RIDWAN M. ABDUH: SAMBUNGAN BAUT BAJA

SAMBUNGAN BAUT

1. Pendahuluan

· Baut merupakan salah satu alat pengencang yang cukup populer di samping las, terutama baut mutu tinggi.

· Baut menggeser penggunaan paku keling karena kemampuan menerima gaya yang lebih besar dan menghemat biaya konstruksi.

· Dua tipe dasar baut mutu tinggi yang distandarkan ASTM adalah tipe A325 dan A490 yang mempunyai kepala berbentuk segi enam.

· Pemasangan baut mutu tinggi memerlukan gaya tarik awal yang akan memberikan friksi sehingga cukup kuat untuk memikul beban yang bekerja. Gaya ini dinamakan proof load.

· Proof load diperoleh dengan mengalikan luas daerah tegangan tarik (As) dengan kuat leleh yang besarnya 70% fu untuk A325 dan 80% fu untuk A490.

Ket : db = diameter nominal baut

n = jumlah ulir per mm

Tipe-Tipe Baut

Tipe Baut	Diameter (mm)	Proof Stress (MPa)	Kuat Tarik Minimum (MPa)
A307	6,35 – 104	-	60
A325	12,7 – 25,4 28,6 – 38,1	585 510	825 725
A490	12,7 – 38,1	825	1035

2. Tahanan Nominal Baut

Suatu baut yang memikul gaya terfaktor, Ru, harus memenuhi :

Φ = faktor reduksi = 0,75 (SNI 03-1729-2002)

Rn = tahanan nominal baut

Tahanan Geser Baut

Tahanan nominal satu buah baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan:

= 0,50 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser

= 0,40 untuk baut dengan ulir pada bidang geser

= kuat tarik baut (MPa)

= luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir

= jumlah bidang geser

Tahanan Tarik Baut

Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya (untuk semua baut) dihitung menurut:

= kuat tarik baut (MPa)

= luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir

Untuk lubang baut selot panjang tegak lurus arah gaya berlaku :

Tahanan Tumpu Baut

Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi terlemah dari baut atau komponen pelat yang disambung. Besarnya ditentukan oleh:

= diameter baut pada daerah tak berulir

= tebal pelat

= kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat

Tata Letak Baut

Jarak antar pusat lubang baut harus diambil tidak kurang dari 3 kali diameter nominal baut, dan jarak antara baut tepi dengan ujung pelat harus sekurang-kurangnya 1,5 diameter nominal baut. Dan jarak maksimum antar pusat lubang baut tak boleh melebihi 15 tp (dengan tp adalah tebal pelat lapis tertipis dalam sambungan) atau 200 mm, sedangkan jaraj tepi maksimum harus tidak melebihi (4tp+100 mm) atau 200 mm. (SNI pasal 13.4)

Sambungan Tipe Friksi

Apabila dikehendaki sambungan tanpa slip (tipe friksi), maka satu baut yang hanya memikul gaya geser terfaktor, Vu, dalam bidang permukaan friksi harus memenuhi :

Kuat rencana dihitung menurut :

= koefisien gesek = 0,35

= jumlah bidang geser

= 1,0 untuk lubang standar

= 0,85 untuk lubang selot pendek dan lubang geser

= 0,70 untuk lubang selot panjang tegak lurus arah gaya

= 0,60 untuk lubang selot panjang sejajar arah gaya

3. Geser eksentris

Apabila gaya P bekerja pada garis kerja yang tidak melewati titik berat kelompok baut muka akan timbul efek akibat gaya eksentris tersebut. Dalam mendesain sambungan seperti ini dapat dilskuksn dua macam pendekatan yaitu:

1. Analisa elastik,yang mengasumsikan tak ada gesekan antara pelat yang kaku dan alat pengencang yang elastik.

2. Analisa plastis, yang mengasumsikan bahwa kelompok alat pengencang dengan beban eksentris P berputar terhadap pusat rotasi sesaat dan deformasi di setiap alat penyambung sebanding dengan jaraknya dari pusat rotasi.

Analisa elastik

Prosedur analisa ini didasarkan pada konsep mekanika bahan sederhana, dan digunakan sebagai prosedur konservatif.

Untuk menghitung gaya total akibat beban eksentris pada gambar 1.a , maka pengaruh gaya R_r memeberikan gaya kontribusi gaya kepada tiap baut sebesar :

Dengan N adalah jumla.h baut. Dan total resultan gaya pada tiap baut yang mengalami gaya eksentris adalah :

Contoh Soal

Hitunglah gaya maksimal yang bekerja dalam satu baut, untuk suatu komponene struktur berikut yang memikul gaya eksentris seperti pada gambar .

