ANALISA PERBANDINGAN CELLULAR BEAM DAN HONEYCOMB …

ANALISA PERBANDINGAN CELLULAR BEAM DAN

HONEYCOMB BEAM DENGAN PROGRAM ANSYS

Alvin Hogan M. Situmorang

Mahasiswa Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara

Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

Jalan Perpustakaan No. 1 Kampus USU, Medan

Abstract

Steel is a widely used construction material. Along with the development of technology in the field of construction,

many variations are made in the use of steel as a construction material to better suit the needs and economical in

cost. One of the innovations that are often used in steel is to make holes in the body to increase the height of the

steel profile. Commonly used holes form may vary. The most commonly used forms of variation are the hexagon

(honeycomb beam) and the circle (cellular beam). This study will be comparing honeycomb beam and cellular

beam. Both will be made with several variations with D / Do and S / Do parameters. The experiment was

conducted using ANSYS. The aims of this study were to find the beam that has better capability than the variation

of parameters on both beams. From the result of research, it is found that the best parameter variation is D / Do =

1,6 and S / Do = 1.08 for honeycomb beam. For cellular beam D / Do = 1,6 and S / Do = 1,28 is better. Then from

the comparison of cellular beam and honeycomb beam found that honeycomb beam is better.

Key Word: Cellular Beam, Honeycomb Beam, ANSYS

Abstrak

Baja merupakan bahan konstruksi yang banyak digunakan. Seiring dengan berkembangnya teknologi dalam

bidang konstruksi, banyak dilakukan variasi dalam pemanfaatan baja sebagai bahan konstruksi agar lebih sesuai

dengan kebutuhan dan ekonomis dalam biaya. Salah satu inovasi yang sering digunakan dalam baja adalah

membuat lubang pada bagian badannya untuk meningkatkan tinggi dari profil baja. Bentuk lubang yang biasa

digunakan bervariasi. Bentuk variasi yang paling sering digunakan adalah segi enam (honeycomb beam) dan

lingkaran (cellular beam). Dalam penelitian ini, akan dibandingkan antara balok honeycomb dan cellular. Kedua

balok tersebut akan dibuat beberapa variasi dengan parameter D/Do dan S/Do. Percobaan dilakukan dengan

menggunakan program ANSYS. Perbandingan dilakukan untuk mencari balok yang memiliki kemampuan yang

lebih baik dari variasi parameter pada kedua balok tersebut. Dari hasil penelitian, didapatkan bahwa variasi

parameter yang paling baik adalah D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,08 untuk honeycomb beam. Untuk cellular beam

D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,28 yang lebih baik. Lalu dari perbandingan cellular beam dan honeycomb beam

didapatkan bahwa honeycomb beam lebih baik.

Kata Kunci: Cellular Beam, Honeycomb Beam, ANSYS

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini konstruksi baja merupakan suatu alternatif dalam pembangunan gedung atau struktur lain baik dalam

skala kecil maupun besar. Oleh karena itu baja banyak digunakan untuk struktur-struktur dengan tipe tinggi, lebar

dan jenis – jenis struktur lain. Sehingga dengan berkembangnya teknologi dan bertambahnya kebutuhan untuk

penggunaan baja dalam struktur, para ilmuwan melakukan inovasi – inovasi untuk menambah kekuatan baja

dengan harga yang lebih ekonomis. Seorang perencana dalam merencanakan struktur tidak boleh hanya

mempertimbangkan keamanan dan kemampuan pelayanan dari struktur, tetapi dia juga harus mempertimbangkan

kebutuhan fungsional yang didasarkan pada penggunaan struktur bangunan. Saat merencanakan suatu struktur

pada bangunan bertingkat tinggi, bagian struktur baja konvesional terdiri dari balok dan girder dengan baja yang

bagian badannya masih solid. Hal ini menyulitkan untuk penempatan pipa, ducting dan pendingin udara yang

membutuhkan kepuasan fungsional untuk letaknya dalam struktur. Akibat hal ini, maka para ilmuwan

