Download

October 4, 2012

PENGENALAN MEKANIK STRUKTUR




PENGENALAN




OBJEKTIF AM :

Mempelajari dan  memahami  jenis-jenis daya  dan  jenis penyokong beserta tindakbalas.


OBJEKTIF KHUSUS:

Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:-

  • Mentakrifkan Mekanik Struktur.
  • Mentakrifkan jenis-jenis daya luaran dan dalaman.
  • Membezakan bebanan graviti, tekanan dan tindakbalas.
  • Mentakrifkan struktur kejuruteraan awam.
  • Membezakan jenis penyokong, tindakbalas dan arah.
  • Mengenalpasti jumlah anu pada titik hubung dan tupang.


  1. PENGENALAN

Tubuh manusia terdiri dari beberapa anggota badan dan setiap anggota badan ini mempunyai peranan masing-masing.  Setiap satu dari anggota badan ini dihubungkan dengan tulang.  Bolehkah anda bayangkan keadaan tubuh badan manusia tanpa sokongan tulang.  Lemah?  Longlai?  Mungkin juga tidak mampu untuk berdiri dengan tegak.  Lihat rajah 1.0 (a) & 1.0(b).   
   
          


Begitu juga halnya jika dikaitkan dengan binaan dalam bidang Kejuruteraan Awam (e/g: bangunan dan jambatan).  Sesebuah bangunan tidak dapat berdiri dengan kukuh tanpa sokongan daripada anggota struktur (e/g: rasuk, tiang dan papak).  Malah sesebuah binaan juga perlu mempunyai struktur yang kuat bagi menampung bebanan yang diterimanya.  Oleh yang demikian, analisis perlu dibuat untuk mendapatkan saiz, bentuk dan bahan sesuatu struktur yang paling optimum; mencakupi aspek keselamatan dan ekonomi.





  1. MEKANIK STRUKTUR

Takrifan ‘mekanik’ :-- kajian tentang gerakan benda ( daya yang menyebabkan  

                                          gerakan).

Takrifan ‘struktur’ :-   sesuatu yang terbentuk daripada pelbagai bahagian hingga
                                               menjadi bentuk tertentu.

Dari segi istilah, ‘Mekanik Struktur’ dikaitkan dengan kajian/analisis terhadap terhadap sifat-sifat dan kelakuan  struktur apabila ia dikenakan beban atau daya.  Secara rasionalnya, apabila sesuatu jasad/objek dibebankan, ia akan mengalami ubahbentuk bergantung kepada magnitud dan arah beban tersebut. (lihat rajah 1.1)


                                                           

                                                    Rajah 1.1 : Ubahbentuk struktur lantai

Dengan itu, sebelum sesuatu anggota struktur boleh digunakan, mesti dipastikan ianya kukuh dan selamat supaya dapat  menanggung beban seriwayat hidupnya.  


  1. DAYA-DAYA LUARAN DAN DALAMAN


Daya adalah faktor yang penting di dalam bidang sains kejuruteraan.  Ia didefinisikan sebagai suatu agen yang menghasilkan atau cenderung menghasilkan; memusnahkan atau cenderung memusnahkan pergerakan.

  1. Daya Luaran

Daya luaran dikaitkan dengan beban yang dikenakan ke atas struktur.  Ia meliputi berat struktur itu sendiri dan beban luaran yang dikenakan ke atas struktur.  Tindakan daya luaran ini menghasilkan tindakbalas untuk memberi keseimbangan kepada struktur.   Merujuk kepada rajah 1.2 (a), sebatang rod AB dikenakan daya luaran dengan magnitud P Newton (seolah-olah ditarik arah ke luar di kedua-dua hujung).  


        
                                                                 Rajah 1.2 (a): Daya Luaran

  1. Daya Dalaman

Daya dalaman adalah daya yang terdapat pada bahan struktur  untuk menanggung beban yang dikenakan.  Daya dalaman bertindak berlawanan arah dengan daya luaran.  Merujuk kepada rajah 1.2(b), suatu struktur kerangka mempunyai 3 anggota; iaitu AB, BC dan AC yang dikenakan daya luaran dengan magnitud W Newton pada titik B.  Apabila daya luaran dikenakan, anggota struktur AB, BC dan AC mempunyai daya dalaman yang menentang daya luaran, W.  



