analisa perbandingan cellular beam dan honeycomb beam

91
Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam Dengan Program Ansys Tugas Akhir Diajukan Untuk Menempuh Dan Melengkapi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : Alvin Hogan M. Situmorang 110404105 Bidang Studi Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan 2017 Universitas Sumatera Utara

Upload: others

Post on 05-Oct-2021

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb

Beam Dengan Program Ansys

Tugas Akhir

Diajukan Untuk Menempuh Dan Melengkapi

Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh :

Alvin Hogan M. Situmorang

110404105

Bidang Studi Struktur

Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Medan

2017

Universitas Sumatera Utara

Page 2: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

i

ABSTRAK

Baja merupakan salah bahan konstruksi yang banyak digunakan. Seiring

dengan berkembangnya teknologi dalam bidang konstruksi, banyak dilakukan

variasi dalam pemanfaatan baja sebagai bahan konstruksi agar lebih dapat sesuai

kebutuhan dan ekonomis dalam biaya. Salah satu inovasi yang sering digunakan

dalam baja adalah membuat lubang pada bagian badannya untuk meningkatkan

tinggi dari profil baja. Bentuk lubang yang biasa dibentuk pada bagian badan

bervariasi. Variasi yang paling sering digunakan adalah bentuk segi enam

(honeycomb beam) dan betuk lingkaran (cellular beam).

Dalam penelitian ini, akan dibandingkan antara honeycomb beam dan

cellular beam. Kedua balok tersebut akan dibuat beberapa variasi dengan parameter

D/Do dan S/Do. Percobaan dilakukan dengan menggunakan program ANSYS.

Perbandingan dilakukan untuk mencari balok yang memiliki kemampuan yang

lebih baik dari variasi parameter pada kedua balok tersebut

Dari hasil penelitian, didapatkan bahwa variasi parameter yang paling baik

adalah D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,08 untuk honeycomb beam. Untuk cellular beam

D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,28 yang lebih baik. Lalu dari perbandingan cellular beam

dan honeycomb beam didapatkan bahwa honeycomb beam lebih baik.

Kata kunci : cellular beam, honeycomb beam, ANSYS

Universitas Sumatera Utara

Page 3: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan kesehatan dan kesempatan kepada saya, sehingga saya dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas

dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya

ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa

pihak yang berperan penting yaitu :

1. Kepada kedua orang tua saya, yang dengan penuh cinta kasih dan kesabaran

dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras

untuk selalu memenuhi kebutuhan hidup saya hingga berhasil mendapatkan

kesempatan untuk menempuh pendidikan di perguruan tinggi.

2. Kepada Bapak Ir. Torang Sitorus, MT. selaku dosen pembimbing yang telah

banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu,

tenaga dan pikiran dalam membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST, MT. selaku Ketua Departemen Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan dan Bapak Ir. Besman Surbakti, MT.,

sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara

Page 4: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

iii

6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada

saya.

7. Untuk teman – teman seperjuangan stambuk 2011 dan semua mahasiswa

Teknik Sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas

semangat dan bantuannya selama ini.

8. Seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas

dukungannya yang sangat baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari

kata sempurna. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang bersifat

membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan

terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan,

Penulis

( Alvin Hogan M. Situmorang )

Universitas Sumatera Utara

Page 5: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ................................................................................. ii

DAFTAR ISI ................................................................................................ iv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vii

DAFTAR GRAFIK ..................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ....................................................................................... x

DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 2

1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian ................................................... 3

1.4 Pembatasan Masalah .................................................................. 4

1.5 Metode Penelitian ........................................................................ 4

BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 5

2.1 Baja Struktural............................................................................. 5

2.1.1 Diagram Tegangan – Regangan Baja Struktural ................ 6

2.1.2 Sifat – Sifat Mekanisme Baja Struktural ........................... 8

2.2 Perencanaan Balok Dengan Bukaan ........................................... 9

2.3 Balok Castella ............................................................................. 11

Universitas Sumatera Utara

Page 6: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

v

2.3.1 Cellular Beam .................................................................... 12

2.3.2 Honeycomb Beam .............................................................. 15

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................. 19

3.1 Umum .......................................................................................... 19

3.2 Perencanaan Cellular Beam Dan Honeycomb Beam .................. 21

3.3 Perhitungan Inersia Cellular Beam Dan Honeycomb Beam ....... 25

3.3.1 Inersia Cellular Beam ........................................................ 25

3.3.2 Inersia Honeycomb Beam .................................................. 28

3.3 Aplikasi Yang Digunakan ........................................................... 31

3.3.1 SolidWorks ......................................................................... 31

3.3.2 Pembuatan Model .............................................................. 32

3.3.3 Teori ANSYS ..................................................................... 36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 43

4.1 Pendahuluan ................................................................................. 43

4.2 Hasil Perhitungan Inersia Balok Cellular dan Honeycomb ........ 43

4.3 Data Hasil Percobaan .................................................................. 45

4.4 Analisa Data Hasil Percobaan ...................................................... 55

4.4.1 Analisa Hasil D/Do = 1,4 .................................................. 55

4.4.2 Analisa Hasil D/Do = 1,5 .................................................. 57

4.4.3 Analisa Hasil D/Do = 1,6 .................................................. 59

4.5 Perbandingan Cellular Beam Dan Honeycomb Beam ................. 61

Universitas Sumatera Utara

Page 7: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

vi

4.6 Perbandingan Tegangan Lentur dan Lendutan Antara Analitis dengan

ANSYS ........................................................................................ 64

4.6.1 Perbandingan Pada Profil Awal ........................................ 66

4.6.2 Perbandingan Pada Model 3 Cellular Beam ..................... 68

4.6.3 Perbandingan Pada Model 9 Honeycomb Beam ............... 71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 74

5.1 Kesimpulan ................................................................................. 74

5.2 Saran ........................................................................................... 75

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 76

Universitas Sumatera Utara

Page 8: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

vii

DAFTAR GAMBAR

No Judul Hal

1.1 Proses Pembuatan Cellular Beam 2

1.2 Proses Pembuatan Honeycomb Beam 3

2.1 Mode Kegagalan Pada Bukaan Yang Jaraknya Terlalu Dekat 10

2.2 Bagian – Bagian Hexagonal Balok Kastella 11

2.3 Proses Pemotongan Cellular Beam 12

2.4

2.5

2.6

Geometri Cellular Beam

Cellular Beam

Dimensi Honeycomb Beam

13

14

15

2.7 Standard Dimensi Honeycomb Beam 16

2.8

2.9

3.1

3.2

3.3

Geometri Proses Pemotongan Balok Honeycomb

Ilustrasi Variasi Dari Besar e

Honeycomb Beam Dan Cellular Beam

Balok Dengan Perletakkan Sederhana

Perencanaan Jumlah Lubang Dan Panjang Bentang

17

18

22

23

23

3.4 Pelat Pengisi Lubang 24

3.5 Permodelan Balok Pada Program Analysis 24

3.6 Pemotongan Cellular Beam 25

3.7 Potongan Penampang Cellular Beam 26

3.8 Pemotongan Honeycomb Beam 28

Universitas Sumatera Utara

Page 9: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

viii

3.9 Potongan Penampang Honeycomb Beam 30

3.10 SolidWorks 31

3.11 Tampilan Awal ANSYS 37

3.12 Engineering Data 37

3.13 Import Gambar Model 38

3.14 Memasukkan Besaran Mesh 38

3.15 Pembagian Pembebanan 39

3.16 Memasukkan Perletakkan Sendi 39

3.17 Memasukkan Perletakkan Rol 40

3.18 Memasukkan Beban 41

3.19 Hasil Simulasi Tegangan 41

3.20 Hasil Simulasi Deformasi 42

4.1 Tegangan Pada Profil Awal 63

4.2 Tegangan Pada Cellular Beam 63

4.3 Tegangan Pada Honeycomb Beam 64

4.4 Tegangan Lentur dan Lendutan yang Terjadi Dengan ANSYS

Untuk Profil Awal

67

4.5 Tegangan Lentur dan Lendutan yang Terjadi Dengan ANSYS

Untuk Cellular Beam

69

4.6 Tegangan Lentur dan Lendutan yang Terjadi Dengan ANSYS

Untuk Honeycomb Beam

71

Universitas Sumatera Utara

Page 10: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

ix

DAFTAR GRAFIK

No Judul Hal

2.1 Diagram Tegangan – Regangan Baja Struktural 7

4.1 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,4) 55

4.2

4.3

4.4

Deformasi Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,4)

Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,5)

Deformasi Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,5)

56

57

58

4.5 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,6) 59

4.6 Deformasi Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,6) 60

4.7 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan 62

4.8 Deformasi Yang Terjadi Akibat Pembebanan 62

4.9 Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis Untuk Profil

Awal

67

4.10 Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis

Untuk Profil Awal

68

4.11 Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis Untuk Cellular

Beam

70

4.12 Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis

Untuk Cellular Beam

70

4.13 Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis Untuk

Honeycomb Beam

72

4.14 Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis

Untuk Honeycomb Beam

73

Universitas Sumatera Utara

Page 11: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

x

DAFTAR TABEL

No Judul Hal

2.1 Sifat Mekanis Baja Struktural 8

3.1 Data Profil WF 21

3.2

3.3

4.1

Parameter Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Hasil Gambar Permodelan

Tabel Inersia Cellular Beam

22

32

44

4.2 Tabel Inersia Honeycomb Beam 44

4.3 Tabel Data Hasil Profil Awal 45

4.4 Tabel Data Hasil (Model 1) 46

4.5 Tabel Data Hasil (Model 2) 47

4.6 Tabel Data Hasil (Model 3) 48

4.7 Tabel Data Hasil (Model 4) 49

4.8 Tabel Data Hasil (Model 5) 50

4.9 Tabel Data Hasil (Model 6) 51

4.10 Tabel Data Hasil (Model 7) 52

4.11 Tabel Data Hasil (Model 8) 53

4.12 Tabel Data Hasil (Model 9) 54

4.13 Tabel Data Hasil 61

4.14 Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS Untuk

Profil Awal

68

Universitas Sumatera Utara

Page 12: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

xi

4.15 Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS Untuk

Cellular Beam

70

4.16 Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS Untuk

Honeycomb Beam

72

Universitas Sumatera Utara

Page 13: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

xii

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan

σ Nilai rata rata

ε Regangan

Fu Tegangan Putus

Fy Tegangan Leleh

E Modulus Elastisitas

G Modulus Geser

µ Poison Ratio

α Koefisien Pemuaian

Do Diameter Lubang

D Tinggi Profil

S Jarak Antara Pusat Lubang Ke Pusat Lubang

e Jarak Antar Sisi Terluar Antar Lubang

b Lebar Sayap Profil

tf Tebal Sayap Profil

tw Tebal Badan Profil

W Jarak Ujung Bentang Ke Lubang

Փ Sudut Bukaan

A Luas Penampang

Ix Inersia Penampang Arah Sumbu X

Iy Inersia Penampang Arah Sumbu Y

Universitas Sumatera Utara

Page 14: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

xiii

Zx Section Modulus Arah Sumbu X

Zy Section Modulus Arah Sumbu Y

P Beban Terpusat

n Jumlah Lubang

Universitas Sumatera Utara

Page 15: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

1

Bab I

Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini konstruksi baja merupakan suatu alternatif dalam

pembangunan gedung atau struktur lain baik dalam skala kecil maupun besar. Oleh

karena itu baja banyak digunakan untuk struktur-struktur dengan tipe tinggi, lebar

dan jenis – jenis struktur lain. Sehingga dengan berkembangnya teknologi dan

bertambahnya kebutuhan untuk penggunaan baja dalam struktur, para ilmuwan

melakukan inovasi – inovasi untuk menambah kekuatan baja dengan harga yang

lebih ekonomis.

Seorang perencana dalam merencanakan struktur tidak boleh hanya

mempertimbangkan keamanan dan kemampuan pelayanan dari struktur, tetapi dia

juga harus mempertimbangkan kebutuhan fungsional yang didasarkan pada

penggunaan struktur bangunan. Saat merencanakan suatu struktur pada bangunan

bertingkat tinggi, bagian struktur baja konvesional terdiri dari balok dan girder

dengan baja yang bagian badannya masih solid. Hal ini menyulitkan untuk

penempatan pipa, ducting dan pendingin udara yang membutuhkan kepuasan

fungsional untuk letaknya dalam struktur. Akibat hal ini, maka para ilmuwan

mengembangkan sistem bukaan pada bagian badan baja untuk memudahkan

pelayanan instalasi dan juga untuk pemeliharaan instalasi tersebut secara berkala

dan untuk jangka waktu yang lama. Balok baja dengan bukaan pada bagian badan

profil baja dapat sangat kompetitif dalam beberapa kasus.