mengembangkan sistem bukaan pada bagian badan baja untuk memudahkan pelayanan instalasi dan juga untuk

pemeliharaan instalasi tersebut secara berkala dan untuk jangka waktu yang lama. Balok baja dengan bukaan pada

bagian badan profil baja dapat sangat kompetitif dalam beberapa kasus. Baja dengan bukaan pada bagian

badannya merupakan baja profil I yang dibuat dengan memomotong bagian badan profil standard menjadi 2

bagian sepanjang bentang, lalu dipisahkan, digeser dan dilas kembali menjadi bentuk yang baru (J.P. Boyer,

1964). Hasil dari proses ini membuat profil baja mempunyai tinggi yang lebih dari awal, sehingga terjadinya

penambahan inersia. Dengan bertambahnya inersia maka akan menambah kemampuan dari baja tersebut. Nilai

ekonomis dari profil I bisa bertambah, karena dengan profil I awal yang dimensinya lebih kecil dan ringan bisa

dibentuk menjadi profil yang memiliki tinggi yang lebih. Bentuk dari bukaan pada bagian badan baja akan

tergantung pada pilihan perencana dan bukaan yang diinginkan. Tidak ada peraturan yang tetap untuk mengatur

bentuk dari bukaan yang ada. Tetapi untuk kenyamanan perencana, lebih menggunakan bukaan dengan bentuk

yang simetris. Balok baja dengan bukaan biasanya disebut dengan castellated beams. Ada beberapa bentuk bukaan

pada baja yang biasanya digunakan seperti honeycomb beam yang bukaannya berbentuk segi enam dan cellular

beam dengan bukaan bentuk lingkaran.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana pertambahan kemampuan profil I awal jika dibuat menjadi cellular beam dan honeycomb beam ?

1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian

1. Untuk mengetahui cara memodelkan balok honeycomb dan balok cellular pada program ANSYS

2. Untuk mengetahui pengaruh dari bukaan pada badan profil baja

3. Untuk mengetahui pengaruh dari variasi parameter bukaan pada balok baja

4. Untuk mengetahui perbandingan kemampuan antara balok cellular dan balok honeycomb

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perencanaan Balok Dengan Bukaan

Beberapa mode kegagalan yang harus ditinjau lebih lanjut untuk merencanakan balok dengan bukaan dari AISC

Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design (2016) seperti yang dijelaskan dibawah ini.

Lentur Vierendeel

Lentur vierendeel disebabkan oleh transfer gaya geser disekeliling lubang agar tetap konsisten dengan

perubahan momen lentur sepanjang balok.

Tekuk Pada Badan

Tekuk yang terjadi bagian badan yang berada diantara bukaan terjadi akibat gaya geser horizontal yang melewati

daerah badan yang diantara bukaan.

Geser Horizotal Dan Vertikal

Pada elemen lentur, gaya geser horizontal dan vertikal ditahan oleh bagian badan balok.

Tekuk Lateral-Torsi Tekuk lateral-torsi, tekuk lokal sayap, luluh akibat tarik pada sayap bisa dihitung menggunakan

aturan yang sama dengan balok solid.

2.1 Cellular Beam

Pada penelitian Jamadar dan Kumbhar (2015), dilakukan penelitian pada cellular beam dengan variasi diameter

bukaan. Hasilnya adalah balok cellular dengan diameter bukaan 0,73 kali tingginya dengan ratio S/Do adalah 1,4

dan ratio D/Do adalah 1,4 memberikan hasil yang lebih baik. Berikut panduan perencanaan cellular beam yang

digunakan pada penelitian tersebut :

1,08 < 𝑆

𝐷𝑜 < 1,5

1,25 < 𝐷

𝐷𝑜 < 1,75

Do ≤ 0,8 D

e ≤ 0,4 Do

Dimana :

