Sebagai seorang insinyur, adalah tugas saya untuk merancang dan membangun struktur yang tidak hanya berguna tetapi juga aman dan bertahan lama.
Memahami kekuatan bantalan adalah bagian penting dari rekayasa struktural.
Saat Anda membagi area bantalan efektif dengan beban maksimum yang dapat ditangani oleh kolom, dinding, pijakan, atau sambungan hingga patah, Anda mendapatkan kekuatan bantalan.
Itu yang membuat bangunan saya tidak runtuh.
Sebagai mahasiswa teknik atau sebagai insinyur, Anda harus merancang struktur yang tahan terhadap kekuatan alam dan manusia.
Itu sebabnya saya perlu tahu banyak tentang kekuatan bantalan untuk memastikan bangunan saya aman dan bertahan lama.
Pada artikel ini, saya akan menyelami lebih dalam dunia kekuatan bantalan, menjelajahi berbagai faktor yang memengaruhinya dan bagaimana para insinyur dapat menghitung dan memastikan stabilitas struktural.
Jadi, kenakan topi keras dan topi berpikir Anda dan mari kita jelajahi dunia kekuatan bantalan yang menakjubkan bersama-sama!
Memahami Kekuatan Bantalan
Definisi formal:
Beban maksimum yang akan ditahan oleh kolom, dinding, pijakan, atau sambungan hingga runtuh, dibagi dengan luas tumpuan efektif.
Kekuatan bantalan adalah ide yang sangat penting dalam bidang teknik, terutama di bidang seperti membangun dan merancang pesawat terbang.
Ini mengacu pada jumlah maksimum berat atau tekanan yang dapat ditahan struktur sebelum runtuh.
Kami akan berbicara tentang kekuatan bantalan, kekuatan luluh, dan kekuatan bantalan pamungkas dalam artikel ini.
Kekuatan Bantalan
Beban dukung maksimum yang dapat ditempatkan pada struktur sebelum runtuh, dibagi dengan area yang menopang beban, dikenal sebagai kekuatan dukung.
Seperti yang telah dikatakan, kekuatan bantalan struktur bukanlah jumlah berat atau tekanan maksimum yang dapat ditahannya sebelum runtuh.
Sebaliknya, itu adalah area bantalan efektif dibagi dengan beban maksimum yang dapat ditangani oleh kolom, dinding, pijakan, atau sambungan hingga patah.
Kekuatan bantalan dapat diukur dengan kekuatan tarik, tekan, lentur, dan lentur, serta kekerasan bantalan.
Namun, sangat penting untuk memahami bahwa kekuatan tarik, tekan, dan lentur tidak berhubungan langsung dengan kekuatan bantalan.
Dalam bangunan, penting untuk mengetahui kekuatan bantalan struktur seperti dinding dan kolom untuk memastikan mereka dapat menahan beban yang seharusnya mereka dukung.
Dengan cara yang sama, saat mendesain pesawat terbang, kekuatan bantalan badan pesawat harus mampu menahan berbagai tekanan dan gaya yang diberikan padanya selama lepas landas, terbang, mendaki, mendarat, dan manuver operasional lainnya.
Kekuatan Hasil
Cara penting lainnya untuk mengukur seberapa kuat sesuatu adalah dengan kekuatan luluhnya.
Ini didefinisikan sebagai tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh bahan padat ketika dideformasi dalam batas elastisnya.
Kekuatan luluh adalah tegangan atau beban maksimum yang dapat ditangani oleh suatu bahan padat ketika dideformasi hingga batas elastisnya, yang berarti dapat kembali ke bentuk semula ketika beban dihilangkan.
Tegangan atau beban yang diperlukan untuk mengubah bentuk material secara permanen disebut tegangan lelehnya.
Setelah titik ini, materi tidak akan kembali seperti semula.
Pada bahan ulet, kekuatan luluh jauh lebih rendah daripada kekuatan ultimit, sedangkan pada bahan rapuh, tidak ada titik luluh, dan karenanya tidak ada kekuatan luluh.
Kekuatan Bantalan Tertinggi
Kekuatan bantalan pamungkas adalah tekanan terbesar yang dapat diambil oleh bahan padat sebelum rusak.