Baja dengan bukaan pada bagian badannya merupakan baja profil I yang

dibuat dengan memomotong bagian badan profil standard menjadi 2 bagian

sepanjang bentang, lalu dipisahkan, digeser dan dilas kembali menjadi bentuk yang

baru (J.P. Boyer, 1964). Hasil dari proses ini membuat profil baja mempunyai tinggi

yang lebih dari awal, sehingga terjadinya penambahan inersia. Dengan

Universitas Sumatera Utara

Page 16: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

2

bertambahnya inersia maka akan menambah kemampuan dari baja tersebut. Nilai

ekonomis dari profil I bisa bertambah, karena dengan profil I awal yang dimensinya

lebih kecil dan ringan bisa dibentuk menjadi profil yang memiliki tinggi yang lebih.

Bentuk dari bukaan pada bagian badan baja akan tergantung pada pilihan

perencana dan bukaan yang diinginkan. Tidak ada peraturan yang tetap untuk

mengatur bentuk dari bukaan yang ada. Tetapi untuk kenyamanan perencana, lebih

menggunakan bukaan dengan bentuk yang simetris. Balok baja dengan bukaan

biasanya disebut dengan castellated beams. Ada beberapa bentuk bukaan pada baja

yang biasanya digunakan seperti honeycomb beam yang bukaannya berbentuk segi

enam dan cellular beam dengan bukaan bentuk lingkaran.

1.2 Perumusan Masalah

Seiring dengan perkembangan teknologi pada struktur dan material,

sekarang ini banyak dilakukan inovasi – inovasi untuk meningkatkan pelayanan dan

menambah nilai ekonomis. Salah satu inovasi yang dilakukan adalah dengan

membuat bukaan pada badan profil baja sehingga membuat lebih ringan dan kuat

profil tersebut, juga manfaat lainnya seperti pemasangan instalasi. Ada beberapa

bentuk bukaan yang biasa dibuat pada badan profil baja, yang akan ditinjau pada

penelitian ini adalah cellular beam dan honeycomb beam. Seperti yang terlihat pada

gambar berikut.

Gambar 1.1 Proses Pembuatan Cellular Beam

(AISC Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design, 2016)

Universitas Sumatera Utara

Page 17: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

3

Gambar 1.2 Proses Pembuatan Honeycomb Beam

(AISC Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design, 2016)

Pada penelitian ini akan ditinjau IWF yang akan dibuat menjadi cellular

beam dan honeycomb. Setelah proses tersebut, akan terjadi perubahan pada bentuk

profil IWF yang membuat terjadi penambahan pada tinggi profil. Dengan

bertambahnya tinggi profil, maka akan bertambah juga inersia dari profil sehingga

menambah kemampuan profil menahan beban. Peninjauan yang dilakukan adalah

membandingkan kemampuan dari cellular beam dan honeycomb beam.

1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian :

Maksud dan tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Untuk mengetahui cara memodelkan balok honeycomb dan balok cellular

pada program ANSYS

2. Untuk mengetahui pengaruh dari bukaan pada badan profil baja

3. Untuk mengetahui pengaruh dari variasi parameter bukaan pada balok baja

4. Untuk mengetahui perbandingan kemampuan antara balok cellular dan

balok honeycomb

Universitas Sumatera Utara

Page 18: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

4

1.4 Pembatasan Masalah

Batasan – batasan masalah pada penilitian ini adalah :

1. Elemen struktur yang ditinjau adalah balok pada perletakan sederhana

2. Balok yang ditinjau adalah balok IWF yang dipabrikasi menjadi balok

Cellular dan balok Honeycomb dengan beberapa variasi parameter bukaan

3. Balok yang dianalisis tanpa pengaku pada bagian lubangnya dan pengaruh

pengelasan tidak diperhitungkan

4. Pembebanan yang dilakukan adalah beban sendiri dari profil dan beban

terpusat pada tengah bentang

5. Perbandingan yang dilakukan pada besaran lendutan dan tegangan

6. Analisis menggunakan program ANSYS

1.5 Metode Penilitian

Metode penelitian yang digunakan pada tugas akhir ini adalah metode

kajian literatur dimana data-data yang diperlukan diasumsikan berdasarkan kondisi

dilapangan. Berikut ini adalah urutan dari penelitian ini :

1. Mencari literatur dasar yang menjelaskan tentang cellular beam, honeycomb

beam dan ANSYS

2. Pembahasan dasar tentang kelebihan dari cellular beam dan honeycomb

beam.

3. Merencanakan IWF menjadi cellular beam dan honeycomb beam, lalu

melakukan analisis dengan menggunakan ANSYS.

4. Mengolah data yang didapat ANSYS, lalu melakukan perbandingan

terhadap cellular beam dan honeycomb beam.

Universitas Sumatera Utara

Page 19: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

5

BAB II

DASAR TEORI

2. 1. BAJA STRUKTURAL

Baja struktural biasa juga dikenal dengan baja lunak atau baja karbon

rendah. Baja struktural adalah salah satu bahan metal yang paling banyak

digunakan untuk gedung, jembatan, crane, kapal, menara, kendaraan, dan berbagai

jenis struktur lain.

Selama periode pengenalan baja struktural sebagai bahan bangunan utama,

baja yang dipakai adalah baja karbon (carbon steel) dengan sebutan baja ASTM

(American Society for Testing and Materials) A7, dan mempunyai tegangan leleh

minimum yang ditetapkan sebesar 33 ksi. Banyak perencana hanya menyebutnya

sebagai “baja” tanpa petunjuk lain, dan spesifikasi AISC hanya menentukan

tegangan ijin dan prosedur untuk jenis baja A7. Baja struktural yang lain, seperti

baja paduan rendah khusus tahan karat (A242) dan baja yang lebih mudah dilas

(A373), telah ada dipasaran tetapi masih jarang dipergunakan untuk gedung.

Perencanaan jembatan kadang – kadang memakai baja tersebut.

Sekarang banyaknya baja yang tersedia memungkinkan seorang perencana

menaikkan kekuatan bahan pada daerah yang tegangannya besar, sehingga tidak

perlu memperbesar ukuran batang. Perencana dapat memutuskan berdasarkan mana

yang lebih disukai, kelakuan maksimum atau berat teringan. Sifat tahan karat (untuk

menghindari seringnya pengecatan) juga dapat merupakan faktor yang penting.

Beberapa baja sekarang dioksidasi untuk membentuk lapisan pelindung yang padat.

Lapisan ini mencegah oksidasi (korosi/karat) lebih lanjut dan mempunyai tekstur

yang rata dengan warna merah-cokelat tua yang menarik. Karena pengecatan tidak

diperlukan, baja seperti ini (disebut baja lapuk/weathering stee/) mungkin lebih

Universitas Sumatera Utara

Page 20: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

6

ekonomis walaupun biaya awalnya agak lebih mahal dari pada baja karbon

tradisional.

Baja tertentu memiliki sifat kemampuan dilas yang lebih baik, beberapa

lainnya lebih sesuai untuk tangki tekanan (pressure vessels), baik pada suhu di atas

maupun di bawah suhu kamar.

Baja struktural ditunjukkan dengan identifikasi ASTM dan juga dengan

banyak sebutan lain. Untuk tujuan perencanaan, tegangan leleh tarik adalah besaran

yang digunakan oleh spesifikasi, seperti AISC, sebagai variabel sifat bahan untuk

menetapkan tegangan ijin terhadap pelbagai macam pembebanan. Istilah tegangan

leleh dipakai sebagai kata umum untuk “titik leleh”, yaitu titik penyimpanan dari

keadaan elastis sempurna yang dapat dilihat dengan jelas pada kebanyakan baja

struktural atau “kekuatan leleh” yaitu tegangan pada regangan tetap tertentu untuk

baja tanpa titik leleh yang jelas.

2. 1. 1 DIAGRAM TEGANGAN – REGANGAN BAJA STRUKTURAL

Diagram tegangan-regangan untuk baja struktural tipikal yang mengalami

tarik ditunjukkan seperti Grafik 2.1. Regangan diplot pada sumbu horizontal dan

tegangan pada sumbu vertikal. (Untuk menunjukkan semua hal penting dari bahan

ini, sumbu regangan dalam Grafik 2.1 tanpa skala)

Diagram tersebut dimulai dengan garis lurus dari pusat sumbu O ke titik

A, yang berarti bahwa hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah awal

ini bukan saja linier melainkan juga proporsional. Untuk baja berkarbon rendah,

limit ini berada pada selang 30 sampai 50 ksi (210 sampai 350 Mpa), tetapi baja

berkekuatan tinggi (dengan kandungan karbon lebih tinggi ditambah unsur paduan

lain) dapat mempunyai batas proporsional lebih dari 80 ksi (550 Mpa). Melewati

titik A, proporsionalitas antara tegangan dan regangan tidak ada lagi, jadi tegangan

Universitas Sumatera Utara

Page 21: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

7

di A disebut limit proporsional. Kemiringan garis lurus dari O ke A disebut modulus

elastisitas. Karena kemiringan mempunyai satuan tegangan dibagi regangan, maka

modulus elastisitas mempunyai satuan yang sama dengan tegangan.

Grafik 2.1 Diagram Tegangan - Regangan Baja Struktural

(Gere dan Timoshenko, 2000)

Dengan meningkatnya tegangan hingga melewati limit proporsional, maka

regangan mulai meningkat secara lebih cepat lagi untuk setiap pertambahan

tegangan. Dengan demikian, kurva tegangan-regangan mempunyai kemirigan yang

berangsur-angsur semakin kecil, sampai pada titik B kurva tersebut menjadi

horizontal. Mulai dari titik ini, terjadi perpanjangan yang cukup besar pada benda

uji tanpa adanya pertambahan gaya tarik (dari B ke C). Fenomena ini disebut luluh

dari bahan, dan titik B disebut titik luluh. Tegangan yang berkaitan dengan ini

disebut tegangan luluh dari baja. Di daerah antara B dan C, bahan ini menjadi plastis

sempurna, yang berarti bahwa ini berdeformasi tanpa adanya pertambahan beban.

Universitas Sumatera Utara

Page 22: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

8

Sesudah mengalami regangan besar yang terjadi selama peluluhan di

daerah BC, baja mulai mengalami pengerasan regang (Strain Hardening). Selama

itu, bahan mengalami perubahan dalam struktur kristalin, yang menghasilkan

peningkatan resistensi bahan tersebut terhadap deformasi lebih lanjut.

Perpanjangan benda uji di daerah ini membutuhkan peningkatan beban tarik,

sehingga diagram tegangan-regangan mempunyai kemirigan positif dari C ke D.

Beban tersebut pada akhirnya mencapai harga maksimumnya, dan tegangan pada

saat itu (di titik D) disebut tegangan ultimate. Penarikan batang lebih lanjut akan

disertai dengan pengurangan beban dan akhirnya terjadi putus/patah di suatu titik.

2. 1. 2. SIFAT – SIFAT MEKANISME BAJA STRUKTURAL

Menurut SNI 03 – 1729 – 2002, sifat mekanis baja struktural yang

digunakan dalam perencanaan suatu struktur bangunan harus memenuhi

persyaratan minimum yang diberikan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja Struktural

Jenis Baja Tegangan Putus

Minimum, Fu (Mpa)

Tegangan Leleh

Minimum, Fy (Mpa)

Peregangan

Minimum (%)

BJ 34

BJ 37

BJ 41

BJ 50

BJ 55

340

370

410

500

550

210

240

250

290

410

22

20

18

16

13

Universitas Sumatera Utara

Page 23: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

9

Tegangan Putus (Ultimate Stress)

Tegangan putus untuk perencanaan (Fu) tidak boleh diambil melebihi

nilai yang ditetapkan oleh tabel 2.1

Tegangan Leleh (Yielding Stress)

Tegangan leleh untuk perencanaan (Fy) tidak boleh diambil melebihi

nilai yang ditetapkan oleh tabel 2.1

Sifat-Sifat Mekanis Lainnya

Sifat-sifat mekanis lain baja struktural untuk maksud perencanaan

ditetapkan sebagai berikut :

Modulus Elastisitas : E = 200000 MPa

Modulus Geser : G = 80000 MPa

Poison Ratio : µ = 0,3

Koefisien Pemuaian : α = 12x10-6 /oC

2. 2 PERENCANAAN BALOK DENGAN BUKAAN

Berbagai mode kegagalan yang mungkin terjadi di sekeliling bukaan

diilustrasikan Gambar 2.1. Beberapa mode kegagalan yang harus ditinjau lebih

lanjut untuk merencanakan balok dengan bukaan dari AISC Steel Design Guide 31

: Castellated And Cellular Beam Design (2016) seperti yang dijelaskan dibawah

ini.

Lentur Vierendeel

Lentur vierendeel disebabkan oleh transfer gaya geser disekeliling lubang agar

tetap konsisten dengan perubahan momen lentur sepanjang balok.

Tekuk Pada Badan

Tekuk yang terjadi bagian badan yang berada diantara bukaan terjadi akibat gaya

geser horizontal yang melewati daerah badan yang diantara bukaan.