Do = Diameter lubang

D = Tinggi Profil

S = Jarak antara pusat lubang ke pusat lubang

e = Jarak antara sisi terluar antar lubang

B = lebar sayap profil

tf = tebal sayap profil

tw = tebal badan profil

W = Jarak ujung bentang ke lubang

Gambar 1. Cellular Beam

2.2 Honeycomb Beam

Dalam perencanaan honeycomb beam yang diberikan Omer W. Blodgett (1991), untuk sudut potongan tidak harus

sebesar 60o. Besaran sudut potongan umumnya berada antara 45o sampai 70o, tetapi besar sudut yang biasanya

digunakan adalah 45o dan 60o. Gambar dibawah menunjukkan perencanaan balok honeycomb yang diberikan

Omer W. Blodgett (1991).

Gambar 2. Honeycomb Beam (Omer W. Blodgett, 1991)

Dimana :

Dg = db + h

S = 2(b+e)

dT= 0,5(db-h)

tan Ø = ℎ

𝑏

3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Umum

Penilitian ini merupakan percobaan ekperimental pada beberapa bentuk bukaan pada badan profil baja

menggunakan aplikasi. Tipe bukaan ada 2, yaitu balok cellular dan honeycomb. Setiap tipe bukaan direncanakan

beberapa variasi yang berbeda mengikuti parameter. Parameter yang digunakan untuk membuat variasi adalah

tinggi bukaan dan jarak antara pusat bukaan. Profil baja dengan bukaan sebagai elemen balok dengan tumpuan

sederhana. Balok diberikan beban terpusat pada tengah bentang. Panjang bentang balok cellular dan honeycomb

yang dianalisis sama. Dari hasil yang didapatkan dari analisis dibandingkan lendutan dan tegangan.

Gambar 3. Bagan Alir Penelitian

3.2 Perencanaan Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Pada penelitian ini, profil baja awal yang digunakan adalah profil IWF 400X200, dengan data sebagai berikut :

Tabel 1. Data Profil Awal IWF

Data Balok IWF 400X200

E = 200000 MPa Fy = 250 Mpa

h = 400 mm Ix = 23700 cm4

b = 200 mm Iy = 1740 cm4

tw = 8 mm Zx = 1190 cm3

tf = 13 mm Zy = 174 cm3

A = 84,12 cm2 rx = 16,8 cm

Berat = 66 kg/m ry = 4,54 cm

Parameter yang digunakan dalam variasi adalah S/Do dan D/Do. Cellular beam dan honeycomb beam dibuat

dengan parameter tersebut dalam ANSYS, lalu dianalisis dan dibandingkan hasil dari kedua bentuk bukaan. Pada

tabel di bawah ini menunjukkan parameter variasi yang digunakan dalam penilitian :

Tabel 2. Parameter Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Model D (mm) S/Do D/Do

Model 1 615 1,28 1,4

Model 2 600 1,28 1,5

Model 3 580 1,28 1,6

Model 4 620 1,18 1,4

Model 5 600 1,18 1,5

Model 6 580 1,18 1,6

Model 7 620 1,08 1,4

Model 8 600 1,08 1,5

Model 9 580 1,08 1,6

3.3 Perhitungan Inersia Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Perhitungan inersia yang digunakan didalam penilitian ini menggunakan contoh yang diberikan pada AISC Steel

Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design (2016). Ada perbedaan dalam menghitung inersia

antara cellular beam dan honeycomb beam. Untuk cellular beam, karena pada saat proses pemotongan ada bagian

yang terbuang. Berbeda dengan honeycomb beam yang tidak ada bagian yang terbuang saat pemotongan.

