Analisis struktur: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Fitur saranan suntingan: 3 pranala ditambahkan. |
|||
| (16 revisi perantara oleh 13 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
{{Two other uses|studi struktural di bidang teknik|penggunaan ilmu sosial|strukturalisme}}
<ref name=":0" />'''Analisis struktur''' merupakan ilmu untuk menentukan efek dari beban pada struktur fisik dan komponennya. Adapun cabang pemakaiannya meliputi analisis bangunan, [[jembatan]], [[perkakas]], [[mesin]], tanah, dll. Analisis struktur menggabungkan bidang [[mekanika teknik]], [[teknik material]] dan [[matematika teknik]] untuk menghitung [[deformasi]] struktur, [[gaya (fisika)|kekuatan]] internal, tegangan, [[tekanan]], reaksi tumpuan, percepatan, dan [[stabilitas]]. Hasil analisis tersebut digunakan untuk memverifikasi kekuatan struktur yang akan maupun telah dibangun. Dengan demikian analisis struktur merupakan bagian penting dari [[teknik struktural|desain rekayasa struktur]].
== Sejarah ==
[[Berkas:Discorsi Festigkeitsdiskussion.jpg|
Sejarah analisis struktur lahir dari ilmu [[mekanika]] yang merupakan cabang dari [[fisika]]. Tulisan tertua yang berisi ilmu ini dibuat oleh [[Archimedes]] (287-212 SM) yang membahas prinsip pengungkit dan prinsip kemampuan mengapung. Kemajuan yang besar diawali oleh hukum kombinasi vektor gaya oleh Stevinus (1548-1620), yang juga merumuskan sebagian besar dari prinsip-prinsip statika. Penyelidikan tentang lentur pertama kali dilakukan [[Galileo Galilei]] (1564-1642) namun baru dipecahkan dengan baik oelh [[Auguste Coloumb]] (1736-1806). Robert Hooke (1635 - 1703) menemukan kelakuan material yang dikenal dengan [[hukum Hooke]] sebagai dasar dari ilmu elastisitas. Metode kerja maya dikembangkan awalnya oleh Leibnitz untuk menyelesaikan masalah mekanika biasa. Selanjutnya pendekatan ini benar-benar sangat berguna dan penggunaannya diperluas dalam berbagai kasus. Berbeda dengan ilmuwan lain yang menekankan persamaan analitik, Christian Otto Mohr (1835–1918) mengembangkan metode grafis yang antara lain lingkaran Mohr (untuk menentukan tegangan), dan diagram Williot-Mohr (untuk menentukan perpindahan truss). Tokoh lain yang terlibat dalam perkembangan ilmu analisis struktur awal diantaranya, Marotte, D'Alembert, [[Euler]] (teori balok dan tekuk), Navier, Bernoulli (teori balok), [[Maxwell]] (Prinsip Maxwell), Betti (hukum Betti), St. Venant (torsi), Rayleigh, dan Castigliano (teori defleksi). Teori balok Euler-Bernoulli dibuktikan kebenarannya dengan diselesaikannya pembangunan [[Menara Eiffel]] di Paris. Sebelumnya teori itu hanya dibahas oleh para ilmuwan semata.
== Elemen struktur ==
Sebuah sistem struktur merupakan gabungan antara elemen struktur dengan bahannya. Sangat penting bagi insinyur untuk mengklasifikasi struktur baik bentuk maupun fungsi dengan mengenali berbagai elemen yang menyusun struktur tersebut. Elemen struktur diantaranya
[[Berkas:Beam bending.png|
Sebuah balok langsing yang diberi perletakan sederhana akan menghasilkan lenturan. Sebutan masalah lentur diartikan pada studi mengenai tegangan dan deformasi yang timbul pada elemen yang mengalami aksi gaya. Umumnya tegak lurus pada sumbu elemen sehingga salah satu tepi serat mengalami perpanjangan dan tepi serat lainnya mengalami penyusutan.
Persamaan sederhana untuk menentukan tegangan lentur pada balok dengan perletakan sederhana adalah
:<math>{\sigma}= \frac{M y}{I_x}</math>
dimana
* <math>{\sigma}</math> adalah tegangan lentur
* ''M'' - momen pada sumbu netral
* ''y'' - jarak tegak lurus sumbu netral ke tepi
* ''I''<sub>''x''</sub> - [[momen inersia]] luasan pada sumbu netral ''x''.
