Perhitungan Taraf Beban Dari Sebuah Jembatan Rangka Batang Dek

Pada Gambar Ilustrasi diatas memperlihatkan sebuah jembatan rangka batang dek sempit, yang dibangun oleh sebuah perusahaan perkayuan swasta untuk memungkinkan truk dan peralatan berat dari perusahaan tersebut menyeberangi sebuah sungai dengan bentang 90 ft.

Pihak Departemen Jalan Raya dari pemerintah negara bagian telah mendapatkan izin agar publik dapat menggunakan jembatan tersebut sebagai sebuah jalan memutar alternatif apabila jembatan milik negara bagian yang dekat lokasinya dengan jembatan tersebut ditutup untuk perbaikan-perbaikan darurat setelah rusak akibat bencana tanah longsor.

Untuk memastikan keamanan struktur jembatan tersebut sebelum digunakan oleh publik, insinyur jembatan dari pemerintah negara bagian harus melakukan sebuah penentuan taraf beban dari struktur, untuk menentukan apakah struktur tersebut cukup kuat memikul beban truk desain yang legal sebesar 36 ton, yang diperlihatkan pada gambar yang menunjukkan dimensi-dimensi truk dan beban-beban roda dari truk.

Jembatan terdiri dari dua rangka batang yang terpisah sejarak 16 ft dan membentuk sebuah jalur jalan raya yang pada dasarnya hanya memungkinkan lalu lintas untuk satu lajur kendaraan.

Rangka-rangka batang berada di bawah dek jalan raya (oleh karena itu, dinamakan rangka batang dek) yang terdiri dari panel-panel slab beton yang membentang sepanjang 15 ft dalam arah jalan raya. 

Lantai tersebut diturnpu oleh balok-balok melintang yang menyalurkan setengah berat dek ke tiap-tiap rangka batang pada titik kumpul-titik kumpulnya yang menyambungkan bagian struktur di sepanjang bagian at as rangka batang-bagian-bagian struktur tersebut membentuk apa yang dikenal sebagai kord atas (top chord).

Apabila berat mati untuk jembatan secara keseluruhan, termasuk dek, balok-balok melintang, dan rangka-rangka batang tersebar secara merata pada daerah dek, beban tersebut menjadi 160 psf. Beban mati jembatan yang tersebar secara merata ini menghasilkan beban-beban titik kumpul sebesar 19.200 lb = 9,6 ton di sepanjang batang atas.

Beban hidup truk yang diterapkan pada satu dari kedua rangka batang bisa jadi lebih besar daripada setengah beban truk seberat 36 ton tersebut, bergantung pada lebar jalan raya dan dimensi dari truk. Hal ini diakibatkan oleh truk yang dapat bergerak menjauh dari garis tengah jalan raya tersebut dan pusat gaya berat dari truk yang akan lebih dekat dengan salah satu rangka batang seperti terlihat pada gambar. 

Dengan menjumlahkan mommen momen disekitar rangka batang yang lebih jauh kita menemukan bahwa alih alih harus menahan setengah dari berat truk. Satu rangka batang harus memikul 10|16 dari berat truk tersebut atau 63%. angka tersebut melambangkan apa yang disebut insinyur jembatan sebagai faktor distribusi beban hidup dan memperlihatkan pada kita bahwa sebuah rangka batang yang dibebani secara kritis menahan 63% dari beban beban as roda truk legal sebesar 4 ton di bagian depan, 16 ton dibagian tengah dan 16 ton di bagian belakang.

jadi beban hidup truk untuk rangka batang terdiri dari tiga beban terkonsentrasi sebesar 2,5 ton, 10 ton, dan 10 ton, yang terpisah dengan jarak 14 ft.

Beban total yang diterapkan di sepanjang titik kumpul-titik kumpul kord atas diperlihatkan pada gambar, beserta reaksi-reaksi tumpuan rangka batang yang dihitung. Truk tersebut diletakkan di tengah bentang untuk menghasilkan gaya tertinggi pada bagian-bagian struktur yang paling diperhatikan oleh ahli-ahli teknik jembatan, dan ditandai dengan tanda "X". 

Bagian-bagian struktur yang kritis ini memikul gaya tekan terbesar dari bagian-bagian struktur manapun, dan diketahui memiliki kapasitas beban tekan aman sebesar 240.000 lb, atau 120 ton. Dengan as roda tengah dari truk diletakkan di tengah bentang, as-as roda luar dari truk cukup dekat untuk ditinjau langsung di atas titik kumpul-titik kumpul yang terdekat. 

Dari kesetimbangan horisontal di titik kumpul yang digunakan bersama-sama oleh kedua bagian struktur kord atas, kita melihat bahwa kedua bagian struktur batang atas tersebut memikul beban yang sama.

Apabila kita perlu mengecek gaya hanya pada satu atau dua bagian struktur dari sebuah rangka batang yang besar, kita menggunakan metode potongan. Dengan memotong rangka batang tersebut menjadi dua bagian dan mengerjakan setengah bagian sebelah kanan, kita dapat menjumlahkan rnornen-momen pada titik yang diberi label ~ dan kita mendapatkan

X(8) + 19,6 (15) + 9,6 (30) - 36,5 (45) = 0

Kita mendapatkan X = 132 ton, yang lebih besar daripada kapasitas anggota strukrur yang aman sebesar 120 ton, sehingga jembatan tersebut tidak dapat memikul beban penuh yang legal, dan jembatan tersebut hanya dapat dilalui oleh beban truk yang kurang daripada 36 ton. Sedangkan, truk dengan beban lebih berat daripada 36 ton, yang sebelumnya legal, harus dilarang melewati jembatan.

Pada Gambar , metode potongan diterapkan secara terpisah, sehingga gaya total pada bagian struktur kritis, X = 132 ton, terbagi menjadi dua gaya, yaitu gaya akibat beban rnati, XD = 81 ton, dan gaya yang dihasilkan oleh beban hidup truk sebesar 36 ton, yaitu XL~51 ton. Kapasitas yang dimungkinkan oleh bagian struktur kritis untuk dapat menahan beban hidup adalah

Xkap = 120 - 81 = 39 ton

Ini berarti bahwa fraksi dari sebuah truk yang membawa beban penuh seberat 36 ton yang dapat ditumpu bagian struktur tersebut dengan aman adalah

Xkap/XL = 39/51 = 0,76

Ini menunjukkan pada kita berapa bagian dari beban aman yang legal (sebelumnya 36 ton) yang dapat dipikul oleh jembatan dan pada kasus ini adalah

Beban yang diijinkan = 0,76 x 36 ton = 27 ton

Jadi,insinyur jembatan akan membuka jembatan tersebut untuk publik, namun dengan sebuah rambu beban yang menyatakan bahwa struktur tersebut melarang truk yang memiliki tiga as roda dengan berat lebih dari 27 ton.

Reference:

Allwinkle,  S.   Architectural  technology  50  years  on:  Oxford  to  Oxford,  SAAT  to  CIAT.  In  The  Oxford Conference: A Re-evaluation of Education in Architecture . WIT Press

Essential Structural Technology for Construction and Architecture by Dishongh Burl E.

Emmitt, S. Architectural technology. John Wiley & Sons.