Gambar 4. Potongan Penampang Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Rumus untuk mencari tinggi cellular beam :

𝐷 = 𝑑 + √(𝐷𝑜

2)

2

− (𝑆 − 𝐷𝑜

2)

2

Rumus untuk mencari tinggi honeycomb beam :

𝐷 = 𝐷𝑜 + 2. 𝑑𝑡𝑛𝑒𝑡

Lalu rumus untuk mencari inersia penampang yang berada didaerah bukaan :

𝑑𝑡𝑛𝑒𝑡 = 𝐷 − 𝐷𝑜

2

𝑑𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡 = 𝐷 − 2. (𝑑𝑡 − 𝑦𝑡𝑒𝑒)

Dimana :

D = tinggi cellular beam

d = tinggi profil awal

Do = diameter lubang

dtnet = tinggi penampang Tee

S = jarak antar lubang

deffect = jarak antara titik berat 2 penampang tee

ytee = titik berat penampang tee

Lalu rumus untuk mencari inersia penampang yang berada didaerah bukaan :

𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡 = 2. 𝐼𝑥𝑡𝑒𝑒 + 2. 𝐴𝑡𝑒𝑒 (𝑑𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡

2)

2

𝑆𝑥𝑛𝑒𝑡 = 𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡

(𝐷2

)

Dimana :

Ixnet = inersia penampang di daerah lubang

Ixtee = inersia penampang tee

Atee = luas penampang tee

Sxnet = section modulus penampang di daerah lubang

Setelah didapat inersia di daerah bukaan, baru dicari inersia didaerah yang tidak berada di daerah bukaan seperti

berikut :

𝐴𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 2. 𝐴𝑡𝑒𝑒 + 𝐷𝑜. 𝑡𝑤 Dimana :

Agross = luas penampang penuh (daerah tanpa lubang)

𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝐼𝑥𝑛𝑒𝑡 + 𝑡𝑤. 𝐷𝑜3

12

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

(𝐷2

)

Dimana :

Ixgross = inersia penampang penuh (tanpa bukaan)

Sxgross = section modulus penampang penuh (tanpa bukaan)

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bagian ini, pertama akan dihitung inersia dan section modulus cellular beam dan honeycomb beam mengikuti

rumus yang sudah dijabarkan seperti pada bagian sebelumnya. Lalu akan dibahas mengenai hasil percobaan yang

didapatkan berdasarkan data hasil dari ANSYS, dimana hasilnya akan berkaitan dengan kinerja celluler beam dan

honeycomb beam yang dibuat variasi. Data – data yang diperlukan untuk analisis dan contoh permodelan variasi

seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Pembebanan yang dilakukan dilakukan bertahap dengan bertambah

5000 N sampai terjadi eror dalam proses analisis dengan ANSYS. Setelah mendapatkan model balok cellular

beam dan honeycomb beam yang dapat memikul beban yang lebih besar, lalu kedua balok tersebut akan

dibandingkan dengan profil awal sebelum dilakukan pemotongan. Setelah itu kedua balok tersebut bersama

dengan profil awal akan dibandingkan lagi dari hasil yang didapat dari program ANSYS dengan hasil yang

didapatkan dengan perhitungan analitis.

4.1 Hasil Perhitungan Inersia Balok Cellular Dan Honeycomb

Pada bagian ini akan ditampilkan hasil dari perhitungan inersia dari setiap model cellular beam dan honeycomb

beam. Pada bagian sebelumnya sudah dijabarkan rumus – rumus untuk mencari inersia penampang cellular beam

dan honeycomb beam. Pada tabel dibawah ini adalah hasil dari perhitungan inersia kedua balok tersebut.

Tabel 3. Tabel Inersia Cellular Beam

Model S

(mm) Do

(mm) D

(mm) dt

(mm) Ixnet

(mm^4) Sxnet

(mm^3) Ixgross

(mm^4) Sxgross

(mm^3)

Model 1 572 447 615 84 547105149 445103 606648231 1974177

Model 2 530 413 600 93,5 523521783 437698 570485115 1907848

Model 3 478 374 580 103 495808914 427698 530684664 1831132

Model 4 513 436 615 89,5 551366976 448577 606621547 1974122

Model 5 481 406 600 97 528561090 440830 573176700 1912163

Model 6 430 365 580 107,5 498185578 429779 530603662 1830985

Model 7 467 431 615 92 553569874 450242 606945201 1974618

Model 8 435 401 600 99,5 530691325 442406 573678792 1912970

Model 9 391 361 580 109,5 499772115 430930 531136036 1831896

Tabel 4. Tabel Inersia Honeycomb Beam

Model S

(mm) Do

(mm) D

(mm) dt

(mm) Ixnet

(mm^4) Sxnet

(mm^3) Ixgross

(mm^4) Sxgross

(mm^3)

