Upload
dina-novita-sari-alhinduan
View
154
Download
14
Embed Size (px)
Citation preview
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 1
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FT USU
ANALISA STRUKTUR
LANJUTAN
PROF DR-ING JOHANNES TARIGAN
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 2
Bab 1 Pendahuluan
11 Pengenalan Torsi Dalam analisa struktur selain Momen Gaya Lintang dan Normal maka Torsi akan menjadi salah satu yang menentukan dalam disain struktur bangunan Dalam buku ini akan dibahas khusus hanya Torsi saja Torsi pasti akan terjadi pada konstruksi portal tiga dimensi atau pada konstruksi grid Untuk itu dalam buku ini akan dipaparkan bagaimana perletakan Torsi Bidang torsi sudut puntir akibat torsi dan tegangan torsi Tegangan torsi secara umum dibagi 3 yakni sbb
1 Tampang tebal seperti tampang Lingkaran persegi segitiga
2 Tampang tipis terbuka seperti profil I WF canal dll
3 Tampang tipis tertutup seperti tampang hollow box dll Dalam buku ini akan dibahas tentang tegangan torsi untuk ketiga jenis tampang ini 12 Sistem Koordinat Dalam perhitungan di buku ini system koordinat searah sumbu batang secara umum dinamakan sumbu Z sedangkan kearah lainnya adalah sumbu X dan Y Sedangkan untuk perpindahan (displacement) searah sumbu X adalah u dan searah sumbu Y Z adalah v w
X
Y Z
u
v w υ ψ
φ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 3
Untuk perputaran sudut dengan sumbu putar x y dan z adalah φ ψ dan υ Khusus torsi putaran sudut yang diakibatkan Torsi disebut juga sudut puntir (twist) υ 13 Perletakan Torsi
Pada jenis perletakan tanpa torsi dikenal dengan rol lihat gambar 1 dimana 0=ΔY yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak kearah sb y sedangkan kesumbu x boleh
Y
0
Gambar 1 perletakan rol
Z
Kemudian perletakan selanjutnya adalah sendi yang dapat dilihat digambar 2 dimana 0=ΔX dan 0=ΔZ yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak ke
sumbu x dan sb y
Y
0
Gambar 2 perletakan sendi
Z
Y
Gambar 3 perletakan jepit
Z
Pada gambar 3 perletakan jepit berlaku 0=ΔX 0=ΔZ dan 0=ϕ yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak kearah sb x dan sb y demikian juga perputaran sudut pada perletakan sama dengan nol
Khusus pada torsi maka diadakan simbol perletakan seperti pada gambar 4 yang mana pada perletakan jeit torsi ataupun sudut puntir 0=υ dan gambar 5 adalah perletakan yang bebas Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 4
Y
Gambar 4 perletakan jepit pada torsi
Z
Y
Gambar 5 Perletakan bebas pada torsi
Z
I3 Penggambaran bidang Torsi
Momen torsi terpusat Mt dapat dibuat dengan simbol seperti pada gambar 6 yakni Momen Torsi dengan dua tanda panah dapat dibuat dengan seperti 1 tanda panah dengan rotasi 90 derajat dengan menambah 1 garis ditengah tanda panah tersebut Sedangkan untuk momen Torsi terbagi rata mt dapat dibuat seperti gambar 7
Mt
Mt
L
Gambar 6 Torsi terpusat Gambar 7 Torsi terbagi rata
Mt
Dalam penggambaran bidang torsi dapat dilakukan sama seperti menggambarkan gaya lintang seperti pada gambar 8 a b dan c
`
- -
+
MT MT
MT
L frac12 L frac12 L
a b
c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 5
`
Penggambaran tanda bidang momen sama seperti menutup dan membuka skrup Kalau arah Momen Torsi kearah menutup maka digambarkan negatif dan kalau kearah membuka maka digambar positif
I4 Analogi antara Torsi dengan Normal
Pada Tabel 1 dapat dilihat analogi antara Torsi dan Normal seperti pada Hukum Hooke yang mana regangan adalah
EFN
=ε
dimana regangan sangat tergantung kepada Normal Sedangkan regangan geser adalah
T
T
GJM
=Γ
dan regangan geser sangat tergantung kepada Torsi
mT
A B
Gambar 8 a Bidang Torsi Terpusat pada overhang b Bidang Torsi Terpusat pada balok diatas 2 perletakan dan c Bidang Torsi terbagi rata pada balok
+
-
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 6
Normal Torsi
Elemen dengan Gaya
N n N+dN Mt mt Mt +dMt
Persyaratan
keseimbangan n
dzdN
minus= Tmdz
dMtminus=
Deformasi pada ele-
men
w w+dw
EFN
dzdw
== ε
ν υ+dυ
T
T
GJM
dzd
=Γ=ν
Deformasi pada batang dw = cdzEFN
+int
dw = zzEFN ε=
cdzGJM
T
T += intν
zzGJM
T
T Γ==ν
Tabel 1 Analogi antara Normal dan Torsi
dz dz
dz dzdw
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 2
Bab 1 Pendahuluan
11 Pengenalan Torsi Dalam analisa struktur selain Momen Gaya Lintang dan Normal maka Torsi akan menjadi salah satu yang menentukan dalam disain struktur bangunan Dalam buku ini akan dibahas khusus hanya Torsi saja Torsi pasti akan terjadi pada konstruksi portal tiga dimensi atau pada konstruksi grid Untuk itu dalam buku ini akan dipaparkan bagaimana perletakan Torsi Bidang torsi sudut puntir akibat torsi dan tegangan torsi Tegangan torsi secara umum dibagi 3 yakni sbb
1 Tampang tebal seperti tampang Lingkaran persegi segitiga
2 Tampang tipis terbuka seperti profil I WF canal dll
3 Tampang tipis tertutup seperti tampang hollow box dll Dalam buku ini akan dibahas tentang tegangan torsi untuk ketiga jenis tampang ini 12 Sistem Koordinat Dalam perhitungan di buku ini system koordinat searah sumbu batang secara umum dinamakan sumbu Z sedangkan kearah lainnya adalah sumbu X dan Y Sedangkan untuk perpindahan (displacement) searah sumbu X adalah u dan searah sumbu Y Z adalah v w