Ini sering digunakan dengan cara yang sama seperti "kekuatan tarik tertinggi". Kekuatan bantalan ultimat dan kekuatan tarik ultimat keduanya adalah cara untuk berbicara tentang berapa banyak tekanan yang dapat diambil bahan padat sebelum rusak.
Dari pengujian bantalan, Anda dapat mengetahui tegangan luluh bantalan dan tegangan puncaknya.
Bearing Yield Strength (BYS) ditemukan dengan menggambar garis sejajar dengan kemiringan awal kurva deformasi tegangan bantalan pada regangan offset 0,002.
Pada akhirnya, kekuatan bantalan, kekuatan luluh, dan kekuatan bantalan akhir adalah ide penting dalam rekayasa.
Kekuatan dukung adalah beban terbesar yang dapat ditahan struktur sebelum patah, dan kekuatan luluh adalah tegangan terbesar yang dapat ditahan oleh suatu bahan sebelum mulai berubah bentuk secara permanen.
Kekuatan bantalan ultimat dan kekuatan tarik ultimat keduanya merupakan cara untuk berbicara tentang berapa banyak tekanan yang dapat diambil suatu bahan sebelum rusak.
Dengan memahami ide-ide ini, para insinyur dapat membuat struktur dan material yang aman dan andal.
Mendobrak Batas: Pentingnya Kekuatan Bantalan dalam Desain Bangunan
Masih sulit dimengerti? Biarkan saya mengubah sudut pandang sedikit:
Jika Anda ingin merancang sebuah bangunan yang tidak akan runtuh seperti rumah kartu, kuncinya adalah memastikan bangunan itu dapat menahan semua ekspektasi Anda yang tidak masuk akal, tuntutan yang tidak masuk akal, dan kesalahan yang tak terhindarkan.
Karena mari kita hadapi itu, jika Anda tidak mendorong batas kekuatan daya dukung bangunan Anda, apakah Anda benar-benar menjalani hidup sepenuhnya?
Oke, itu hanya lelucon yang dibuat agar terlihat seperti iklan TV.
Sekarang mari kita kembali ke penjelasannya.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Bantalan
Faktor Tanah
Salah satu hal terpenting yang memengaruhi kekuatan suatu struktur adalah berapa banyak beban yang dapat ditahannya.
Faktor-faktor tanah berikut mempengaruhi daya dukung tanah:
- Kekuatan geser: Kekuatan geser tanah adalah cara untuk mengukur seberapa baik tanah dapat menahan gaya yang mencoba untuk memisahkannya.
- Lebar dan kedalaman pondasi: Lebar dan kedalaman pondasi dapat memiliki pengaruh besar pada berapa banyak berat yang dapat ditahannya.
Secara umum, pondasi dapat menahan bobot lebih jika lebih lebar dan lebih dalam.
- Berat tanah dan berat ekstra di atasnya: Berat tanah dan berat ekstra di atasnya dapat memengaruhi berapa banyak berat yang dapat ditahan oleh tanah.
Kuat Tekan Beton
Hal lain yang mempengaruhi kekuatan dukung adalah seberapa kuat beton saat dikompresi.
Kekuatan tekan beton setelah 28 hari digunakan untuk merancang pondasi dinding, dan penting untuk menggunakan campuran beton dengan kekuatan yang tepat untuk keperluan struktur.
Bentuk dan Dimensi Struktur
Kekuatan suatu struktur juga dapat dipengaruhi oleh bentuk dan ukurannya, seperti lebar, panjang, dan tebalnya.
Struktur dengan luas permukaan yang lebih besar umumnya akan memiliki daya dukung yang lebih tinggi.
Distribusi Beban dan Jenis Beban
Kekuatan suatu struktur dapat dipengaruhi oleh jenis beban yang akan diletakkan di atasnya.
Kekuatan suatu struktur dapat dipengaruhi oleh beban hidup, beban mati, dan beban angin.
Lokasi dan Orientasi Struktur
Kekuatan struktur juga dapat dipengaruhi oleh lokasinya dan bagaimana pengaturannya.
Kemampuan tanah menahan berat dapat dipengaruhi oleh hal-hal seperti jenis tanah dan ketinggian air tanah.
