Konsep Dasar Analisis Struktur 2

Konsep Dasar Analisis Struktur 2:

Analisis Struktur 2 adalah langkah untuk menentukan bagaimana struktur merespons terhadap beban yang diterapkannya. Respon struktur dapat berupa perpindahan atau gaya-gaya dalam/tegangan yang terjadi di dalam struktur sebagai hasil dari beban yang diterimanya.

Teknik Menganalisa Struktur

Secara umum, ada tiga metode yang umum digunakan oleh para ahli dalam menganalisis struktur:

Analisis langsung pada struktur yang sebenarnya, analisis ini sering dilakukan untuk memverifikasi asumsi-asumsi yang digunakan dalam analisis sebelumnya, baik itu berupa model fisik maupun matematis. Misalnya:

Uji beban pada pondasi untuk memastikan kekuatan sebenarnya dan memvalidasi desain, terutama karena banyaknya ketidakpastian pada parameter tanah.
Uji beban pada lantai bangunan untuk mengevaluasi kelayakan bangunan setelah kejadian tertentu seperti kebakaran atau gempa.
Uji beban dinamis pada rangka pesawat terbang untuk memastikan keamanan dan performa struktur.

Analisis pada model fisik. Model fisik struktur dalam bentuk miniatur dibuat di laboratorium untuk memahami perilaku struktur sebenarnya. Meskipun membutuhkan biaya, analisis pada model fisik seringkali diperlukan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang perilaku struktur. Contohnya:

Model fisik bendungan untuk mempelajari respons terhadap beban air.
Model fisik bangunan tinggi untuk mengevaluasi efek angin terhadap struktur.

Analisis pada model matematis struktur yang disederhanakan. Metode ini umum digunakan karena lebih ekonomis secara biaya. Dalam analisis ini, struktur diidealisasi menjadi model matematis yang dapat disimulasikan untuk memprediksi perilaku struktur dalam berbagai kondisi.

Ketiga metode ini memiliki kelebihan dan kelemahan masing-masing, dan pilihan tergantung pada kompleksitas struktur, tujuan analisis, dan ketersediaan sumber daya.

Pemodelan Struktur

Struktur yang kompleks seringkali sulit untuk dianalisis secara langsung, baik secara eksak maupun numerik, tanpa adanya pemodelan yang lebih sederhana. Sebelum melakukan proses analisis, langkah awal yang penting adalah membuat model representasi struktur untuk digunakan dalam analisis. Model ini tentu saja tidak akan sama persis dengan struktur nyata karena seringkali diperlukan penyederhanaan untuk mempermudah analisis, yang biasanya melibatkan asumsi-asumsi tertentu.

Gambar 1

Contoh struktur nyata pada Gambar 2 (a) dapat dimodelkan seperti pada Gambar 2 (b), di mana hubungan antara balok dan kolom disederhanakan sebagai hubungan sendi karena sambungan antara balok dan kolom tidak memungkinkan untuk dimodelkan sebagai hubungan kaku, baik pada titik B maupun pada titik C.

Selain itu, perletakan titik A dimodelkan sebagai perletakan jepit karena didukung oleh pondasi yang besar dan masif, serta sebagian kolom tertanam dalam pondasi tersebut. Sedangkan perletakan titik D dimodelkan sebagai perletakan sendi, di mana ujung kolom hanya mencapai permukaan lantai dan hubungan antara kolom dan pondasi hanya menggunakan angkur pada poros kolom.

Melalui proses ini, struktur yang kompleks dapat direpresentasikan dalam model yang lebih sederhana namun tetap mewakili perilaku dan karakteristik struktur sebenarnya, sehingga memudahkan dalam analisis yang akan dilakukan.

Idealisasi/Simplifkasi Struktur

Beberapa asumsi dibuat untuk menggambarkan atau merepresentasikan batang atau elemen, penempatan, titik sambungan, atau beban pada struktur.

Batang

Sebuah batang dalam struktur diilustrasikan dengan garis yang sering kali melewati pusat massa batang tersebut, seperti yang diperlihatkan pada contoh:

Gambar 2

Aturan yang disebutkan sebelumnya tidak berlaku untuk struktur yang diperlihatkan di bawah ini:

Gambar 3

Struktur balok dengan penampang nonprismatis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 masih dapat disederhanakan sebagai balok lurus yang didukung oleh tiga tumpuan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3 di atas. Pada kasus ini, penebalan pada bagian perletakan B hanya terjadi karena balok perlu ditinggikan lebih tinggi akibat adanya momen negatif yang signifikan di titik B.

Idealisasi/Simplifkasi Perletakan

Sesuai dengan kemungkinan pergerakan yang dapat terjadi, perletakan dapat disederhanakan sebagai berikut:

Perletakan Jepit: Tidak ada perpindahan, baik itu rotasi maupun translasi.
Perletakan Sendi: Terjadi rotasi, tetapi tidak terjadi translasi.
Perletakan Rol: Terjadi rotasi dan translasi dalam arah tertentu.

