat simpul, untuk itu perlu disediakan penutup khusus. Sambungan ke pelat simpul dipermudah bila sebagian besar penampang batang berada pada bidang pelat simpul.
Gbr. 12 - Sambungan dengan dan tanpa siku sambung
Batang tekan
Untuk penyambungan dan penghubungan batang tekan berlaku prinsip yang sama seperti untuk batang tarik, dan pada keduanya gaya total dipindahkan oleh paku keling dan pengikat, yaitu berdasarkan luas penuh F batang ditentukan Fpengikat dan Fs, masing-masing Fl. Pada umumnya bidang-bidang sambungan tidak dipasang rapat. Dalam konstruksi baja gedung, pada kolom yang menerus melalui beberapa lantai dan hanya dibebani tekan, digunakan kemungkinan sambungan lewat dengan penutup sambungan yang lebih kecil. Daya dukung batang tekan habis, jika sebelum itu tidak terjadi kasus ketidakstabilan, paling lambat saat mencapai batas luluh karena pada saat itu timbul deformasi besar dan batang mengalami tekuk lateral. Lubang-lubang yang terisi paku keling tidak memiliki pengaruh yang dapat ditentukan terhadap perilaku batang.
Kekuatan lelah sambungan keling
Untuk kekuatan lelah sambungan keling, terutama yang menentukan adalah puncak tegangan yang terjadi pada lubang. Kekuatan lelah sudah sangat berkurang bahkan oleh lubang itu sendiri. Batang dengan lubang terbuka patah dalam pengujian lelah tarik pada penampang yang melemah, dan patah lelah itu bermula dari retakan di tepi lubang, yang terus menjalar semakin jauh melalui penampang. Karena itu lubang yang halus sangat penting. Pada gambar 13 ditunjukkan kekuatan lelah batang pipih pada berbagai kelas (di sebelah kanan adalah kelas baja yang lebih tinggi). Pada pembebanan awal yang lebih besar σu kedua bahan menahan kekuatan lelah σDz di atas batas luluh. Amplitudo tegangan untuk kedua kelas kira-kira sama.
Gbr. 13 - Kekuatan lelah σDz
Untuk pembebanan bolak-balik tarik dan tekan pada sambungan paku keling, pada dasarnya berlaku hubungan yang serupa seperti pada pembebanan searah. Perlu dicatat bahwa amplitudo tegangan pada pembebanan bolak-balik kira-kira sebesar 1,5 kali (gambar 14), tetapi paku keling dalam pembebanan ini secara jelas lebih terancam dibandingkan pada pembebanan searah.
Gbr. 14 - Kekuatan lelah tarik pada sambungan paku keling