Kekuatan dukung suatu struktur juga dapat dipengaruhi oleh cuaca, seperti angin, hujan, dan perubahan suhu.
Kode Bangunan Internasional
Kode Bangunan Internasional memiliki saran untuk jenis pondasi apa yang akan digunakan dan bagaimana seharusnya dibangun.
Di antara saran-saran ini, tetapi tidak semuanya, adalah sebagai berikut:
- Kapasitas tanah alami atau padat untuk menahan berat.
- Ketentuan untuk mengurangi pengaruh tanah yang banyak bergerak.
- Kedalaman garis beku.
- Penguatan minimum untuk pondasi yang terbuat dari beton.
- Kedalaman minimum untuk tiang kayu yang dipasang pada pondasi beton.
Faktor Keamanan Bantalan
Faktor keamanan bantalan digunakan untuk memastikan stabilitas struktural.
Faktor keamanan adalah perbandingan antara beban maksimum yang dapat dipikul suatu bantalan dengan beban maksimum yang dapat dipikulnya.
Diperkirakan kegagalan akan terjadi ketika faktor keamanan kurang dari 1.
Anda dapat mengetahui daya dukung yang diijinkan dengan persamaan yang mempertimbangkan parameter tanah dan bentuk pondasi.
Standar Evaluasi
Kualitas pengintaian lapangan, pengambilan sampel tanah, dan uji geser dapat mempengaruhi keakuratan perhitungan stabilitas.
Untuk memastikan faktor keamanan tersebut benar dan dapat diandalkan, telah dibuat standar evaluasi faktor keamanan dalam analisis stabilitas pondasi.
Pada akhirnya, banyak hal yang mempengaruhi seberapa kuat suatu kolom, dinding, pijakan, atau sambungan.
Insinyur harus memikirkan tentang tanah, kekuatan tekan beton, bentuk dan ukuran struktur, bagaimana beban didistribusikan dan jenis bebannya, di mana dan bagaimana struktur ditempatkan, dan apa itu International Building Code. Kata.
Selain itu, faktor keamanan bantalan digunakan untuk memastikan stabilitas struktural, dan standar evaluasi tersedia untuk memastikan perhitungan yang akurat dan andal.
Menentukan Kekuatan Bantalan Bahan
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Bantalan
Kekuatan suatu kolom, dinding, pijakan, atau sambungan bergantung pada beberapa hal, seperti tanah, desain pondasi, bentuk dan ukuran struktur, cara distribusi beban, dan lingkungan.
Faktor tanah: Daya dukung tanah ditentukan oleh tiga faktor tanah: kekuatan geser, lebar dan kedalaman pondasi, serta berat tanah dan beban tambahan.
Saat pijakan diletakkan di atas tanah yang tidak saling menempel, kemampuannya menahan beban bergantung pada seberapa lebarnya.
Perhitungan stabilitas bisa salah jika pengintaian lapangan, pengambilan sampel tanah, dan uji geser tidak dilakukan dengan baik.
Rancangan pondasi: International Building Code memberikan rekomendasi untuk jenis pondasi dan kriteria rancangan, termasuk namun tidak terbatas pada daya dukung tanah alami atau padat, ketentuan untuk mengurangi dampak tanah ekspansif, kedalaman garis beku, tulangan minimum untuk pijakan beton, dan minimum kedalaman embedment untuk tiang kayu pada pondasi beton.
Dimensi dan bentuk bangunan: Dinding dan kolom harus ditopang sedekat mungkin dengan pusat pondasi untuk mencegah keruntuhan geser satu arah (balok), yang terjadi ketika balok pecah pada sudut sekitar 45 derajat terhadap dinding .
Distribusi beban adalah cara penyebaran beban struktur, seperti beban hidup, beban mati, dan beban angin.
Faktor lingkungan meliputi lokasi dan orientasi bangunan, serta kondisi tanah dan seberapa tereksposnya terhadap hal-hal seperti angin, hujan, dan perubahan suhu.
Menentukan Kekuatan Bantalan Bahan
Kayu, baja, dan tembaga, misalnya, memiliki kekuatan bantalan berbeda yang bergantung pada kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekerasan, keuletan, elastisitas, dan sifat-sifat lain yang unik untuk setiap bahan.
