Dasar-dasar struktur baja

Catatan profesional penting: Ini adalah teks pendidikan arsip, bukan spesifikasi desain terkini, penghitungan statis, bukti kapasitas muatan, atau petunjuk pembuatan dan perakitan. Perancangan struktur baja harus mencakup tindakan nyata, sambungan, stabilitas, kelelahan, kebakaran, korosi dan semua kondisi relevan lainnya sesuai dengan peraturan dan standar yang berlaku, dengan tanggung jawab perancang yang berwenang.

Desain dan konstruksi struktur baja bukan bagian dari penawaran umum Savo Kusić saat ini. Fokus produksi saat ini terdiri dari jendela kayu, jendela kayu-aluminium dan pintu custom.

Struktur baja memiliki ciri umum yaitu sebagian besar terbuat dari baja canai panas. Penyambungan dilakukan dengan menggunakan paku keling, sekrup atau las. Ini mencakup struktur baja untuk jembatan, bangunan, industri dan pertambangan, teknik hidrolik, pilar, menara, tangki, dalam arti yang lebih luas dan untuk crane, pembuatan kapal, boiler, dll. Fokus dari presentasi berikut adalah pembahasan konsep dasar.

Bahan

Bahan konstruksi utama konstruksi baja adalah profil canai dari baja mutu konstruksi S235, S275, S355, S420, S450. Tergantung pada standarnya, ada beberapa jenis baja konstruksi yang berbeda, di mana angka dalam klasifikasi biasanya menunjukkan kekuatan tarik baja tersebut. Terdapat beberapa simbol huruf, dimana dalam hal ini S merupakan singkatan dari baja struktural. Bentuk yang paling umum digunakan adalah S, B (baja beton, tulangan) dan Y (baja prategang).

Penopang gulungan baja

Ada berbagai macam penyangga berprofil baja dan masing-masing memiliki tujuan, kelebihan dan kekurangannya sendiri.

• Profil-U
• I-profil dengan kaki sempit (IPE, IPN)
• I-profil dengan kaki lebar (HEA, HEB, HEM, HD)
• Profil berongga/kotak (bulat, persegi, persegi panjang)
• Seprai
• Produk yang dibentuk dingin (diperoleh dengan menggulung strip datar secara dingin dan memutar strip datar)

Masing-masing profil ini berbeda dalam bentuk, dimensi, tujuan, dll. Misalnya, terdapat lebih dari 20 profil IPN berbeda, yang dimensinya berbeda; profil yang lebih besar dapat lebih tahan terhadap tekuk (lentur dan torsi lateral), defleksi, dll.

Ada empat kelas baja tergantung pada apakah baja tersebut mencapai titik leleh ketika tegangan ditingkatkan, apakah analisisnya plastis atau elastis, berapa kapasitas beban penampangnya, dll. Dimana kelas pertama adalah yang terbaik dan yang keempat adalah yang terburuk. Lebih lanjut mengenai struktur dan kekuatan baja dapat dibaca di sini.

Pemerataan tegangan dan daya dukung pada beban tetap

Daya dukung. Dimensi struktur baja ditentukan sedemikian rupa sehingga deformasi permanen yang signifikan tidak termasuk. Namun, daya dukung dalam banyak kasus tidak habis sama sekali ketika tegangan komparatif tertinggi mencapai titik leleh - maka deformasi meningkat jauh lebih cepat daripada tegangan. Untuk baja struktural, ketergantungan yang sama seperti pada leleh dapat dianggap sebagai batas hukum Hooke untuk kondisi tegangan umum. Dalam keadaan tegangan homogen yang sama di setiap tempat, tidak ada perubahan yang terjadi ketika batas proporsionalitas terlampaui, kecuali deformasi total bertambah lebih cepat daripada tegangan.

Pemerataan tegangan pada saat lentur. Pada kasus pembengkokan balok, berlaku distribusi tegangan bujursangkar menurut hipotesis Navier, hingga tegangan tepi σ=M/W tidak melebihi batas proporsionalitas. Ekspansi memanjang ε = ε(σ). Hal ini berlaku setidaknya untuk tikungan kecil. Tegangan yang lebih tinggi dari tegangan proporsionalitas hanya dapat tumbuh lebih lambat dibandingkan dengan ekspansi ε. Pada gambar. 1 menunjukkan distribusi tegangan lentur untuk diagram operasi tertentu dan untuk berbagai nilai muai tepi. Oleh karena itu, luas proporsionalitas (ditandai dengan lingkaran pada semua saluran tegangan) menjadi semakin kecil dengan meningkatnya dilatasi tepi. Tegangan tepi pertama-tama dibatasi oleh σF. Hanya setelah deformasi yang sangat signifikan barulah tegangan maksimum naik melebihi σF, sehingga pengaruh tulangan baja struktural menjadi terlihat (kasus 5).