Universitas Sumatera Utara

Page 24: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

10

Geser Horizotal Dan Vertikal

Pada elemen lentur, gaya geser horizontal dan vertikal ditahan oleh bagian badan

balok.

Tekuk Lateral-Torsi

Tekuk lateral-torsi, tekuk lokal sayap, luluh akibat tarik pada sayap bisa dihitung

menggunakan aturan yang sama dengan balok solid.

Lendutan

Lendutan yang terjadi bisa dihitung dengan menggunakan 90% inersia.

Beban Terpusat

Pada balok dengan bukaan dibagian badan yang diberikan beban terpusat pada

1 bagian sayap harus memiliki proporsi yang cukup untuk tekuk lokal pada sayap

dan luluh lokal pada badan.

Gambar 2.1 Mode Kegagalan Pada Bukaan Yang Jaraknya Terlalu Dekat

(Lawson, 2011)

Universitas Sumatera Utara

Page 25: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

11

2. 3. BALOK KASTELLA

Castellation adalah proses memotong badan profil dengan pola zig-zag

yang dicetak menggunakan hot-rolled (cetakan panas) berbentuk H, I, atau U.

Setengah bagian profil baja yang telah dipotong disambung dengan cara digeser

atau dibalik (ujung kanan di las dengan ujung kiri, dan sebaliknya) sehingga

membentuk lubang berbentuk polygonal. Hal ini mengakibatkan bertambahnya

tinggi (h) dan tinggi daerah pemotongan (d). Di bawah ini merupakan bagian-

bagian dari balok baja kastella :

Web-Post : Luas solid dari balok baja kastella

Castellation : Luas yang sudah mengalami pelubangan (hole)

Throat Width : Panjang horisontal potongan “gigi” bawah profil

Throat Depth : Tinggi daerah potongan “gigi” bawah sampai sayap

Gambar 2.2 Bagian – Bagian Hexagonal Balok Kastella

(Patrick Bardley, 2007)

Balok kastella memiliki beberapa jenis bentuk bukaan yang umum

digunakan. Balok kastella yang bentuk bukaannya berupa hexagonal biasa juga

disebut dengan honeycomb beam. Balok kastella dengan jenis bukaan lain yang

juga banyak digunakan sekarang ini adalah cellular beam.

Universitas Sumatera Utara

Page 26: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

12

2. 3. 1. Cellular Beam

Cellular beam adalah balok baja dengan bentuk bukaan lingkaran pada

bagian badan profil. Cellular Beam dibentuk dengan cara memotong dua semi

lingkaran pada bagian badan profil yang umumnya profil baja berbentuk I. Setelah

dua potongan pada bagian badan selesai, maka setengah baja tersebut diangkat,

digabungkan dan dilakukan pengelasan antara yang satu dengan yang lainnya untuk

membentuk sesuatu yang baru, lebih tinggi, lebih kaku dan lebih kuat. Hasil balok

baja yang baru dibentuk tersebut akan lebih tinggi daripada balok baja yang awal,

sehingga menghasilkan section modulus yang lebih besar. Gambar berikut

mengilustrasikan proses pembuatan cellular beam.

Gambar 2.3 Proses Pemotongan Cellular Beam

(Rebecca Hoffman, 2006)

Universitas Sumatera Utara

Page 27: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

13

Penggunaan cellular beam pada konstruksi semakin banyak, karena para

perencana melihat adanya keuntungan dari profil I yang memiliki bukaan pada

badannya. Salah satu keuntungan dari penggunaan cellular beam adalah terjadi

pengurangan berat dari balok baja akibat pada saat pemotongan ada bagian yang

tidak digunakan dan suatu peningkatan kekakuan lentur (section modulus yang

lebih besar) yang diakibatkan bertambahnya tinggi pada profil baja. Keuntungan -

keuntungan lain dengan penggunaan cellular beam meliputi kemampuan untuk

melewatkan keperluan-keperluan instalasi melalui lubang yang ada. Cellular beam

juga memberikan keuntungan aesthetic ketika digunakan dalam struktur dengan

balok yang terbuka. Pada saat ini cellular beam digunakan pada bangunan-

bangunan komersial, bangunan-bangunan industri, gedung parkir dan jembatan.

Gambar 2.4 Geometri Cellular Beam

(ArcellorMittal, 1996)

Pada gambar diatas adalah parameter yang digunakan untuk

merencanakan cellular beam yang dikeluarkan oleh perusahaan ArcellorMittal.

Profil yang diproduksi tersebut disebut ACB (ArcellorMittal Celluar Beam). Pada

parameter perencanaan tipe 1, biasa digunakan untuk atap dan jembatan pejalan

Universitas Sumatera Utara

Page 28: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

14

kaki. Untuk parameter perencanaan tipe 2, biasa digunakan untuk lantai, parkiran

mobil, struktur lepas pantai dan kolom.

Pada penelitian Jamadar dan Kumbhar (2015), dilakukan penelitian pada

cellular beam dengan variasi diameter bukaan. Hasilnya adalah balok cellular

dengan diameter bukaan 0,73 kali tingginya dengan ratio S/Do adalah 1,4 dan ratio

D/Do adalah 1,4 memberikan hasil yang lebih baik. Berikut panduan perencanaan

cellular beam yang digunakan pada penelitian tersebut :

1,08 < 𝑆

𝐷𝑜 < 1,5

1,25 < 𝐷

𝐷𝑜 < 1,75

Do ≤ 0,8 D

e ≤ 0,4 Do

Gambar 2.5 Cellular Beam

Dimana :

Do = Diameter lubang

D = Tinggi Profil

S = Jarak antara pusat lubang ke pusat lubang

e = Jarak antara sisi terluar antar lubang

B = lebar sayap profil

tf = tebal sayap profil

tw = tebal badan profil

W = Jarak ujung bentang ke lubang

Universitas Sumatera Utara

Page 29: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

15

2. 3. 2. HONEYCOMB BEAM

Honeycomb beam merupakan suatu profil baja yang mempunyai bukaan

berbentuk segi enam. Profil baja mengalami proses pemotongan pada bagian badan

profil dengan pola zigzag salah satu bagian yang telah dipotong lalu diangkat dan

disatukan bagian badannya dan terakhir dilakukan pengelasan pada bagian badan

yang menempel. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan tinggi dari profil awal (h)

dengan tinggi potongan yang ada (d).

Honeycomb beam mempunyai kelemahan pada tekuk. Oleh karena itu

desain ini tidak dapat diaplikasikan untuk kolom – kolom portal. Secara

keseluruhan desain honeycomb beam dapat mencapai bentang portal hingga 45

meter, sedangkan dengan menggunkan double profile bentang portal yang dapat

didesain tentunya akan semakin besar. Penyatuan balok – balok honeycomb dengan

menggunakan las dan bisa juga diperkuat dengan memakai pelat disepanjang

bentang tentunya dapat memperumit pekerjaan konstruksi, namun hal ini sebanding

dengan keekonimisan yang dihasilkan oleh balok – balok honeycomb. Secara teori,

tinggi profil honeycomb yang dihasilkan menjadi hingga dua kali lipat dari profil

aslinya, dengan demikian tentunya inersia yang dihasilkan juga akan semakin besar.

Gambar 2.6 Dimensi Honeycomb Beam

(British Standard 5950 : Part I, 1990)

Universitas Sumatera Utara

Page 30: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

16

Pada gambar diatas, menunjukkan standard dari perencanaan balok

honeycomb yang diambil dari British Standard 5950 : Part I : 1990. Seperti yang

terlihat pada gambar, sudut bukaan yang direncanakan harus sebesar 60o dari yang

ditunjukkan British Standard. Untuk tinggi bukaan yang disarankan adalah

setengah dari tinggi awal profil sebelum dilakukan pemotongan dan untuk jarak

antar lubang adalah 1,08 dari tinggi bukaan. Knowles (1985) memberikan

penjelasan yang lebih rinci untuk merencanakan honeycomb beam yang mengikuti

dari BS 5950 : Part I : 1990. Seperti terlihat pada Gambar 2.10.

Dimana :

a = 1/4(p-2cCot60o)

b = cCot60o

c = 0,5Ds

p = 1,08Ds

Փ = 60o

Dc = D + c = D + 0,5D.s

D = Tinggi awal Profil

Ds = 0,5D = Tinggi bukaan

Gambar 2.7 Standard Dimensi Honeycomb Beam

(Knowles. 1985)

Universitas Sumatera Utara

Page 31: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

17

Dalam perencanaan honeycomb beam yang diberikan Omer W. Blodgett

(1991), untuk sudut potongan tidak harus sebesar 60o. Besaran sudut potongan

umumnya berada antara 45o sampai 70o, tetapi besar sudut yang biasanya digunakan

adalah 45o dan 60o. Gambar dibawah menunjukkan perencanaan balok honeycomb

yang diberikan Omer W. Blodgett (1991).

Dimana :

Dg = db + h

S = 2(b+e)

dT= 0,5(db-h)

tan Ø = ℎ

𝑏

Gambar 2.8 Geometri Proses Pemotongan Balok Honeycomb

(Omer W. Blodgett, 1991)

Universitas Sumatera Utara

Page 32: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

18

Jarak e bisa divariasikan besarnya untuk menghasilkan bukaan pada badan

yang cocok untuk pengerjaan utilitas dan juga untuk mendapatkan jarak yang cocok

untuk melakukan pengerjaan pengelasan.

Gambar 2.9 Ilustrasi Variasi Dari Besar e

(Omer W. Blodgett, 1991)

Pada penelitian Wakchaure dan Sagade (2012), melakukan penilitian pada

honeycomb beam dengan variasi tinggi bukaan. Hasil yang didapatkan perilaku

honeycomb beam memuaskan untuk kenyamanan penggunaan dengan tinggi

maksimal yang tidak melebihi dari 0,6D.

Universitas Sumatera Utara

Page 33: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

19

BAB III

METODE PENILITIAN

3. 1. Umum

Penilitian ini merupakan percobaan ekperimental terhadap beberapa

bentuk variasi bukaan pada bagian badan profil baja. Pada penilitian ini, digunakan

bantuan dua aplikasi. Aplikasi pertama adalah SolidWorks yang hanya digunakan

untuk mempermudah proses menggambar permodelan profil baja dengan bukaan

pada bagian badan. Aplikasi selanjutnya adalah ANSYS untuk menganalisis

kemampuan dari profil baja yang memiliki bukaan pada bagian badannya.

Benda uji yang direncanakan dan dianalisis pada penilitian ini adalah

profil baja yang dibentuk sedemikian rupa sehingga memiliki bukaan pada bagian

badannya. Bentuk variasi bukaan pada bagian badan yang akan dianalisis dalam

penilitian ini ada dua yaitu cellular beam (bukaan dengan bentuk lingkaran pada

bagian badan) dan honeycomb beam (bukaan dengan bentuk segi enam pada bagian

badan). Pada setiap bukaan pada bagian badan akan direncanakan beberapa variasi

yang berbeda mengikuti beberapa parameter. Parameter yang digunakan untuk

membuat variasi adalah tinggi dari bukaan pada bagian badan profil baja dan jarak

antara titik tengah ke titik tengah bukaan pada bagian badan profil baja. Setiap

variasi akan dilakukan sama terhadap balok cellular beam dan honeycomb beam.

Penilitian dilakukan pada profil baja dengan bukaan pada bagian badannya

yang difungsikan sebagai balok. Tumpuan yang digunakan pada balok adalah

tumpuan sederhana (balok dengan tumpuan sendi dan rol). Balok diberikan

pembebanan terpusat pada bagian tengah bentang. Panjang bentang elemen balok

untuk cellular beam dan honeycomb beam yang akan dianalisis sama panjang untuk

setiap variasi permodelan kedua balok. Dari hasil yang didapatkan dari analisis

akan dibandingkan lendutan dan tegangan yang terjadi. Pada diagram alur dibawah

akan menjelaskan secara umum proses pengerjaan penilitian ini dari awal sampai

akhir.