X
Y Z
u
v w υ ψ
φ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 3
Untuk perputaran sudut dengan sumbu putar x y dan z adalah φ ψ dan υ Khusus torsi putaran sudut yang diakibatkan Torsi disebut juga sudut puntir (twist) υ 13 Perletakan Torsi
Pada jenis perletakan tanpa torsi dikenal dengan rol lihat gambar 1 dimana 0=ΔY yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak kearah sb y sedangkan kesumbu x boleh
Y
0
Gambar 1 perletakan rol
Z
Kemudian perletakan selanjutnya adalah sendi yang dapat dilihat digambar 2 dimana 0=ΔX dan 0=ΔZ yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak ke
sumbu x dan sb y
Y
0
Gambar 2 perletakan sendi
Z
Y
Gambar 3 perletakan jepit
Z
Pada gambar 3 perletakan jepit berlaku 0=ΔX 0=ΔZ dan 0=ϕ yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak kearah sb x dan sb y demikian juga perputaran sudut pada perletakan sama dengan nol
Khusus pada torsi maka diadakan simbol perletakan seperti pada gambar 4 yang mana pada perletakan jeit torsi ataupun sudut puntir 0=υ dan gambar 5 adalah perletakan yang bebas Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 4
Y
Gambar 4 perletakan jepit pada torsi
Z
Y
Gambar 5 Perletakan bebas pada torsi
Z
I3 Penggambaran bidang Torsi
Momen torsi terpusat Mt dapat dibuat dengan simbol seperti pada gambar 6 yakni Momen Torsi dengan dua tanda panah dapat dibuat dengan seperti 1 tanda panah dengan rotasi 90 derajat dengan menambah 1 garis ditengah tanda panah tersebut Sedangkan untuk momen Torsi terbagi rata mt dapat dibuat seperti gambar 7
Mt
Mt
L
Gambar 6 Torsi terpusat Gambar 7 Torsi terbagi rata
Mt
Dalam penggambaran bidang torsi dapat dilakukan sama seperti menggambarkan gaya lintang seperti pada gambar 8 a b dan c
`
- -
+
MT MT
MT
L frac12 L frac12 L
a b
c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 5
`
Penggambaran tanda bidang momen sama seperti menutup dan membuka skrup Kalau arah Momen Torsi kearah menutup maka digambarkan negatif dan kalau kearah membuka maka digambar positif
I4 Analogi antara Torsi dengan Normal
Pada Tabel 1 dapat dilihat analogi antara Torsi dan Normal seperti pada Hukum Hooke yang mana regangan adalah
EFN
=ε
dimana regangan sangat tergantung kepada Normal Sedangkan regangan geser adalah
T
T
GJM
=Γ
dan regangan geser sangat tergantung kepada Torsi
mT
A B
Gambar 8 a Bidang Torsi Terpusat pada overhang b Bidang Torsi Terpusat pada balok diatas 2 perletakan dan c Bidang Torsi terbagi rata pada balok
+
-
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 6
Normal Torsi
Elemen dengan Gaya
N n N+dN Mt mt Mt +dMt
Persyaratan
keseimbangan n
dzdN
minus= Tmdz
dMtminus=
Deformasi pada ele-
men
w w+dw
EFN
dzdw
== ε
ν υ+dυ
T
T
GJM
dzd
=Γ=ν
Deformasi pada batang dw = cdzEFN
+int
dw = zzEFN ε=
cdzGJM
T
T += intν
zzGJM
T
T Γ==ν
Tabel 1 Analogi antara Normal dan Torsi
dz dz
dz dzdw
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 3
Untuk perputaran sudut dengan sumbu putar x y dan z adalah φ ψ dan υ Khusus torsi putaran sudut yang diakibatkan Torsi disebut juga sudut puntir (twist) υ 13 Perletakan Torsi
Pada jenis perletakan tanpa torsi dikenal dengan rol lihat gambar 1 dimana 0=ΔY yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak kearah sb y sedangkan kesumbu x boleh
Y
0
Gambar 1 perletakan rol
Z
Kemudian perletakan selanjutnya adalah sendi yang dapat dilihat digambar 2 dimana 0=ΔX dan 0=ΔZ yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak ke
sumbu x dan sb y
Y
0
Gambar 2 perletakan sendi
Z
Y
Gambar 3 perletakan jepit
Z
Pada gambar 3 perletakan jepit berlaku 0=ΔX 0=ΔZ dan 0=ϕ yang berarti pada perletakan tidak diperbolehkan bergerak kearah sb x dan sb y demikian juga perputaran sudut pada perletakan sama dengan nol
Khusus pada torsi maka diadakan simbol perletakan seperti pada gambar 4 yang mana pada perletakan jeit torsi ataupun sudut puntir 0=υ dan gambar 5 adalah perletakan yang bebas Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 4
Y
Gambar 4 perletakan jepit pada torsi
Z
Y
Gambar 5 Perletakan bebas pada torsi
Z
I3 Penggambaran bidang Torsi
Momen torsi terpusat Mt dapat dibuat dengan simbol seperti pada gambar 6 yakni Momen Torsi dengan dua tanda panah dapat dibuat dengan seperti 1 tanda panah dengan rotasi 90 derajat dengan menambah 1 garis ditengah tanda panah tersebut Sedangkan untuk momen Torsi terbagi rata mt dapat dibuat seperti gambar 7
Mt
Mt
L
Gambar 6 Torsi terpusat Gambar 7 Torsi terbagi rata
Mt
Dalam penggambaran bidang torsi dapat dilakukan sama seperti menggambarkan gaya lintang seperti pada gambar 8 a b dan c
`
- -
+
MT MT
MT
L frac12 L frac12 L
a b
c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 5
`
Penggambaran tanda bidang momen sama seperti menutup dan membuka skrup Kalau arah Momen Torsi kearah menutup maka digambarkan negatif dan kalau kearah membuka maka digambar positif
I4 Analogi antara Torsi dengan Normal
Pada Tabel 1 dapat dilihat analogi antara Torsi dan Normal seperti pada Hukum Hooke yang mana regangan adalah
