bab i frekuensi natural, tetapi ada beberapa aspek...
Post on 13-Feb-2018
219 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Jacket merupakan suatu struktur bawah
yang terletak di bawah platform / rig / deck dari
suatu bangunan lepas pantai. Jacket
dikembangkan untuk operasi di laut dangkal dan
laut sedang yang dasarnya tebal, lunak dan
berlumpur. Setelah jacket ditempatkan di posisi
yang diinginkan, pile dimasukkan melalui kaki
bangunan dan dipancang dengan hammer
sampai menembus lapisan tanah keras kemudian
deck dipasang dan dilas.
Didalam analisa perhitungannya, gaya
gempa merupakan salah satu aspek penting yang
harus diperhatikan didalam perencanaan struktur
jacket. Didalam merencanakan gaya gempa yang
diperhitungkan nantinya, metode yang
digunakan adalah CQC (Complete Quadratic
Combination) dan SRSS (Square root of sum of
square).
Pada Tugas Akhir ini, saya melakukan
analisis dinamis dari segi seismik dan kelelahan
(fatigue) terhadap struktur jacket berdasarkan
data seismik yang diberikan. Analisis dinamis
dilakukan agar Jacket struktur yang dapat
memenuhi tiga factor yang diperlukan yaitu :
keamanan (safety), fungsi (performance),
ketahanan (rability). Adapun tujuan dari analisis
dinamis terhadap suatu struktur adalah untuk
mengetahui besarnya respon dinamis struktur
terhadap pembebanan yang merupakan fungsi
waktu seperti displacement, atau perilaku
dinamis struktur seperti frekuensi natural
struktur atau periode natural struktur.
Hal pertama yang dilakukan pada
analisis dinamis adalah analisis seismik/beban
gempa. Perlu tidaknya analisis seismik
dilakukan sangat tergantung dimana struktur
jacket yang dibuat ditempatkan. Analisis seismik
sangat perlu dilakukan bila jacket struktur
ditempatkan pada daerah rawan gempa, akan
tetapi biarpun tidak ditempatkan pada daerah
yang rawan gempa analisis seismik ini perlu
juga dilakukan untuk menambah keamanan
struktur jacket yang telah dibuat. Eksperimen
yang dilakukan oleh Youchi Hattori (Hattori et.
Al., 1981) menyebutkan bahwa penting kiranya
untuk melakukan investigasi karakteristik
getaran (vibrasi) dari jacket untuk menjamin
keberhasilan dalam desain. Finite element
adalah sangat cocok untuk perhitungan
frekuensi natural, tetapi ada beberapa aspek
yang belum diketahui yang perlu dipelajari yaitu
seperti massa semu kaki dalam air, dan kondisi
tumpuan dari tanah dasar laut.
Walaupun beban dinamis yang bekerja
pada sistem struktur bisa diabaikan oleh salah
satu dari mekanisme sumber yang berbeda,
termasuk angin atau ombak dan gerak
kendaraan, tipe masukan dinamis yang paling
penting bagi ahli struktur yang tidak dapat
diragukan lagi adalah yang ditimbulkan oleh
gempa bumi. Ahli struktur terutama
memperhatikan efek lokal gempa terbesar
dimana gerak tanah cukup kuat untuk
menyebabkan kerusakan struktur (Clough, Ray
and Penzien, J, 1998).
Struktur bangunan laut selama
beroperasi tidak boleh mengalami kerusakan. Ini
karena kerusakan bangunan laut akan
meningkatkan downtime operational yang akan
berdampak pada menurunnya keuntungan yang
didapat karena operasi yang terhenti karena
struktur mengalami kerusakan. Kerusakan
struktur bangunan laut selama beroperasi banyak
disebabkan oleh kelelahan (fatigue). Peluang
kerusakan karena fatigue ini bertambah besar
seiring dengan kualitas fabrikasi yang jelek,
umur bangunan laut yang semakin tua, dan
korosi terjadi pada bangunan laut tersebut. Oleh
karena itu biaya untuk menangani kerusakan
bangunan laut banyak difokuskan pada fatigue.
Kelelahan (fatigue) adalah gejala dimana bagian
(member) dari struktur mengalami
kegagalan/kerusakan setelah mengalami
pembebanan yang dinamis, meskipun besar
tegangan yang diakibatkan oleh beban ini masih
berada di bawah tegangan ijin. Beban dinamis
adalah beban yang besarnya berubah-ubah dan
terjadi berulang-ulang pada struktur anjungan
lepas pantai. Beban-beban dinamis berupa beban
lateral seperti beban gelombang, gempa bumi,
angin, dan arus. Keberadaan fenomena fatigue
ini pada akhirnya akan menentukan umur
operasi dari sebuah struktur anjungan lepas
pantai.