Universitas Sumatera Utara

Page 34: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

20

Diagram Alur Penilitian

Mencari Literatur Tentang Balok

Castella

Merencanakan Geometri Balok Castella

Dokumentasi Teknik

Pengambilan Data Deformasi dan

Tegangan

Analisis Dengan ANSYS

Memasukkan Data Spesifikasi

Material dan Pembebanan

Import Permodelan Balok Castella Dari

SolidWorks ke Ansys

Penggambaran Model Balok Castella

Dengan Program SolidWorks

Mulai

Selesai

Universitas Sumatera Utara

Page 35: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

21

3. 2. Perencanaan Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Pada penelitian ini, profil baja awal yang digunakan adalah profil IWF

400X200, dengan data sebagai berikut :

Tabel 3.1 Data Profil IWF

Data Balok IWF 400X200

E = 200000 MPa Fy = 250 Mpa

h = 400 mm Ix = 23700 cm4

b = 200 mm Iy = 1740 cm4

tw = 8 mm Zx = 1190 cm3

tf = 13 mm Zy = 174 cm3

A = 84,12 cm2 rx = 16,8 cm

Berat = 66 kg/m ry = 4,54 cm

Profil baja awal akan dibentuk menjadi honeycomb beam dan cellular

beam dengan beberapa variasi. Perencanaan balok Castella menggunakan panduan

dari penilitian Jamadar dan Kumbhar (2015), seperti berikut ini :

1,08 < 𝑆

𝐷𝑜 < 1,5

1,25 < 𝐷

𝐷𝑜 < 1,75

Do ≤ 0,8 D

e ≤ 0,4 Do

W ≥ 0,5Do

Universitas Sumatera Utara

Page 36: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

22

Gambar 3.1 Honeycomb Beam dan Cellular Beam

Dimana :

Do = Diameter lubang

D = Tinggi Profil

S = Jarak antara pusat lubang ke pusat lubang

e = Jarak antara sisi terluar antar lubang

W = Jarak ujung balok ke lubang

B = lebar sayap profil

tf = tebal sayap profil

Dari syarat perencanaan balok Castella tersebut, direncanakan beberapa

variasi. Parameter yang digunakan dalam variasi adalah S/Do dan D/Do. Cellular

beam dan honeycomb beam akan dibuat dengan parameter tersebut dalam program

ANSYS, lalu akan dianalisis dan dibandingkan hasil dari kedua bentuk bukaan

tersebut untuk mendapatkan bentuk bukaan mana yang lebih baik. Pada tabel di

bawah ini menunjukkan parameter variasi yang digunakan dalam penilitian :

Tabel 3.2 Parameter Cellular Beam Dan Honeycom Beam

Model D (mm) S/Do D/Do

Model 1 615 1,28 1,4

Model 2 600 1,28 1,5

Model 3 580 1,28 1,6

Model 4 620 1,18 1,4

Model 5 600 1,18 1,5

Model 6 580 1,18 1,6

Universitas Sumatera Utara

Page 37: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

23

Model 7 620 1,08 1,41

Model 8 600 1,08 1,5

Model 9 580 1,08 1,61

Dengan mengikuti variasi parameter diatas, profil I yang sudah dibentuk

menjadi cellular beam dan honeycomb beam akan dianalisis. Profil I akan dianalisis

sebagai elemen balok dengan tumpuan sederhana yang akan diberi beban terpusat

pada bagian tengah bentangnya, seperti terlihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Balok Dengan Perletakan Sederhana

Untuk mendapatkan bentang balok yang sesuai dengan yang direncanakan,

digunakan perencanaan yang diberikan oleh Omer W. Blodgett (1991). Seperti

yang terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.3 Perencanaan Jumlah Lubang dan Panjang Bentang

(Omer W. Blodgett, 1991)

Universitas Sumatera Utara

Page 38: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

24

Seperti yang terlihat pada gambar 3.3a, ada sedikit bukaan yang tidak

penuh terpotong pada ujung bentang untuk menyesuaikan panjang dengan

perencanaan. Untuk menghilangkan bukaan tersebut bisa diisi dengan pelat. Cara

paling gampang adalah dengan menambahkan pelat pada setiap ujung untuk

menutup lubang tersebut. Seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 3.4 Pelat Pengisi Lubang

(Omer W. Blodgett, 1991)

Penggunaan balok honeycomb dan cellular beam di dalam konstruksi,

sebisa mungkin untuk menghindari lubang yang berada pada gaya geser yang besar.

Gaya geser paling besar yang terjadi biasanya berada pada bagian tumpuan. Untuk

menghindari gaya geser yang besar terjadi di daerah tumpuan, pada penilitian ini

direncanakan 1 lubang pertama pada setiap ujung diberi pengisi. Di dalam proyek

konstruksi, pengisi lubang terlihat seperti yang berada pada gambar 3.4. Tetapi

karena dalam penilitian ini digunakan program untuk menganalisa, lubang yang

akan diisi dianggap langsung dihilangkan. Ini juga termasuk untuk lubang sisa yang

terpotong pada ujung bentang. Seperti terlihat pada gambar 3.5, pada gambar

pertama adalah contoh balok dengan lubang yang belum diisi pelat, pada gambar

kedua adalah balok yang sudah dianggap diisi dengan pelat pada program analysis.

Gambar 3.5 Permodelan Balok Pada Program Analysis

Universitas Sumatera Utara

Page 39: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

25

3.3 Perhitungan Inersia Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Perhitungan inersia yang digunakan didalam penilitian ini menggunakan

contoh yang diberikan pada AISC Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular

Beam Design (2016). Ada perbedaan dalam menghitung inersia antara cellular

beam dan honeycomb beam. Untuk cellular beam, karena pada saat proses

pemotongan ada bagian yang terbuang. Berbeda dengan honeycomb beam yang

tidak ada bagian yang terbuang saat pemotongan.

3.3.1 Inersia Cellular Beam

Seperti yang terlihat pada gambar dibawah, dalam proses pemotongan

cellular beam ada bagian yang dibuang. Sehingga untuk mendapatkan jarak antar

lubang yang lebih besar akan semakin banyak bagian yang terbuang dan diameter

lubang semakin besar untuk mendapatkan tinggi tertentu.

Gambar 3.6 Pemotongan Cellular Beam

(AISC Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design, 2016)

Gambar dibawah ini adalah potongan penampang cellular beam untuk

lebih jelas dalam melakukan perhitungan inersia dan rumus untuk mencarinya:

Universitas Sumatera Utara

Page 40: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

26

Gambar 3.7 Potongan Penampang Cellular Beam

Rumus untuk mencari tinggi cellular beam seperti berikut :

𝐷 = 𝑑 + √(𝐷𝑜

2)

2

− (𝑆 − 𝐷𝑜

2)

2

Dimana :

D = tinggi cellular beam

d = tinggi profil awal

Do = diameter lubang

S = jarak antar lubang

𝑑𝑡𝑛𝑒𝑡 = 𝐷 − 𝐷𝑜

2

Dimana :

dtnet = tinggi penampang tee

Lalu rumus untuk mencari inersia penampang yang berada didaerah bukaan :

𝑑𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡 = 𝐷 − 2. (𝑑𝑡 − 𝑦𝑡𝑒𝑒)

Dimana :

deffect = jarak antara titik berat 2 penampang tee

ytee = titik berat penampang tee

Universitas Sumatera Utara

Page 41: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

27

𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡 = 2. 𝐼𝑥𝑡𝑒𝑒 + 2. 𝐴𝑡𝑒𝑒 (𝑑𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡

2)

2

𝑆𝑥𝑛𝑒𝑡 = 𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡

(𝐷2)

Dimana :

Ixnet = inersia penampang di daerah lubang

Ixtee = inersia penampang tee

Atee = luas penampang tee

Sxnet = section modulus penampang di daerah lubang

Setelah didapat inersia di daerah bukaan, baru dicari inersia didaerah yang tidak

berada di daerah bukaan seperti berikut :

𝐴𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 2. 𝐴𝑡𝑒𝑒 + 𝐷𝑜. 𝑡𝑤

Dimana :

Agross = luas penampang penuh (daerah tanpa lubang)

𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡 + 𝑡𝑤. 𝐷𝑜3

12

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

(𝐷2)

Dimana :

Ixgross = inersia penampang penuh (tanpa bukaan)

Sxgross = section modulus penampang penuh (tanpa bukaan)

Dari rumus – rumus diatas, dicari inersia setiap model cellular beam yang akan

diteliti. Seperti yang ada di tabel berikut :

Universitas Sumatera Utara

Page 42: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

28

3.3.2 Inersia Honeycomb Beam

Pada honeycomb beam, berbeda dengan cellular beam untuk

merencanakan tingginya. Untuk merencanakan tinggi honeycomb beam sepeti

terlihat pada gambar dan perhitungan dibawah, tidak ada bagian yang terbuang saat

proses pemotongan. Sehingga untuk perencanaan tinggi honeycomb beam lebih

sederhana jika dibandingkan dengan cellular beam.

Gambar 3.8 Pemotongan Honeycomb Beam

(AISC Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design, 2016)

Rumus untuk menghitung tinggi honeycomb beam seperti berikut :

𝑑𝑡𝑛𝑒𝑡 = 𝑑 − 𝐷𝑜

2

𝐷 = 𝐷𝑜 + 2. 𝑑𝑡𝑛𝑒𝑡

Dimana :

dtnet = tinggi penampang tee

d = tinggi profil awal

Do = tinggi lubang

D = tinggi honeycomb beam

Universitas Sumatera Utara

Page 43: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

29

Lalu rumus untuk mencari inersia penampang yang berada didaerah bukaan :

𝑑𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡 = 𝐷 − 2. (𝑑𝑡 − 𝑦𝑡𝑒𝑒)

Dimana :

deffect = jarak antara titik berat 2 penampang tee

ytee = titik berat penampang tee

𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡 = 2. 𝐼𝑥𝑡𝑒𝑒 + 2. 𝐴𝑡𝑒𝑒 (𝑑𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡

2)

2

𝑆𝑥𝑛𝑒𝑡 = 𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡

(𝐷2

)

Dimana :

Ixnet = inersia penampang di daerah lubang

Ixtee = inersia penampang tee

Atee = luas penampang tee

Sxnet = section modulus penampang di daerah lubang

Setelah didapat inersia di daerah bukaan, baru dicari inersia didaerah yang tidak

berada di daerah bukaan seperti berikut :

𝐴𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 2. 𝐴𝑡𝑒𝑒 + 𝐷𝑜. 𝑡𝑤

Dimana :

Agross = luas penampang penuh (daerah tanpa lubang)

Universitas Sumatera Utara

Page 44: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

30

𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡 + 𝑡𝑤. 𝐷𝑜3

12

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

(𝐷2)

Dimana :

Ixgross = inersia penampang penuh (tanpa bukaan)

Sxgross = section modulus penampang penuh (tanpa bukaan)

Seperti terlihat pada rumus diatas, perbedaan antara honeycomb beam dan

cellular beam terletak pada perencanaan tingginya saja. Untuk rumus inersia dan

section modulus sama antara cellular beam dan honeycomb beam. Untuk potongan

penampang honeycomb beam digambarkan seperti gambar dibawah ini.

Gambar 3.9 Potongan Penampang Honeycomb Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 45: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

31

3. 4. Aplikasi Yang Digunakan

Dalam penilitian ini, digunakan 2 aplikasi untuk melakukan penilitian.

Aplikasi pertama digunakan untuk menggambar geometri profil yang akan diteliti.

Aplikasi kedua digunakan untuk melakukan analysis pada profil yang sudah

digambar pada aplikasi pertama. Berikut penjelasan umum tentang kedua aplikasi

yang digunakan pada penilitian ini.

3. 4. 1. SolidWorks

Aplikasi yang digunakan untuk menggambar (3D) model profil baja untuk

penelitian ini adalah SolidWorks. SolidWorks memakai 3 area kerja, Parts,

Assembly dan Drawing yang saling berkaitan, ketika salah satu design diubah maka

gambar yang lain akan ikut menyesuaikan sehingga tidak perlu melakukan editing

pada design yang lain.

Aplikasi ini digunakan untuk mempermudah proses gambar permodelan

profil baja yang akan dianalisis. Pada aplikasi yang digunakan untuk menganalisis

yaitu Ansys bisa juga digunakan untuk menggambar elemen yang akan dianalisis,

tetapi dengan Solidworks proses menggambar akan lebih praktis dan mudah.

Setelah gambar sudah selesai dikerjakan dengan Solidworks, gambar tersebut akan

diimport ke Ansys untuk dianalisis.

Gambar 3. 10 SolidWorks

Universitas Sumatera Utara

Page 46: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

32

3. 4. 2. Pembuatan Model

Tabel 3.3 Hasil Gambar Permodelan

Parameter

(mm) Jenis Profil Gambar

Model 1

S/DO= 1,28

D/Do = 1,4

D = 615 mm

n = 14 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Model 2

S/DO= 1,28

D/Do = 1,5

D = 600 mm

n = 16 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 47: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

33

Model 3

S/DO= 1,28

D/Do = 1,6

D = 580 mm

n = 18 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Model 4

S/DO= 1,18

D/Do = 1,4

D = 615 mm

n = 16 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Model 5

S/DO= 1,18

D/Do = 1,5

D = 600 mm

n = 18 lubang

Cellular

Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 48: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

34

Honeycomb

Beam

Model 6

S/DO= 1,18

D/Do = 1,6

D = 580 mm

n = 20 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Model 7

S/DO= 1,08

D/Do = 1,4

D = 615 mm

n = 18 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 49: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

35

Model 8

S/DO= 1,08

D/Do = 1,5

D = 600 mm

n = 20 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Model 9

S/DO= 1,08

D/Do = 1,6

D = 580 mm

n = 22 lubang

Cellular

Beam

Honeycomb

Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 50: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

36

3. 4. 3. Teori ANSYS

Teknik sipil yang merupakan salah satu cabang ilmu teknik yang paling

tua, yang merupakan suatu ilmu yang luas yang dapat mempersatukan banyak

perbedaan dan aspek-aspek penting dari ilmu teknik, termasuk struktur, air, dan

tanah mekanis. Hal ini membentuk suatu kunci masukan dalam perencanaan dan

pembangunan suatu struktur yang berbeda-beda seperti sistem penyedia air,

bangunan-bangunan, pembangkit listrik, jembatan dan terowongan. Untuk

mempermudah dalam perencanaan dibutuhkan sebuah metode yang dapat

membantu.