Sambungan.....

Daya dalaman bertindak  berlawanan dengan arah daya luaran.  Oleh demikian, daya luaran dan daya dalaman merupakan tindakan pasangan daya dan masing-masing  boleh terbentuk samada sebagai daya mampatan atau daya tegangan.(lihat rajah 1.2 (c))


 W

        


      A         C
                              
               
                     Rajah 1.2 (b) :  Daya Dalaman                      Rajah 1.2 (c) : Arah tindakan daya

  1. Jenis-jenis Daya Luaran dan Dalaman
Amnya terbahagi kepada 4 jenis iaitu:-

(i)    Daya paksi
(ii)   Daya ricih
(iii)  Daya lentur
(iv)  Daya putiran

  1. Daya Paksi

           Daya yang bertindak  bersudut tepat dengan luas       
                                   keratan  jasad.


                                                    P

                     Rajah 1.3 (a) : Daya Paksi      


Sambungan ......

Daya ini bertindak samada arah ke dalam (mampatan) atau bertindak arah ke luar (tegangan) dan masing-masing;

  • mengakibatkan ubahbentuk pemendekan (e/g: tiang yang menanggung beban)
-     mengakibatkan ubahbentuk pemanjangan (e/g: beban
yang digantung pada dawai spring)

                      1.2.3.2  Daya Ricih
Daya yang bertindak berserenjang/selari dengan luas permukaan keratan.






                                                                                 P
                  Rajah 1.3 (b) : Daya Ricih

Ia mengakibatkan ubahbentuk ricihan (e/g: sambungan bolt dan rivet yang menanggung beban)


  1. Daya Lentur
Dua momen yang senilai dan berlawanan arah pada kedua-dua hujung .





                                                         Rajah 1.3 (c) : Daya Lentur

Ia mengakibatkan ubahbentuk lenturan (e/g:- rasuk yang membawa beban)




  1. Daya Putiran/Kilasan
Daya yang mengandungi dua momen yang sama nilai yang
                                   bertindak pada arah yang berlawanan di kedua-dua  
                                   hujungnya.





                                                   Rajah 1.3 (d):  Daya Putiran

Ia mengakibatkan putaran (e/g:rod berpusing terhadap paksi memanjang)

             

  1. BEBANAN GRAVITI, TEKANAN DAN TINDAKBALAS

Beban graviti, tekanan dan tindakbalas merupakan suatu bentuk tindakan daya.  Ketiga-tiganya mempunyai hubungkait dalam menghasilkan keseimbangan dalam tindakan daya.
  

  1. Bebanan Graviti
Rajah 1.4 menunjukkan sebuah kotak yang diletakkan di atas satu satah mendatar.  Sekiranya kotak  itu mempunyai jisim, m dan tarikan graviti,g ; maka berat daya kotak tersebut adalah hasil darab antara jisim dan tarikan graviti.

                       Daya = Jisim x Tarikan Graviti
         
                                          Atau

                                      F = m x g

                      Unit daya ialah kgms-2 @  Newton, N









1.3.2    Tekanan
Sekiranya luas permukaan sentuhan antara kotak dengan satah (rujuk rajah 1.4) adalah A, maka tekanan, p yang di alami oleh permukaan dalam sentuhan ialah daya per unit luas;

Tekanan = Daya / Luas
                Atau

                                  p = F / A




1.3.3    Tindakbalas
Apabila jasad/kotak  mengenakan daya sebanyak mg ke atas pemukaan satah yang disentuhnya, maka terdapat daya tindakbalas, R yang sama nilainya bertindak ke atas jasad itu. Tindakan daya tindakbalas ini berlawanan arah dengan daya yang dikenakan ke atas jasad. (rujuk rajah 1.4)
        

                          Berat atau daya = jisim x graviti


                                     Tekanan = daya / luas





                                                     Pastikan anda hafal formula  dan unit di atas

  1. STRUKTUR
Definisi : Struktur merupakan satu sistem sambungan anggota-anggota struktur    
              yang direkabentuk untuk menanggung beban bagi mengekalkan bentuk  
              dan  kestabilan.