EFN
=ε
dimana regangan sangat tergantung kepada Normal Sedangkan regangan geser adalah
T
T
GJM
=Γ
dan regangan geser sangat tergantung kepada Torsi
mT
A B
Gambar 8 a Bidang Torsi Terpusat pada overhang b Bidang Torsi Terpusat pada balok diatas 2 perletakan dan c Bidang Torsi terbagi rata pada balok
+
-
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 6
Normal Torsi
Elemen dengan Gaya
N n N+dN Mt mt Mt +dMt
Persyaratan
keseimbangan n
dzdN
minus= Tmdz
dMtminus=
Deformasi pada ele-
men
w w+dw
EFN
dzdw
== ε
ν υ+dυ
T
T
GJM
dzd
=Γ=ν
Deformasi pada batang dw = cdzEFN
+int
dw = zzEFN ε=
cdzGJM
T
T += intν
zzGJM
T
T Γ==ν
Tabel 1 Analogi antara Normal dan Torsi
dz dz
dz dzdw
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 4
Y
Gambar 4 perletakan jepit pada torsi
Z
Y
Gambar 5 Perletakan bebas pada torsi
Z
I3 Penggambaran bidang Torsi
Momen torsi terpusat Mt dapat dibuat dengan simbol seperti pada gambar 6 yakni Momen Torsi dengan dua tanda panah dapat dibuat dengan seperti 1 tanda panah dengan rotasi 90 derajat dengan menambah 1 garis ditengah tanda panah tersebut Sedangkan untuk momen Torsi terbagi rata mt dapat dibuat seperti gambar 7
Mt
Mt
L
Gambar 6 Torsi terpusat Gambar 7 Torsi terbagi rata
Mt
Dalam penggambaran bidang torsi dapat dilakukan sama seperti menggambarkan gaya lintang seperti pada gambar 8 a b dan c
`
- -
+
MT MT
MT
L frac12 L frac12 L
a b
c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 5
`
Penggambaran tanda bidang momen sama seperti menutup dan membuka skrup Kalau arah Momen Torsi kearah menutup maka digambarkan negatif dan kalau kearah membuka maka digambar positif
I4 Analogi antara Torsi dengan Normal
Pada Tabel 1 dapat dilihat analogi antara Torsi dan Normal seperti pada Hukum Hooke yang mana regangan adalah
EFN
=ε
dimana regangan sangat tergantung kepada Normal Sedangkan regangan geser adalah
T
T
GJM
=Γ
dan regangan geser sangat tergantung kepada Torsi
mT
A B
Gambar 8 a Bidang Torsi Terpusat pada overhang b Bidang Torsi Terpusat pada balok diatas 2 perletakan dan c Bidang Torsi terbagi rata pada balok
+
-
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 6
Normal Torsi
Elemen dengan Gaya
N n N+dN Mt mt Mt +dMt
Persyaratan
keseimbangan n
dzdN
minus= Tmdz
dMtminus=
Deformasi pada ele-
men
w w+dw
EFN
dzdw
== ε
ν υ+dυ
T
T
GJM
dzd
=Γ=ν
Deformasi pada batang dw = cdzEFN
+int
dw = zzEFN ε=
cdzGJM
T
T += intν
zzGJM
T
T Γ==ν
Tabel 1 Analogi antara Normal dan Torsi
dz dz
dz dzdw
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 5
`
Penggambaran tanda bidang momen sama seperti menutup dan membuka skrup Kalau arah Momen Torsi kearah menutup maka digambarkan negatif dan kalau kearah membuka maka digambar positif
I4 Analogi antara Torsi dengan Normal
Pada Tabel 1 dapat dilihat analogi antara Torsi dan Normal seperti pada Hukum Hooke yang mana regangan adalah
EFN
=ε
dimana regangan sangat tergantung kepada Normal Sedangkan regangan geser adalah
T
T
GJM
=Γ
dan regangan geser sangat tergantung kepada Torsi
mT
A B
Gambar 8 a Bidang Torsi Terpusat pada overhang b Bidang Torsi Terpusat pada balok diatas 2 perletakan dan c Bidang Torsi terbagi rata pada balok
+
-
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 6
Normal Torsi
Elemen dengan Gaya
N n N+dN Mt mt Mt +dMt
Persyaratan
keseimbangan n
dzdN
minus= Tmdz
dMtminus=
Deformasi pada ele-
men
w w+dw
EFN
dzdw
== ε
ν υ+dυ
T
T
GJM
dzd
=Γ=ν
Deformasi pada batang dw = cdzEFN
+int
dw = zzEFN ε=
cdzGJM
T
T += intν
zzGJM
T
T Γ==ν
Tabel 1 Analogi antara Normal dan Torsi
dz dz
dz dzdw
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 6
Normal Torsi
Elemen dengan Gaya
N n N+dN Mt mt Mt +dMt
Persyaratan
keseimbangan n
dzdN
minus= Tmdz
dMtminus=
Deformasi pada ele-
men
w w+dw
EFN
dzdw
== ε
ν υ+dυ
T
T
GJM
dzd
=Γ=ν
Deformasi pada batang dw = cdzEFN
+int
dw = zzEFN ε=
cdzGJM
T
T += intν
zzGJM
T
T Γ==ν
Tabel 1 Analogi antara Normal dan Torsi
dz dz
dz dzdw
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 7
BAB II TORSI PADA TAMPANG BULAT
II1 Umum
Suatu tampang bulat jika mengalami Torsi permukaan tampang tidak berubah bentuk seperti gambar dibawah Tidak berubah bentuk dalam arti kata bahwa tampang mempunyai luas dan bentuk yang sama baik sebelum dan sesudah terjadi Torsi Ada istilah yang digunakan dalam Torsi yakni tidak terjadi Warping (perubahan bentuk pada tampang)
II2 Menghitung Ј Inertia Polar Tegangan geser τ dan sudut puntir ν akibat
Momen Torsi Untuk menghitung Inertia Polar Ј (centroidal polar momen of Inertia) dapat dilihat ilustrasi dari gambar II1 dimana ada Momen Torsi bekerja sebesar Mt Maka berlaku persamaan sbb Dimana dv = τ dA dv = Tegangan Torsi seluas da dA = Luas τ = tegangan geser ρ jarak dari pusat lingkaran ke titik tertentu r radius Gambar II1 penampang bulat mengalami Torsi
dA
r
ρ
MT = intρ dv Mt
Gambar II1 Torsi pada tampang bulat
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 8
Maka MT = intρ τ dA
Untuk mendapat hubungan regangan geser ( Γ ) dan sudut puntir (ν) maka dapat
dilihat digambar II 2 Maka berlaku persamaan