Model 1 552 430 615 92,5 554418079 1802986 607422746 1975359

Model 2 513 400 600 100 531425749 1771419 574092416 1913641

Model 3 462 360 580 110 500259243 1725032 531363243 1832287

Model 4 509 430 615 92,5 554418079 1802986 607422746 1975359

Model 5 473 400 600 100 531425749 1771419 574092416 1913641

Model 6 426 360 580 110 500259243 1725032 531363243 1832287

Model 7 466 430 615 92,5 554418079 1802986 607422746 1975359

Model 8 433 400 600 100 531425749 1771419 574092416 1913641

Model 9 387 360 580 110 500259243 1725032 531363243 1832287

4.2 Data Hasil Percobaan

Berikut hasil data yang didapat dari ANSYS untuk masing – masing variasi yang dilakukan :

Tabel 5. Tabel Data Hasil

4.3 Perbandingan Cellular Beam Dan Honeycomb Beam

Akibat tahapan kenaikan beban 5 kN, tidak diketahui besar beban akhir yang bisa dipikul balok. Untuk mencari

beban kritis yang dapat dipikul, dilakukan analisis ulang dengan ANSYS tanpa tahapan. Analisis ulang dilakukan

pada balok yang paling besar memikul beban bertahap untuk balok cellular dan honeycomb.

Tabel 6. Tabel Data Hasil

Jenis Balok Beban (kN) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

Profil 400 X 200 140 257,9 72,764

Cellular Beam (Model 3) 184,954 255,16 56,939

Honeycomb Beam (Model 9) 195 260,75 80,946

Gaya (N) Tegangan (MPa) Lendutan (mm) Gaya (N) Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

Model 1 180000 249,75 41,995 155000 267,25 30,912

Model 2 180000 249,97 42,758 185000 249,59 40,958

Model 3 180000 251,35 45,916 170000 248,61 36,801

Model 4 175000 248,92 61,343 185000 249,41 38,766

Model 5 170000 248,75 56,537 155000 256,36 31,887

Model 6 175000 255,74 100,85 185000 252,54 44,707

Model 7 100000 404,32 170,29 185000 249,08 38,532

Model 8 95000 375,09 131,64 185000 248,39 40,487

Model 9 100000 389,01 144,98 195000 260,79 80,946

ModelCellular Beam Honeycomb Beam

Grafik 1. Tegangan Yang Terjadi Akibat Pembebanan

Grafik 2. Lendutan Yang Terjadi Akibar Pembebanan

Pembahasan dari hasil analisis :

Dari tabel yang terlihat, Model 3 cellular beam dapat memikul beban sebesar 184,954 kN. Beban tersebut lebih

kecil dibandingkan dengan Model 9 honeycomb beam yang sebesar 195 kN. Tetapi dari keduanya, terjadi

kenaikan dari beban yang dapat dipikul profil awal sebesar 140 kN.

Lendutan yang terjadi pada Model 9 honeycomb beam sebesar 80,946 mm. Lebih besar dibandingkan daripada

yang terjadi pada Model 3 cellular beam yang sebesar 56,939 mm. Lendutan yang terjadi profil awal sebesar

72,764 mm.

Tegangan pada profil awal sebelum terjadi ketidakstabilan sebesar 257, 9 MPa.

Gambar 6. Tegangan Pada Profil Awal

Tegangan pada Model 3 cellular beam sebelum terjadi ketidakstabilan sebesar 255,16 MPa.

Gambar 7. Tegangan Pada Model 3 Cellular Beam

Pada balok Model 9 honeycomb beam tegangan makasimum terjadi pada daerah sayap yang sebesar 260,75

MPa.