Gbr. 1 - Pemerataan tegangan lentur

Pemerataan puncak tegangan. Distribusi tegangan memanjang pada penampang melalui tengah lubang pada satu batang bor yang ditarik kira-kira sesuai dengan garis 2 pada gambar. 2. Tegangan puncak σmax bergantung pada rasio d/b. Sebagian besar berada di sekitar σmax = 2-3 σm, dimana σm = S/FM menunjukkan nilai rata-rata tegangan tarik pada bagian yang dilemahkan oleh lubang di FM. sl. 2 berlaku hingga status tegangan melebihi batas P. Pada beban yang lebih tinggi, untuk mencapai pelebaran tertentu, tegangan yang lebih rendah hanya diperlukan di dekat lubang dibandingkan menurut hukum garis lurus. Pada titik-titik yang paling tertekan, tegangan-tegangan tersebut tidak lagi meningkat secara proporsional dengan S, melainkan lebih lambat. Pada batas tersebut, distribusi tegangan longitudinal σm = σf yang kira-kira seragam akan diperoleh pada seluruh bagian 2-2. Tegangan geser dan tegangan transversal diabaikan. Terjadinya pemerataan tegangan selama kenaikan gaya S pada batang secara perlahan membuktikan bahwa metode yang biasa dilakukan pada struktur baja yang terkena beban statis dapat dibenarkan, dengan mengabaikan puncak tegangan selama pengukuran dimensi dan hanya membandingkan tegangan rata-rata σm=S/Fm pada bagian yang melemah Fm dengan nilai yang diijinkan.

Gbr. 2

Prosedur pengukuran sesuai kapasitas beban

Dengan bertambahnya beban maka terjadi pemerataan tegangan pada bagian tersebut. Dengan melakukan hal ini, tegangan-tegangan dikelompokkan kembali dari bagian yang paling diberi tekanan ke bagian yang paling sedikit diberi tekanan. Selama deformasinya tidak terlalu besar sehingga harus diperhitungkan saat menetapkan kondisi kesetimbangan, proses ini tidak dapat mengubah apa pun terhadap besarnya pengaruh S, M, dan seterusnya terhadap struktur yang ditentukan secara statis.

Tumpuan kontinu dan rangka: berdasarkan asumsi hukum Hooke, garis momen yang ditunjukkan di bawah a diperoleh untuk satu tumpuan kontinu dengan penampang konstan (gbr. 3). Tegangan lentur sebanding dengan momen lentur M. Jika kedua beban bertambah sama besar, maka batas P pertama-tama akan terlampaui pada tumpuan tengah B. Batas daya dukung dicapai bila momen pembatas MDF di lapangan juga tercapai. Dalam kasus balok yang dijepit pada kedua sisi penampang simetris konstan dengan gaya terpusat (gbr. 4), pemerataan momen terjadi sejak awal. Ketika batas P terlampaui, tidak ada perubahan distribusi momen. Sebaliknya, dalam kasus beban yang didistribusikan secara merata (gbr. 5), pemerataan momen menyebabkan pengurangan momen jepit dari -2/3 Mo menjadi -1/2 Mo.

Gbr. 4

Gbr. 3 dan sejenisnya. 5, masing-masing: momen lentur: a) sebelum, b) keadaan batas setelah pengelompokan kembali gaya; a) sebelum, b) setelah pemerataan momen

Konstruksi kisi: dengan rangka batang tak tentu statis internal, terdapat ketergantungan serupa dengan konstruksi rangka. Tegangan sekunder, yang berhubungan dengan simpul yang kaku dalam lentur, dapat diabaikan pada perkiraan pertama ketika mengevaluasi kapasitas beban. Bagian yang diplastisisasi mempunyai fungsi yang mirip dengan sambungan, sehingga aksi statis gelagar di bawah beban ultimit yang masih dapat dipikulnya mendekati aksi statik rangka ideal dengan sambungan pada simpulnya. Dalam kasus konstruksi dengan beban berulang yang sering, dimana fenomena kekuatan lelah harus diperhitungkan, oleh karena itu terdapat keraguan besar terhadap pertimbangan pemerataan gaya selama pengukuran dimensi. Sebaliknya, secara praktis penting untuk menyimpulkan pengaruh perpindahan tumpuan. Karena kekuatan kerja masing-masing elemen struktur hanya bergantung pada batas tegangan, dan bukan pada besarnya deformasi total, perpindahan tumpuan tidak berpengaruh pada daya dukung.

