pada abad modern, perkembangan besar ilmu bahan dilakukan oleh ilmuwan rusia-as stephen p. timoshenko.
maha karyanya strength of material merupakan buku wajib mahasiswa teknik sipil hampir diseluruh dunia.
penemuan penting lain adalah metode distribusi momen oleh hardy cross pada tahun 1930 dalam tulisannya di jurnal asce.
kontribusi lain cross adalah metode analogi kolom.
namun metode klasik yang mulai digantikan seiring dengan berkembangnya kemampuan dan kecepatan komputer.
maka dari itu penggunaan metode elemen hingga semakin meluas oleh insinyur struktur.
analisis yang sebelumnya memakan banyak kertas dengan ketelitian semakin berkurang dengan banyaknya variabel berhasil diatasi.
metode ini pertama kali dipakai dalam menganalisis gedung opera sydney oleh firma konsultan kenamaan ove arup. bisa dikatakan metode elemen hingga merupakan penemuan terpenting dalam bidang analisis struktur.
sebuah sistem struktur merupakan gabungan antara elemen struktur dengan bahannya.
sangat penting bagi insinyur untuk mengklasifikasi struktur baik bentuk maupun fungsi dengan mengenali berbagai elemen yang menyusun struktur tersebut.
elemen struktur diantaranya :
elemen lentur: balok sederhana
elemen tekan: kolom
selain dinding pemikul beban, kolom juga merupakan elemen vertikal yang sangat banyak digunakan.
umumnya kolom tidak mengalami lentur secara langsung dikarenakan tidak ada beban tegak lurus pada sumbunya.
kolom dikategorikan bedasarkan panjangnya.
kolom pendek adalah kolom yang kegagalannya berupa kegagalan material (ditentukan oleh kekuatan material).
kolom panjang adalah kolom yang kegagalannya ditentukan oleh tekuk, jadi kegagalannya adalah kegagalan karena ketidakstabilan, bukan karena kekuatan.schodek, daniel l., 1999, sruktur, erlangga.
plat adalah struktur palanar kaku yang secara khas terbuat dari material monolit yang tingginya yang kecil dibandingkan dengan dimensi lainnya.
umumnya dapat dikatakan bahwa pelat yang terbuat dari material homogen mempunyai sifat yang sama pada segala arah.
membran adalah suatu struktur permukaan fleksibel tipis memikul beban terutama melalui proses tegangan tarik.
struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur dibebani.
selain itu struktur ini sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin.
efek ini dapat menyebabkan fluttering (getaran).
penstabilan bisa dilakukan dengan memberi gaya pra-tegang.
cangkang adalah bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta mempunyai permukaan yang lengkung.
beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane) permukaan tersebut.
kombinasi elemen struktur dan material yang menyusunnya disebut sebagai suatu sistem struktur.
setiap sistem dibangun dari satu atau lebih dari keempat tipe dasar struktur.hibbeller, r.c, 1999, analisa struktur, pt. prenhallindo.
truss terdiri dari ikatan elemen balok tegangan tarik dan elemen kolom pendek dan biasanya berbentuk segitiga.
truss bidang disusun dari elemen-elemen yang berada pada bidang yang sama (2 matra) dan seringkali digunakan untuk jembatan-jembatan, penopang atap.
sebaliknya, truss ruang memiliki elemen-elemen yang dapat mengembang ke dalam tiga matra dan cocok untuk derek dan menara.
kemampuan bentangnya mulai dari 10 m hingga 125 m.
untuk kasus jembatan di indonesia, kemampuan bentang truss tipe warren bisa mencapai 60 m dibandingkan dengan jembatan balok prategang sederhana yang hanya mampu membentang sepanjang 30 m.
dua bentuk lain dari struktur yang digunakan untuk bentang panjang adalah kabel dan bangunan berpola lengkungan.
kabel biasanya fleksibel dan menyangga beban-bebannya dalam tegangan tarik.
tidak seperti tegangan tarik yang mengikat, beban luar (eksternal) tidak dipakai sepanjang sumbu kabel, dan akibatnya kabel mengalami bentuk kelengkungan tertentu.
kabel umumnya digunakan untuk tujuan seperti menopang gelagar jembatan dan atap bangunan.
bila digunakan untuk tujuan ini, kabel memiliki suatu keuntungan dibandingkan balok dan truss khususnya untuk bentang melebihi 50 meter.
karena mereka berlaku sebagai tegangan tarik, kabel-kabel tidak akan menjadi stabil dan runtuh secara mendadak seperti yang biasa terjadi pada balok atau truss.
dalam aspek biaya, truss akan membutuhkan biaya tambahan dalam konstruksinya dan terjadi peningkatan ketinggian akibat bentang yang meningkat.
penggunaan kabel-kabel pada sisi lain dibatasi hanya oleh berat dan metode-metode penggantungan.
lengkungan atau busur (arch) mencapai kekuatannya dalam tegangan mampat, karena ia memiliki suatu bentuk kurva yang berlawanan dibandingkan dengan kabel.
lengkungan meskipun harus dimampatkan agar dapat menjaga bentuknya dan akibatnya pembebanan sekunder seperti gaya geser dan momen, harus dipertimbangkan dalam desainnya.
lengkungan seringkali digunakan dalam struktur jembatan, kubah, dan untuk pintu masuk dinding bangunan batu.