Misalnya, kekuatan bantalan kayu bergantung pada serat, kerapatan, dan kadar airnya, sedangkan kekuatan bantalan baja bergantung pada hal-hal seperti komposisi paduannya, perlakuan panas, dan dimensi fisik, seperti diameter luarnya, ketebalan dinding, dan panjang.
Kekuatan tarik: Kekuatan tarik material adalah jumlah gaya yang diperlukan untuk menariknya hingga putus.
Kekuatan tekan: Untuk mengetahui kekuatan tekan suatu bahan, Anda mengukur berapa banyak gaya yang diperlukan untuk menghancurkannya hingga pecah.
Kekuatan Bantalan Tabung Baja
Diameter luar, ketebalan dinding, dan panjang tabung baja, serta sifat material baja, seperti kekuatan luluh dan kekuatan tarik ultimatnya, menentukan berapa banyak berat yang dapat dibawanya.
Kalkulator dapat digunakan oleh siapa saja yang mengetahui persyaratan pemuatan aplikasi mereka dan apakah tabung akan digunakan sebagai balok atau kolom untuk mengetahui berapa ukuran tabung yang dibutuhkan.
Kekuatan penahan beban tabung baja dapat dihitung dengan bantuan persamaan matematika atau program komputer yang memperhitungkan semua hal ini.
Misalnya, kapasitas penahan beban tabung baja dapat dihitung menggunakan rumus Euler, yang memperhitungkan panjang tabung, panjang tanpa tumpuan, dan momen inersia.
Persamaan lain, seperti rumus AISC dari American Institute of Steel Construction, dapat digunakan untuk mengetahui seberapa kuat tabung baja di bawah beban yang berbeda.
Pengujian Tanah untuk Daya Dukung
Pengujian tanah adalah cara penting untuk mengetahui seberapa kuat fondasi bangunan dan seberapa berat yang dapat ditahannya.
Ini melibatkan menempatkan sampel tanah melalui pengujian di laboratorium untuk mengetahui sifat-sifatnya dan menggunakan metode lain untuk mengetahui seberapa stabil tanah tersebut.
Tes laboratorium untuk sifat-sifat tanah:
Sampel tanah dapat dimasukkan melalui sejumlah tes di laboratorium untuk mengetahui sifat-sifatnya.
Tes-tes ini meliputi Uji Consolidated Undrained (CU), Uji Kompresi Bebas, Uji Kompresi Triaksial, Uji Kotak Geser, Uji Baling-Baling, Uji Konsolidasi, Uji Pembengkakan dan Hisap, Uji Permeabilitas, dan Analisis Kimia.
Tes-tes ini diperlukan untuk menggambarkan dan mengklasifikasikan tanah dan untuk mencatat warna, tekstur, dan konsistensi sampel terganggu dan tidak terganggu dari lokasi.
Cara untuk mengetahui seberapa kuat tanah itu:
Berbagai cara dapat digunakan untuk mengetahui daya dukung tanah, seperti Teori Daya Dukung Batas Terzaghi, yang menggambarkan daya dukung ultimat untuk pondasi dangkal menerus.
Ini menggunakan persamaan yang memperhitungkan parameter tanah seperti kohesi, berat satuan efektif, kedalaman pijakan, dan lebar pijakan.
Cara lain untuk mengetahui berapa banyak berat yang dapat ditahan oleh tanah berbutir halus tak jenuh adalah dengan menggunakan kekuatan geser dari uji tekan tak terkekang.
Persamaan daya dukung (drained) hanya berlaku untuk pondasi dangkal yang menopang beban vertikal yang tidak eksentrik.
Menggunakan kuat tekan tak terbatas untuk memperkirakan daya dukung:
Kuat tekan tak terbatas hanya bekerja untuk tanah yang saling menempel.
Itu tidak dapat digunakan untuk mengetahui berapa banyak berat yang dapat ditahan oleh tanah non-kohesif karena memerlukan serangkaian parameter yang berbeda.
Pengujian tanah adalah cara penting untuk mengetahui seberapa kuat pondasi bangunan dan berapa berat yang dapat ditahannya.