ΓmaxL = r ν Γ r = ρ Γmax Γ = Γmax Gambar II 2 hubungan antara sudut puntir υ dengan regangan geser Г Dari Hukum Hooke berlaku persamaan
τ = G Γ = G Γmax rρ
MT = int ρG maxΓ rρ dA
MT = dAr
G intΓ2
maxρ = dA
r int 2max ρτ
= Jrmaxτ
Dimana 4
21 rJ Π=
Ј adalah Inertia Polar untuk tampang bulat Ј= int ρ 2 dA = intx2 dA + inty2 dA= Ix + Iy Ј = Ix + Iy Ј =
L
r
υ ρ
Γ max Γmax =
r L
r ρ =
Γmax Γ
ρ r
Hanya untuk tampang bulat (lingkaran)
1 4 πr4 + 1
4 πr4
υ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 9
Ј = Sedangkan tegangan geser didapat
Γ max = sedangkan τmax = τmax = G Γmax
= G maka
dari persamaan diatas didapat sudut puntir (angle of twist)
ν = Kesimpulan - Tampang lingkaran Ј = frac12 πr4
τmax =
ν =
Gambar tegangan geser akibat momen torsi dapat dilihat di gambar II3
1 2 πr4
r ν L
MT r Ј
r ν L
MT Ј = G
ν L
MT L
G Ј
MT r Ј
MT L
G Ј
τmax
τmax
τmax
MT
Gambar II 3 adiagram tegangan pada tampang bulat b Trayektori tegangan dan c Tampang yang tidak mengalami warping
τmax = MT
Ј r
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 10
Inertia Torsi tampang Ring )(32
44 dDJT minus=π
Contoh soal
Ditanya
a Tentukan Bidang Torsi pada AB
b Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang bulat
dengan r = 15 cm dan E=26000 MNm2 υ=02
c Hitunglah lendutan pada titik C
d Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
d
D
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 11
b sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L = 2 m = 200 cm
J = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
)1(2 υ+
=EG =1083333 MNm2 = 1083333 x 100000010000 =108333333 Ncm2
Maka =υ 0006968 radial π
υ2
36000696800
= = 03990
c
bull Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=1δ 0218 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δ 0516 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 1500006968=10452 cm
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 17792 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 12
e Tegangan Torsi rJ
M tZYZX == ττ = 15
25794813000000 =56617 Ncm2
217566 cmNZX =τ
Akibat Gaya Lintang ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus=
2
2 134
ra
rQ
ZY πτ
AQ
aZY 34
)0max( ==τ = 21520000
34
π=37745 2cm
N
Maka tegangan geser ( )angLtorsi ZYZYZY int)( τττ plusmn= =603915 2cmN
217566 cmNZY =τ
274537cmN
ZY =τ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 13
BAB III
Persamaan pada Torsi
III1 Fungsi Torsi
Fungsi torsi gunanya adalah untuk dapat menghitung tegangan pada tampang tebal
tampang tipis tertutup dan terbuka Untuk menentukan fungsi torsi digunakan
persamaan keseimbangan pada elemen tiga dimensi seperti gambar III1 τzx = τxz
τzy = τyz
τyx = τxy
Dari gambar III1 diseberangnya secara keseluruhan terdapat pada sumbu x ada
tegangan σx + δσx τxz+δτxz dan τxy+δτxy demikian pada seberang arah sumbu y ada σy
+ δσy τyz+δτyz dan τyx+δτyx dan pada arah sumbu z ada σz + δσz τzy+δτzy dan τzx + δτzy
Dengan merubah tegangan menjadi gaya dimana gaya adalah tegangan dikali luas
maka dengan membuat persamaan keseimbangan gaya kearah X Y dan Z maka
diperoleh sbb
ΣX = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzxxyzy XYYXYXZXZXZXXXX δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
Y
X
Zσz
σy σx
τxy
τxz
τzx τzy
τyx
τyz
Gambar III1keseimbangan tegangan pada sebuah elemen
δZ
δX
δy
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 14
0=+++ Xy
YX
Z
ZX
X
X
δδτ
δδτ
δδσ
ΣY = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxYyzyxzx XYXYXYZYZYZYYYY δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ YX
XY
Z
ZY
Y
Y
δδτ
δδτ
δδσ
ΣZ = 0
( ) ( ) 0)( =minusminus++minus++minus+ zyxXzyzxyx XZXZXZYZYZYZZZZ δδδδδτδττδδτδττδδσδσσ
0=+++ ZX
XZ
Y
YZ
Z
Z
δδτ
δδτ
δδσ
Berdasarkan teori St Venannt bahwa jika ada torsi maka yang tegangan yang bekerja
adalah τzx dan τzy saja Maka σx = σy = σz = τxy = 0 τzx = τxz τzy = τyz τyx = τxy dan
X = Y = Z = 0
0=Z
ZX
δδτ ( a )
0=Z
ZY
δδτ
helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( b )
0=+X
ZY
Y
ZY
δδτ
δδτ helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip( c )
Dengan persamaan cauchy
yyx
ZX δδτ )(Φ
=
xyx
ZY δδτ )(Φ
minus=
Memenuhi persamaan c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 15
Dari hukum Hooke diketahui
[ ])(1ZYXX Ex
u σσυσδδε +minus==
[ ])(1XZYY Ey
v σσυσδδε +minus==
[ ])(1YXZZ Ex
w σσυσδδε +minus==
Gxy
yu XY
XYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gxw
zu ZX
ZXτ
δδ
δδ
=+=Γ
Gyw
zv ZY
ZYτ
δδ
δδ
=+=Γ
Khusus Torsi
0=== ZYX εεε
0=XYτ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zyGZY δ
δδδτ
Lihat gambar dibawah
Yv
Xu
ν ri
ri
i i
- ui
vi
yi
xi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 16
i
ii
i
i
i
i
rr
xy
vu ϑ
==minus
)()( zxzxy ϑ=
)()( zyzyu ϑminus=
Dari 0=zw
δδ
maka w (xyz) = Γ ϕ(xy) dimana ϕ(xy) = fungsi Warping
maka
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +=
xw
zuGZX δ
δδδτ dimana )()( zyzyu ϑminus= dan w (xyz) = Γ ϕ(xy)
Γ = νrsquo (regangan sama dengan turunan pertama sudut puntir)
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +minus= y
xG
xyxyGZX δ
δϕϑδ
δϕϑϑτ )(
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus= 1