Beban bolak-balik: asumsi kasus beban konstan jarang terwujud. Pada balok penopang jembatan, terdapat kondisi beban yang bervariasi. Asumsi tentang gaya dan distribusi tegangan pada elemen struktural individu, yang disederhanakan, adalah umum dalam pekerjaan praktis dengan struktur baja, menurut yang sebelumnya, mereka dibenarkan dalam keadaan biasa. Hal ini terutama berlaku untuk mengabaikan puncak tegangan lokal. Tidak disarankan untuk menerapkan metode pengukuran dimensi berdasarkan kapasitas beban pada pembebanan lelah (dinamis). Oleh karena itu, prosedur pengukuran dimensi berdasarkan kapasitas beban terbatas pada kasus beban statis yang dominan, khususnya pada konstruksi di industri bangunan. Dalam kasus lain, di mana perhatian harus diberikan pada munculnya kelelahan, deformasi yang signifikan harus disingkirkan dan teori elastisitas dijadikan dasar. Pada saat yang sama, seseorang harus berusaha untuk mencapai jarak yang cukup jauh dari titik leleh. Ketangguhan baja konstruksi kemudian memberikan keamanan tambahan.

Stres bergantian

Peregangan dingin dan penuaan: Pada gambar. 6 diterapkan garis pelebaran tegangan pada batang bundar yang terkena tegangan tarik dan tekan bolak-balik. Proses pemuatan individual ditandai dengan angka sesuai urutannya. Dilatasi elastis yang kembali pada saat pelepasan beban juga terjadi setelah regangan besar sebanding dengan tegangan. Saat tanda tegangan diubah, batas P hampir hilang seluruhnya. Oleh karena itu, sifat elastis baja konstruksi yang ditarik dalam keadaan dingin tidak sesuai dengan nilai aslinya. Tergantung pada pengolahan sebelumnya, perbedaan yang cukup signifikan dapat terlihat.

Gbr. 6

Seiring dengan itu, muncul lebih banyak tanda penuaan. Istilah ini mencakup semua perubahan properti yang terjadi seiring waktu tanpa pengaruh eksternal. Penuaan regangan dapat diamati setelah deformasi permanen akibat peregangan dingin. Jika benda uji yang diregangkan secara permanen dibiarkan selama beberapa waktu tanpa beban pada suhu kamar, kekuatan tarik dan, pada tingkat yang lebih rendah, kekuatan sobek akan meningkat di atas nilai aslinya, sedangkan perpanjangan putus menurun (Gbr. 7). Proses penuaan berlangsung selama berhari-hari, namun berkurang menjadi beberapa jam atau hanya beberapa menit, jika baja struktural dipanaskan hingga sekitar 300 oC. Perlu juga disebutkan bahwa penuaan regangan terjadi bersamaan dengan regangan, jika hal ini terjadi pada suhu. 200 – 400 oC, yaitu pada daerah berpendar biru.

Gbr. 7 - a) garis pemuaian batang berbeban ganda; b) garis pelebaran batang yang diregangkan dalam keadaan dingin

Tindakan selanjutnya dan histeresis: Pada bahan yang sepenuhnya elastis, terdapat ketergantungan timbal balik yang jelas antara keadaan tegangan dan deformasi, sehingga tegangan tertentu selalu berhubungan dengan deformasi yang sama dan sebaliknya. Dengan hukum elastisitas tertentu, deformasi tidak bergantung pada waktu yang telah berlalu sejak beban diterapkan, dan juga tidak bergantung pada cara beban diterapkan. Penyimpangan dari perilaku elastis murni dapat dijelaskan dalam dua derajat pendekatan: di daerah elastis terdapat penyimpangan kecil; mereka dapat diabaikan pada perkiraan pertama. Tegangan tersebut dapat ditentukan dengan pengukuran yang akurat, terutama bila membandingkan tegangan yang mendekati batas elastis. Artinya, dilatasi tidak hanya merupakan fungsi tegangan, tetapi dengan siklus beban tertutup dan tegangan yang sama, selalu sedikit lebih kecil pada saat pembongkaran dibandingkan pada saat pembebanan. Penyimpangan dari elastisitas penuh, mis. perbedaan antara pemuaian yang bersesuaian pada tegangan yang sama disebut histeresis elastis. Jika siklus beban diulang lebih sering, ini diperoleh pada tegangan yang tidak terlalu tinggi - histeresis atau redaman loop tertutup. sl. 8 menunjukkan loop redaman untuk berbagai nilai beban AC. Lebar loop meningkat pesat seiring dengan tinggi tegangan. Luas loop sebanding dengan usaha deformasi, yang hilang pada setiap siklus dan diubah menjadi panas. Selain itu, deformasi bervariasi tidak hanya dengan tinggi tegangan tetapi juga dengan waktu, hal ini bergantung pada kecepatan dan metode pembebanan. Bagian deformasi yang bergantung pada waktu disebut efek samping. Histeresis dan efek samping terjadi secara bersamaan. Biasanya, baja tersebut tidak memiliki kepentingan praktis untuk jenis baja konstruksi yang terdapat pada struktur baja pada suhu kamar.

sl. 8

Catatan Aplikasi: Penunjukan bahan historis, asumsi, diagram dan prosedur dalam teks tidak boleh digunakan sebagai pengganti standar saat ini, karakteristik produk spesifik, model perhitungan dan verifikasi ahli dari keseluruhan konstruksi.