Sifat-sifat tanah ditemukan melalui tes laboratorium, dan ada berbagai cara untuk mengetahui berapa banyak berat yang dapat ditahan tanah berdasarkan sifat-sifatnya.
Untuk tanah kohesif dan non-kohesif, penting untuk menggunakan metode yang tepat dan mempertimbangkan parameter tanah yang berbeda untuk setiap metode.
Kekuatan Bantalan Masonry
Regangan Maksimum yang Dapat Digunakan untuk Batu Beton
Pada serat tekan ekstrim pasangan bata, regangan terbanyak yang dapat digunakan adalah 0,0025.
Masonry yang Diperkuat
Untuk pasangan bata bertulang, tegangan tekan dan tarik pada tulangan di bawah kekuatan luluh yang ditentukan sama dengan modulus elastisitas tulangan dikali regangan baja.
Kapasitas Geser Masonry
Anda juga dapat mengetahui kekuatan bantalan nominal pasangan bata dengan melihat berapa banyak yang dapat bertahan di bawah tekanan.
Pada balok bentang sederhana, kapasitas geser bergerak dari 0 pada tumpuan hingga tak terhingga di tengah.
Dalam kode dan pedoman desain yang relevan, Anda dapat menemukan rumus untuk mengetahui kapasitas geser sebagai fungsi dari M/Vd.
Pertimbangan Penting untuk Desain Masonry
Penting untuk diingat bahwa perhitungan ini didasarkan pada asumsi dan kode desain tertentu.
Saat mendesain batu, Anda harus memikirkan dengan hati-hati tentang hal-hal seperti jenis beban, sifat material, dan bagaimana strukturnya diatur.
Sebelum melakukan perhitungan apa pun atau membuat keputusan desain apa pun tentang struktur pasangan bata, sebaiknya periksa kode dan pedoman desain yang relevan.
Pengaruh Suhu Tinggi pada Baja
Baja sering digunakan dalam bangunan dan teknik, tetapi ketika terlalu panas, ia kehilangan kemampuannya untuk menahan beban.
Sekitar 425°C adalah suhu tertinggi di mana baja mulai kehilangan kemampuannya untuk menahan berat.
Antara 600°C dan 650°C, baja akan kehilangan setengah dari kekuatannya dan, bergantung pada berat yang dibawanya, bisa pecah.
Sekitar 500°C, kekuatan baja struktur canai panas kehilangan banyak kapasitas bebannya pada suhu kamar.
Pada suhu 1100°F (593,33°C), baja masih memiliki kekuatan sekitar 50%.
Ketika baja meleleh pada suhu sekitar 2700°F (1482,22°C), ia melepaskan semua kekuatannya.
Sebagian besar waktu, saat mendesain, diasumsikan bahwa semua kapasitas hilang pada suhu sekitar 2200°F (1204,44°C).
Pengaruh Api pada Baja Struktural
Pada baja BS EN 10025 grade S275, bagian baja struktural hot-rolled grade S275 yang telah terbakar dan menjadi lebih panas dari 600°C dapat kehilangan sebagian propertinya setelah didinginkan.
Namun, tidak peduli seberapa panas apinya, tegangan leleh atau penggantian suhu ruangan tidak diperlukan jika anggota memenuhi semua persyaratan teknik lainnya, seperti lurus.
Ketika baja struktural kelas S355 dipanaskan hingga lebih dari 600 ° C dalam api, kekuatan luluh sisa dan kekuatan tariknya juga turun.
Kekuatan Geser Baut - Penghitungan Kapasitas Bantalan, Tearout, dan Beban Geser
Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa lisan. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.
Kekuatan bantalan menggunakan
Konstruksi Bangunan:
Semua jenis bangunan dan struktur harus cukup kuat untuk menahan bebannya.
Ini memberi tahu berapa banyak berat yang dapat ditahan oleh kolom, dinding, pijakan, atau sambungan sebelum patah.
Insinyur menggunakan kalkulasi yang disebut "daya dukung" untuk memastikan bahwa bangunan dapat menahan bobotnya sendiri serta bobot tambahan yang berasal dari manusia, peralatan, dan lingkungan.
