Dalam berbagai situasi struktural, para insinyur mungkin perlu mengevaluasi kekuatan sambungan yang dibuat dengan las dan pengencang mekanis.Saat ini, pengencang mekanis biasanya berupa baut, tetapi desain lama mungkin memiliki paku keling.
Ini dapat terjadi selama peningkatan, renovasi, atau penyempurnaan proyek.Sebuah desain baru mungkin membutuhkan perbautan dan pengelasan untuk bekerja sama dalam sambungan di mana bahan yang akan disambung pertama kali dibaut bersama dan kemudian dilas untuk memberikan kekuatan penuh pada sambungan.
Namun, menentukan kapasitas beban total sambungan tidak sesederhana menjumlahkan jumlah komponen individual (las, baut, dan paku keling).Asumsi seperti itu dapat menyebabkan konsekuensi bencana.
Sambungan baut dijelaskan dalam Spesifikasi Sambungan Struktural American Institute of Steel Structures (AISC), yang menggunakan baut ASTM A325 atau A490 sebagai pemasangan yang kencang, preload, atau kunci geser.
Kencangkan sambungan yang dikencangkan dengan kunci pas benturan atau tukang kunci menggunakan kunci pas dua sisi konvensional untuk memastikan bahwa lapisan berada dalam kontak yang erat.Pada sambungan prategang, baut dipasang sehingga mengalami beban tarik yang signifikan, dan pelat mengalami beban tekan.
1. Putar murnya.Metode memutar mur melibatkan pengencangan baut dan kemudian memutar mur dalam jumlah tambahan, yang bergantung pada diameter dan panjang baut.
2. Kalibrasi kuncinya.Metode kunci pas yang dikalibrasi mengukur torsi yang terkait dengan tegangan baut.
3. Baut penyetel tegangan jenis torsi.Baut tegangan putar memiliki kancing kecil di ujung baut di seberang kepala.Ketika torsi yang dibutuhkan tercapai, tiang dibuka.
4. Indeks tarik lurus.Indikator ketegangan langsung adalah mesin cuci khusus dengan tab.Jumlah kompresi pada lug menunjukkan tingkat tegangan yang diterapkan pada baut.
Dalam istilah awam, baut bertindak seperti pin pada sambungan yang rapat dan telah dikencangkan sebelumnya, seperti pin kuningan yang menyatukan tumpukan kertas berlubang.Sambungan geser kritis bekerja dengan gesekan: preload menciptakan gaya ke bawah, dan gesekan antara permukaan kontak bekerja sama untuk menahan selip sambungan.Ini seperti pengikat yang menyatukan tumpukan kertas, bukan karena kertas dilubangi, tetapi karena pengikat menekan kertas menjadi satu dan gesekan menyatukan tumpukan.
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 rapat, tetapi dalam kasus ini, pin adalah paku keling yang biasanya setengah kekuatan baut A325.
Salah satu dari dua hal dapat terjadi ketika sambungan yang dikencangkan secara mekanis dikenai gaya geser (ketika satu elemen cenderung meluncur di atas elemen lainnya karena gaya yang diberikan).Baut atau paku keling dapat berada di sisi lubang, menyebabkan baut atau paku keling terlepas pada saat yang bersamaan.Kemungkinan kedua adalah bahwa gesekan yang disebabkan oleh gaya penjepit dari pengencang yang telah dipretensikan dapat menahan beban geser.Tidak ada selip yang diharapkan untuk koneksi ini, tetapi itu mungkin.
Sambungan yang kencang dapat diterima untuk banyak aplikasi, karena selip sedikit tidak dapat mempengaruhi karakteristik sambungan secara negatif.Misalnya, pertimbangkan silo yang dirancang untuk menyimpan bahan butiran.Mungkin ada sedikit selip saat memuat untuk pertama kali.Setelah slip terjadi, itu tidak akan terjadi lagi, karena semua beban berikutnya bersifat sama.