2
I.2 Permasalahan
Adapun permasalahan yang dibahas
dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Bagaimana perilaku dan kemampuan
struktur jacket dalam menerima beban
dinamik (gempa) dan beban operasional
termasuk kondisi kemampuan fatigue
(kelelahan).
2. Berapa besar respon struktur terhadap
beban gempa (seismic) dengan SACS
5.2 yaitu dengan mengetahui unity
checknya.
3. Berapakah umur kelelahan (Fatigue
Life) dari struktur (dalam N cycles
pembebanan dan dalam tahun).
I.3 Batasan Masalah
Dalam Tugas Akhir ini ruang
lingkupnya adalah sebagai berikut :
1. Pada analisis seismik tipe tanah yang
digunakan adalah Tipe A, effective
ground acceleration terhadap g adalah
0.125, damping ratio adalah 2%, CQC
dynamic loading X,Y,Z adalah 1, 1, 0.5.
2. Pada analisis fatigue, umur kelelahan
dihitung menggunakan metode full
spectral analysis pada 3 joint paling
kritis.
I.4 Tujuan
Adapun tujuan yang ingin diperoleh
dalam mengerjakan Tugas Akhir ini adalah :
1. Dapat memodelkan struktur jacket
dengan menggunakan program SACS
5.2.
2. Dapat menghitung berapa besar respon
struktur terhadap beban gempa (seismic)
dengan SACS 5.2 yaitu dengan
mengetahui unity check-nya.
3. Dapat menghitung berapa umur
kelelahan (Fatigue Life) dari struktur.
I.5 Manfaat
Penyusunan Tugas Akhir ini
diharapkan dapat memberikan manfaat dalam
bidang ketekniksipilan, terutama dalam
menambah wawasan tentang ilmu bangunan
lepas pantai. Output yang dihasilkan dalam
Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberi
kemudahan bagi para mahasiswa Teknik Sipil
ITS yang ingin merancang jacket stucture pada
bangunan lepas pantai dengan memperhitungkan
gaya gempa (seismic analysis) dan fatigue life
dari suatu struktur dengan menggunakan
program bantu SACS 5.2.
Dengan penyusunan Tugas Akhir ini
diharapkan dapat menjadi referensi untuk
mengembangkan wawasan keilmuan tentang
bangunan lepas pantai yang lebih kompleks di
Jurusan Teknik Sipil ITS di masa yang akan
datang, sehingga dapat menambah wacana baru
dalam bidang structural engineering.
BAB II
DASAR TEORI
(Sengaja tidak dicantumkan)
Gambar 1.1 Foto contoh bangunan lepas pantai
PLATFORM /
RIG / DECK
JACKET
3
BAB III
METODOLOGI
III.1 Metodologi Analisis Seismik
Adapun metodelogi analisis seismik adalah
sebagai berikut :
1. Analisis diawali dengan pemodelan
struktur berdasarkan data struktur yang
telah ditetapkan.
2. Melakukan perhitungan untuk
memperoleh eigen value dimana hasil
yang diperoleh berupa periode natural dari
struktur.
3. Pemodelan dilanjutkan dengan analisis
seismik dengan menggunakan data
periode natural dan data seismik yang
dialami oleh desain awal struktur.
4. Melakukan pemeriksaan terhadap
keamanan struktur.
5. Bila hasil pemeriksaan dapat diterima
maka analisis selesai, jika tidak maka
dilakukan analisis ulang pada pemodelan
struktur.
III.2 Metodologi Analisis Fatigue (Kelelahan)
Metodologi yang digunakan dalam
analisis fatigue / kelelahan dapat digambarkan
dalam bagan alir analisis kelelahan di bawah ini
:
Adapun penjelasan dari bagan alir
analisis fatigue / kelelahan di atas adalah
sebagai berikut :
1. Melakukan analisis beban gelombang
reguler untuk menghasilkan RAO
respons struktur (Bending Moment, Shear
Force); dilakukan untuk berbagai arah
gelombang yang sesuai (0, 45, 90, 135,
180, 225, 270 dan 315).