Jawab :

Baut yang menerima gaya terbesar adalah baut nomor 1, 3, 4, dan 6. Pada baut nomor 4 bekerja gaya-gaya :

e = 75 + 50 = 125 mm

M = 12(125) = 1500 ton mm

Σ x² + Σ y² = 6 (50)² + 4 (75)² = 37500 mm²

Gaya total pada baut nomor 4 :

Analisa Plastis

Cara analisa ini dianggap lebih rasional dibandingkan dengan cara elastik. Beban P yang bekerja dapat menimbulkan translasi dan rotasi pada kelompok baut. Translasi dan rotasi ini dapat direduksi menjadi rotasi murni terhadap rotasi besar.

Sambungan Tipe Tumpu

Untuk sambungan tipe tumpu, slip diabaikan dan deformasi tiap alat pengencang proporsional terhadap jaraknya ke pusat rotasi sesaat. Analisa dilakukan sebagai berikut :

Dengan : R_i adalah tahanan nominalsatu baut

Δ_iadalah deformasi baut i dalam mm

Δ_max dari hasil eksperimental adalah sama dengan 8,6 mm

Contoh Soal

1. Sebuah batang tarik dari siku tunggal 120.120.12 (BJ: 37) digunakan untuk menahan gaya tarik yang terdiri dari 40 KN beban mati dan 120 KN beban hidup. Asumsikan tebal pelat sambung adalah 12 mm. jika digunakan baut A 325 berdiameter ½” dengan ulir diluar bidang geser, hitunglah jumlah baut yang dibutuhkan!

Jawab:

Hitung beban tarik terfaktor Tu:

Tu = 1,2 D + 1,6 L

= (1,2 . 40) + (1,6 . 120)

= 240 KN = 24 t

db = ½ “ = 12,7 mm

dimana 1” =25,4 mm

BJ 37 . fy = 240

fu = 370

mencari kekuatan pelat

Ag = 12 . 120 = 1440 mm²

An = 1440 – 2 (12,7 + 2) . 12

= 1087,2 mm

An _max = 0,85 . Ag = 0,85 . (1440) = 1224 mm²

An = Ae = 1087,2 mm²

Leleh = Ф Tn = Ф . fy . Ag

= 0,9 (240) . (1440)

= 311.040 N

= 31,104 t

Fraktur = Ф Tn = Ф . fu . Ae

= 0,75 . (370) . (1087,2)

= 301698 N

= 30,1698 t

Ф Tn > Tu

30,1698 > 24

Perencanaan baut:

Ulir diluar bidang geser (r = 0,5)

Ф Rn = Ф r₁ . m . fu_baut . Ab

= 0,75 . (0,5) (1) (825)(1/4 . π . 12,7²)

39.190,6566 N = 3,9191 t

Tumpu = Ф . Rn = Ф . 2,4 .db .tp.fu_baut

= 0,75.(2,4)(12,7)(12)(370)

= 101498,4 N

= 10,1498 t

Maka yang menentukan adalah Ф Rn = 3,9191 t

∑ baut yang diperlukan

∑ baut : Tu = 24 = 6,1239 = 6 buah

Ф Rn 3,9191

2. Hitung P_n yang boleh bekerja pada sambungan berikut ini, lakukan analisa plastis. Alat sambung yang digunakan adalah baut A325 (d_b = 22 mm, f_u^b = 825 MPa) tanpa ulir pada bidang geser.

Jawab :

E = 75 +50 = 125 mm

R_ni = 0,5. f_u^b.A_b.m = 0,5.(825)(¼.п.22²)(1) = 15,68 ton

R_i = R_ni [1 – exp(-0,4.Δ_i)]^0,55

1. Misalkan r_o diambil sama dengan 75 mm, proses hitungan ditabelkan sebagai berikut :

No. Baut	x_i	y_i	d_i	Δ_i	R_i	(R_i. x_i/ d_i)	R_i .d_i
1	25	75	79,057	4,664	14,295	4,520	1130,090
2	25	0	25,000	1,475	10,053	10,053	251,323
3	25	-75	79,057	4,664	14,295	4,520	1130,090
4	125	75	145,774	8,600	15,401	13,207	2245,127
5	125	0	125,000	7,374	15,223	15,223	1902,883
6	125	-75	145,774	8,600	15,401	13,207	2245,427
					Σ	60,730	8904,640

Maka didapat P_n = 60,730 ton

Maka didapat

Karena hasil tidak cocok, proses diulangi kembali.

2. Coba r_o = 51,46 mm

No. Baut	x_i	y_i	d_i	Δ_i	R_i	(R_i. x_i/ d_i)	R_i .d_i
1	1,46	75	75,014	5,113	14,530	0,283	1089,942
2	1,46	0	1,460	0,100	2,634	2,634	3,845
3	1,46	-75	75,014	5,113	14,530	0,283	1089,942
4	101,46	75	126,171	8,600	15,401	12,385	1943,217
5	101,46	0	101,460	6,916	15,130	15,130	1535,055
6	101,46	-75	126,171	8,600	15,401	12,385	1943,217
					Σ	43,099	7605,219