Selain dinding pemikul beban, kolom juga merupakan elemen vertikal yang sangat banyak digunakan. Umumnya kolom tidak mengalami lentur secara langsung dikarenakan tidak ada beban tegak lurus pada sumbunya. Kolom dikategorikan bedasarkan panjangnya. Kolom pendek adalah kolom yang kegagalannya berupa kegagalan material (ditentukan oleh kekuatan material). Kolom panjang adalah kolom yang kegagalannya ditentukan oleh tekuk, jadi kegagalannya adalah kegagalan
Membran adalah suatu struktur permukaan fleksibel tipis memikul beban terutama melalui proses tegangan tarik. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur dibebani. Selain itu struktur ini sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin. Efek ini dapat menyebabkan fluttering (getaran). Penstabilan bisa dilakukan dengan memberi gaya pra-tegang.
Cangkang adalah bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta mempunyai permukaan yang lengkung. Beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane) permukaan tersebut.
== Tipe struktur ==
Kombinasi elemen struktur dan material yang menyusunnya disebut sebagai suatu sistem struktur. Setiap sistem dibangun dari satu atau lebih dari keempat tipe dasar struktur.<ref>Hibbeller, R.C, 1999, '''
[[Berkas:Hancock tower 2006.jpg|jmpl|
=== Truss ===
Truss terdiri dari ikatan elemen balok tegangan tarik dan elemen kolom pendek dan biasanya berbentuk segitiga. Truss bidang disusun dari elemen-elemen yang berada pada bidang yang sama (2 matra) dan
=== Kabel ===
Baris 47:
Kabel umumnya digunakan untuk tujuan seperti menopang gelagar jembatan dan atap bangunan. Bila digunakan untuk tujuan ini, kabel memiliki suatu keuntungan dibandingkan balok dan truss khususnya untuk bentang melebihi 50 meter. Karena mereka berlaku sebagai tegangan tarik, kabel-kabel tidak akan menjadi stabil dan runtuh secara mendadak seperti yang biasa terjadi pada balok atau truss. Dalam aspek biaya, truss akan membutuhkan biaya tambahan dalam konstruksinya dan terjadi peningkatan ketinggian akibat bentang yang meningkat. Penggunaan kabel-kabel pada sisi lain dibatasi hanya oleh berat dan metode-metode penggantungan.
=== Lengkungan ===
Lengkungan atau busur (''Arch'') mencapai kekuatannya dalam tegangan mampat, karena ia memiliki suatu bentuk kurva yang berlawanan dibandingkan dengan kabel. Lengkungan meskipun harus dimampatkan agar dapat menjaga bentuknya dan akibatnya pembebanan sekunder seperti gaya geser dan momen, harus dipertimbangkan dalam desainnya. Lengkungan
=== Kerangka ===
Kerangka-kerangka (''Frames'')
=== Struktur bidang permukaan ===
Struktur bidang permukaan dibuat dari suatu bahan yang memiliki ketebalan yang sangat tipis dibandingkan dengan ukuran dimensi lainnya.
Struktur bidang permukaan bisa juga dibuat dari bahan kaku seperti beton pratekan atau ''ferro-semen''. Sebagaimana mereka bisa dibentuk sebagai pelat lipatan, silinder, atau parabola hiperbolik dan disebut pelat tipis atau cangkang. Struktur ini bekerja menyerupai kabel atau lengkungan karena mereka pada pokoknya menopang beban-beban dalam bentung tegangan tarik atau mampatan (tekanan) dengan pembengkokan yang sangat kecil. Struktur ini rumit dianalisis kecuali dengan bantuan komputer dengan metode elemen hingga.
== Beban ==
[[Berkas:Jembatan Truss Dutch Leupung.JPG|
Setelah dimensi dari struktur itu diketahui, sangat penting kemudian menentukan beban apa saja yang ditanggung dari struktur. Beban disain biasanya dispesifikasi oleh peraturan bangunan yang berlaku. Untuk wilayah hukum Indonesia digunakan [[SNI]] 03 1727
Ada dua jenis beban pada struktur yang harus dipertimbangkan dalam desain. Tipe pertama ini disebut dengan '''Beban mati''' yang merupakan berat dari kumpulan setiap anggota struktur maupun berat objek benda yang ditempatkan secara permanen. Sebagai contoh, kolom, balok, balok penopang (girder), pelat lantai, dinding, jendela, ''plumbing'', alat listrik, dan lain sebagainya.
Kedua adalah '''Beban hidup''', yang mana beban yang bergerak atau bervariasi dalam ukuran maupun lokasi. Contohnya adalah beban kendaraan pada jembatan, beban pengunjung pada gedung, beban hujan, beban salju, beban ledakan, beban gempa, dan beban alami lainnya.