Metode elemen hingga adalah suatu alat numerik yang digunakan dalam

menyelesaikan masalah teknik seperti persamaan diferensial dan integral dengan

metode pendekatan. Metoda itu mula-mula dikembangkan untuk mempelajari

tentang struktur dan tekanan dan kemudian berkembang pada masalah mekanika

kontinu. Dengan menggunakan metode elemen hingga, banyak dikembangkan

perangkat lunak untuk mempermudah pekerjaan para insinyur sipil.

Teknologi ANSYS mekanis mempersatukan struktur dan material yang

bersifat non-linear. ANSYS multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur,

elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program ANSYS dapat digunakan dalam teknik

sipil, teknik listrik, fisika dan kimia. ANSYS merupakan tujuan utama dari paket

permodelan elemen hingga untuk secara numeric memecahkan masalah mekanis

yang berbagai macam. Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan

dinamis (baik linear dan non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu

juga dengan ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik.

Secara umum, suatu solusi elemen hingga dapat di pecahkan dengan

mengikuti 3 tahap ini. Ini merupakan panduan umum yang dapat digunakan untuk

menghitung analisis elemen hingga.

Preprocessing : tahapan awal dalam mengolah data input sebelum memasuki

proses tahapan utama. Langkah – langkahnya yaitu :

Memasukkan Engineering Data

Universitas Sumatera Utara

Page 51: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

37

Ini adalah tahapan awal dari melakukan analisis dengan menggunakan

ANSYS. Setelah membuka aplikasi ANSYS, pilih static structural untuk

melakukan analisis struktur. Lalu akan muncul tampilan seperti gambar

dibawah ini.

Gambar 3. 11 Tampilan Awal ANSYS

Setelah sepertil muncul tampilan seperti gambar diatas, lalu pilih engineering

data. Pada engineering data seperti tampilan dibawah ini, masukkan data-

data teknik benda yang akan dianalisis. Setelah memasukkan data, lalu pilih

return to project.

Gambar 3. 12 Engineering Data

Import Gambar Model

Pada ANSYS, kita bisa menggambar model yang akan dianalisis dengan

aplikasi lain lalu mengimport gambar tersebut kedalam ANSYS. Cara

Universitas Sumatera Utara

Page 52: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

38

mengimport gambar pada ANSYS, pada tampilan awal pilih Geometri setelah

tampilannya muncul, pilih file > Import External Geometri File. Setelah itu

tekan Generate, maka gambar akan muncul pada layar. Lalu jika perlu

tambahan pengaturan gambar, masih bisa dilakukan pada ANSYS.

Gambar 3. 13 Import Gambar Model

Solution : menetapkan beban, perletakan dan menjalankan analisis beban yang

ada berupa beban terpusat dan terbagi rata, perletakan (translasi dan rotasi) dan

terakhir menjalankan analisisnya. Pertama yang harus dilakukan, pada tampilan

awal pilih model. Setelah muncul pada layar, diatur meshing. Pilih mesh, lalu

pada masukkan besaran mesh yang kira – kira akan digunakan pada baris

Element Size > Generate Mesh.

Gambar 3. 14 Memasukkan Besaran Mesh

Universitas Sumatera Utara

Page 53: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

39

Untuk mengatur pembagian langkah pembebanan pilih Static Structural >

Analisis Settings > Auto Time Stepping > On. Ini dilakukan untuk membagi

tahapan pembebanan sesuai yang kita inginkan. Pada Initial Substeps,

masukkan jumlah pembagian pembebanan yang kita inginkan.

Gambar 3. 15 Pembagian Pembebanan

Langkah terakhir pada Solution adalah memasukkan jenis pembebanan dan

perletakkan struktur. Langkah yang dilakukan adalah pilih Static Structural

> Insert > Fixed Support. Pilih tempat yang akan diletakkan tumpuan sendi,

lalu pilih apply pada tabel yang terletak kiri bawah layar seperti yang terlihat

pada gambar dibawah ini.

Gambar 3. 16 Memasukkan Perletakkan Sendi

Universitas Sumatera Utara

Page 54: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

40

Langkah yang dilakukan untuk memasukkan tumpuan rol adalah pilih Static

Structural > Insert > Displacement. Pilih tempat yang akan diletakkan

tumpuan sendi, lalu pilih apply pada tabel yang terletak kiri bawah layar. Lalu

pilih define by : Vector > Compenents. Pada X Component biarkan free, yang

berarti balok bisa bergerak ke arah sumbu X. Pada Y Component dan Z

Component, ganti free > constants agar balok tidak bisa bergerak ke arah

sumbu Y dan Z.

Gambar 3. 17 Memasukkan Perletakkan Rol

Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah memasukkan pembebanan. Pilih

Static Structural > Insert > Force. Pilih tempat yang akan diletakkan beban

terpusat, lalu pilih apply pada tabel yang terletak kiri bawah layar. Lalu pilih

define by : Vector > Compenents. Pada Y Component isi dengan misalnya –

200000 N, yang minus berarti arah beban kebawah sumbu Y. Pada X

Component dan Z Component biarkan constants yang artinya tidak ada beban

searah sumbu tersebut.

Universitas Sumatera Utara

Page 55: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

41

Gambar 3. 18 Memasukkan Beban

Postprocessing : Postprocessing adalah langkah akhir dalam suatu analisis

berupa visualisasi yang memungkinkan penganalisis untuk mengeksplor data.

Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan

menginterpretasi data hasil simulasi yang bisa berupa gambar, kurva, dan

animasi. Untuk mengeluarkan hasil tegangan yang terjadi adalah pilih Solution

> Insert > Stress > Equivalent Stress (Von-Misses)

Gambar 3. 19 Hasil Simulasi Tegangan

Universitas Sumatera Utara

Page 56: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

42

Untuk mengeluarkan hasil deformasi yang terjadi adalah pilih Solution > Insert

> Deformation > Total

Gambar 3. 20 Hasil Simulasi Deformasi

Universitas Sumatera Utara

Page 57: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

43

BAB IV

Hasil dan Pembahasan

4. 1. Pendahuluan

Pada bab ini, pertama akan dihitung inersia dan section modulus cellular

beam dan honeycomb beam mengikuti rumus yang sudah dijabarkan seperti pada

Bab III sebelumnya. Lalu akan dibahas mengenai hasil percobaan yang didapatkan

berdasarkan data hasil dari ANSYS, dimana hasilnya akan berkaitan dengan kinerja

celluler beam dan honeycomb beam yang dibuat variasi. Data – data yang

diperlukan untuk analisis dan contoh permodelan variasi seperti yang sudah

dijelaskan pada bab III. Pembebanan yang dilakukan dilakukan bertahap dengan

bertambah 5000 N sampai terjadi eror dalam proses analisis dengan ANSYS.

Setelah mendapatkan model balok cellular beam dan honeycomb beam yang dapat

memikul beban yang lebih besar, lalu kedua balok tersebut akan dibandingkan

dengan profil awal sebelum dilakukan pemotongan. Setelah itu kedua balok

tersebut bersama dengan profil awal akan dibandingkan lagi dari hasil yang didapat

dari program ANSYS dengan hasil yang didapatkan dengan perhitungan analitis.

4.2 Hasil Perhitungan Inersia Balok Cellular dan Honeycomb

Pada subbab ini akan ditampilkan hasil dari perhitungan inersia dari setiap

model cellular beam dan honeycomb beam. Pada Bab III sudah dijabarkan rumus –

rumus untuk mencari inersia penampang cellular beam dan honeycomb beam. Pada

tabel dibawah ini adalah hasil dari perhitungan inersia kedua balok tersebut.

Universitas Sumatera Utara

Page 58: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

44

Universitas Sumatera Utara

Page 59: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

45

4. 3. Data Hasil Percobaan

Berikut hasil data yang didapat dari ANSYS untuk masing – masing

variasi yang dilakukan. Tabel pertama dibawah ini adalah tabel hasil dari profil

awal.

Tabel 4.3 Tabel Data Hasil Profil Awal

WF 400X200

Gaya (N) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 14,98 2,0578

10000 29,946 4,1158

15000 44,896 6,1741

20000 59,832 8,2325

25000 74,753 10,291

30000 89,659 12,35

35000 104,55 14,409

40000 119,43 16,469

45000 134,29 18,528

50000 149,14 20,588

55000 163,97 22,648

60000 178,79 24,708

65000 193,59 26,768

70000 208,38 28,828

75000 223,18 30,9

80000 237,92 32,952

85000 252,67 35,013

90000 267,4 37,074

95000 282,12 39,135

100000 296,84 41,197

105000 249,55 43,268

110000 249,76 45,354

115000 249,92 47,459

120000 250,09 49,586

125000 250,25 51,802

130000 251,1 54,579

135000 252,91 59,045

140000 257,9 72,764

145000 .>error

Universitas Sumatera Utara

Page 60: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

46

Model 1

Tabel 4.4 Tabel Data Hasil (Model 1)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 11,03 1,0838 10,616 0,98523

10000 22,05 2,1677 21,242 1,9705

15000 33,059 3,2517 31,878 2,9559

20000 44,059 4,3357 42,523 3,9413

25000 55,048 5,4198 53,178 4,9268

30000 66,028 6,504 63,843 5,9123

35000 76,997 7,5882 74,517 6,898

40000 87,957 8,6725 85,202 7,8836

45000 98,906 9,7569 95,896 8,8694

50000 109,85 10,841 106,6 9,8552

55000 120,78 11,926 117,31 10,841

60000 131,7 13,011 128,04 11,827

65000 142,61 14,095 138,79 12,811

70000 153,51 15,18 149,51 13,8

75000 164,4 16,265 160,26 14,786

80000 175,28 17,35 171,03 15,774

85000 186,15 18,435 181,81 16,762

90000 197,01 19,52 192,6 17,752

95000 207,86 20,605 203,4 18,743

100000 218,7 21,69 214,21 19,736

105000 229,54 22,775 225,04 20,731

110000 240,36 23,86 235,88 21,728

115000 251,17 24,946 246,73 22,728

120000 261,98 26,032 257,6 23,731

125000 272,81 27,12 268,52 24,738

130000 265,38 28,212 271,84 25,748

135000 273,37 29,311 272,23 26,764

140000 275,91 30,418 280,47 27,786

145000 267,52 31,536 264,16 28,817

150000 267,36 32,672 262,35 29,858

155000 255,62 33,826 267,25 30,912

160000 248,47 35,011

165000 248,51 36,238

170000 248,5 37,579

175000 248,91 39,316

180000 249,75 41,995

185000

Model 1 (S/Do = 1,28 ; D/Do = 1,4)

Gaya (N)Cellular Beam Honeycomb Beam

>error

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 61: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

47

Model 2

Tabel 4.5 Tabel Data Hasil (Model 2)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 11,346 1,1096 10,86 1,0197

10000 22,682 2,2193 21,71 2,0395

15000 34,006 3,329 32,55 3,0593

20000 45,32 4,4389 43,381 4,0792

25000 56,623 5,5488 54,203 5,0992

30000 67,915 6,6588 65,015 6,1193

35000 79,196 7,7688 75,819 7,1394

40000 90,467 8,879 86,612 8,1596

45000 101,73 9,9892 97,397 9,1799

50000 112,98 11,1 108,17 10,2

55000 124,22 12,21 118,94 11,221

60000 135,44 13,321 129,69 12,241

65000 146,49 14,492 140,44 13,261

70000 157,87 15,54 151,18 14,283

75000 169,07 16,651 161,91 15,303

80000 180,25 17,762 172,63 16,325

85000 191,43 18,873 183,35 17,347

90000 202,6 19,984 194,05 18,369

95000 213,75 21,095 204,75 19,393

100000 224,9 22,206 215,44 20,417

105000 236,03 23,317 226,12 21,442

110000 247,16 24,428 236,8 22,469

115000 258,27 25,539 247,47 23,498

120000 269,37 26,651 258,13 24,529

125000 270,72 27,763 268,83 25,562

130000 273,88 28,878 268,78 26,599

135000 277,04 29,996 272,23 27,641

140000 267,78 31,12 276,4 28,688

145000 260,97 32,252 265,79 29,743

150000 254,88 33,395 266,83 30,806

155000 256,9 34,552 258,44 31,88

160000 248,3 35,73 254,25 32,968

165000 248,34 36,948 248,11 34,077

170000 248,37 38,306 248,12 35,241

175000 248,88 40,096 248,27 36,578

180000 249,97 42,758 248,87 38,322

185000 249,59 40,958

190000>error

>error

Model 2 (S/Do = 1,28 ; D/Do = 1,5)