Gambar 3.1 Flow chart analisis seismik
Model struktur jacket
Input beban gelombang pada sea state
Tegangan Stress dari hasil running SACS 5.2
Perhitungan Spektra Gelombang dan RAO
Perhitungan Spektra Tegangan
S T O P
Penentuan Siklus Tegangan Kurun Waktu
Panjang (Distribusi Rayleigh dan Weibull)
Umur Kelelahan (Fatigue Life)
S T A R T
Gambar 3.2 Flow chart analisis fatigue
Seismic Analysis
Code Check
(Member Unity Check)
Acceptabl
List Output:
� Base Shear Force
� Support Reaction
� Stress Ratio
� Member Stress
� Member Displacement
Struktur
Data
Environmental
Modelling structure
with Dummy pile
Compute
Seismic Environmental
Data (Response Spectrum)
Natural Period
E N D
S T A R T
4
2. Mentransformasikan RAO respons
struktur menjadi RAO tegangan (stress
analysis).
3. Menentukan mode operasi bangunan laut
dengan mempertimbangkan data sebaran
gelombang (wave scatter diagram),
peluang kejadian arah gelombang,
kombinasi H & T gelombang, variasi
spektra gelombang (bila ada), kecepatan
(untuk kapal yang melaju).
4. Menghitung spektra respons tegangan
sesuai dengan mode operasi dalam butir
3.
5. Menentukan jumlah siklus tegangan dan
sebaran siklus tegangan dalam kurun
waktu pendek sesuai dengan distribusi
Rayleigh untuk tiap-tiap mode operasi
dalam butir 3.
6. Menghitung sebaran siklus tegangan
dalam kurun waktu panjang (yang
merupakan penjumlahan siklus tegangan
dalam kurun waktu pendek) dengan
mempertimbangkan umur operasi T
(tahun � detik) dan peluang kejadian
elemen-elemen dalam mode operasi
dalam butir 3), dan menyelesaikan
persamaan � distribusi sebaran beban
kelelahan akan mengikuti distribusi
Weibull.
7. Mengkorelasikan hasil analisis dan
perhitungan sebaran siklus tegangan
dalam kurun waktu panjang dari butir 6
dengan data kelelahan kurva S-N
memakai hukum Palmgren-Miner untuk
menentukan umur kelelahan sambungan
struktur yang ditinjau.
BAB IV
PEMODELAN STRUKTUR
IV.1 Data Struktur
Pemodelan dilakukan dengan bantuan
software SACS 5.2. Dengan data profil member
sebagai berikut:
Tabel 4.1 Dimensi dan profil member struktur
Data kedalaman perairan dan dimensi struktur :
� Lowest Water Level (LWL) : 131 feet
� Tinggi chord di atas permukaan laut : 13 feet
� Tinggi chord di bawah permukaah laut : 131 feet
� Kedalaman jacket leg dari dasar laut : 16 feet
� Dimensi horizontal brace lantai atas : 62 x 48 feet
� Dimensi horizontal brace lantai 2 : 67 x 53 feet
� Dimensi horizontal brace lantai 3 : 72 x 58 feet
� Dimensi horizontal brace lantai 4 : 77 x 63 feet
� Dimensi horizontal brace lantai dasar : 82 x 68 feet � Dimensi conductor guide (tipikal) : 6 x 6 feet
� Tinggi riser dari lantai atas-bawah : 144 feet
� Panjang jacket leg penumpu beban deck : 7 feet
Untuk panjang struktur seperti center
brace dan diagonal brace, disesuaiakan dengan
panjang dan tinggi struktur chord dan horizontal
brace. Untuk perletakan pada joint, hanya jacket
leg yang menembus dasar laut hingga 16 feet tersebut
di atas dan riser yang bertemu dengan condudtor
guide pada masing-masing lantai yang diasumsikan
mempunyai perletakan FIXED, dan joint yang
lainnya bukan FIXED.
Keterangan :
- Data struktur dan data lingkungan
merupakan data fiktif.
Keterangan Profil Member
Jacket :
Horizontal brace 1 (HB)
Diagonal brace 1 (DB)
Center Brace (CB)
Conductor Guide (CG)
Riser (RI)
Chord (JL)
Jacket leg (BJL)
Batter / kemiringan
OD 22 in; t 0,5 in
OD 22 in; t 0,5 in
OD 22 in; t 0,5 in
W 14 x 53
OD 18 in; t 0,25 in
OD 40 in; t 1,0 in
OD 45 in; t 3,5 in
1 : 10
5
Gambar 4.1 Dimensi ketinggian struktur jacket (feet)
IV.2 Pemodelan Joint dan Member Struktur
Jacket
Pemodelan joint dan member struktur
dilakukan dengan menggunakan bantuan
software SACS 5.2 dengan memberikan
simbol/nama pada masing-masing joint dan
member struktur yang membentuk struktur
jacket tersebut, sesuai dengan ukuran dan
karakteristiknya.
