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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- Jenis-jenis Daya Luaran dan Dalaman
Amnya terbahagi kepada 4 jenis iaitu:-
(i) Daya paksi
(ii) Daya ricih
(iii) Daya lentur
(iv) Daya putiran
- 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)
- 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)
- 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)
- 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.
- 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
- 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)
- JENIS-JENIS PENYOKONG, TINDAKBALAS DAN ARAH TINDAKAN
Terdapat 3 jenis penyokong iaitu (rujuk rajah 1.6):
- Rola/penggelek
- Ia mempunyai daya tindakbalas yang bertindak bersudut tepat dengan satah penyokong. Lazimnya dalam arah pugak.
Fy = 0
- Pin
- Ia juga dikenali sebagai sendi dan engsel.
- Terdapat 2 daya tindak balas yang bertindak iaitu daya pugak dan ufuk.
Fx = 0
Fy = 0
- 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
- 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.
- Berikan definisi ‘Mekanik Struktur’.
- Berikan definisi daya dalaman dan daya luaran.
- Nyatakan perbezaan di antara bebanan, tekanan dan tindakbalas.
- Nyatakan takrifan ‘struktur’ dalam Kejuruteraan Awam.
- 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.
- Terangkan dengan bantuan gambarajah, daya dalaman dan daya luaran.
- Huraikan daya paksi dan daya ricih dengan bantuan gambarajah.
- Bezakan daya graviti, daya tindakbalas dan tekanan, sekiranya perlu sertakan lakaran bagi membantu penerangan.
- 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