Cellular BeamGaya (N)

Honeycomb Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 62: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

48

Model 3

Tabel 4.6 Tabel Data Hasil (Model 3)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 10,922 1,1576 11,112 1,0673

10000 21,836 2,3152 22,215 2,1346

15000 32,74 3,473 33,308 3,202

20000 43,636 4,6308 44,392 4,2695

25000 54,523 5,7887 55,466 5,3371

30000 65,4 6,9466 66,531 6,4047

35000 76,269 8,1047 77,587 7,4724

40000 87,129 9,2628 88,633 8,5402

45000 97,98 10,421 99,67 9,6081

50000 108,82 11,579 110,7 10,676

55000 119,66 12,738 121,72 11,744

60000 130,48 13,896 132,73 12,812

65000 141,3 15,056 143,73 13,881

70000 152,1 16,213 154,72 14,948

75000 162,9 17,372 165,7 16,017

80000 173,69 18,531 176,67 17,085

85000 184,47 19,69 187,64 18,154

90000 195,25 20,849 198,59 19,222

95000 206,01 22,008 209,54 20,291

100000 216,77 23,167 220,48 21,36

105000 227,52 24,326 231,41 22,43

110000 238,25 25,485 242,33 23,5

115000 248,99 26,644 253,25 24,571

120000 259,71 27,804 264,16 25,643

125000 258,95 28,966 272,85 26,717

130000 268,45 30,13 269,58 27,794

135000 270,29 31,298 278,66 28,875

140000 258,11 32,472 269,68 29,962

145000 263,62 33,655 267,21 31,056

150000 258,68 34,849 259,83 32,157

155000 255,14 36,059 248,48 33,269

160000 248,28 37,294 248,55 34,395

165000 248,37 38,615 248,59 35,572

170000 248,84 40,217 248,61 36,801

175000 249,86 42,362

180000 251,35 45,916

185000

Model 3 (S/Do = 1,28 ; D/Do = 1,6)

Cellular Beam Honeycomb BeamGaya (N)

>error

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 63: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

49

Model 4

Tabel 4.7 Tabel Data Hasil (Model 4)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 10,944 1,1343 10,51 0,9865

10000 21,877 2,2686 21,012 1,9731

15000 32,799 3,403 31,504 2,9597

20000 43,712 4,5374 41,988 3,9464

25000 54,614 5,6719 52,463 4,9331

30000 65,505 6,8064 62,93 5,92

35000 76,386 7,941 73,388 6,9069

40000 87,257 9,0756 83,837 7,8938

45000 98,118 10,21 94,277 8,8808

50000 108,97 11,345 104,71 9,8679

55000 119,81 12,48 115,13 10,855

60000 130,64 13,615 125,55 11,842

65000 141,46 14,75 135,95 12,828

70000 152,27 15,884 146,35 13,818

75000 163,07 17,019 156,74 14,805

80000 173,86 18,154 167,12 15,792

85000 184,64 19,289 177,5 16,78

90000 195,41 20,424 187,86 17,769

95000 206,17 21,559 198,22 18,759

100000 216,92 22,696 208,58 19,75

105000 227,66 23,842 218,92 20,743

110000 238,39 25,002 229,26 21,738

115000 249,12 26,181 239,59 22,734

120000 259,85 27,382 249,92 23,732

125000 270,64 28,606 260,24 24,733

130000 271,97 29,861 266,42 25,737

135000 277,41 31,166 266,58 26,747

140000 274,88 32,545 275,64 27,762

145000 269,84 34,035 272,5 28,786

150000 270,39 35,718 263,77 29,82

155000 256,3 37,775 263,71 30,863

160000 248,3 40,837 255,03 31,917

165000 248,4 45,799 250,3 32,993

170000 248,46 52,48 251,4 34,104

175000 248,92 61,343 248,41 35,294

180000 248,72 36,746

185000 249,41 38,766

190000 >error

Gaya (N)Cellular Beam Honeycomb Beam

Model 4 (S/Do = 1,18 ; D/Do = 1,4

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 64: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

50

Model 5

Tabel 4.8 Tabel Data Hasil (Model 5)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 11,257 1,1946 11,095 1,0213

10000 22,526 2,3894 22,179 2,0427

15000 33,805 3,5842 33,252 3,0641

20000 45,095 4,779 44,315 4,0856

25000 56,397 5,974 55,368 5,1072

30000 67,71 7,169 66,411 6,1289

35000 79,033 8,3641 77,443 7,1506

40000 90,368 9,5593 88,464 8,1724

45000 101,71 10,755 99,476 9,1943

50000 113,07 11,95 110,48 10,216

55000 124,44 13,145 121,47 11,238

60000 135,82 14,341 132,45 12,26

65000 147,22 15,535 143,42 13,281

70000 158,62 16,732 154,38 14,305

75000 170,03 17,928 165,33 15,327

80000 181,46 19,123 176,27 16,35

85000 192,89 20,319 187,2 17,373

90000 204,34 21,515 198,12 18,396

95000 215,8 22,711 209,04 19,421

100000 227,28 23,91 219,94 20,446

105000 238,76 25,119 230,84 21,472

110000 250,26 26,342 241,73 22,499

115000 261,78 27,584 252,61 23,527

120000 270,79 28,848 263,5 24,557

125000 273,11 30,141 274,45 25,589

130000 279,94 31,468 271,41 26,625

135000 270,42 32,844 280,39 27,664

140000 268,09 34,299 289,67 28,708

145000 265,85 35,865 271,24 29,76

150000 248,15 37,634 271,09 30,819

155000 248,22 39,868 256,36 31,887

160000 248,21 43,449

165000 248,17 48,848

170000 248,75 56,537

175000

Gaya (N)Cellular Beam Honeycomb Beam

Model 5 (S/Do = 1,18 ; D/Do = 1,5)

>error

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 65: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

51

Model 6

Tabel 4.9 Tabel Data Hasil (Model 6)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 11,468 1,2419 10,899 1,0696

10000 22,948 2,4838 21,807 2,1393

15000 34,438 3,7258 32,725 3,209

20000 45,94 4,9679 43,653 4,2789

25000 57,452 6,2101 54,59 5,3488

30000 68,976 7,4524 65,537 6,4188

35000 80,511 8,6947 76,493 7,4888

40000 92,056 9,9372 87,459 8,5589

45000 103,61 11,18 98,435 9,6292

50000 115,18 12,422 109,42 10,699

55000 126,76 13,665 120,42 11,77

60000 138,35 14,908 131,42 12,84

65000 150,02 16,144 142,43 13,91

70000 161,57 17,393 153,46 14,982

75000 173,2 18,636 164,5 16,052

80000 184,83 19,879 175,54 17,123

85000 196,48 21,123 186,59 18,194

90000 208,14 22,366 197,66 19,265

95000 219,81 23,615 208,73 20,336

100000 231,5 24,878 219,82 21,407

105000 243,2 26,16 230,91 22,478

110000 254,93 27,47 242,02 23,55

115000 266,68 28,814 253,15 24,623

120000 270 30,195 264,3 25,697

125000 273,18 31,622 262,73 26,773

130000 277,62 33,123 269,16 27,851

135000 263,44 34,784 274,3 28,932

140000 261,96 36,696 268,28 30,019

145000 256,39 39,18 265,15 31,112

150000 248,57 43,175 256,17 32,214

155000 248,65 48,467 251,02 33,324

160000 248,69 54,897 252,32 34,45

165000 249,46 63,349 248,62 35,602

170000 251,35 76,942 248,82 36,85

175000 255,74 100,85 249,53 38,377

180000 250,7 40,463

185000 252,54 44,707

190000

Gaya (N)Cellular Beam Honeycomb Beam

Model 6 (S/Do = 1,18 ; D/Do = 1,6)

>error

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 66: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

52

Model 7

Tabel 4.10 Tabel Data Hasil (Model 7)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 35,137 1,5187 10,711 0,98763

10000 70,277 3,0376 21,432 1,9753

15000 105,42 4,5565 32,163 2,9631

20000 140,56 6,0755 42,904 3,9509

25000 175,71 7,5946 53,654 4,9388

30000 210,86 9,1137 64,415 5,9268

35000 246,01 10,633 75,185 6,9149

40000 281,18 12,153 85,965 7,903

45000 250,36 13,744 96,755 8,8911

50000 251,18 15,612 107,56 9,8794

55000 253,1 18,255 118,37 10,868

60000 257,72 22,694 129,18 11,856

65000 267,46 30,403 140 12,846

70000 278,68 39,799 150,86 13,833

75000 291,71 50,713 161,71 14,821

80000 308,09 64,726 172,57 15,81

85000 328,6 83,007 183,44 16,799

90000 352,12 106,09 194,32 17,788

95000 377,99 135,09 205,22 18,778

100000 404,32 170,29 216,13 19,769

105000 227,05 20,761

110000 237,99 21,755

115000 248,94 22,75

120000 259,9 23,747

125000 270,92 24,745

130000 269,71 25,746

135000 274,29 26,751

140000 282,75 27,76

145000 274,07 28,776

150000 265,23 29,801

155000 256,75 30,835

160000 259,48 31,882

165000 248,25 32,943

170000 248,3 34,032

175000 248,18 35,2

180000 248,35 36,612

185000 249,08 38,532

190000

Model 7 (S/Do = 1,08 ; D/Do = 1,4)

Cellular Beam Honeycomb BeamGaya (N)

>error

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 67: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

53

Model 8

Tabel 4.11 Tabel Data Hasil (Model 8)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 35,558 1,5511 11,187 1,0224

10000 71,117 3,1022 22,384 2,0449

15000 106,68 4,6535 33,593 3,0674

20000 142,24 6,2048 44,812 4,09

25000 177,8 7,7562 56,042 5,1127

30000 213,36 9,3077 67,283 6,1354

35000 248,92 10,859 78,535 7,1582

40000 284,54 12,411 89,798 8,1811

45000 266,92 14,04 101,07 9,2041

50000 250,93 15,945 112,36 10,227

55000 253,61 18,701 123,65 11,25

60000 259,91 23,138 134,96 12,273

65000 272,69 30,834 146,33 13,292

70000 286,7 39,929 157,6 14,32

75000 301,2 50,411 168,94 15,344

80000 316,8 63,438 180,3 16,367

85000 334,19 80,763 191,66 17,391

90000 353,62 103,22 203,03 18,414

95000 375,09 131,64 214,42 19,438

100000 225,82 20,463

105000 237,23 21,488

110000 248,66 22,514

115000 260,1 23,54

120000 271,55 24,568

125000 274,69 25,597

130000 278,33 26,629

135000 278,83 27,665

140000 270,81 28,707

145000 272,27 29,755

150000 254,11 30,81

155000 247,06 31,875

160000 247,03 32,952

165000 246,89 34,045

170000 246,67 35,181

175000 246,66 36,452

180000 247,44 38,085

185000 248,39 40,487

190000

Honeycomb BeamCellular BeamGaya (N)

Model 8 (S/Do = 1,08 ; D/Do = 1,5)

>error

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 68: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

54

Model 9

Tabel 4.12 Tabel Data Hasil (Model 9)

Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

5000 38,419 1,5848 11,185 1,0694

10000 76,838 3,1698 22,36 2,1388

15000 115,26 4,7548 33,526 3,2083

20000 153,68 6,3399 44,682 4,2779

25000 192,1 7,9251 55,829 5,3476

30000 230,51 9,5104 66,966 6,4173

35000 268,93 11,096 78,093 7,4872

40000 250,11 12,695 89,211 8,5571

45000 250,8 14,48 100,32 9,6271

50000 252,03 16,622 111,42 10,697

55000 255,02 19,658 122,51 11,767

60000 262,17 24,893 133,59 12,838

65000 272,06 32,129 144,66 13,908

70000 282,97 40,329 155,72 14,978

75000 294,56 49,469 166,77 16,048

80000 307,76 60,451 177,82 17,119

85000 323,72 74,669 188,85 18,19

90000 342,75 92,875 199,87 19,26

95000 364,58 115,92 210,89 20,331

100000 389,01 144,98 221,9 21,402

105000 232,89 22,473

110000 243,88 23,544

115000 254,86 24,615

120000 265,83 25,686

125000 268,69 26,759

130000 268,44 27,833

135000 276,43 28,912

140000 269,14 29,996

145000 264,41 31,086

150000 268,97 32,182

155000 248,72 33,287

160000 248,8 34,406

165000 248,82 35,545

170000 248,89 36,763

175000 249,32 38,216

180000 250,29 40,207

185000 251,82 44,129

190000 255,18 57,494

195000 260,79 80,946

200000 >error

Model 9 (S/Do = 1,08 ; D/Do = 1,6)

Cellular Beam Honeycomb BeamGaya (N)

>error

Universitas Sumatera Utara

Page 69: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

55

4. 4. Analisa Data Hasil Percobaan

Pada tahap ini akan dianalisa data – data dari hasil percobaan yang bisa

dilihat pada tabel – tabel di subbab sebelumnya. Analisa akan disajikan dengan

berupa grafik garis yang didasarkan pada data hasil. Analisa akan dibagi menjadi 3

bagian berdasarkan dari tinggi profil atau parameter D/Do.