Contoh :  Bangunan – gabungan beberapa anggota struktur seperti tiang,                    
               rasuk,  papak  dan kerangka. (lihat rajah 1.5)



  1. JENIS-JENIS PENYOKONG, TINDAKBALAS DAN ARAH TINDAKAN

Terdapat 3 jenis penyokong iaitu (rujuk rajah 1.6):


  1. Rola/penggelek

  • Ia mempunyai daya tindakbalas yang bertindak bersudut tepat dengan satah penyokong. Lazimnya dalam arah pugak.

     Fy = 0

  1. Pin

  • Ia juga dikenali sebagai sendi dan engsel.
  • Terdapat 2 daya tindak balas yang bertindak iaitu daya pugak dan ufuk.
Fx = 0
Fy  = 0

  1. Hujung terjempit.

  • Ia juga dikenali sebagai ikatan bina dalam
  • Terdapat 3 daya tindak balas iaitu daya pugak, daya ufuk dan momen

Fx = 0
Fy = 0
M = 0







Rola


Pin

Hujung terjempit

                                      
                                          Rajah 1.6 : Jenis-jenis Penyokong


  1. JUMLAH ANU PADA TITIK HUBUNG
Bilangan anu iaitu merujuk kepada bilangan  nilai yang perlu dikira atau diketahui.  Rajah 1.7 menunjukkan  daya tindakbalas dan arahnya sebagaimana yang   diterangkan dalam  bahagian 1.5.


Rola


Pin

Hujung terjempit





         fy


fx


                      fy

             M             
fx         


               fy

Satu nilai anu
Dua nilai anu
Tiga nilai anu

                                                    
Rajah 1.7:  Daya tindakbalas dan arahnya


 AKTIVITI 1



  • SEBELUM MENERUSKAN KE INPUT YANG BERIKUTNYA,
     SILA UJI KEFAHAMAN ANDA.

  • SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS  DI HALAMAN BERIKUTNYA.



  1. Berikan definisi ‘Mekanik  Struktur’.

  1. Berikan definisi daya dalaman dan daya luaran.

  1. Nyatakan perbezaan di antara bebanan, tekanan dan tindakbalas.

  1. Nyatakan takrifan ‘struktur’ dalam Kejuruteraan Awam.

  1. Lakarkan 3 jenis penyokong.



1.1 Mekanik Struktur adalah kajian terhadap sifat-sifat dan kelakuan  struktur apabila ia dikenakan beban atau daya

1.2 Daya luaran adalah beban yang dikenakan ke atas struktur. Ia meliputi berat sendiri struktur dan beban luaran yang dikenakan ke atas struktur.  
           Daya dalaman adalah daya tindakbalas anggota struktur untuk menentang daya       luaran.

1.3 Bebanan adalah daya yang dikenakan pada suatu struktur.
Tindakbalas adalah daya dalaman yang bertindak menentang arah tindakan daya luaran.
Tekanan ialah daya per unit luas permukaan.

1.4 Definisi : Struktur merupakan satu sistem sambungan anggota-anggota struktur yang direkabentuk untuk menanggung beban bagi mengekalkan bentuk dan kestabilan

1.5 Jenis-jenis penyokong ialah pin, rola dan hujung terjempit .Rujuk rajah 1.8








Rola


Pin

Hujung terjempit


Rajah 1.8




PENILAIAN KENDIRI






  • SEKIRANYA ANDA YAKIN TELAH MEMAHAMI UNIT 1, SILA UJI KEFAHAMAN ANDA DALAM PENILAIAN KENDIRI DI BAWAH.
  • SILA HUBUNGI PENSYARAH, SEKIRANYA ADA SEBARANG KEMUSYKILAN.
  • RUJUK MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.



  1. Terangkan dengan  bantuan gambarajah, daya dalaman dan daya luaran.

  1. Huraikan daya paksi dan daya ricih dengan bantuan gambarajah.

  1. Bezakan daya graviti, daya tindakbalas dan tekanan, sekiranya perlu sertakan lakaran bagi membantu penerangan.

  1. Dengan bantuan gambarajah, lakarkan  jenis-jenis penyokong , arah daya tindakbalas dan bilangan anu.




- SELAMAT MENCUBA -






MAKLUMBALAS PENILAIAN KENDIRI 1






1. Daya dalaman adalah daya tindakbalas anggota struktur untuk menentang daya luaran manakala  daya luaran dikaitkan dengan beban yang dikenakan ke atas struktur.  

