Dalam berbagai situasi struktural, para insinyur mungkin perlu mengevaluasi kekuatan sambungan yang dibuat dengan pengelasan dan pengencang mekanis. Saat ini, pengencang mekanis biasanya berupa baut, tetapi desain yang lebih lama mungkin menggunakan paku keling.
Hal ini dapat terjadi selama peningkatan, renovasi, atau penyempurnaan suatu proyek. Desain baru mungkin memerlukan pengencangan baut dan pengelasan agar dapat bekerja bersama dalam sambungan di mana material yang akan disambung pertama-tama dikencangkan dengan baut dan kemudian dilas untuk memberikan kekuatan penuh pada sambungan tersebut.
Namun, menentukan kapasitas beban total suatu sambungan tidak sesederhana menjumlahkan komponen-komponen individualnya (las, baut, dan paku keling). Asumsi seperti itu dapat menyebabkan konsekuensi yang mengerikan.
Sambungan baut dijelaskan dalam Spesifikasi Sambungan Struktural American Institute of Steel Structures (AISC), yang menggunakan baut ASTM A325 atau A490 sebagai pemasangan kencang, pramuat, atau kunci geser.
Kencangkan sambungan yang sudah dikencangkan dengan kuat menggunakan kunci pas impak atau kunci pas dua sisi konvensional untuk memastikan lapisan-lapisan tersebut bersentuhan erat. Pada sambungan prategang, baut dipasang sedemikian rupa sehingga mengalami beban tarik yang signifikan, dan pelat mengalami beban tekan.
1. Putar mur. Metode memutar mur melibatkan pengencangan baut lalu memutar mur lagi, yang besarnya bergantung pada diameter dan panjang baut.
2. Kalibrasi kunci. Metode kunci yang dikalibrasi mengukur torsi yang terkait dengan tegangan baut.
3. Baut penyetel tegangan tipe torsi. Baut pengencang tipe putar memiliki tonjolan kecil di ujung baut yang berlawanan dengan kepala. Ketika torsi yang dibutuhkan tercapai, tonjolan tersebut dilepas.
4. Indeks tarikan lurus. Indikator tegangan langsung adalah ring khusus dengan tab. Jumlah kompresi pada lug menunjukkan tingkat tegangan yang diterapkan pada baut.
Secara sederhana, baut bertindak seperti pin pada sambungan yang rapat dan diberi tegangan awal, mirip seperti pin kuningan yang menahan tumpukan kertas berlubang. Sambungan geser kritis bekerja dengan gesekan: beban awal menciptakan gaya tekan ke bawah, dan gesekan antara permukaan kontak bekerja bersama untuk menahan selip sambungan. Ini seperti penjepit yang menahan tumpukan kertas, bukan karena lubang dilubangi pada kertas, tetapi karena penjepit menekan kertas-kertas tersebut dan gesekan menahan tumpukan tersebut.
Baut ASTM A325 memiliki kekuatan tarik minimum 150 hingga 120 kg per inci persegi (KSI), tergantung pada diameter baut, sedangkan baut A490 harus memiliki kekuatan tarik 150 hingga 170 KSI. Sambungan paku keling berperilaku lebih seperti sambungan kencang, tetapi dalam hal ini, pinnya adalah paku keling yang biasanya sekitar setengah lebih lemah dari baut A325.
Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi ketika sambungan yang diikat secara mekanis dikenai gaya geser (ketika satu elemen cenderung bergeser di atas elemen lain karena gaya yang diterapkan). Baut atau paku keling dapat berada di sisi lubang, menyebabkan baut atau paku keling tersebut putus secara bersamaan. Kemungkinan kedua adalah gesekan yang disebabkan oleh gaya penjepit dari pengencang yang telah diberi tegangan awal dapat menahan beban geser. Tidak diharapkan terjadi selip pada sambungan ini, tetapi hal itu mungkin terjadi.
Sambungan yang rapat dapat diterima untuk banyak aplikasi, karena sedikit selip tidak dapat memengaruhi karakteristik sambungan secara negatif. Misalnya, pertimbangkan silo yang dirancang untuk menyimpan material granular. Mungkin ada sedikit selip saat pemuatan pertama kali. Setelah selip terjadi, hal itu tidak akan terjadi lagi, karena semua pemuatan selanjutnya memiliki sifat yang sama.