Gambar 8. Tegangan Pada Model 9 Honeycomb Beam

4.4 Perbandingan Tegangan Lentur Dan Lendutan Antara Analitis Dengan ANSYS

Pada bagian ini akan dibandingkan besar tegangan lentur dan lendutan yang terjadi akibat pembebanan dari hasil

yang didapat dengan metode analitis dan dari ANSYS. Besar beban yang digunakan adalah 65 kN. Ada 3 titik

yang ditinjau yaitu pada bagian atas profil, tengah dan bawah. Perbandingan dilakukan pada profil awal, Model 3

cellular beam dan Model 9 honeycomb beam. Rumus yang digunakan untuk metode analitis adalah rumus momen,

tegangan lentur dan lendutan pada balok dengan tumpuan sederhana yang biasa digunakan, seperti berikut ini :

𝑀 = 2. 𝑃. 𝐿 + 𝑞. 𝐿2

8

Dimana =

M = Momen

P = Beban terpusat = 65000 N

q = Berat sendiri

L = Panjang Bentang = 10000 mm

Momen yang digunakan untuk tegangan lentur sama untuk profil awal, Model 3 cellular beam dan Model 9

honeycomb beam. Untuk rumus tegangan lentur yang digunakan seperti berikut :

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥

Dimana :

σ = Tegangan Lentur

M = Momen

Sx = Section Modulus

Untuk Model 3 cellular beam dan Model 9 honeycomb beam section modulus yang digunakan adalah Sxgross,

karena ditengah bentang tidak ada lubang pada bagian badannya. Lalu untuk lendutan, rumus yang digunakan

adalah :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 𝐼𝑥 +

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 𝐼𝑥

Dimana :

d = Lendutan

P = Beban terpusat = 65000 N

q = Berat sendiri

L = Panjang bentang = 10000 mm

E = Modulus elastisitas = 200000 MPa

Ix = Inersia terhadap sumbu-X

Pada cellular beam dan honeycomb beam, untuk besar inersia yang digunakan adalah Ixgross. Lalu sesuai dengan

AISC Steel Design Guide 31 : Castellated And Cellular Beam Design (2016), maka inersia yang digunakan adalah

0,9 kalinya.

4.4.1 Perbandingan Pada Profil Awal

Pertama yang dibandingkan adalah profil awal. Untuk besar inersia dan modulus section seperti yang sudah ada.

Dengan metode analitis, besar tegangan lentur dan lendutan seperti berikut ;

𝑀 = 2. 𝑃. 𝐿 + 𝑞. 𝐿2

8

𝑀 = 2 . 65000 . 10000 + 0,66 . 100002

8

𝑀 = 170750000 𝑁𝑚𝑚

Mencari tegangan lentur :

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥

𝜎 = 170750000

1190000

𝜎 = 148,71 𝑀𝑃𝑎

Lalu untuk besar lendutan yang terjadi dengan metode analitis, seperti berikut ini :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 𝐼𝑥 +

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 𝐼𝑥

𝑑 = 65000 . 100003

48 . 200000 . 237000000+

5 . 0,66 . 100004

384 . 200000 . 237000000

𝑑 = 29,171 𝑚𝑚

Untuk lendutan yang terjadi dari ANSYS akan ditinjau pada 3 titik yaitu pada bagian atas, tengah dan bawah

penampang. Tegangan lentur akan ditinjau pada serat atas, titik berat dan serat bawah, lalu akan dibuat dalam

diagram tegangan lentur. Seperti yang terlihat pada diagram tegangan lentur berikut ini :

Grafik 3. Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis Untuk Profil Awal

Grafik 4. Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis Untuk Profil Awal

Jika dibandingkan dengan antara metode analitis dengan Ansys maka perbedaannya seperti pada Tabel dibawah

ini :

Tabel 7. Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS Untuk Profil Awal

Bagian Tegangan (MPa) Lendutan (mm)