yxG
yZX
δδδϕϑ
δδτ
dimana yZX δ
δτ Φ=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡minus=
Φ 1
2
2
yxG
y δδδϕϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yw
zvGZY δ
δδδτ dimana v = x ν(z) dan w = Γϕ(xy) = νrsquo ϕ(xy)
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
yxG
yxGZY δ
δϕϑδδϕϑϑτ dimana
xZY δδφτ minus=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φy
xGy
xGx δ
δϕϑδδϕϑϑ
δδ
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φyx
Gx δδ
δϕϑδδ
1
2
2
Persamaan (1) dan persamaan (2) dikurangkan
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 17
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+minus=
Φyx
Gy δδ
δϕϑδδ
1
2
2
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
Φminus
yxG
x δδδϕϑ
δδ
1
2
2
-
2
2
2
2
2 ϑδδ
δφδ G
yxminus=
Φ+
fungsi torsi disebut fungsi Torsi
III 2 Soap Film Analogi
Berdasarkan teori Prandrsquol bahwa persamaan membransoap film analogi (persamaan
kulit sabun) Dimana jika ada gaya p(xy) seperti gambar dibawah maka akan terjadi
perpindahan sebesar w
H H w
P (xy)
Z
X
Y
dy
dx
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 18
Dari teori Prandrsquol maka persamaan perpindahan adalah HP
yw
xw
minus=+ 2
2
2
2
δδ
δδ
Penyelesaian persamaan ini dapat diselesaikan dengan deret forrier
III3 Fungsi torsi pada Tampang empat persegi
Fungsi perpindahan untuk tampang membran persegi dengan ukuran 2s x 2t menurut
[Thimosenko and Goodier1986] adalah
nn
n Ytxnbw
2cos
531
πsuminfin
=
=
dimana nb adalah bilangan konstanta sedangkan nY adalah fungsi y
nn
n Ytxn
tnb
xw
2sin
2531
ππδδ sum
infin
=
minus=
nn
n Ytxn
tnb
xw
2cos
4 2
22
5312
2 ππδδ sum
infin
=
minus=
Sedangkan
531 2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
5312
2
2cos n
nn Y
txnb
yw π
δδ sum
infin
=
=
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 19
Sedangkan ( )txn
nHP
HP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus=minus sum
Maka diperoleh
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus +
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
= ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
531 2cos n
nn Y
txnb πsum
infin
=
nn
n Ytxn
tnb
2cos
4 2
22
531
ππsuminfin
=
minus = ( )txn
nHP n
n 2cos14 2)1(
531
ππ
minusinfin
=
minusminus sum
nY nY
tn
2
22
4π
minus = ( ) 2)1(14 minusminusminus n
nnbHP
π
Penyelesaian umum adalah
2)1(33
2
)1(162
cosh2
sinh minusminus++= n
nn bHn
PttynB
tynAY
πππ
Jika penampang simetri maka A = 0
2)1(33
2
)1(162
cosh minusminus+= n
nn bHn
PttynBY
ππ
Untuk ( ) 0=plusmn= synY maka 2)1(33
2
)1(162
cosh0 minusminus+= n
nbHnPt
tsnB
ππ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minus
tsntyn
bHnPtY n
nn
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Maka dengan dapatnya Yn maka persamaan lendutan membran pada tampang persegi
akan menjadi
txnbw
nn 2
cos531
πsuminfin
=
=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus minus
tsntyn
bHnPt n
n
2cosh
2cosh
1)1(16 2)1(33
2
π
π
π
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 20
txn
tsntyn
nHPtw n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(116 2)1(
53133
2 ππ
π
π⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminus= minusinfin
=sum
Dihubungkan dengan persamaan Torsi diatas maka menyelesaikan persamaan torsi
digunakanlah teori membran berdasarkan Prandrsquol Maka hubungan antara w dengan
fungsi torsi φ dapat dikatakan setara seperti ditunjukan ditabel dibawah
Apabila fungsi Oslash diketahui maka akan dapat dicari tegangan dimana tegangan geser
sama dengan turunan pertama dari fungsi Torsi
Prandrsquol Torsi
W Oslash
Syarat batas
W = 0 (sisi luas)
Syarat batas
Oslash = 0 (sisi luas)
ZXy
τδδφ
=
xw
δδ
ZYyτ
δδφ
=
Dengan menggunakan rumus perpindahan (displacement pada membran pada teori
soap film analogi maka didapat hubungan antara Γminus=minus GHP 2 maka fungsi torsi
pada tampang persegi akan didapat
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
yw
δδ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 21
III 4 Hubungan antara Momen Torsi dan Fungsi Torsi
dFxyM ZXZYT )(int minus= ττ
dydxxy
dydxyx
dFxy
yx
M T )( intintintintint minusminus=minusminus=δδφ
δδφ
δδφ
δδφ
Integral Partial
intint minus= dxxxdxy
Xr
Xl
1 φφδδφ
dydxdyxdydxxy
intintintintint minus= φφδδφ pada xr dan xl (sisi luar) maka 0=φ
dydxdydxxy
intintintint minus= φδδφ
analog dydxdydxxx
intintintint minus= φδδφ
maka intint= dydxM T 2 φ = int dA2 φ
X
XR XL
Y
z y
x
τzx
τzy X
Y
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 22
Hubungan momen torsi dengan fungsi Torsi adalah sbb
Mt = 2 int Oslash dA
Dari persamaan tersebut diatas menyatakan bahwa Momen Torsi dua kali volume
membran
III5 Pemakaian fungsi pada tampang lingkaran
Pada tampang lingkaran berlaku VM t 2= dimana intΦ= ρπρ dV 2
dimana ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ=Φ
2
0 1rρ
maka ρπρρ dr
M t 2122
0⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusΦ= int
20 rM t ΠΦ= dan dari sini 20 r
M t
Π=Φ
Dengan demikian fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 23
Bab 4
Torsi pada tampang Tebal
4 1 Menentukan Inertia Torsi