Pembalikan beban digunakan dalam beberapa aplikasi, seperti ketika elemen berputar mengalami beban tarik dan tekan bolak-balik.Contoh lain adalah elemen lentur mengalami beban balik sepenuhnya.Ketika ada perubahan yang signifikan dalam arah beban, koneksi pra-beban mungkin diperlukan untuk menghilangkan slip siklik.Selip ini pada akhirnya menyebabkan lebih banyak selip di lubang yang memanjang.
Beberapa sambungan mengalami banyak siklus beban yang dapat menyebabkan kelelahan.Ini termasuk pengepres, penopang derek, dan koneksi di jembatan.Sambungan kritis geser diperlukan saat sambungan mengalami beban lelah pada arah sebaliknya.Untuk jenis kondisi ini, sangat penting agar sambungan tidak tergelincir, sehingga diperlukan sambungan yang kritis terhadap slip.
Sambungan baut yang ada dapat dirancang dan dibuat sesuai dengan salah satu dari standar ini.Koneksi keling dianggap kencang.
Sambungan las kaku.Sambungan solder itu rumit.Tidak seperti sambungan baut yang rapat, yang dapat tergelincir di bawah beban, las tidak harus meregang dan mendistribusikan beban yang diterapkan secara luas.Dalam kebanyakan kasus, pengencang mekanis tipe las dan bantalan tidak berubah bentuk dengan cara yang sama.
Ketika lasan digunakan dengan pengencang mekanis, beban dipindahkan melalui bagian yang lebih keras, sehingga lasan dapat membawa hampir semua beban, dengan sangat sedikit yang dibagi dengan baut.Itulah mengapa harus berhati-hati saat mengelas, membaut, dan memukau.Spesifikasi.AWS D1 memecahkan masalah pencampuran pengencang mekanis dan las.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 berfungsi sebagai pin), pengencang mekanis tidak boleh dianggap membagi beban dengan las.Jika pengelasan digunakan, mereka harus disediakan untuk membawa beban penuh pada sambungan.Namun, sambungan yang dilas ke satu elemen dan dipaku atau dibaut ke elemen lain diperbolehkan.
Saat menggunakan pengencang mekanis tipe bantalan dan menambahkan las, kapasitas penahan beban baut sebagian besar diabaikan.Menurut ketentuan ini, las harus dirancang untuk mentransfer semua beban.
Ini pada dasarnya sama dengan AISC LRFD-1999, klausul J1.9.Namun, CAN/CSA-S16.1-M94 standar Kanada juga memungkinkan penggunaan yang berdiri sendiri saat kekuatan pengikat atau baut mekanis lebih tinggi daripada kekuatan pengelasan.
Dalam hal ini, tiga kriteria konsisten: kemungkinan pengencangan mekanis dari jenis bantalan dan kemungkinan las tidak bertambah.
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, dibaut di sebelah kanan.Kekuatan total las dan baut dapat diperhitungkan di sini.Setiap bagian dari seluruh koneksi beroperasi secara independen.Dengan demikian, kode ini merupakan pengecualian terhadap prinsip yang terkandung dalam bagian pertama 2.6.3.
Aturan yang baru saja dibahas berlaku untuk bangunan baru.Untuk struktur eksisting, pasal 8.3.7 D1.1 menyatakan bahwa ketika perhitungan struktur menunjukkan bahwa paku keling atau baut akan dibebani beban total baru, hanya beban statis eksisting yang harus diberikan padanya.
Aturan yang sama mensyaratkan bahwa jika paku keling atau baut hanya dibebani beban statis atau mengalami beban siklik (kelelahan), logam dasar dan las yang cukup harus ditambahkan untuk mendukung beban total.
Distribusi beban antara pengencang mekanis dan las dapat diterima jika struktur dibebani terlebih dahulu, dengan kata lain, jika terjadi selip antara elemen yang terhubung.Tetapi hanya beban statis yang dapat ditempatkan pada pengencang mekanis.Beban hidup yang dapat menyebabkan selip yang lebih besar harus dilindungi dengan penggunaan las yang mampu menahan seluruh beban.