Pembalikan beban digunakan dalam beberapa aplikasi, seperti ketika elemen berputar dikenai beban tarik dan tekan yang berg alternating. Contoh lain adalah elemen lentur yang dikenai beban sepenuhnya terbalik. Ketika terjadi perubahan arah beban yang signifikan, sambungan pramuat mungkin diperlukan untuk menghilangkan slip siklik. Slip ini akhirnya menyebabkan lebih banyak slip pada lubang memanjang.
Beberapa sambungan mengalami banyak siklus beban yang dapat menyebabkan kelelahan. Ini termasuk mesin pres, penyangga derek, dan sambungan pada jembatan. Sambungan kritis geser diperlukan ketika sambungan tersebut dikenai beban kelelahan dalam arah sebaliknya. Untuk kondisi seperti ini, sangat penting agar sambungan tidak tergelincir, sehingga diperlukan sambungan kritis geser.
Sambungan baut yang ada dapat dirancang dan diproduksi sesuai dengan standar mana pun. Sambungan paku keling dianggap rapat.
Sambungan las bersifat kaku. Sambungan solder lebih rumit. Tidak seperti sambungan baut yang kencang, yang dapat bergeser di bawah beban, lasan tidak perlu meregang dan mendistribusikan beban yang diterapkan secara besar-besaran. Dalam kebanyakan kasus, pengencang mekanis tipe las dan bantalan tidak mengalami deformasi dengan cara yang sama.
Ketika pengelasan digunakan dengan pengikat mekanis, beban ditransfer melalui bagian yang lebih keras, sehingga pengelasan dapat menanggung hampir seluruh beban, dengan sangat sedikit beban yang dibagi dengan baut. Itulah mengapa kehati-hatian harus dilakukan saat pengelasan, pemasangan baut, dan pemasangan paku keling. Spesifikasi. AWS D1 memecahkan masalah pencampuran pengikat mekanis dan pengelasan. Spesifikasi 1:2000 untuk pengelasan struktural – baja. Paragraf 2.6.3 menyatakan bahwa untuk paku keling atau baut yang digunakan pada sambungan tipe bantalan (yaitu di mana baut atau paku keling bertindak sebagai pin), pengikat mekanis tidak boleh dianggap berbagi beban dengan pengelasan. Jika pengelasan digunakan, pengikat tersebut harus mampu menanggung beban penuh pada sambungan. Namun, sambungan yang dilas ke satu elemen dan dipaku keling atau dibaut ke elemen lain diperbolehkan.
Saat menggunakan pengencang mekanis tipe bantalan dan menambahkan lasan, kapasitas menahan beban baut sebagian besar diabaikan. Sesuai ketentuan ini, lasan harus dirancang untuk mentransfer semua beban.
Ini pada dasarnya sama dengan AISC LRFD-1999, klausul J1.9. Namun, standar Kanada CAN/CSA-S16.1-M94 juga mengizinkan penggunaan mandiri ketika daya pengikat mekanis atau baut lebih tinggi daripada daya pengelasan.
Dalam hal ini, tiga kriteria saling berkaitan: kemungkinan pengencangan mekanis tipe bantalan dan kemungkinan pengelasan tidak mencukupi.
Bagian 2.6.3 dari AWS D1.1 juga membahas situasi di mana baut dan las dapat digabungkan dalam sambungan dua bagian, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Las di sebelah kiri, baut di sebelah kanan. Daya total las dan baut dapat diperhitungkan di sini. Setiap bagian dari seluruh sambungan beroperasi secara independen. Dengan demikian, kode ini merupakan pengecualian terhadap prinsip yang terdapat pada bagian pertama dari 2.6.3.
Aturan yang baru saja dibahas berlaku untuk bangunan baru. Untuk struktur yang sudah ada, klausul 8.3.7 D1.1 menyatakan bahwa ketika perhitungan struktural menunjukkan bahwa paku keling atau baut akan kelebihan beban oleh beban total baru, hanya beban statis yang sudah ada yang harus diberikan kepadanya.
Aturan yang sama mensyaratkan bahwa jika paku keling atau baut hanya dibebani beban statis atau dikenai beban siklik (kelelahan), maka logam dasar dan lasan yang cukup harus ditambahkan untuk menopang beban total.
Distribusi beban antara pengencang mekanis dan lasan dapat diterima jika struktur telah diberi beban awal, dengan kata lain, jika telah terjadi selip antara elemen-elemen yang terhubung. Namun, hanya beban statis yang dapat ditempatkan pada pengencang mekanis. Beban hidup yang dapat menyebabkan selip yang lebih besar harus dilindungi dengan menggunakan lasan yang mampu menahan seluruh beban.