Analitis ANSYS Persentase Analitis ANSYS Persentase

Atas 148,71 161,07 92,326 %

29,171

26,768 91,76 %

Tengah 0 0,353 - 26,772 91,78 %

Bawah 148,71 179,95 82,64% 26,768 91,76 %

4.4.2 Perbandingan Pada Model 3 Cellular Beam

Pada Model 3 cellular beam untuk besar inersia dan modulus section yang digunakan adalah gross section, karena

pada tengah bentang tidak terdapat lubang. Besaran inersia dan modulus section seperti yang sudah ada. Dengan

metode analitis, besar tegangan lentur dan lendutan seperti berikut ;

𝑀 = 2 .65000 . 10000 + 0,632 . 100002

8

𝑀 = 170399888 𝑁𝑚𝑚

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝜎 = 170399888

1831132

𝜎 = 93,117 𝑀𝑃𝑎

Lalu untuk besar lendutan yang terjadi seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, inersia yang digunakan adalah

0,9 kalinya. Dengan metode analitis, seperti berikut ini :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 0,9. 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 +

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 0,9. 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝑑 =65000 . 100003

48 . 200000 . 0,9 . 530684664+

5 . 0,632 . 100004

384 . 200000 . 0,9 . 530684664

𝑑 = 15,038 𝑚𝑚




Grafik 5. Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis Untuk Cellular Beam

Grafik 6. Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis Untuk Cellular Beam

Jika dibandingkan antara metode analitis dengan Ansys maka perbedaannya seperti pada Tabel dibawah ini :

Tabel 8. Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS Untuk Cellular Beam



Atas 93,117 140 66,512 %

15,038

15,05 99,92 %

Tengah 0 0,548 - 15,033 99,967 %

Bawah 93,117 137,29 67,825 % 15,049 94,927 %

4.4.3 Perbandingan Pada Model 9 Honeycomb Beam Pada Model 9 cellular beam untuk besar inersia dan modulus section yang digunakan adalah gross section, karena

pada tengah bentang tidak terdapat lubang sama seperti pada Model 3 cellular beam. Besaran inersia dan modulus

section seperti yang sudah ada pada Bab 3. Dengan metode analitis, besar tegangan lentur dan lendutan seperti

berikut ;

𝑀 = 2 .65000 . 10000 + 0,659 . 100002

8

𝑀 = 170748372 𝑁𝑚𝑚

𝜎 = 𝑀

𝑆𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝜎 = 170748372 𝑁𝑚𝑚

1832287 𝑚𝑚3

𝜎 = 93,189 𝑀𝑃𝑎

Lalu untuk besar lendutan yang terjadi seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, inersia yang digunakan adalah

0,9 kalinya. Dengan metode analitis, seperti berikut ini :

𝑑 = 𝑃. 𝐿3

48. 𝐸. 0,9. 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠+

5. 𝑞. 𝐿4

384. 𝐸. 0,9. 𝐼𝑥𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠

𝑑 = 65000 𝑁 . 100003

48 . 200000 . 0,9 . 531136036+

5 . 0,659 . 100004

384 . 200000 . 0,9 . 531136036

𝑑 = 15,057 𝑚𝑚




Grafik 7. Diagram Tegangan Lentur ANSYS dan Analitis Untuk Honeycomb Beam

Grafik 8. Lendutan Di Sepanjang Bentang Pada ANSYS dan Analitis Untuk Honeycomb Beam

Jika dibandingkan dengan antara metode analitis dengan Ansys maka perbedaannya seperti pada Tabel dibawah

ini :

Tabel 9. Tabel Perbandingan Metode Analitis dengan ANSYS Untuk Honeycomb Beam



Atas 93,189 140,4 66,374 %

15,057

13,904 92,342 %

Tengah 0 0,341 - 13,889 92,243 %

Bawah 93,189 140,8 66,185 % 13,903 92,336 %

5. Kesimpulan dan Saran

5. 1 Kesimpulan

Setelah menyelesaikan penulisan tugas akhir ini, ada beberapa kesimpulan yang dapat diperoleh. Antara lain

sebagai berikut :

1. Dari beberapa Model yang didasarkan dari beberapa variasi parameter, didapatkan bahwa rasio D/Do = 1,6

dan S/Do = 1,08 adalah yang paling besar dalam memikul beban sama untuk honeycomb beam. Untuk cellular

beam yang paling besar adalah D/Do = 1,6 dan S/Do = 1,28.

