Menentukan jarak antar stiffener web (pengaku badan) pada balok plat girder adalah langkah krusial dalam desain struktur baja yang menentukan keamanan dan stabilitas jangka panjang. Jarak stiffener web ditentukan berdasarkan perhitungan kapasitas geser dan rasio kelangsingan web untuk mencegah kegagalan tekuk. Kesalahan dalam penentuan jarak ini dapat berakibat fatal, menyebabkan deformasi permanen atau bahkan keruntuhan struktur pada jembatan, gudang, atau bangunan bentang lebar lainnya.
Plat girder, yang merupakan profil built-up, seringkali memiliki web (badan profil) yang sangat tinggi dan relatif tipis untuk efisiensi material. Namun, desain ini membuatnya rentan terhadap fenomena berbahaya yang disebut tekuk geser (shear buckling). Untuk melawan risiko ini, stiffener (pengaku baja) dipasang secara vertikal (transversal) atau horizontal (longitudinal) di sepanjang badan balok.
Menurut standar desain seperti AISC (American Institute of Steel Construction), panel web tanpa pengaku tidak diizinkan menggunakan kapasitas pasca-tekuk jika rasio aspeknya (jarak antar pengaku dibagi tinggi web) melebihi 3. Ini menunjukkan betapa pentingnya peran pengaku dalam memaksimalkan kekuatan geser sebuah plat girder.
Mengapa Stabilitas Web Plat Girder Sangat Krusial?
Stabilitas web plat girder sangat krusial karena web yang langsing rentan mengalami tekuk geser (shear buckling) akibat tegangan geser. Kegagalan ini terjadi jauh sebelum material baja mencapai batas lelehnya, menyebabkan deformasi tiba-tiba seperti kertas yang terlipat dan berpotensi meruntuhkan seluruh struktur.
Untuk memahami pentingnya stiffener pengaku baja, bayangkan selembar kertas karton tipis yang berdiri tegak. Kertas itu dapat menahan beban tekan ringan dari atas. Namun, jika Anda mendorongnya dari samping (gaya geser), kertas itu akan langsung melipat dan runtuh. Inilah analogi sederhana dari tekuk geser pada web plat girder.
Faktor utama yang menentukan kerentanan web terhadap tekuk adalah rasio kelangsingan (slenderness ratio), yang dihitung dari perbandingan antara tinggi bersih web (h) dan tebalnya (tw).
h / tw
- Rasio h/tw Rendah: Web tebal dan kokoh, tidak memerlukan pengaku. Mirip dengan balok profil Wide Flange (WF) atau H-beam standar.
- Rasio h/tw Tinggi: Web ramping dan langsing, sangat rentan terhadap tekuk geser. Di sinilah peran stiffener menjadi wajib untuk memberikan kekakuan tambahan.
Tanpa stiffener, web yang langsing akan gagal pada level tegangan yang jauh lebih rendah dari kekuatan leleh materialnya. Stiffener berfungsi sebagai “tulang rusuk” yang membagi web menjadi panel-panel yang lebih kecil dan lebih kaku, secara signifikan meningkatkan kapasitasnya untuk menahan gaya geser.
Bagaimana Cara Menentukan Jarak Stiffener Transversal Sesuai SNI 1729?
Penentuan jarak stiffener transversal menurut SNI 1729:2020 melibatkan beberapa langkah kunci. Pertama, periksa apakah web memerlukan pengaku berdasarkan rasio h/tw. Jika ya, tentukan jarak maksimum yang diizinkan, yang umumnya tidak boleh melebihi 3 kali tinggi web (3h). Terakhir, pastikan desain memenuhi kuat geser perlu (Vu) dengan mempertimbangkan kontribusi dari aksi medan tarik (tension-field action) jika berlaku.
Proses penentuan jarak stiffener transversal (melintang) adalah inti dari desain plat girder yang aman. Berikut adalah panduan langkah demi langkah yang disederhanakan berdasarkan prinsip dalam SNI 1729:2020, yang banyak mengadopsi dari standar AISC.
Langkah 1: Periksa Kebutuhan Pengaku Langkah pertama adalah menentukan apakah pengaku transversal вообще diperlukan. Ini bergantung pada rasio kelangsingan web (h/tw) dan kuat leleh baja (Fy). SNI 1729 memberikan batasan spesifik:
- Jika h/tw ≤ 2.24 * √(E/Fy), maka web tidak memerlukan pengaku geser.