Pengelasan harus mampu menahan semua beban yang diterapkan atau beban dinamis. Ketika pengencang mekanis sudah kelebihan beban, pembagian beban tidak diperbolehkan. Di bawah beban siklik, pembagian beban tidak diperbolehkan, karena beban dapat menyebabkan selip permanen dan kelebihan beban pada lasan.
Ilustrasi. Perhatikan sambungan tumpang tindih yang awalnya dikencangkan dengan baut (lihat Gambar 2). Struktur tersebut menambahkan kekuatan ekstra, dan sambungan serta konektor harus ditambahkan untuk memberikan kekuatan dua kali lipat. Pada Gambar 3 menunjukkan rencana dasar untuk memperkuat elemen-elemen tersebut. Bagaimana seharusnya sambungan tersebut dibuat?
Karena baja baru harus disambung dengan baja lama menggunakan las fillet, insinyur memutuskan untuk menambahkan beberapa las fillet pada sambungan tersebut. Karena baut masih terpasang, ide awalnya adalah hanya menambahkan las yang dibutuhkan untuk mentransfer daya ekstra ke baja baru, dengan harapan 50% beban akan melewati baut dan 50% beban akan melewati las baru. Apakah ini dapat diterima?
Pertama-tama, mari kita asumsikan bahwa saat ini tidak ada beban statis yang diterapkan pada koneksi. Dalam hal ini, paragraf 2.6.3 dari AWS D1.1 berlaku.
Pada sambungan tipe bantalan ini, las dan baut tidak dapat dianggap menanggung beban bersama, sehingga ukuran las yang ditentukan harus cukup besar untuk menopang seluruh beban statis dan dinamis. Kapasitas beban baut dalam contoh ini tidak dapat diperhitungkan, karena tanpa beban statis, sambungan akan berada dalam keadaan kendur. Las (yang dirancang untuk menanggung setengah beban) awalnya putus ketika beban penuh diterapkan. Kemudian baut, yang juga dirancang untuk mentransfer setengah beban, mencoba mentransfer beban dan patah.
Selanjutnya diasumsikan bahwa beban statis diterapkan. Selain itu, diasumsikan bahwa sambungan yang ada cukup untuk menahan beban permanen yang ada. Dalam hal ini, paragraf 8.3.7 D1.1 berlaku. Lasan baru hanya perlu menahan peningkatan beban statis dan beban hidup umum. Beban mati yang ada dapat dialihkan ke pengikat mekanis yang ada.
Di bawah beban konstan, sambungan tidak melorot. Sebaliknya, baut sudah menahan bebannya. Terjadi sedikit selip pada sambungan. Oleh karena itu, pengelasan dapat digunakan dan dapat mentransmisikan beban dinamis.
Jawaban atas pertanyaan “Apakah ini dapat diterima?” bergantung pada kondisi beban. Pada kasus pertama, tanpa adanya beban statis, jawabannya akan negatif. Dalam kondisi spesifik skenario kedua, jawabannya adalah ya.
Hanya karena beban statis diterapkan, tidak selalu memungkinkan untuk menarik kesimpulan. Tingkat beban statis, kecukupan sambungan mekanis yang ada, dan sifat beban ujung—baik statis maupun siklik—dapat mengubah jawabannya.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Manajer Pusat Teknologi Pengelasan, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric memproduksi peralatan pengelasan dan bahan habis pakai pengelasan di seluruh dunia. Para insinyur dan teknisi Pusat Teknologi Pengelasan membantu pelanggan memecahkan masalah pengelasan.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telepon 305-443-9353, faks 305-443-7559, situs web www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telepon 610-832-9585, faks 610-832-9555, situs web www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telepon 312-670-2400, faks 312-670-5403, situs web www.aisc.org.
FABRICATOR adalah majalah fabrikasi dan pembentukan baja terkemuka di Amerika Utara. Majalah ini menerbitkan berita, artikel teknis, dan kisah sukses yang memungkinkan para produsen untuk melakukan pekerjaan mereka dengan lebih efisien. FABRICATOR telah berkecimpung di industri ini sejak tahun 1970.
Kini dengan akses penuh ke edisi digital The FABRICATOR, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal kini sepenuhnya dapat diakses, memberikan akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Dapatkan akses digital penuh ke Jurnal STAMPING, yang menampilkan teknologi terkini, praktik terbaik, dan berita industri untuk pasar pencetakan logam.
Kini dengan akses digital penuh ke The Fabricator en Español, Anda memiliki akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.