2. Dengan parameter yang sama, honeycomb beam dapat memikul beban yang lebih besar daripada cellular

beam.

3. Dalam proses perencanaan balok honeycomb dan cellular beam, parameter D/Do dan S/Do sangat

mempengaruhi kinerja dari balok tersebut. Sehingga harus diperhatikan dalam proses perencanaan.

4. Jika dilihat dari perhitungan inersia cellular beam, untuk tinggi yang sama dengan honeycomb beam akan

didapatkan inersia yang lebih kecil pada cellular beam. Hal itu disebabkan karena adanya bagian yang

terbuang dalam proses pemotongan cellular beam. Untuk jarak antar lubang yang semakin besar dibutuhkan

bagian yang terbuang semakin besar pada cellular beam, sehingga semakin besar diameter lubang dan inersia

semakin kecil. Berbeda dengan honeycomb beam yang proses pemotongannya lebih sederhana dan tidak

adanya bagian yang terbuang pada proses pemotongan.

5. Jika dilihat dari cellular beam pada Model 7, 8, dan 9, rasio S/Do = 1,08 sangat tidak cocok untuk cellular

beam. Karena pada cellular beam lebih kaku untuk merencanakan jarak antar lubang, sehingga jaraknya

menjadi sangat kecil. Berbeda dengan honeycomb beam dalam merencanakan jarak antar lubang bisa lebih

mudah disesuaikan.

6. Pada perbandingan metode analitis dan hasil yang didapatkan dari ANSYS, untuk tegangan lentur dan lendutan

yang terjadi tidak terlalu jauh hasil yang didapatkan.

5. 2 Saran

Berdasarkan hasil dari tugas akhir ini, ada beberapa saran yang dapat diberikan untuk studi lebih lanjut. Sebagai

berikut :

1. Dalam penggunaan balok dengan bukaan pada bagian badan, sebaiknya digunkan pelat pengaku untuk

menghidari terjadinya tekuk pada bagian badan dan sayap.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk membandingkan balok honeycomb dan cellular dengan

melakukan eksperimental pengujian lentur.

3. Dalam proses analisis dengan menggunakan program sebaiknya diperhatikan satuan dalam pengaturan

material dan arah pembebanan. Lalu lokasi tempat tumpuan diletakkan.

DAFTAR PUSTAKA

Blodgett, Omer W. (1991). Design of Welded Structure. Massachusetts: The James F. Lincoln Arc Welding

Foundation.

Boyer, J. P. (1964). Castellated Beams – New Developement. AISC National Engineering Conference.

BSN. (2002). SNI 03 - 1972 - 2001- Tata Cara Perencanaan Struktur Baja

Fares, Sameer dan Coulson, John. (2016). Steel Design Guide 31 - Castellated and Cellular Beam Design.

America: AISC.

Hoffman, Rebecca. (2006). Analysis of Stress Distribution and Failure Behavior of Cellular Beams.

Jamadar dan Kumbhar. (2015). Parametric Study of Castellated Beam With Circular and Diamond Shaped

Opening. International Journal of Innovative Research In Advance Engineering.Vol. 2 No.2.

Knowles, Peter. (1987). Design of Castellated Beam For Use With BS 5950 and BS 449. London: Constardo.

Lawson, R. M. (2011). Design of Composite Beam With Large Web Opening. Berkshire: SCI.

Wakchaure dan Sagade. (2012). Parametric Study of Castellated Beam With Varying Depth of Web Opening.

International Journal of Sciencetific and Research Publication Vol.2 No. 8

Documents

ANALISA PERBANDINGAN CELLULAR BEAM DAN HONEYCOMB …