kerangka-kerangka (frames) sering digunakan dalam bangunan yang tersusun dari balok dan kolom yang hubungan berupa sambungan pin (sendi) ataupun sambungan kaku.
pembebanan pada suatu kerangka menyebabkan pembengkokan anggota bagian dan akibat dari hubungan sambungan kaku, struktur ini umumnya menjadi struktur tak tentu dari sudut pandang analisis.
kekuatan dari suatu kerangka diturunkan dari interaksi momen antara balok dan kolom pada sambungan kaku, dan hasilnya keuntungan ekonomis dari penggunaan suatu kerangka bergantung pada peningkatan efesiensi dalam menggunakan ukuran balok yang lebih kecil terhadap peningkatan ukuran kolom dari aksi balok-kolom yang disebabkan pembengkokan pada sambungan-sambungan.
struktur bidang permukaan
struktur bidang permukaan dibuat dari suatu bahan yang memiliki ketebalan yang sangat tipis dibandingkan dengan ukuran dimensi lainnya.
kadangkala material ini sangat lentur dan dapat mengambil bentuk suatu tenda atau struktur gelembung udara.
pada kasus ini material bekerja sebagai suatu struktur membran yang dibebankan oleh tegangan tarik murni.
struktur bidang permukaan bisa juga dibuat dari bahan kaku seperti beton pratekan atau ferro-semen.
sebagaimana mereka bisa dibentuk sebagai pelat lipatan, silinder, atau parabola hiperbolik dan disebut pelat tipis atau cangkang.
struktur ini bekerja menyerupai kabel atau lengkungan karena mereka pada pokoknya menopang beban-beban dalam bentung tegangan tarik atau mampatan (tekanan) dengan pembengkokan yang sangat kecil.
struktur ini rumit dianalisis kecuali dengan bantuan komputer dengan metode elemen hingga.
bila struktur merintangi aliran angin, energi kinetik angin dikonversikan ke dalam energi potensial tekanan, yang menyebabkan terjadinya suatu pembebanan angin.
efek angin pada struktur bergantung pada kerapatan dan kecepatan udara, sudut datang angin, bentuk dan kekakuan struktur dan kekesaran permukaannya.
pembebanan angin bisa ditinjau dari pendekatan statik maupun dinamik.
gempa bumi menghasilkan pembebanan pada suatu struktur melalui interaksi gerakan tanah dan karakteristik respon struktur.
pembebanan ini merupakan hasil dari distorsi struktur yang disebabkan oleh gerakan tanah dan kekakuan struktur.
besarnya bergantung pada banyak dan tipe percepatan gerak tanah, masa dan kekakuan struktur.
pembebanan dan analisis gempa di indonesia merujuk pada sni 03 1726 2010 standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung.
tekanan hidrostatik dan tekanan tanah
bila struktur-struktur digunakan untuk menahan air, tanah atau materi glanural, tekanan yang dihasilkan oleh beban-beban ini menjadi suatu kriteria desain yang penting.
contohnya adalah bendungan atau dinding penahan (retaining wall).
disini hukum-hukum hidrostatik dan mekanika tanah dipakai untuk menentukan pembebanan struktur.
pada struktur stabil, deformasi yang diakibatkan beban pada umumnya kecil dan gaya dakhil (internal) yang timbul dalam struktur mempunyai kecenderugan mengembalikan bentuk semula apabila bebannya dihilangkan.
pada struktur tidak stabil, deformasi yang diakibatkan oleh beban pada umumnya mempunyai kecenderungan untuk terus bertambah selama struktur dibebani.
struktur yang tidak stabil mudah mengalami keruntuhan secara menyeluruh dan seketika begitu dibebani.
sebagai contoh, bayangkan tiga buah balok disusun membentuk rangka segiempat.
berikan gaya horizontal diujung rangka atas balok tersebut.
maka lama kelamaan rangka itu roboh.
salah satu cara untuk membuatnya lebih stabil dengan bracing atau mengisinya dengan dinding.
selain dengan yang disebutkan tadi, ketidakstabilitas struktur bisa diakibatkan juga oleh kelemahan kolom yang diakibatkan tekuk maupun efek p-delta.
pendekatan analitik untuk menganalisis kerangka atau balok elastis diantaranya adalah :
metode distribusi momen
metode analogi kolom
metode kerja maya (energi virtual)
metode kekakuan dan kelenturan
metode defleksi kemiringan(slope deflection).
sedangkan untuk menganalisis kestabilitas struktur (kemantapan kolom) diantaranya :
metode tekuk euler
teori modulus ganda
teori modulus singgung
analisis pelat :
dengan pendekatan grafis :
diagram defleksi williot-mohr
analisis grafis pada analisis plastis (bukan elastis) kerangka atau balok.
analisis dengan bantuan komputer
kebanyakan program komputer ditulis untuk analisis orde-pertama, dimana diasumsikan (1) kelakuan linear-elastis (2) anggota tidak memiliki efek akibat deformasi (3) tidak ada pengurangan kekakuan akibat beban tekan.
ketika masalah lebih rumit,dianjurkan menggunakan analisis orde kedua dengan memperhatikan kelakuan in-elastis, perubahan geometri, dan pertimbangan lain yang dianggap mempengaruhi perilaku struktur.leet, kenneth m. dkk., 2011, fundamentals of structural analysis, mc graw-hill.
program analisis struktur ditulis bedasarkan metode elemen hingga.
contohnya adalah frame3dd, sap2000 dan etabs.