Jembatan Gelagar Komposit

Selengkapnya tentang Bentuk Struktur Jembatan

Gambar Prinsip balok tiered dan balok komposit

C. Jembatan Gelagar Komposit

Jika dua balok disusun secara sederhana (tiered beam) seperti yang terlihat pada Gambar a, keduanya bekerja secara terpisah, dan beban geser tergantung pada kekakuan lenturnya. Dalam kasus ini, gelincir dapat terjadi di sepanjang batas balok. Namun, jika kedua balok dihubungkan dan gelincir dihentikan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar b, keduanya bekerja sebagai satu kesatuan gelagar komposit. Dalam konteks jembatan gelagar datar komposit, gelagar baja dan slab beton dihubungkan melalui sambungan geser. Dengan cara ini, slab beton menyatu dengan gelagar dan berperan sebagai komponen tekan saat gelagar datar baja mengalami gaya tarik. Gelagar komposit terbukti lebih efektif dibandingkan dengan gelagar bertingkat sederhana.

Gambar berikut. memperlihatkan perbedaan antara balok tier dan balok komposit. Meskipun keduanya memiliki penampang yang sama dan menerima pembebanan terpusat pada tengahnya, momen inersia balok komposit empat kali lebih besar daripada balok tier, mengakibatkan hanya seperempat dari defleksi yang terjadi. Tekanan lendut maksimum di permukaan (atas atau bawah) hanya setengah dari konfigurasi balok tier.

Distribusi tekanan yang sesuai diilustrasikan pada gambar berikutnya. Poin 'S' dan 'V' merupakan pusat profil baja dan penampang komposit. Menurut teori, distribusi tegangan bersifat linier, tetapi distribusi tekanan mengalami perubahan pada batas antara baja dan beton.

Tiga jenis sambungan geser, yaitu studs, horse shoes, dan blok baja, diperlihatkan pada Gambar dibawah. Studs lebih umum digunakan karena lebih mudah dilas ke sayap tegangan dengan menggunakan pengelasan listrik, meskipun pemeriksaannya lebih sulit. Jika pengelasan pada stud kurang, stud dapat bergeser dan menyebabkan kerusakan. Jenis sambungan lainnya menjadi pertimbangan karena lebih mudah dalam pemeliharaannya. Penempatan sambungan geser dilakukan di dekat ujung bentang di mana gaya geser terbesar terjadi.

Gambar Potongan gelagar komposit:
 (a) potongan gelagar komposit, dan (b) distribusi tekanan

Gambar  Tipe sambungan geser:
 (a) stud, (b) horse shoe, (c) blok baja 

Gelagar Kisi-Kisi (Grillage Girder)

Dalam sistem gelagar kisi-kisi (grillage girder), gelagar diletakkan berbaris dan dihubungkan melintang dengan balok lantai. Beban truk didistribusikan oleh balok lantai ke gelagar, membentuk suatu sistem yang efisien. Jika gelagar utama berupa gelagar datar, perlu dipertimbangkan ketiadaan kekakuan dalam puntir. Sebaliknya, gelagar kotak dan gelagar beton dapat dianalisis dengan asumsi adanya kekakuan untuk menahan puntir. Balok lantai berkontribusi pada peningkatan kemampuan sistem struktur jembatan dalam menahan puntir.

Distribusi beban dalam sistem kisi-kisi ditunjukkan pada Gambar dibawah. Kisi-kisi ini memiliki tiga gelagar dengan satu balok lantai di pertengahan bentangnya. Meskipun terdapat 3 nodal/titik pada perpotongan gelagar dan balok lantai, hanya ada 2 persamaan (V = 0 dan M = 0). Jika perpotongan antara gelagar utama B dan balok lantai diputuskan, dan diterapkan sepasang kekuatan tak tentu ’X’ di titik ’b’ seperti pada gambar, nilai 'X' dapat dihitung dengan menggunakan kondisi yang sesuai di titik ’b’. Setelah nilai 'X' diperoleh, kekuatan setiap bagian gelagar dapat dihitung. Sistem struktur ini dapat diterapkan dalam desain praktis jembatan gelagar datar.

Gelagar Plat dengan Jarak Luas (Widely Spaced Plate Girder)

Konsep desain jembatan baja ini dikembangkan dengan tujuan meminimalkan jumlah gelagar dan bagian fabrikasi, sehingga dapat mengurangi nilai konstruksinya. Jarak antar gelagar dibuat lebar, dan pengaku lateral diabaikan. Sebagai contoh, Gambar dibawah. menunjukkan sebuah jembatan yang hanya memiliki dua gelagar dengan jarak 5.7 m dan ketebalan geladak slab beton pratekan sebesar 320 mm. Konsep ini memberikan solusi desain yang efisien dalam penggunaan material dan konstruksi.

Gambar Gelagar grillage:
 (a) sistem one-degree indeterminate, dan (b) sistem statika determinan

Gambar Jembatan Chidorinosawagawa

Gelagar Kotak (Box Girder)

Jembatan gelagar kotak terdiri dari gelagar longitudinal dengan slab di atas dan di bawahnya yang membentuk struktur berbentuk rongga atau gelagar kotak. Tipe gelagar ini umumnya digunakan untuk jembatan dengan bentang panjang. Meskipun cocok untuk bentang sederhana sepanjang 40 ft (+ 12 m), gelagar kotak beton bertulang lebih ekonomis pada bentang antara 60 – 100 ft (+ 18 – 30 m) dan sering didesain sebagai struktur menerus di atas pilar. Pada desain jembatan gelagar kotak beton prategang, keuntungan lebih terlihat pada bentang menerus dengan panjang di atas +300 ft (+100 m). Kelebihan utama gelagar kotak terletak pada kemampuannya menahan beban torsi.

Dalam kondisi lapangan di mana tinggi struktur tidak terlalu dibatasi, penggunaan gelagar kotak dan balok T memiliki nilai yang hampir setara pada bentang 80 ft (+ 25 m). Untuk bentang yang lebih pendek, tipe balok T biasanya lebih ekonomis, sementara untuk bentang yang lebih panjang, gelagar kotak lebih sesuai. Bentuk struktur gelagar kotak dapat dilihat pada Gambar dibawah. Gelagar kotak, sebagai struktur tertutup, memiliki ketahanan puntir yang tinggi tanpa mengorbankan kekuatan menahan lendut dan geser. Pada umumnya, gelagar datar yang membentuk bagian terbuka efektif dalam menahan lendut dan geser. Gelagar kotak sering menggunakan dek ortotropik, yaitu plat baja dengan pengaku membujur dan melintang, atau struktur dinding tipis pada slab beton untuk jembatan dengan bentang panjang.

Ketahanan puntir pada gelagar kotak terbagi menjadi dua bagian, yaitu puntir murni dan puntir tersembunyi. Meskipun ketahanan puntir murni pada gelagar profil I bisa diabaikan, untuk bagian tertutup seperti gelagar kotak, pertimbangan puntir murni penting, terutama pada desain jembatan lengkung atau bentang panjang. Di sisi lain, puntir tersembunyi pada bagian kotak dapat diabaikan.

Gelagar profil I memiliki ketahanan tersembunyi tetapi tidak sebesar ketahanan puntir murni pada bagian tertutup seperti gelagar kotak.

Gambar  Gelagar kotak;
 (a) dengan gelagar beton bertulang, dan (b) dengan steel deck 

Selengkapnya mengenai Teknik Struktur Bangunan