Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang desain jembatan rangka kaku dengan bantuan diagram.
Pengantar Jembatan Rangka Kaku:
Pada jembatan rangka yang kaku, geladak dihubungkan secara kaku ke penyangga dan dermaga. Tipe struktur ini dapat berupa unit bentang tunggal atau unit multi bentang seperti ditunjukkan pada Gambar 12.1. Semua keuntungan dari jembatan bentang menerus hadir di sini.
Fitur-fitur berikut adalah keuntungan tambahan dari jembatan rangka kaku dibandingkan jembatan kontinu:
- i) Lebih kaku strukturnya.
- ii) Lebih sedikit momen di geladak yang dialihkan sebagian ke komponen struktur pendukung.
iii) Tidak diperlukan bantalan.
- iv) Penampilan estetika yang lebih baik daripada struktur bentang menerus.
Seperti pada jembatan bentang menerus, struktur ini juga membutuhkan bahan pondasi yang kokoh. Analisisnya, bagaimanapun, lebih melelahkan daripada yang pertama.
Rangka-rangka tersebut dapat digantung atau dipasang pada dasarnya seperti yang diilustrasikan pada Gambar 12.1. Saat berengsel, momen-momen yang terbawa ke alas hanya memutar tumpuan vertikal sehingga sangat mengurangi momen dan tidak ada momen yang terbawa ke pondasi; hanya beban vertikal dan momen yang disebabkan oleh gaya dorong pada tingkat engsel yang dipertimbangkan dalam mendesain pondasi.
Di sisi lain, pada struktur dasar tetap, momen dari bangunan atas pada akhirnya terbawa ke pondasi karena tumpuan vertikal tidak dapat berputar secara independen tanpa memutar pondasi bersamanya. Oleh karena itu, terbukti bahwa pada rangka berengsel, momen pada dasar tumpuan dan pada rakit jauh lebih kecil tetapi momen bentang lebih besar daripada momen pada rangka tetap.
Karena rangka tetap dirancang dengan asumsi bahwa elemen vertikal tidak berputar pada dasarnya, keadaan kondisi ini hanya dapat dicapai jika fondasi dapat bertumpu pada batuan padat atau fondasi yang tidak luluh.
Jenis Jembatan Rangka Kaku:
Beberapa jenis jembatan rangka kaku telah diilustrasikan pada Gambar 4.5 dan 4.6. Jembatan rangka kaku pelat padat dengan bentang hingga 25 m dapat dilakukan, sedangkan rangka kaku jenis pelat dan gelagar dapat digunakan hingga bentang 35 m. Pada jembatan penyeberangan jalan, jenis rangka portal kantilever seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6 biasanya lebih disukai.
Gorong-gorong kotak rangka kaku atau jembatan kecil (tunggal atau ganda Gambar 4.5) biasanya diadopsi di daerah di mana tanah pondasi lemah dan daerah pondasi yang lebih luas diinginkan untuk menurunkan tekanan pondasi dalam nilai aman yang diperbolehkan untuk jenis tanah.
Proporsi Struktur Jembatan Rangka Kaku:
Rasio bentang tengah ke ujung jembatan rangka kaku harus sebagai berikut:
Untuk jembatan pelat 1,20 hingga 1,30
Untuk jembatan pelat dan gelagar 1,35 hingga 1,40
Untuk estimasi kasar penampang, dimensi bentang tengah dan penampang tumpuan untuk jembatan pelat padat dapat diambil masing-masing sebagai L/35 dan L/15. Kurva soffit untuk jembatan rangka kaku umumnya dibuat sama dengan jembatan menerus.
Metode Analisis dan Pertimbangan Desain Jembatan Rangka Kaku:
Dalam menganalisis struktur rangka kaku, metode distribusi momen umum digunakan. Berurusan dengan jembatan menerus, metode distribusi momen paling cocok untuk desain praktis karena penampang struktur bervariasi pada titik yang berbeda dimana metode lain melelahkan dan oleh karena itu, tidak cocok.
Jika nilai faktor kekakuan, faktor terbawa dan momen ujung tetap untuk sambungan yang berbeda dari struktur rangka kaku diketahui, penggunaan metode distribusi momen sangat sederhana.
Efek Suhu:
Naik atau turunnya suhu menyebabkan pemanjangan atau penyusutan geladak yang menimbulkan momen ujung tetap pada komponen struktur vertikal seperti yang dijelaskan selanjutnya (Gbr. 12.2).
Perpanjangan atau kontraksi geladak BC akibat variasi suhu t = δ 2 = L 2 αt.
Pemanjangan atau penyusutan geladak AB atau CD karena variasi suhu t = δ 1 = L 1 αt tetapi karena pemanjangan atau penyusutan geladak BC sebesar δ 2 , gerakan bersih A atau C akan menjadi (δ 1 + + ½ δ 2 ).