Gambar 4

Idealisasi Titik Kumpul

Titik kumpul adalah tempat pertemuan antara batang-batang dalam sebuah struktur. Terdapat dua jenis asumsi yang umum digunakan untuk titik kumpul:

Titik Kumpul Kaku: Sudut antara batang-batang pada titik kumpul ini tetap tidak berubah sebelum dan setelah beban diterapkan. Titik kumpul kaku harus mampu menahan momen.
Titik Kumpul Sendi: Sudut antara batang-batang pada titik kumpul ini dapat berubah setelah beban diterapkan. Titik kumpul sendi tidak mampu menahan momen, sehingga beban yang bekerja harus ditempatkan pada titik kumpul.

Struktur yang terbentuk dari batang-batang dan titik kumpul sendi ini dikenal sebagai struktur Rangka Batang.

Gambar 5

Gambar 6

Statis Tertentu & Statis Tak Tentu

Struktur Statis Tertentu adalah jenis struktur yang dapat di analisis hanya dengan menggunakan prinsip keseimbangan. Struktur ini termasuk dalam kategori struktur statis tak tentu, di mana hukum keseimbangan saja tidak cukup untuk menganalisisnya. Terdapat kelebihan gaya (redundansi) jika hanya mengandalkan hukum keseimbangan. Sebagai contoh, struktur yang ditunjukkan pada gambar 3 di atas. Salah satu dari reaksi vertikal pada struktur tersebut merupakan gaya kelebihan.

Metode-metode Analisis Struktur Statis Tak Tentu

Dari evolusi ilmu analisis struktur, dapat dikelompokkan menjadi dua kategori:

Analisis struktur secara iteratif, di mana perhitungan berulang dilakukan untuk mencapai nilai yang konvergen. Beberapa metode dalam kategori ini meliputi Metoda Cross, Metoda Takabeya, dan Metoda Kanni. Meskipun pengembangan telah dilakukan dengan dukungan komputer, penggunaan komputer dalam metode-metode ini masih belum optimal karena ketergantungan pada bentuk struktur.
Analisis struktur dengan metode matriks. Konsep ini telah menghasilkan beberapa metode, antara lain:

Metoda slope deflection atau Metoda Gaya
Metoda Clapeyron
Metoda Kekakuan
Metoda Kekakuan Langsung
Metoda Elemen Hingga
Metoda Elemen Batas

Perlu diingat bahwa setiap metode memiliki aplikasi yang berbeda-beda tergantung pada karakteristik struktur yang dianalisis.

Metode Matriks

Matematika merupakan alat standar yang digunakan untuk menyederhanakan penulisan dan penyelesaian masalah dalam berbagai disiplin ilmu, terutama dalam bidang sains dan rekayasa.

Analisa Struktur Metode Matriks

Sebuah proses analisis struktur yang disusun dalam bentuk matriks (dikenal sebagai formulasi matriks) yang berlaku dari level elemen hingga level keseluruhan struktur secara keseluruhan.

Diskritisasi Struktur

Seperti halnya dalam metode analisis numerik lainnya, metode matriks dalam menganalisis struktur juga bergantung pada model diskrit dari struktur yang sedang dipelajari. Model diskrit ini terbentuk dengan membagi struktur menjadi sejumlah elemen, di mana masing-masing elemen dibatasi oleh pembatas. Oleh karena itu, elemen-elemen ini merupakan unit terkecil yang membentuk struktur yang sedang dianalisis.

Ketidak Tentuan Statis vs Ketidak Tentuan Kinematis

Derajat Ketidak Tentuan Statis adalah jumlah gaya kelebihan (redundan) dalam struktur, atau jumlah gaya yang tidak dapat ditentukan hanya dengan menggunakan persamaan keseimbangan saja. Derajat Ketidak Tentuan Statis tetap untuk suatu struktur dan digunakan dalam Metoda Gaya (Metoda Fleksibilitas).

Ketidak Tentuan Kinematis adalah jumlah komponen kinematis yang tidak diketahui dalam struktur. Komponen kinematis mengacu pada perpindahan yang dimungkinkan pada setiap titik kumpul yang ditentukan (d.o.f = derajat kebebasan). Derajat Ketidak Tentuan ini bergantung pada model diskrit yang digunakan dan digunakan dalam Metoda Kekakuan.

Penutup

Dalam analisis struktur, pemahaman tentang derajat ketidakpastian, baik dari segi statis maupun kinematis, sangat penting untuk menyusun model yang akurat dan memahami perilaku struktur yang kompleks. Dengan mempertimbangkan derajat ketidakpastian ini, para insinyur dapat mengembangkan metode analisis yang tepat dan efisien untuk memecahkan masalah struktural yang rumit. Dengan demikian, penggunaan metoda seperti Metoda Gaya dan Metoda Kekakuan dapat memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang respons struktur terhadap beban yang diberikan. Seiring dengan kemajuan teknologi, penggunaan pendekatan analitis dan numerik yang didasarkan pada model matriks semakin umum dalam menganalisis struktur kompleks, membuka pintu bagi inovasi dan kemajuan dalam rekayasa struktur.

SITUS TEKNIK SIPIL