Jika sesuatu tampang prismatik mengalami Torsi maka akan terjadi perubahan bentuk
pada penampangnya atau disebut juga warping Hal itu dapat dilihat digambar IV1
Dengan bantuan teori soap film analogi maka Inergia torsi tampang sembarang dapat
diturunkan dari rumus
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Kemudian GJM T=Γ analog dengan
EIM
=χ dimana χ = kelengkungan
Γ=νd dz =GJM T dz
Maka dzGJML
Tint=0
ν = LGJM T
Γ=
Γ= int
G
dF
GM
J Tφ2
dengan bantuan penyelesaian memakai teori Prandrsquol maka
2
2
2
2
4
yy
dydxJ
partpart
+partpart
= intintφφ
φ
Gambar IV1 Tampang prismatik yang mengalami warping pada saat ada Torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 24
42 Tegangan torsi pada tampang lingkaran
Fungsi torsi pada tampang lingkaran menjadi
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minus
Π=Φ
2
2 1rr
M t ρ
42r
Mdd
t Π=
Φ=
ρρ
τ =4
21 r
M tΠ
ρ =J
M tρ dimana 4
21 rJ Π=
JrM t=maxτ
43 Tegangan torsi pada tampang persegi
Jika pada tampang bulat tegangan torsi linier maka pada tampang persegi tegangan
torsi berbentuk parabola
Tegangan torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus
partpart
= yy
GZXϕντ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
partpart
= xx
GZYϕντ
s
s
t t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 25
Dengan methode soap film analogi maka τzy dan τzx dapat dihitung dari persamaan
torsi
)(2 2
2
2
2
zGxy
νφφminus=
partpart
+partpart
Jika fungsi diketahui maka tegangan torsi akan dapat dicari dengan
xZY partpart
=φτ dan
yZX partpart
minus=φτ
Fungsi Torsi pada tampang persegi [Thimosenko and Goodier1986]
txn
tsntyn
ntG n
n 2cos
2cosh
2cosh
1)1(132 2)1(
53133
2 ππ
π
πφ
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
= minusinfin
=sum
Maka didapat txn
tsntyn
nttG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(12
32531
2)1(23
2 ππ
ππ
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
txn
tsntyn
ntG
x n
nzy 2
sin
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22
ππ
π
πφτ sum
infin
=
minus
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ minus
Γminus=
partpart
minus=
Jika x = plusmn s dan y = 0 maka didapat
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡minus⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +++
Γ=
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minus⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
= sumsuminfin
=
infin
=
tsnn
tG
tsnn
tGnn
2cosh
1151
31116
2cosh
11116531
2222531
22max ππππτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ
= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11168
16531
22
2
2max πππ
πτ
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡Γ
minusΓ= suminfin
=
tsnn
GtGn
2cosh
11162531
22max ππτ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 26
Jika sgtt maka deret yang kanan bisa diabaikan sehingga diperolehrsquo
tGΓ= 2maxτ Jika s=t
sGtG Γ=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
++minusΓ= 3511
23cosh9
1
2cosh
1812 2max πππτ
dydxaxn
abn
ayn
ntG
x n
nzy
2cos
2cosh
2cosh
1)1(116531
2)1(22 intint sum
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
minusminusΓ
minus=partpart
minus=infin
=
minus ππ
π
πφτ
sbn
naG
ntsG
nnzy 2
tanh1)2(641)2()2(32531
54
4
53144
3 πππ
τ sumsuminfin
=
infin
=
Γminus
Γ==
τmax Gambar IV3 Tampang persegi mengalami tegangan akibat Torsi
b
a
τ b
a b c
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 27
Secara umum khusus untuk tampang persegi maka Inersia torsi
J = α a b3
Jika ab ge 2 maka J dihitung dengan rumus )63001(3
3
ababJ minus=
τmax = γ MT dimana γ = 2abβ
Sedangkan τ b = χ τmax dimana τb adalah tegangan pada sisi terpendek
Dimana α β dan χ dapat dilihat pada tabel IV2 berdasrakan perbandingan a dan b
ba α β Χ
1 0141 481 1000
15 0196 433 0853
2 0229 406 0796
25 0249 388 0768
3 0263 374 0753
4 0281 355 0745
5 0291 343 0744
6 0299 335 0743
8 0307 326 0743
10 0312 320 0743
~ 0333 300 0743
Tabel IV2 Koefisien untuk mencari J τmax τ b pada tampang persegi
a
b
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 28
44 Tampang Elips
Pada tampang berdasarkan [] elips fungsi torsi ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minus+minus= 12
2
2
2
by
ax
abM t
πφ
Dengan demikian tegangan yang terjadi
yabM
yT
zx 2πφτ minus=
partpart
=
xba
Mx
Tzy 2π
φτ =partpart
minus=
Untuk tampang elip didapat sbb
TMab2max2
πτ =
22
33
babaJ+
= π
4 5 Tampang Segitiga
Pada tampang segitiga maka fungsi torsi adalah
( ) ( )[ ]227222
2122
21 3 axyxyxG a minusminusminus+minus= νφ
b
a
x
y
2max2abM T
πτ =
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 29
0=partpart
=yzxφτ sedangkan yxG
x azy 6( 21++=
partpart
minus= νφτ
Contoh Soal
Suatu tampang persegi dengan tampang seperti dibawah dimana luas tampang sama
seperti contoh soal pada tampang bulat
Ditanya
bull Tentukan sudut puntir pada titik B jika batang AB adalah tampang persegi
dimana ab=05 dan E=26000 MNm2 υ=02
bull Hitunglah lendutan pada titik C
bull Hitunglah tegangan yang terjadi akibat torsi pada batang AB kemudian
hitunglah tegangan maximum akibat Torsi dan Gaya Lintang
Jawab
a
Bidang Torsi
sudut puntir GJ
LM t=υ