Momen ujung tetap pada komponen struktur vertikal yang memiliki momen inersia, I dan defleksi, δ, dapat diberikan oleh
FEM = 6 EIδ/(L) 2 (12.1)
Momen ujung tetap yang dikembangkan pada bagian atas dan bawah semua komponen struktur vertikal sesuai persamaan 12.1 dapat didistribusikan ke semua komponen struktur.
Pengaruh Penyusutan, Angin, Seismik dan Arus Air:
Karena penyusutan beton, dek berkontraksi sehingga menyebabkan efek yang sama seperti penurunan suhu. Biasanya, efek karena penyusutan dianggap setara besarnya dengan yang dihasilkan oleh penurunan suhu.
Angin yang bertiup pada kemiringan pilar dapat menimbulkan momen goyang yang akan dimiliki bersama oleh semua anggota kerangka setelah didistribusikan.
Gaya seismik yang bekerja pada geladak, dermaga dan tumpuan akan menyebabkan momen pada anggota rangka karena gaya angin akan menginduksi.
Arus silang yang mengalir melalui sungai menghantam dermaga dan penyangga dan ini akan menyebabkan momen pada anggota karena angin akan bertiup.
Prosedur Desain Jembatan Rangka Kaku:
- Pilih panjang bentang untuk bentang ujung dan tengah yang sesuai dengan kondisi lokasi dan jenis jembatan. Kedalaman pada bentang tengah dan pada tumpuan harus diasumsikan.
- Pilih kurva soffit dan temukan kedalaman di berbagai bagian. Hitung momen ujung tetap akibat beban mati dan beban haunch yang terdistribusi merata dari tabel desain standar seperti “The Applications of Moment Distribution”, diterbitkan oleh The Concrete Association of India, Bombay.
- Temukan nilai faktor kekakuan dan faktor bawaan dari tabel desain setelah mengevaluasi nilai konstanta kerangka seperti a A , a B , r A , r B , h c dll.
Faktor distribusi dapat ditentukan sebagai berikut:
Di mana D AB = faktor distribusi untuk anggota AB.
S AB = Faktor kekakuan untuk AB.
ΣS = Jumlah faktor kekakuan semua anggota sendi itu.
- Momen ujung tetap beban mati harus didistribusikan dan koreksi Sway dilakukan jika diperlukan.
- Untuk mengevaluasi momen beban hidup pada elemen, diagram garis pengaruh untuk setiap elemen harus dibuat. Prosedur ini akan melelahkan jika momen diperoleh dengan menempatkan beban satuan pada setiap penampang (mungkin ada 5 sampai 10 penampang pada setiap bentang tergantung pada panjang bentang) dan mendistribusikan momen ujung tetap akibat beban satuan dengan koreksi goyangan di mana diperlukan.
Metode ini dapat disederhanakan jika prosedur yang diberikan di bawah ini diikuti.
- Tempatkan beban satuan pada sembarang posisi (Gbr. 12.3) dan dapatkan momen ujung tetap x dan y di ujung B dan C. Distribusikan momen ujung tetap ini ke semua komponen struktur. Momen yang diperoleh pada berbagai bagian adalah momen beban hidup (elastis) akibat beban satuan yang ditinjau.
Setelah koreksi goyangan yang diperlukan, persamaan momen dalam x dan y akan memberikan ordinat diagram garis pengaruh momen lentur di berbagai bagian untuk unit beban tersebut. Sekarang, dari tabel atau grafik, nilai x dan y untuk beban satuan pada posisi beban yang berbeda dapat diketahui dari mana koordinat garis pengaruh diag. di berbagai bagian untuk posisi beban yang berbeda dapat dihitung.
Prosedur yang diuraikan di atas akan memerlukan satu rangkaian distribusi momen dan satu rangkaian koreksi goyangan dari persamaan momen untuk setiap bentang.
Diagram garis pengaruh yang diperoleh dengan metode yang dijelaskan hanya untuk momen elastis. Diagram momen bebas harus ditumpangkan di atasnya untuk mendapatkan diagram garis pengaruh bersih. Momen beban hidup selanjutnya dapat diperoleh dari diagram garis pengaruh.
- Hitung momen pada berbagai bagian dan pada berbagai bagian karena suhu, penyusutan, angin, arus air, tekanan tanah pada tumpuan, gaya seismik, dll.
- Momen-momen yang diperoleh karena berbagai pembebanan dan efek seperti yang disebutkan di atas dapat diringkas sedemikian rupa sehingga momen desain maksimum untuk semua kasus kombinasi yang memungkinkan.
- Periksa kecukupan penampang sehubungan dengan tegangan beton dan berikan tulangan yang diperlukan untuk memenuhi momen desain.
- Detailkan tulangan dengan benar.
