Konstruksi Balok Bertumpuan Sederhana
Konstruksi balok bertumpuan sederhana (simple beam) adalah konstuksi yang ditumpu pada dua titik tumpuan atau perletakan berupa sendi dan rol. Jenis konstruksi ini adalah statis tertentu, yang dapat diselesaikan dengan persamaan keseimbangan. Konstruksi balok bertumpuan sederhana dengan sebuah beban terpusat untuk menggambar bidang Momen Lentur (M), Gaya Lintang atau Gaya Geser (D) dan Gaya Aksial (N) terlebih dahulu harus dihitung reaksi arah vertikal. Momen Lentur adalah gaya yang menyebabkan melenturnya elemen struktur yang merupakan hasil perkalian suatu gaya (Reaksi Perletakan dan Gaya Dalam) dengan suatu jarak ke suatu titik tinjau tertentu. Gaya lintang atau Gaya Geser adalah Gaya yang tegak lurus dengan sumbu batang dan Gaya Normal atau Gaya Aksial adalah gaya yang sejajar degan sumbu batang.
Putaran sudut (q) yaitu besarnya sudut yang dibentuk pada suatu titik antara sumbu batang setelah balok dibebani dengan sumbu batang sebelum balok dibebani. Lendutan (D) yaitu jarak antara titik pada balok sebelum dibebani dengan setelah balok dibebani.
Dimana: δmax adalah lendutan balok (mm), L adalah panjang bentang balok (mm), E adalah modulus elastisitas balok (MPa), P adalah beban (N), I adalah momen inersia balok (mm4) dan M adalah momen maksimum balok (N-mm). Apabila bebannya bertambah, maka pada balok terjadi deformasi dan regangan tambahan yang mengakibatkan timbulnya (atau bertambahnya) retak lentur disepanjang bentang balok. Bila bebannya semakin bertambah, pada akhirnya dapat terjadi keruntuhan elemen struktur, yaitu pada saat beban luarnya mencapai kapasitas elemen. Taraf pembebanan demikian disebut keadaan limit dari keruntuhan pada lentur.
Kapasitas Momen Lentur Balok Baja Konvensional
Distribusi tegangan pada sebuah penampang WF akibat momen lentur diperlihatkan pada Gambar diatas Penampang elemen balok diasumsikan akan berbeda secara linear, pada sumbu netral penampang nilainya nol dan pada serat terluar penampang bernilai maksimum. Tegangan yang terjadi dapat berupa tegangan tekan pada serat bagian atas dan tegangan tarik pada serat bagian bawah. Regangan maksimum pada penampang akan bernilai kurang dari regangan leleh (Fy), dan distribusi tegangan juga akan linear pada Gambar (a). Jika penampang simetris, kedua serat terluar mempunyai jarak (y) yang sama, sehingga pada titik tersebut akan mengalami leleh pada saat bersamaan.
Gambar Distribusi Tegangan Pada Berbagai Tahap Pembebanan Lentur (b), jika suatu elemen balok diberikan pembebanan lentur sama dengan momen lelehnya (M = My), maka regangan yang terjadi pada penampang diasumsikan akan berbeda secara linear, dimana bernilai nol pada sumbu netral penampang dan bernilai maksimum pada serat terluar penampang. Tegangan yang terjadi pada serat terluar akan sebanding dengan tegangan lelehnya (Fy), sedangkan regangan maksimum pada penampang akan bernilai sama dengan regangan lelehnya (Fy), dan didistribusikan tegangan juga akan linear.
Peningkatan besar nilai momen yang bekerja akan menyebabkan lokasi leleh menjalar menuju sumbu netralnya (titik yang masih berperilaku elastik). Jika suatu elemen balok diberikan pembebanan lentur dengan besar yang lebih besar dari momen lelehnya (M > My), maka regangan yang terjadi akan berbeda secara linear, dimana bernilai nol pada sumbu netral penampang dan bernilai lebih besar dari regangan lelehnya (Fy) pada serat terluar seperti yang terlihat pada Gambar Distribusi Tegangan Pada Berbagai Tahap Pembebanan Lentur (c).
Pada gambar Distribusi Tegangan Pada Berbagai Tahap Pembebanan Lentur (d), ketika momen yang bekerja ditingkatkan secara bertahap, daerah yang mengalami leleh akan menyebar hingga seluruh penampang akan mengalami leleh. Nilai momen dimana seluruh daerah penampang mengalami leleh disebut dengan momen plastis, Mp dimana seluruh daerah pada penampang akan berperilaku plastis. Untuk memenuhi persamaan kesetimbangan, maka besar gaya tekan pada daerah tekan harus sebanding dengan besar gaya tarik pada daerah tarik penampang melintang elemen.
Hubungan momen lentur dan tegangan penampang dalam kondisi plastis diberikan oleh persamaaan:
M = momen lentur
Z = modulus plastis penampang
Ketika seluruh daerah penampang dalam kondisi plastis, maka seluruh serat mengalami leleh sehingga tegangan yang terjadi sebanding dengan tegangan lelehnya (Fy). Nilai momen yang terjadi juga akan sebanding dengan momen plastisnya, Mp, sehingga persamaan dituliskan sebagai:
Mp = Fy . S
By, Muh. Akbar Busman