Mt = 3 t m= 300000 kgcm= 3000000 Ncm
L=2m
L1=15 m
P=2t
A
B
C
Mt=3tm
3tm
A
B
b
a
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 30
L = 2 m = 200 cm
ALingkaran= Лr2= 314(15)2=70650 cm2
APersegi = ab = 2bb= 2 b2
Dengan demikian didapat b= 1879 cm dan a3758 cm
J= α a b3 dari tabel dengan 2=ba maka α = 0229 maka J = 0229375818793
Maka Jpersegi = 5709165 cm4
Jlingkaran = frac12 Л r4 = 7948125 cm4
Dengan ab=2 maka Jlingkaran= 139 x Jpersegi
G = 108333333 Ncm2
Besar sudut puntir υ = 6557091331083333
2003000000 =00097
bull b Lendutan pada titik C jika pada B di jepit EI
PL3
31
1 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L1= 15 m =150 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
I = 3
121 bh =
121 1879 37583 = 83 102 84 cm4
Sedangkan tampang lingkaran Io = 39740625 cm4
=1δII o 0218 cm = 0104 cm
bull Lendutan pada titik c jika dilepas EI
PL3
3
2 =δ
P= 2 ton = 2000 kg=20000 N
L2= 2 m =200 cm
E=26000 MNm2= 2600000 Ncm
Io = frac14 Л r4= 39740625 cm4
=2δIIo 0516 cm = 0247 cm
bull Lendutan akibat adanya Torsi
υδ tgL 13 = = 150 00097=1455 cm
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 31
Dengan demikian lendutan dititik c adalah 321 δδδδ ++= = 1806 cm
c Tegangan Torsi TZX Mγττ ==max
b= 1879 cm dan a3758 cm
Dari tabel jika ab = 2 β = 406 makaγ = 2abβ = 305 x 10-4
Maka TZX Mγττ ==max = 305 x 10-43000000= 91799 Ncm2
maxχττ =b dimana χ =0796 maka bτ = 73072 Ncm2
Akibat gaya LintangbIQS
=τ AQ
23
max =τ =58377918
2000023 =4248 2cm
N
Torsi + Gaya Lintang τmax= 91799+4248 = 96047 2cmN
73072
91799
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 32
Tampang Lingkaran Tampang persegi
2=ba
Perbanding Tampang
Lingkaran dibagi
Persegi
R=15 cm
A=70560 cm2
a=3758cm b=1879cm
A=70560 cm2
J = 7948125 cm4 J=5709165 cm4 391=
pp
o
JJ
=υ 0006968 rad =υ 0009700 rad 71800 =
ppνν
Akibat Torsi
=maxτ 217566 cmN
Akibat Torsi
=maxτ 91799 Ncm2 620=
pp
o
ττ
Akibat Gaya Lintang
AQ
34
max =τ =37745 2cmN
Akibat Gaya Lintang
AQ
23
max =τ =4248 2cmN
890=pp
o
ττ
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 603915 2cmN
Akibat Torsi dan Lintang
=maxτ 96047 2cmN
630=pp
o
ττ
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 33
V Torsi pada tampang tipis terbuka
V1 Tampang tipis
Pada tampang tipis fungsi dapat dilihat seperti digambarkan dibawah fungsi torsi
seperti sebuah setengah silinder`
Pada tampang tipis berlaku
0=partpart
yφ dimana 0)(0 =minus
partpart
== yx
Gzxϕντ
cxx
=partpartφ dimana )( x
yGcxzy +
partpart
==ϕντ
Pada gambar dibawah fungsi warping adalah yx=ϕ
Dengan demikian xGxZY 2νφτ =
partpart
minus=
maka fugsi torsi didapat
[ ]cxG minusminus= 2νφ
Pada sisi luar x=2b
plusmn maka 0=φ maka didapat c=2
2⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ b
b
a x
y
I-I x
z
x
y i
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 34
Fungsi torsi akan menjadi ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛minusminus=
22
2bxGνφ
Pada x=0 maka ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2
0 2bGνφ
Maka 3
2
0
3123
223222
abG
bGab
G
ab
G
dFJ =
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=== intν
ν
ν
φ
ν
φ
Dengan demikian didapat bahwa Inertia Torsi pada tampang tipis adalah
3
31 abJ =
Untuk mengitung tegangan torsi diambil adri persamaan
xGxZY 2νφτ =
partpart
minus= dimana T
T
JM
G =ν
Maka didapat xabM
xJM T
T
TZY 3
62 ==τ dari sini dapat diartikan abhawa tegangan
pada tampang tipis adalah linear
Pada x = 2b tegangan geser maximum 2max
3abMb
JM T
T
T ==τ
Gambar V4 Diagram tegangan geser pada tampang tipis
τmax
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 35
Dalam menghitung sudut puntir dapat dijabarkan dari Hukum Hooke dan tegangan
torsi dengan GJLM T
=ν
V2 Tampang tipis terbuka dengan bermacam bentuk
Pada struktur bangunan banyak tampang tipis yang terbuka seperti bentuk kanal INP
WF Untuk menghindari kesalahan hitung maka secara umum profil tersebut dapat
dipecah dalam berbagai bentuk seperti dibawah ini
Maka Inertia Torsi dapat dihitung dengan ii
ii tsJ sum=
31
Sedangkan untung tegangan geser iT
T tJM
maxmax plusmn=τ
s1
s2
s3
t1
t2
t2
dipisah
dipisah
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 36
V3 Tegangan Warping pada Tampang I
Suatu tampang I dapat dilihat digambar dibawah dimana dimensinya dengan
ketebalan flens atas dan bawah b1 dan b3 sedangkan ketebalan stegnya b2
Inertia torsi pada tampang I adalah
3
1 31
nn
n
ibaJ sum
=
= = 333
322
311 3
131
31 bababa ++
Jika suatu konstruksi dengan profil dibebani dengan MT seperti pada gambar V1a
maka bidang torsinya adalah paa gambar V1b
Pada konstruksi diatas diperhatikan batang AB yang mana batang tersebut
mengalami momen torsi MT Karena profil adalah I maka perhatikan gambar V2
a1
a2
a3
b1
b2
b3
Gambar V1 Inertia torsi tampang I
A B Ca
GIT 2 MT
(-)
(+)
b MT
MT
L2 L2
Gambar V1 Bidang torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 37
= +
Yang menyebabkan warping adalah flTM
Pada gambar V2 diatas maka h
MP
flT
fl =
Jika diperhatikan pada flens saja maka akan terjadi deformasi seperti gambar V3
Pf1
t1
t
b
h =
Gambar V2 Torsi pada tampang I
MT
flTM
PTM
flTM