4. 4. 1 Analisa Hasil D/Do = 1,4

Pada bagian ini akan ditampilkan grafik tegangan dan deformasi yang

terjadi akibat pembebanan dari Model 1, Model 4 dan Model 7 yang memiliki tinggi

yang sama dengan perbedaan jarak S.

Grafik 4.1 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,4)

Universitas Sumatera Utara

Page 70: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

56

Grafik 4.2 Lendutan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,4)

Hasil analisis dari grafik di atas :

Pembebanan dilakukan bertahap sebesar 5000 N pada setiap tahapannya sampai

profil dinyatakan tidak stabil atau terjadi error pada analasis yang dilakukan

program ANSYS.

Dari grafik diatas terlihat bahwa Model 1 Cellular Beam mampu memikul beban

sebesar 180 kN. Untuk Honeycomb Beam besar beban yang dapat dipikul Model

4 dan 7 sebesar 185 kN.

Pada Model 7 cellular beam beban yang dapat dipikul adalah yang paling kecil

yaitu sebesar 100 kN. Untuk honeycomb beam beban paling kecil terjadi pada

Model 1 yang sebesar 155 kN.

Tegangan maksimum yang terjadi pada cellular beam Model 7 sebesar 404,32

MPa, lebih besar dibandingkan dengan model yang lain.

Pada Model 1 honeycomb beam terjadi lendutan yang paling kecil yaitu 30,912

mm jika dibandingkan dengan model yang lain.

Universitas Sumatera Utara

Page 71: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

57

Pada cellular beam Model 7 terjadi lendutan terbesar dibandingkan dengan

model lain yaitu 170,29 mm.

Dengan Rasio D/Do = 1,4, dari hasil analisis dapat dilihat bahwa rasio S/Do =

1,28 lebih cocok untuk cellular beam. Untuk honeycomb beam, rasio S/Do

dengan nilai 1,18 dan 1,08 lebih cocok untuk digunakan.

Jika dilihat pada Model 7, rasio S/Do = 1,08 tidak cocok untuk digunakan pada

cellular beam.

4. 4. 2 Analisa Hasil D/Do = 1,5

Pada bagian ini akan ditampilkan grafik tegangan dan deformasi yang

terjadi akibat pembebanan dari Model 2, Model 5 dan Model 8 yang memiliki tinggi

yang sama dengan perbedaan jarak S.

Grafik 4.3 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,5)

Universitas Sumatera Utara

Page 72: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

58

Grafik 4.4 Lendutan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,5)

Hasil analisis dari grafik diatas :

Dari grafik diatas terlihat bahwa Model 2 dan 5 honeycomb beam mampu

memikul beban sebesar 185 kN atau lebih besar daripada beban yang dapat

dipikul Model yang lain. Untuk cellular beam beban yang dapat dipikul paling

besar terjadi pada Model 2 yaitu sebesar 180 kN.

Untuk beban terkecil yang dapat dipikul terjadi pada cellular beam Model 8

sebesar 95 kN. Untuk honeycomb beam terjadi pada Model 5 sebesar 155 kN.

Tegangan paling besar terjadi pada cellular beam Model 8 jika dibandingkan

dengan Model lain yaitu sebesar 375,09 MPa.

Lendutan paling kecil terjadi pada Model 5 honeycomb beam yaitu sebesar

31,887 mm.

Pada Model 8 cellular beam mengalami lendutan terbesar yaitu 131,64 mm,

lebih besar dibandingkan dengan model – model lain.

Universitas Sumatera Utara

Page 73: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

59

Untuk D/Do = 1,5, dapat dilihat bahwa perbandingan jarak antar lubang dengan

tinggi lubang yang cocok adalah sebesar 1,28 dan 1,18 untuk honeycomb beam.

Untuk cellular beam rasio S/Do yang cocok adalah 1,28.

Untuk cellular beam rasio S/Do = 1,08 tidak cocok. Karena menyebabkan jarak

antar lubang yang terlalu kecil. Tetapi untuk honeycomb beam tidak

berpengaruh, karena honeycomb beam dalam mengatur lebar bukaan tidak kaku

atau lebih mudah untuk disesuaikan.

4. 4. 3 Analisa Hasil D/Do = 1,6

Pada bagian ini akan ditampilkan grafik tegangan dan deformasi yang

terjadi akibat pembebanan dari Model 3, Model 6 dan Model 9 yang memiliki tinggi

yang sama dengan perbedaan jarak S.

Grafik 4.5 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,6)

Universitas Sumatera Utara

Page 74: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

60

Grafik 4.6 Deformasi Yang Terjadi Akibat Pembebanan (D/Do = 1,6)

Hasil analisis dari grafik di atas :

Dari grafik diatas terlihat bahwa Model 9 honeycomb beam mampu memikul

beban sebesar 195 kN atau lebih besar daripada beban yang dapat dipikul Model

yang lain. Pada cellular beam beban paling besar yang dapat dipikul terjadi pada

model 3 sebesar 180 kN.

Pada Model 9 cellular beam beban yang dapat dipikul sebesar 100 kN, lebih

kecil jika dibandingkan dengan model yang lain. Untuk honeycomb beam beban

paling kecil yang dapat dipikul terjadi pada Model 3 yaitu sebesar 170 kN.

Pada Model 9, cellular beam mengalami tegangan maksimum terbesar yaitu

389,01 MPa, paling besar yang terjadi jika dibandingkan dengan model yang

lain.

Lendutan paling kecil terjadi pada Model 3 honeycomb beam yaitu sebesar

36,801 mm. Untuk lendutan paling besar yang terjadi Model 9 cellular beam

yaitu sebesar 144,98 mm.

Untuk parameter D/Do = 1,6, dapat dilihat bahwa perbandingan jarak antar

lubang dengan tinggi lubang yang cocok adalah sebesar 1,08 untuk honeycomb

beam. Rasio S/Do yang cocok untuk cellular beam adalah 1,28. Sama seperti

Universitas Sumatera Utara

Page 75: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

61

model-model dengan tinggi yang lain, rasio S/Do = 1,08 tidak cocok untuk

digunakan pada cellular beam

.

4. 5 Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

Pada subbab sebelum ini, sudah dibahas tentang besar tegangan dan

lendutan yang terjadi akibat pembebanan bertahap pada balok cellular dan

honeycomb. Dari data bisa dilihat besar beban yang dapat dipikul setiap balok.

Tetapi karena tahapan kenaikan beban setiap 5 kN, maka tidak dapat dilihat besar

beban akhir yang bisa dipikul balok.

Pada subbab ini, dilakukan analisis ulang untuk mencari beban yang dapat

dipikul balok tanpa tahapan pembebanan pada model balok yang memiliki beban

yang dapat dipikul sama besar. Sehingga didapat besar beban kritis sebelum

ANSYS menyatakan balok tersebut tidak stabil. Setelah diketahui balok yang

memikul beban paling besar dari beberapa model cellular beam dan honeycomb

beam akan dibandingkan dengan profil awal.

Hasil pada subbab sebelum ini, bisa dilihat Model 9 honeycomb beam

adalah balok yang bisa memikul beban yang lebih besar. Untuk jenis cellular beam,

Model 1, 2 dan 3 memiliki besar beban yang sama pada pembebanan bertahap.

Sehingga dilakukan analisa ulang terhadap ketiga model tersebut. Dari hasil yang

didapat, cellular beam Model 3 dapat memikul beban yang lebih besar.

Tabel 4.13 Tabel Data Hasil

Jenis Balok Beban Tegangan Lendutan

Profil 400 X 200 140 kN 257,9 MPa 72,764 mm

Model 3 (Cellular Beam) 184,954 kN 255,16 MPa 56,939 mm

Model 9 (Honeycomb Beam) 195 kN 260,79 MPa 80,946 mm

Universitas Sumatera Utara

Page 76: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

62

Grafik 4.7 Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan

Grafik 4.8 Lendutan Yang Terjadi Akibat Pembebanan

Universitas Sumatera Utara

Page 77: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

63

Pembahasan dari hasil analisis :

Dari tabel yang terlihat, Model 3 cellular beam dapat memikul beban sebesar

184,954 kN. Beban tersebut lebih kecil dibandingkan dengan Model 9

honeycomb beam yang sebesar 195 kN. Tetapi dari keduanya, terjadi kenaikan

dari beban yang dapat dipikul profil awal sebesar 140 kN.

Lendutan yang terjadi pada Model 9 honeycomb beam sebesar 80,946 mm. Lebih

besar dibandingkan daripada yang terjadi pada Model 3 cellular beam yang

sebesar 56,939 mm. Lendutan yang terjadi profil awal sebesar 72,764 mm.

Tegangan pada profil awal sebelum terjadi ketidakstabilan sebesar 257, 9 MPa.

Gambar 4.1 Tegangan Pada Profil Awal

Tegangan pada Model 3 cellular beam sebelum terjadi ketidakstabilan sebesar

255,16 MPa.

Gambar 4.2 Tegangan Pada Model 3 Cellular Beam

Universitas Sumatera Utara

Page 78: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

64

Pada balok Model 9 honeycomb beam tegangan makasimum terjadi pada daerah

sayap yang sebesar 260,75 MPa.

Gambar 4.3 Tegangan Pada Model 9 Honeycomb Beam

4.6 Perbandingan Tegangan Lentur Dan Lendutan Antara Analitis Dengan

ANSYS

Pada Subbab ini akan dibandingkan besar tegangan lentur dan lendutan

yang terjadi akibat pembebanan dari hasil yang didapat dengan metode analitis dan

dari ANSYS. Besar beban yang digunakan adalah 75 kN. Ada 3 titik yang ditinjau

yaitu pada bagian atas profil, tengah dan bawah. Perbandingan dilakukan pada

profil awal, Model 3 cellular beam dan Model 9 honeycomb beam. Rumus yang

digunakan untuk metode analitis adalah rumus momen, tegangan lentur dan

lendutan pada balok dengan tumpuan sederhana yang biasa digunakan, seperti

berikut ini :

𝑀 = 2. 𝑃. 𝐿 + 𝑞. 𝐿2

8

Dimana =

M = Momen

P = Beban terpusat = 65000 N

Universitas Sumatera Utara

Page 79: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

65

q = Berat sendiri

L = Panjang Bentang = 10000 mm

Momen yang digunakan untuk tegangan lentur sama untuk profil awal,

Model 3 cellular beam dan Model 9 honeycomb beam. Untuk rumus tegangan

lentur yang digunakan seperti berikut :

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥

Dimana :

σ = Tegangan Lentur

M = Momen

Sx = Section Modulus

Untuk Model 3 cellular beam dan Model 9 honeycomb beam section

modulus yang digunakan adalah Sxgross, karena ditengah bentang tidak ada lubang

pada bagian badannya. Lalu untuk lendutan, rumus yang digunakan adalah :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 𝐼𝑥 +

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 𝐼𝑥

Dimana :

d = Lendutan

P = Beban terpusat = 65000 N

q = Berat sendiri

Universitas Sumatera Utara

Page 80: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

66

L = Panjang bentang = 10000 mm

E = Modulus elastisitas = 200000 MPa

Ix = Inersia terhadap sumbu-X

Pada cellular beam dan honeycomb beam, untuk besar inersia yang

digunakan adalah Ixgross. Lalu sesuai dengan AISC Steel Design Guide 31 :

Castellated And Cellular Beam Design (2016), maka inersia yang digunakan adalah

0,9 kalinya.