Lasan harus digunakan untuk menahan semua beban yang diterapkan atau dinamis.Saat pengencang mekanis sudah kelebihan beban, pembagian beban tidak diperbolehkan.Di bawah pemuatan siklik, pembagian beban tidak diperbolehkan, karena beban dapat menyebabkan selip permanen dan kelebihan las.
ilustrasi.Pertimbangkan sambungan pangkuan yang awalnya dibaut dengan kencang (lihat Gambar 2).Struktur menambah daya ekstra, dan koneksi serta konektor harus ditambahkan untuk memberikan kekuatan dua kali lipat.Pada ara.3 menunjukkan rencana dasar untuk memperkuat elemen.Bagaimana seharusnya koneksi dibuat?
Karena baja baru harus disambung ke baja lama dengan las sudut, insinyur memutuskan untuk menambahkan beberapa las sudut pada sambungan.Karena baut masih terpasang, ide awalnya adalah menambahkan hanya las yang diperlukan untuk mentransfer daya ekstra ke baja baru, mengharapkan 50% beban melewati baut dan 50% beban melewati las baru.Hal ini dapat diterima?
Pertama-tama mari kita asumsikan bahwa saat ini tidak ada beban statis yang diterapkan ke koneksi.Dalam hal ini, paragraf 2.6.3 dari AWS D1.1 berlaku.
Pada sambungan tipe bantalan ini, las dan baut tidak dapat dianggap berbagi beban, sehingga ukuran las yang ditentukan harus cukup besar untuk mendukung semua beban statis dan dinamis.Daya dukung baut pada contoh ini tidak dapat diperhitungkan, karena tanpa beban statis, sambungan akan dalam keadaan kendur.Lasan (dirancang untuk membawa setengah beban) awalnya pecah saat beban penuh diterapkan.Kemudian baut, juga dirancang untuk mentransfer setengah beban, mencoba mentransfer beban dan putus.
Selanjutnya asumsikan bahwa beban statis diterapkan.Selain itu, sambungan eksisting diasumsikan cukup untuk memikul beban permanen eksisting.Dalam hal ini, berlaku paragraf 8.3.7 D1.1.Lasan baru hanya perlu menahan beban statis dan beban hidup umum yang meningkat.Beban mati yang ada dapat diberikan ke pengencang mekanis yang ada.
Di bawah beban konstan, koneksi tidak melorot.Sebaliknya, baut sudah menanggung bebannya.Ada beberapa selip dalam koneksi.Oleh karena itu, lasan dapat digunakan dan dapat mengirimkan beban dinamis.
Jawaban atas pertanyaan “Apakah ini dapat diterima?”tergantung pada kondisi beban.Dalam kasus pertama, dengan tidak adanya beban statis, jawabannya akan negatif.Di bawah kondisi spesifik dari skenario kedua, jawabannya adalah ya.
Hanya karena beban statis diterapkan, tidak selalu mungkin untuk menarik kesimpulan.Tingkat beban statis, kecukupan sambungan mekanis yang ada, dan sifat beban akhir—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 las dan bahan habis pakai las di seluruh dunia.Insinyur dan teknisi Welding Technology Center 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 pembentuk baja terkemuka di Amerika Utara.Majalah ini menerbitkan berita, artikel teknis, dan kisah sukses yang memungkinkan pabrikan melakukan pekerjaannya dengan lebih efisien.FABRICATOR telah berkecimpung di industri ini sejak tahun 1970.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital The FABRICATOR, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal sekarang dapat diakses sepenuhnya, menyediakan akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Dapatkan akses digital penuh ke Jurnal STAMPING, menampilkan teknologi terkini, praktik terbaik, dan berita industri untuk pasar metal stamping.
Sekarang dengan akses digital penuh ke The Fabricator en Español, Anda memiliki akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.