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 38
Pada gambar V3 ada beberapa deformasi dan tegangan pada flens yakni pada
gambar V3b tegangan geser gambar V3c tegangan lentur sedangkan pada
gambar V3c dan V3d terjadi putaran sudut dan lenturan
Secara umum pada flens berlaku
fl
flT
EIM
y minus= dimana 2
yfl
II =
Pf1 = MT h
fl
b zw
xu
a
(+) Qf1
Qf1 b
Mfl c
d
e v
ufl
h
τzx max = 3Q fl 2tb
σz max = Mfl b Jfl 2
W
ν fl W = b 2
ν fl
v = u fl h2
= 2 u h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 39
dari persamaan diatas maka berlaku
2
y
flT
fl
fl
fl
flT
IE
hM
EIP
EIQy minus=minus=minus=
atau hEI
Mdx
ud
y
flT2
3
3
minus=
dengan penulisan yang lain 3
3
2 dx
udhEIM y
fl minus=
jika ν2hu fl = seperti pada gambar V3e maka
2
2νhhEI
M yflT minus=
atau 2
4
νhEI
M yflT minus= dimana fl
TM disebut Momen Sekunder Momen sekunder
hanya berperan untuk flens saja
Pada gambar V3 solah-olah hubungan antara flens dan steg terputus padahal tidak
Untuk itu maka perubahan bentuk profil I menjadi gambar V4
Maka pada gambar V4 akan berlaku
νJGM PT =
MP disebut sebagai Momen Primer akibat torsi
PT
flTT MMM +=
maka akan berlaku +minus 2
4
νhEI y νJG = TM
Persamaan tersebut adalah persamaan differential momen sekunder dan primer akibat
torsi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 40
V3 Penyelesaian Persamaan Torsi
MT = MS + Mp
+minus 2
4
νhEI y νJG = TM dapat ditulis dengan +minus νwEC νJG = TM
dimana 4
2hIC y
w = disebut juga sebagai konstanta warping
Persamaan diatas dijadikan
minusν νwEC
GJ=
w
T
ECM
dapat ditulis dengan minusν νλ 2 =w
T
ECM
Dimana wEC
GJ=2λ
2 MT
frac12L frac12L Z
Y
X
M1
M2
MT
X
+
_-
Gambar 1 Bidang Torsi (Momen Sekunder dan Momen Primer)
M1 Momen Sekunder M2 Momen Primer
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 41
Kondisi perletakan
Penyelesaian umum GJMzCzBzA T+++= λλν coshsinh
Mencari koefisien A B dan C dengan boundary condition Pada z =0 maka sudut puntir υ = 0
GJM
CBA T00cosh0sinh0 +++=
0 = B + C Pada z = 0 maka Momen lentur sama dengan nol dan υrsquorsquo = 0 υrsquorsquo = A λsup2 sinh λz + B λsup2 cosh λz
0 = B Dengan demikian C = 0 juga Pada z=l2 υrsquo=0
GJM
zBzA T++= λλλλν sinhcosh
GJMLA T+=
2cosh0 λλ
Maka didapat
2cosh
1LGJ
MA T
λλminus=
Dengan didapatnya koefisien A B dan C maka persamaan sudut puntir menjadi
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 42
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=+=
2cosh
sinhsinhLzz
GJM
GJMzzA TT
λ
λλλ
λν
Sehingga didapat persamaan sudut puntir adalah ⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=
2cosh
sinhLzz
GJM T
λ
λλλ
ν
Akibat M1 (Tegangan Warping) M1 = - E Ιy ν Primeprime P = -EIy ν Primeprime Q = P = - E Iy ν Primeprime P = lintang
τ w = Q = -E Iy ν Primeprime S = A X = = I = frac12 Iy
Maka didapat
2
8
4
2
yf
fY
w It
tbhEI ντ
primeprimeprimeminus= = ν primeprimeprimeminus
16
2hbE
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=prime
2cosh
coshLz
GJM T
λ
λλλλ
ν
h2 4
h2 4
1 h
b
tf
b 4 x =
M1 h
h
h 4
Q S b I
h 4
b tf 2
b 4
b2 tf 8
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 43
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprimeprime
2cosh
cosh2
Lz
GJM T
λ
λλν
Diagram tegangan wτ τw Tegangan lentur (σW)
f
f
f
ffw I
xM
xIM
WM
===σ
f
f
EIM
dxud
minus=2
2
dan 2hu ν= maka νν primeprimeminus=primeprimeminus=
hEChEIM w
ff 2
M1 h
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 44
σmax pada x = 2b maka νσ primeprime
minus==
f
w
f
f
I
bh
EC
I
bM22
max
νσ primeprimeminus=4max
Ebh
Dimana
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
minus=primeprime
2cosh
sinhLz
GJM T
λ
λλν
Gambar diagram σw σmax = - ν Prime Akibat M2 τ = dimana M2 = G J ν prime maka τ = = G ν primet dimana νprime = 1 -
E b h 4
M2 t J
( G J ν prime ) t J
MT G J
Cosh λx Cosh λL2
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 45
Diagram τ Catatan Sinh x = (ex ndash e-x) frac12
Cosh x = (ex + e-x) frac12
τ = G ν primet
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 46
VI Torsi pada tampang tipis tertutup
Tegangan geser
q = τt dimana
t = tebal
q = shear flow
τ = Tegangan geser
dA = t ds
dM0 = dF (r) = (τ dA) (r)
= (τ t ds) r
= q ds r
dAm = frac12 r ds ds =
dM0 = q r = 2 q dAm
MT = Ф dM0 = Ф 2q dAm
q =
τ =
q = τ t
r dF = qds
ds
dAm
q τt
2 dAm r
2 dAm r
MT = 2 q Am
MT 2 Am MT
2 Am t
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 47
Inertia Bred
ν =
Elemen ds d ν = τ = G Γ Γ =
dν =
d ν =
ν = =
=
= Ф
ν =
maka
J Bred =
ds
v
Γ L r
Γ L r
τ G
τ Gr
MT L 2 Am t G r
Ф dv dAm Am
MT L 2 Am t G r
d Am Am
MT L 2 Am t G r
r ds 2
Am
MT 4 Am2 G
ds t
4 A2m
ds t Ф
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966
Prof DrIngJohannes Tarigan Semester B
Analisa Struktur Lanjutan 48
Literatur 1 Boresi Arthur dkk Advanced Mechanics of Materials 1992 2 Salmon Charles G dkk Struktur Baja 1992 3 Daryl L Logan Mechanics of Materials 1991
Thimoshenko SP GoodierJN 1986 Teori Elastisitas (terjemahan Sebayang Darwin) Penerbit Airlangga Jakarta
4 Bornsheuer Vorlesungen In Baustatik Einfuehrung in die Torsion Universitas Stutgart 1980
6 Basler Konrad Torsion in Structure Springler Verlag Berlin 1966