- Jika h/tw > 2.24 * √(E/Fy), maka pengaku transversal wajib dipasang.
Di mana:
- h = tinggi bersih web
- tw = tebal web
- E = modulus elastisitas baja (sekitar 200,000 MPa)
- Fy = tegangan luluh (yield strength) material baja
Langkah 2: Tentukan Jarak Maksimum (a) Setelah dipastikan bahwa stiffener diperlukan, langkah selanjutnya adalah menentukan jarak maksimumnya. Jarak antar pengaku, yang dinotasikan sebagai ‘a’, memiliki batasan yang ketat untuk memastikan panel web cukup kaku.
- Jarak maksimum yang diizinkan adalah a ≤ 3h.
- Selain itu, rasio aspek panel (a/h) juga dibatasi, seringkali (a/h) ≤ [260 / (h/tw)]².
Dalam praktik, insinyur akan memilih jarak ‘a’ yang optimal untuk memenuhi persyaratan kekuatan geser sambil mempertimbangkan kemudahan fabrikasi dan proses pengelasan.
Langkah 3: Hitung Kuat Geser Nominal (Vn) Kuat geser nominal (Vn) dari panel web yang diperkaku dihitung dengan mempertimbangkan dua mekanisme:
- Kekuatan Tekuk Geser Awal: Kapasitas web untuk menahan geser sebelum mulai menekuk.
- Aksi Medan Tarik (Tension-Field Action): Kapasitas tambahan setelah web menekuk, di mana web bertindak seperti membran tarik diagonal yang dipegang oleh flange (sayap profil) dan stiffener.
SNI 1729:2020 menyediakan formula untuk menghitung koefisien tekuk geser (kv) dan kuat geser nominal (Vn) berdasarkan rasio a/h dan h/tw. Desain dianggap aman jika kuat geser desain (φv * Vn) lebih besar atau sama dengan kuat geser perlu akibat beban mati (dead load) dan beban hidup (live load) (Vu).
Langkah 4: Desain Dimensi Stiffener Stiffener itu sendiri harus cukup kaku agar dapat berfungsi sebagai garis nodal yang kokoh bagi web. SNI mensyaratkan momen inersia minimum untuk stiffener (Ist) untuk mencegahnya melentur di bawah tekanan dari web yang menekuk.
Apa Saja Jenis Stiffener dan Fungsinya?
Terdapat dua jenis utama stiffener: transversal (melintang) dan longitudinal (memanjang). Stiffener transversal dipasang tegak lurus terhadap flange untuk meningkatkan kuat geser dan mencegah tekuk geser web. Stiffener longitudinal dipasang sejajar dengan flange untuk meningkatkan kapasitas lentur dan mencegah tekuk lentur pada web yang sangat tinggi.
Meskipun tujuannya sama-sama untuk memperkuat plat girder, stiffener transversal dan longitudinal memiliki fungsi spesifik yang berbeda.
Stiffener Transversal (Pengaku Melintang) Ini adalah jenis stiffener yang paling umum. Fungsinya adalah:
- Meningkatkan Kuat Geser: Fungsi utamanya adalah membagi web menjadi panel-panel yang lebih pendek, sehingga secara drastis meningkatkan ketahanannya terhadap tekuk geser.
- Menjadi Titik Tumpu Beban: Stiffener transversal khusus yang disebut bearing stiffeners (pengaku tumpuan) ditempatkan di lokasi tumpuan atau di bawah beban terpusat yang besar untuk mencegah keruntuhan lokal pada web.
- Mengontrol Distorsi: Selama fabrikasi dan pengelasan, stiffener membantu menjaga bentuk dan kelurusan web.
Stiffener Longitudinal (Pengaku Memanjang) Stiffener ini dipasang secara horizontal di sepanjang web, biasanya di zona tekan (bagian atas balok). Fungsinya adalah:
- Meningkatkan Kuat Lentur: Pada plat girder yang sangat dalam (tinggi), web dapat mengalami tekuk akibat tegangan tekan dari momen lentur sebelum flange mencapai leleh. Stiffener longitudinal memberikan kekakuan tambahan untuk menunda tekuk ini.
- Mengoptimalkan Desain: Dengan menambahkan stiffener longitudinal, desainer dapat menggunakan web yang lebih tipis untuk menahan momen lentur yang sama, sehingga menghasilkan desain yang lebih ekonomis.
- Mengontrol Tekuk Lentur Web: Stiffener ini secara efektif mengurangi “tinggi tak terkekang” dari panel web, meningkatkan ketahanannya terhadap tekuk akibat lentur.