4.6.1 Perbandingan Pada Profil Awal

Pertama yang dibandingkan adalah profil awal. Untuk besar inersia dan

modulus section seperti yang sudah ada pada Bab 3. Dengan metode analitis, besar

tegangan lentur dan lendutan seperti berikut ;

𝑀 = 2. 𝑃. 𝐿 + 𝑞. 𝐿2

8

𝑀 = 2 . 65000 . 10000 + 0,66 . 100002

8

𝑀 = 170750000 𝑁𝑚𝑚

Mencari tegangan lentur :

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥

𝜎 = 170750000

1190000

𝜎 = 148,71 𝑀𝑃𝑎

Universitas Sumatera Utara

Page 81: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

67

Lalu untuk besar lendutan yang terjadi dengan metode analitis, seperti

berikut ini :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 𝐼𝑥 +

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 𝐼𝑥

𝑑 = 65000 . 100003

48 . 200000 . 237000000+

5 . 0,66 . 100004

384 . 200000 . 237000000

𝑑 = 29,171 𝑚𝑚

Untuk lendutan yang terjadi dari ANSYS akan ditinjau pada 3 titik yaitu

pada bagian atas, tengah dan bawah penampang. Tegangan lentur akan ditinjau

pada serat atas, titik berat dan serat bawah, lalu akan dibuat dalam diagram tegangan

lentur. Seperti yang terlihat pada diagram tegangan lentur berikut ini :

Grafik 4.9 Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis

Untuk Profil Awal

-161,07

0,35256

179,95

-148,71

0,00

148,71

-200

0

200

-180 0 180

Tin

ggi

(mm

)

Tegangan Lentur (MPa)ANSYS ANALITIS

Universitas Sumatera Utara

Page 82: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

68

Grafik 4.10 Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis

Untuk Profil Awal

Jika dibandingkan dengan antara metode analitis dengan Ansys maka

perbedaannya seperti pada Tabel dibawah ini :

Tabel 4.14 Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS

Untuk Profil Awal

Bagian Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

Analitis ANSYS Persentase Analitis ANSYS Persentase

Atas 148,71 161,07 92,326 %

29,171

26,768 91,76 %

Tengah 0 0,353 - 26,772 91,78 %

Bawah 148,71 179,95 82,64% 26,768 91,76 %

4.6.2 Perbandingan Pada Model 3 Cellular Beam

Pada Model 3 cellular beam untuk besar inersia dan modulus section yang

digunakan adalah gross section, karena pada tengah bentang tidak terdapat lubang.

Besaran inersia dan modulus section seperti yang sudah ada pada Bab 3. Dengan

metode analitis, besar tegangan lentur dan lendutan seperti berikut ;

-29,171

-26,768-26,772

-26,768

-29,200

-26,780

-24,360

-21,940

-19,520

-17,100

-14,680

-12,260

-9,840

-7,420

-5,000

-2,580

-0,1600 5000 10000

Len

du

tan

(m

m)

Panjang (mm)

ANALTIS ANSYS (ATAS) ANSYS (Tengah) ANSYS (Bawah)

Universitas Sumatera Utara

Page 83: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

69

𝑀 = 2 .65000 . 10000 + 0,632 . 100002

8

𝑀 = 170399888 𝑁𝑚𝑚

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝜎 = 170399888

1831132

𝜎 = 93,117 𝑀𝑃𝑎

Lalu untuk besar lendutan yang terjadi seperti yang sudah dijelaskan

sebelumnya, inersia yang digunakan adalah 0,9 kalinya. Dengan metode analitis,

seperti berikut ini :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 𝐼𝑥 +

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 𝐼𝑥

𝑑 =65000 . 100003

48 . 200000 . 0,9 . 530684664+

5 . 0,632 . 100004

384 . 200000 . 0,9 . 530684664

𝑑 = 15,038 𝑚𝑚

Untuk lendutan yang terjadi dari ANSYS akan ditinjau pada 3 titik yaitu

pada bagian atas, tengah dan bawah penampang. Tegangan lentur akan ditinjau

pada serat atas, titik berat dan serat bawah, lalu akan dibuat dalam diagram tegangan

lentur. Seperti yang terlihat pada diagram tegangan lentur berikut ini :

Universitas Sumatera Utara

Page 84: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

70

Grafik 4.11 Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis

Untuk Cellular Beam

Grafik 4.12 Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis

Untuk Cellular Beam

-140

-0,5475

137,29

-93,117

0,000

93,117

-290

0

290

-140 0 140

Tin

ggi

(mm

)

Tegangan Lentur (MPa)

ANSYS ANALITIS

-15,038-15,050

-15,033 -15,049

-15,050

-12,630

-10,210

-7,790

-5,370

-2,950

-0,5300 5000 10000

Len

du

tan

(m

m)

Panjang (mm)

ANALTIS ANSYS (ATAS) ANSYS (Tengah) ANSYS (Bawah)

Universitas Sumatera Utara

Page 85: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

71

Jika dibandingkan antara metode analitis dengan Ansys maka

perbedaannya seperti pada Tabel dibawah ini :

Tabel 4.15 Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS

Untuk Cellular Beam

Bagian Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

Analitis ANSYS Persentase Analitis ANSYS Persentase

Atas 93,117 140 66,512 %

15,038

15,05 99,92 %

Tengah 0 0,548 - 15,033 99,967 %

Bawah 93,117 137,29 67,825 % 15,049 94,927 %

4.6.3 Perbandingan Pada Model 9 Honeycomb Beam

Pada Model 9 cellular beam untuk besar inersia dan modulus section yang

digunakan adalah gross section, karena pada tengah bentang tidak terdapat lubang

sama seperti pada Model 3 cellular beam. Besaran inersia dan modulus section

seperti yang sudah ada pada Bab 3. Dengan metode analitis, besar tegangan lentur

dan lendutan seperti berikut ;

𝑀 = 2 .65000 . 10000 + 0,659 . 100002

8

𝑀 = 170748372 𝑁𝑚𝑚

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝜎 = 170748372 𝑁𝑚𝑚

1832287 𝑚𝑚3

𝜎 = 93,189 𝑀𝑃𝑎

Universitas Sumatera Utara

Page 86: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

72

Lalu untuk besar lendutan yang terjadi seperti yang sudah dijelaskan

sebelumnya, inersia yang digunakan adalah 0,9 kalinya. Dengan metode analitis,

seperti berikut ini :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 0,9. 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝑑 = 65000 𝑁 . 100003

48 . 200000 . 0,9 . 531136036+

5 . 0,659 . 100004

384 . 200000 . 0,9 . 531136036

𝑑 = 15,057 𝑚𝑚

Untuk lendutan yang terjadi dari ANSYS akan ditinjau pada 3 titik yaitu

pada bagian atas, tengah dan bawah penampang. Tegangan lentur akan ditinjau

pada serat atas, titik berat dan serat bawah, lalu akan dibuat dalam diagram tegangan

lentur. Seperti yang terlihat pada diagram tegangan lentur berikut ini :

Grafik 4.13 Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis

Untuk Honeycomb Beam

-140,4

-0,34141

140,8

-93,189

0,000

93,189

-290

0

290

-141 0 141

Tin

ggi

(mm

)

Tegangan Lentur (MPa)ANSYS ANALITIS

Universitas Sumatera Utara

Page 87: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

73

Grafik 4.12 Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis

Untuk Honeycomb Beam

Jika dibandingkan dengan antara metode analitis dengan Ansys maka

perbedaannya seperti pada Tabel dibawah ini :

Tabel 4.15 Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS

Untuk Honeycomb Beam

Bagian Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

Analitis ANSYS Persentase Analitis ANSYS Persentase

Atas 93,189 140,4 66,374 %

15,057

13,904 92,342 %

Tengah 0 0,341 - 13,889 92,243 %

Bawah 93,189 140,8 66,185 % 13,903 92,336 %

-15,057

-13,904

-13,889

-13,903

-15,060

-13,890

-12,720

-11,550

-10,380

-9,210

-8,040

-6,870

-5,700

-4,530

-3,360

-2,190

-1,020 0 5000 10000

Len

du

tan

(m

m)

Panjang (mm)

ANALTIS ANSYS (ATAS) ANSYS (Tengah) ANSYS (Bawah)

Universitas Sumatera Utara

Page 88: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

74

BAB V

Kesimpulan dan Saran

5. 1 Kesimpulan

Setelah menyelesaikan penulisan tugas akhir ini, ada beberapa kesimpulan

yang dapat diperoleh. Antara lain sebagai berikut :

1. Dari beberapa Model yang didasarkan dari beberapa variasi parameter,

didapatkan bahwa rasio D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,08 adalah yang paling besar

dalam memikul beban sama untuk honeycomb beam. Untuk cellular beam yang

paling besar adalah D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,28.

2. Dengan parameter yang sama, honeycomb beam dapat memikul beban yang

lebih besar daripada cellular beam.

3. Dalam proses perencanaan balok honeycomb dan cellular beam, parameter D/Do

dan S/Do sangat mempengaruhi kinerja dari balok tersebut. Sehingga harus

diperhatikan dalam proses perencanaan.

4. Jika dilihat dari perhitungan inersia cellular beam, untuk tinggi yang sama

dengan honeycomb beam akan didapatkan inersia yang lebih kecil pada cellular

beam. Hal itu disebabkan karena adanya bagian yang terbuang dalam proses

pemotongan cellular beam. Untuk jarak antar lubang yang semakin besar

dibutuhkan bagian yang terbuang semakin besar pada cellular beam, sehingga

semakin besar diameter lubang dan inersia semakin kecil. Berbeda dengan

honeycomb beam yang proses pemotongannya lebih sederhana dan tidak adanya

bagian yang terbuang pada proses pemotongan.

5. Jika dilihat dari cellular beam pada Model 7, 8, dan 9, rasio S/Do = 1,08 sangat

tidak cocok untuk cellular beam. Karena pada cellular beam lebih kaku untuk

merencanakan jarak antar lubang, sehingga jaraknya menjadi sangat kecil.

Berbeda dengan honeycomb beam dalam merencanakan jarak antar lubang bisa

lebih mudah disesuaikan.

Universitas Sumatera Utara

Page 89: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

75

6. Jika dilihat dari tegangan yang terjadi, untuk cellular beam lebih baik karena

tegangan lebih tersebar disekeliling bukaan yang disebabkan tidak adanya sudut

dalam lingkaran. Sedangkan untuk honeycomb beam, tegangan terlihat lebih

terpusat pada sudut – sudut bukaannya atau terkonsentrasi pada sudutnya.

7. Pada perbandingan metode analitis dan hasil yang didapatkan dari ANSYS,

untuk tegangan lentur dan lendutan yang terjadi tidak terlalu jauh hasil yang

didapatkan.

8. Ketidakstabilan pada balok yang dianalisis terjadi akibat tidak adanya pelat

pengaku dan beban terpusat yang terlalu besar ditambah bertambahnya tinggi

profil dari awal. Sehingga menjadikan terjadi tekuk pada bagian badan dan

sayap.

5. 2 Saran

Berdasarkan hasil dari tugas akhir ini, ada beberapa saran yang dapat

diberikan untuk studi lebih lanjut. Sebagai berikut :

1. Dalam penggunaan balok dengan bukaan pada bagian badan, sebaiknya

digunkan pelat pengaku untuk menghidari terjadinya tekuk pada bagian badan

dan sayap.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk membandingkan balok honeycomb

dan cellular dengan melakukan eksperimental pengujian lentur.

3. Dalam proses analisis dengan menggunakan program sebaiknya diperhatikan

satuan dalam pengaturan material dan arah pembebanan. Lalu lokasi tempat

tumpuan diletakkan.

Universitas Sumatera Utara

Page 90: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

76

DAFTAR PUSTAKA

Bardley, Patrick. (2007). Making Heksagonal Castellation Beam. The James F.

Lincoln Arc Welding Foundation.

Blodgett, Omer W. (1991). Design of Welded Structure. Massachusetts: The James

F. Lincoln Arc Welding Foundation.

Boyer, J. P. (1964). Castellated Beams – New Developement. AISC National

Engineering Conference.

BSi.(1990). BS 5950 : Part 1 : 1990 : Structural Use of Steelwork

BSN. (2002). SNI 03 - 1972 - 2001- Tata Cara Perencanaan Struktur Baja

Fares, Sameer dan Coulson, John. (2016). Steel Design Guide 31 - Castellated and

Cellular Beam Design. America: AISC.

Gere, James dan Timoshenko, Stephen. (2000). Mekanika Bahan. Jakarta :

Erlangga.

Hoffman, Rebecca. (2006). Analysis of Stress Distribution and Failure Behavior of

Cellular Beams.

Jamadar dan Kumbhar. (2015). Parametric Study of Castellated Beam With

Circular and Diamond Shaped Opening. International Journal of Innovative

Research In Advance Engineering.Vol. 2 No.2.

Kassimali, Aslam. (2011). Structural Analysis 4th Edition. Standford : Cengage

Learning

Knowles, Peter. (1987). Design of Castellated Beam For Use With BS 5950 and BS

449. London: Constardo.

Lawson, R. M. (2011). Design of Composite Beam With Large Web Opening.

Berkshire: SCI.

Salmon, Charles. (1997). Struktur Baja Desain dan Perilaku. Jakarta : Erlangga.

Universitas Sumatera Utara

Page 91: Analisa Perbandingan Cellular Beam dan Honeycomb Beam

77

Wakchaure dan Sagade. (2012). Parametric Study of Castellated Beam With

Varying Depth of Web Opening. International Journal of Sciencetific and

Research Publication Vol.2 No. 8

Universitas Sumatera Utara