Desain Jembatan:
Jembatan harus dibangun agar dapat menangani beban berat seperti mobil, angin, dan gempa bumi.
Kekuatan tumpuan fondasi dan struktur pendukung, seperti dermaga dan abutmen, merupakan faktor kunci dalam menentukan berapa banyak beban yang dapat ditahannya.
Insinyur juga menggunakan kekuatan bantalan untuk mengetahui berapa berat yang dapat ditahan oleh balok, gelagar, atau kabel.
Rekayasa Matematika:
Dalam teknik mesin, kekuatan bantalan sangat penting karena digunakan untuk mengetahui berapa berat yang dapat ditahan oleh roda gigi, bantalan, dan poros.
Insinyur menggunakan perhitungan kekuatan bantalan untuk memastikan bahwa bagian-bagian tersebut dapat menangani gaya dan tekanan aplikasi, seperti pada mesin berat, kendaraan, dan pesawat terbang.
Bisnis Dirgantara:
Kekuatan bantalan juga penting dalam industri kedirgantaraan, di mana ia digunakan untuk mengetahui berapa banyak bagian berat seperti sayap, badan pesawat, dan roda pendaratan yang dapat ditahan.
Insinyur menggunakan perhitungan yang disebut "kekuatan bantalan" untuk memastikan bahwa pesawat dapat menangani gaya dan tekanan yang datang saat terbang, seperti turbulensi, lepas landas, dan mendarat.
Bangunan Lepas Pantai:
Saat merancang dan membangun struktur seperti rig minyak, turbin angin, dan anjungan yang berada di laut, kekuatan bantalan merupakan faktor penting.
Bangunan ini harus tahan terhadap cuaca buruk, seperti angin kencang, ombak, dan arus.
Kekuatan bantalan digunakan untuk mengetahui berapa banyak berat yang dapat ditahan oleh fondasi dan struktur pendukung, serta berapa banyak berat yang paling banyak dapat ditahan oleh peralatan dan mesin.
Bisnis Pertambangan:
Dalam industri pertambangan, kekuatan bantalan sangat penting karena digunakan untuk mengetahui berapa banyak berat yang dapat diberikan pada struktur pendukung bawah tanah seperti pilar dan balok.
Insinyur menggunakan perhitungan yang disebut "daya dukung" untuk memastikan bahwa struktur dapat menahan berat batuan di atasnya serta gaya dan tekanan yang disebabkan oleh proses penambangan, seperti peledakan dan pengeboran.
Kesimpulan
Saat kita selesai berbicara tentang kekuatan bantalan, penting untuk diingat bahwa ide ini penting tidak hanya dalam bidang teknik, tetapi dalam kehidupan secara umum.
Seperti halnya sebuah bangunan membutuhkan landasan yang kuat untuk berdiri tegak, kita membutuhkan landasan yang kuat untuk menghadapi tantangan hidup.
Kita perlu berakar pada keyakinan, nilai, dan prinsip kita untuk melawan hal-hal yang mencoba menjatuhkan kita.
Bangunan bukan satu-satunya hal yang harus kuat. Hidup kita juga harus kuat.
Kita perlu mencari tahu berapa banyak beban yang bisa kita pikul, mencari bantuan yang tepat, dan memastikan kita memiliki landasan yang kuat untuk berdiri.
Jadi, sebelum Anda meninggalkan artikel ini, luangkan waktu sejenak untuk memikirkan seberapa kuat Anda.
Di atas apa Anda membangun rumah? Berapa banyak yang bisa Anda bawa? Dan bagaimana Anda dapat memastikan bahwa Anda memiliki bantuan yang Anda perlukan untuk menghadapi tantangan hidup? Ingatlah bahwa kehidupan yang dirancang dengan baik dapat bertahan selama bangunan yang dirancang dengan baik.
Jadi keluarlah dan bangun kehidupan yang dapat mendukung impian Anda.
Tautan dan referensi
ACI 318-14 Persyaratan Kode Bangunan untuk Beton Struktural dan Komentar
Bab 3: Beban Desain untuk Bangunan Tempat Tinggal
Persyaratan Minimum yang Direkomendasikan untuk Konstruksi Dinding Masonry
Bagikan pada…