Pada banyak jembatan bentang sangat panjang, kombinasi kedua jenis stiffener ini sering digunakan untuk mencapai efisiensi dan keamanan maksimum.
Perbandingan Kriteria Desain: SNI 1729 vs. AISC 360
Kriteria desain stiffener dalam SNI 1729:2020 sebagian besar selaras dengan AISC 360, karena standar Indonesia mengadopsi banyak prinsip dari AISC. Keduanya menggunakan metode Desain Faktor Beban dan Ketahanan (LRFD), memiliki batasan rasio h/tw yang serupa, dan mengakui peran tension-field action. Perbedaan minor mungkin ada pada konstanta dalam formula, namun filosofi dasarnya identik.
Baik SNI 1729:2020 maupun AISC 360 adalah standar acuan utama untuk desain konstruksi baja. Bagi para praktisi di Indonesia, memahami kesamaan dan perbedaan keduanya sangatlah penting.
| Kriteria | SNI 1729:2020 | AISC 360-16 |
| Filosofi Desain | Mengadopsi metode LRFD (Load and Resistance Factor Design) atau DFBK (Desain Faktor Beban dan Ketahanan). | Menggunakan metode LRFD (Desain Faktor Beban dan Ketahanan) dan ASD (Desain Kekuatan Izin). |
| Batas h/tw | Menetapkan batas rasio kelangsingan web yang jelas untuk menentukan kebutuhan pengaku. | Memberikan batasan serupa untuk web kompak, non-kompak, dan langsing, yang menentukan kebutuhan pengaku. |
| Jarak Maks. (a) | Jarak antar pengaku transversal umumnya dibatasi hingga 3h. | Jarak juga dibatasi hingga 3h dan formula tambahan seperti (260/(h/tw))². |
| Aksi Medan Tarik | Mengizinkan penggunaan kapasitas pasca-tekuk (tension-field action) untuk panel interior dengan batasan rasio a/h. | Juga mengizinkan tension-field action untuk panel interior dengan batasan a/h ≤ 3.0 untuk memaksimalkan kuat geser. |
| Pengaku Tumpuan | Mewajibkan pengaku tumpuan (bearing stiffeners) untuk menahan reaksi perletakan dan beban terpusat yang besar. | Juga mewajibkan bearing stiffeners di lokasi serupa untuk mencegah leleh lokal, tekuk, dan crippling pada web. |
Seorang insinyur yang mahir dalam menggunakan SNI 1729:2020 akan merasa familiar dengan pendekatan yang digunakan dalam AISC 360. Standar nasional kita telah dirancang agar sejalan dengan praktik rekayasa internasional terbaik, memastikan bahwa proyek konstruksi baja di Bali dan seluruh Indonesia memenuhi standar keamanan global.
Kesimpulan
Menentukan jarak stiffener web pada plat girder bukanlah sekadar menempatkan pelat baja secara acak. Ini adalah proses rekayasa yang diperhitungkan dengan cermat untuk memastikan stabilitas struktur dan mencegah kegagalan prematur akibat tekuk geser.
- Pemicu Utama: Kebutuhan stiffener ditentukan oleh rasio kelangsingan web (h/tw). Semakin langsing web, semakin krusial peran stiffener.
- Aturan Jarak: Jarak antar stiffener transversal dibatasi, umumnya tidak melebihi 3 kali tinggi web, untuk menciptakan panel yang cukup kaku.
- Fungsi Berbeda: Stiffener transversal melawan tekuk geser, sementara stiffener longitudinal (jika ada) melawan tekuk akibat lentur pada web yang sangat dalam.
- Standar Acuan: SNI 1729:2020 menyediakan panduan lengkap yang selaras dengan standar internasional seperti AISC.
Sebagai langkah selanjutnya yang dapat ditindaklanjuti, selalu pastikan bahwa gambar kerja dari fabrikator secara eksplisit mencantumkan dimensi dan jarak stiffener sesuai dengan perhitungan desain. Verifikasi di lapangan sebelum proses ereksi adalah langkah terakhir yang tidak boleh dilewatkan.
Saat meninjau desain plat girder, lakukan pemeriksaan cepat pada rasio h/tw. Jika nilainya terlihat sangat tinggi (misalnya > 150) dan Anda tidak melihat adanya stiffener, ini adalah tanda bahaya yang memerlukan verifikasi segera oleh insinyur struktur yang bertanggung jawab.