 W

        B


      A          C
                              
Rajah 1.9

Rajah 1.9 menunjukkan  suatu struktur kerangka berbentuk segitiga. Struktur ini mempunyai 3 anggota, iaitu AB, BC dan AC yang dikenakan daya luaran,W pada titik B.

Apabila daya luaran , W dikenakan anggota struktur AB,  BC dan AC mempunyai daya dalaman yang menentang daya luaran W. Daya dalaman ini terbahagi kepada dua iaitu daya mampatan dan daya  tegangan. Sekiranya daya dalaman tidak dapat menahan daya luaran, struktur tersebut akan mengalami kegagalan.



2.     

      Daya Paksi

     Daya yang bertindak  bersudut tepat dengan luas permukaan.


                                            P

Rajah 1.10

  • mengakibatkan ubahbentuk pemendekan (e/g: tiang yang menanggung beban)
  • mengakibatkan ubahbentuk pemanjangan (e/g: beban yang digantung pada dawai)

           Daya Ricih

Daya yang bertindak berserenjang dengan luas permukaan keratan.


                                                         
              Ia mengakibatkan ubahbentuk ricihan (e/g: sambungan bolt dan rivet yang    
           dibeban)






3.  
Daya graviti, g :

  • bertindak dari atas ke bawah, bernilai  9.81ms-2
Daya tindakbalas, R :

  • bertindak sebagai daya dalaman yang menentang arah daya  kenaan/luaran bagi menstabilkan  jasad.
Tekanan, p:

  • tekanan yang dialami oleh permukaan jasad yang bersentuh dengan permukaan satah
  • daya per unit luas (p = F / A).



         

4.    Tindakbalas dan arah tindakan. Rujuk 1.13
Jenis
Penyokong

Rola


Pin

Hujung terjempit



Gambar
Rajah








         fy


fx


                  fy

             M             
fx         


               fy

Bilangan
Anu
Satu nilai anu
Dua nilai anu
Tiga nilai anu

Rajah 1.13
______________________________________________________________________________________
SEKIRANYA  ANDA TELAH BERJAYA MENJAWAB DENGAN BETUL, SILA BERALIH KE UNIT 2
    R




    F = mg

Rajah 1.4: Daya dan Tindakbalas




Daya tegangan



   
  Daya  mampatan



      Tarikan Graviti = 9.81 ms-2

Unit tekanan Nm-2

Arah tindakan daya dalaman anggota     struktur                   

Daya tegangan     



Daya  mampatan

P


M

MAKLUMBALAS  AKTIVITI 1



  1 N/m2 = 1 Pascal (Pa)

  1 kN/m2 = 1 kPa



Papan melendut ke bawah


Beban bertindak dari atas ke bawah

Mekanik struktur sangat sinonim dengan perkataan beban/daya.  Seterusnya kita akan melihat dengan lebih lanjut mengenai daya.  Alih ke mukasurat yang selanjutnya sekiranya anda telah faham konsep yang diterangkan sebelum ini.

Apakah itu daya?
Bagaimana daya bertindak?
     Apakah kesan daya terhadap struktur?
Semua persoalan di atas akan terjawab,, sila ikuti penerangan selanjutnya.



Pastikan anda hafal daya tindakbalas dan arahnya  ia banyak membantu dalam pembelajaran  yang seterusnya….

Kata Kunci:

  • Tindakan sepasang daya dalaman dan daya luaran menghasilkan keseimbangan supaya sesuatu struktur stabil dan tidak mudah gagal.

  • Sekiranya daya dalaman tidak dapat menanggung/menahan daya luaran, struktur tersebut akan mengalami ubahbentuk dan seterusnya gagal.

  • Lazimnya daya luaran bersifat sahih manakala daya dalaman bersifat maya.

B


INPUT 1


Rajah 1.0 (a) :
Tubuh manusia dengan sokongan tulang

Rajah 1.0 (b):
Tubuh manusia tanpa sokongan   tulang

Rajah 1.11

P

Rajah 1.12