=== Beban angin ===
Bila struktur merintangi aliran angin, [[energi kinetik]] angin dikonversikan ke dalam energi potensial tekanan, yang menyebabkan terjadinya suatu pembebanan angin. Efek angin pada struktur bergantung pada kerapatan dan kecepatan udara, sudut datang angin, bentuk dan kekakuan struktur dan kekesaran permukaannya. Pembebanan angin bisa ditinjau dari pendekatan [[statik]] maupun [[dinamik]].
=== Beban gempa ===
[[Gempa bumi]] menghasilkan pembebanan pada suatu struktur melalui interaksi gerakan [[tanah]] dan karakteristik respon struktur. Pembebanan ini merupakan hasil dari distorsi struktur yang disebabkan oleh gerakan tanah dan kekakuan struktur. Besarnya bergantung pada banyak dan tipe percepatan gerak tanah, masa dan kekakuan struktur. Pembebanan dan analisis gempa di Indonesia merujuk pada SNI 03 1726
=== Tekanan Hidrostatik dan Tekanan Tanah ===
Bila struktur-struktur digunakan untuk menahan [[air]], tanah atau materi glanural, tekanan yang dihasilkan oleh beban-beban ini menjadi suatu kriteria desain yang penting. Contohnya adalah bendungan atau dinding penahan (''retaining wall''). Disini hukum-hukum [[hidrostatik]] dan [[mekanika tanah]] dipakai untuk menentukan pembebanan struktur.
== Stabilitas struktur ==
Pada struktur stabil, deformasi yang diakibatkan beban pada umumnya kecil dan gaya dakhil (internal) yang timbul dalam struktur mempunyai
Sebagai contoh, bayangkan tiga buah balok disusun membentuk rangka segiempat. Berikan gaya horizontal diujung rangka atas balok tersebut. Maka lama kelamaan rangka itu roboh. Salah satu cara untuk membuatnya lebih stabil dengan ''bracing'' atau mengisinya dengan dinding. Selain dengan yang disebutkan tadi, ketidakstabilitas struktur bisa diakibatkan juga oleh kelemahan kolom yang diakibatkan tekuk maupun efek ''P-Delta''.
== Metode analisis ==
[[Berkas:Cremona triangle simple.svg|ka|
Untuk bisa menghasilkan analisis yang akurat, insinyur struktur harus memperoleh informasi mengenai beban struktur, [[geometri]], kondisi tumpuan, dan sifat bahan. Hasil dari analisis biasanya berupa reaksi tumpuan, [[tegangan]], geser, momen, puntir, dan perpindahan. Informasi ini kemudian dibandingkan dengan kriteria kondisi kegagalan. Analisis struktur lanjutan menyertakan respon [[dinamika]], stabilitas dan perilaku non-linier. Ada dua pendekatan analisis yang umum yang
Pendekatan analitik untuk menganalisis kerangka atau balok elastis diantaranya adalah
* Metode Cross
* Metode Takabeya
Baris 91:
* Metode defleksi kemiringan(''slope deflection'').
Sedangkan untuk menganalisis kestabilitas struktur (kemantapan kolom) diantaranya
* Metode [[tekuk]] Euler
* Teori modulus ganda
Baris 98:
* Metode energi
Analisis pelat
* Teori Khirchoff-Love
* Teori Mindlin-Reissner
* Teori Reissner–Stein
Dengan pendekatan grafis
* Metode Cremona
* Diagram defleksi Williot-Mohr
Baris 109:
=== Analisis dengan bantuan komputer ===
[[Berkas:3d.JPG|
Hingga akhir tahun 1950an, analisis beberapa tipe struktur tak-tentu panjang dan rumit. Analisis struktur dengan banyak sambungan dan anggota (truss ruang, contohnya) memerlukan beberapa bulan perhitungan oleh tim insinyur berpengalaman. Itupun perlu banyak asumsi yang disederhanakan sehingga hasilnya kadang justru menimbulkan keraguan. Sekarang, program komputer yang tersedia bisa membuat pekerjaan lebih cepat dan akurat. Beberapa pengecuali tetap ada. Jika struktur memiliki bentuk yang tidak lazim dan komplek seperti dinding tebal wadah nuklir atau lambung kapal selam, analisis komputer akan lebih rumit dan memakan waktu yang banyak.
Kebanyakan program komputer ditulis untuk analisis orde-pertama, dimana diasumsikan (1) kelakuan linear-elastis (2) anggota tidak memiliki efek akibat deformasi (3) tidak ada pengurangan kekakuan akibat beban tekan.
Program analisis struktur ditulis bedasarkan metode elemen hingga. Contohnya adalah Frame3DD, SAP2000 dan ETABS.
| |||