IV.2.1 Pemodelan Joint Struktur Jacket
Gambar 4.2 Contoh penamaan joint struktur jacket
Detail dari joint tersebut adalah :
� 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14,
15, 16, 17 , 18, 19, 28, 29, 30, 31, 32, 33,
34, 35, 40, 60, 61, 62, 63
� A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N,
O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z
� 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J,
1K, 1L, 1M, 1N, 1O, 1P, 1Q, 1R, 1S, 1T,
1U, 1V
� 2A, 2B, 2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z
� 3E, 3F, 3G, 3H, 3I, 3J, 3K, 3L, 3M, 3Q,
3R, 3S, 3X, 3Y, 3Z
� 4D, 4E, 4F, 4G, 4H, 4I, 4J, 4K, 4L, 4P,
4Q, 4R
� 5J, 5K, 5L, 5M, 5N, 5O, 5P, 5Q, 5R, 5S,
5T, 5U, 5Y, 5Z
IV.2.2 Pemodelan member struktur jacket
Gambar 4.3 Detail member struktur jacket
1
2
3
4
11
12 10
18
19
9
O 1B
C
F
+ 20.00
+ 13.00 (LANTAI ATAS)
+ 0.00
(LWL)
- 23.00 (LANTAI 2)
- 59.00 (LANTAI 3)
- 95.00 (LANTAI 4)
- 131.00 (LANTAI DASAR/
DASAR LAUT)
- 147.00 CG
DB
JL
RI
CB
HB
BJ
6
Detail dari member tersebut adalah :
1. HB
Adalah Horizontal Barce yang memiliki
ukuran dan karakteristik sebagai berikut
:
- Outer Diameter (OD) : 22 inch
- Web Thickness (WT) : 0.5 inch
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
2. DB
Adalah Diagonal Barce yang memiliki
ukuran dan karakteristik sebagai berikut
:
- Outer Diameter (OD) : 22 inch
- Web Thickness (WT) : 0.5 inch
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
3. CB
Adalah Center Barce yang memiliki
ukuran dan karakteristik sebagai berikut
:
- Outer Diameter (OD) : 22 inch
- Web Thickness (WT) : 0.5 inch
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
4. CG
Adalah Conductor Guide atau bisa juga
disebut sebagai Riser Guide yang
memiliki ukuran dan karakteristik
sebagai berikut :
- W 14 x 53
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
5. RI
Adalah Riser yang memiliki ukuran dan
karakteristik sebagai berikut :
- Outer Diameter (OD) : 18 inch
- Web Thickness (WT) : 0.25 inch
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
6. JL
Adalah Jacket Leg yang merupakan kaki
jacket atau bisa disebut juga sebagai
chord yang memiliki ukuran dan
karakteristik sebagai berikut :
- Outer Diameter (OD) : 40 inch
- Web Thickness (WT) : 1 inch
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
7. BJL
Adalah Bottom Jacket Leg yang
merupakan sambungan dari jacket leg
pada bagian dasar laut yang memiliki
ukuran dan karakteristik sebagai berikut
:
- Outer Diameter (OD) : 45 inch
- Web Thickness (WT) : 3.5 inch
- E Modulus : 29.000 ksi
- G Modulus : 11.600 ksi
- Yield Strength : 36 ksi
- Density : 490 lb/cu ft
IV.2.3 Offseting
Offseting dilakukan setelah setiap
member pembentuk struktur jacket diberi nama
sesuai dengan ukuran dan karakteristiknya.
Offsetting, adalah upaya memindahkan
ujung-ujung setiap member dengan mengutak-
atik koordinat sumbu X, Y, dan Z pada ujung-
ujung setiap member yang bertemu pada joint
pembentuk jacket pada posisi sedemikian hingga
setiap member yang bertemu pada joint tidak
mengalami over stress akibat penumpukan
ujung member pada joint. Karena hal ini akan
berpengaruh kepada UC (Unity Check) pada
setiap joint. Semakin rapi offsetting, maka
semakin baik pula pemodelannya. Dalam
offsetting, sumbu yang digunakan adalah sumbu
lokal struktur.
Berikut ini akan ditampilkan pemodelan
member yang sebelum dan sesudah dilakukan
offsetting pada beberapa joint :
JOINT 9 :
Gambar 4.4 Sebelum dan sesudah dilakukan offsetting
pada joint 9
7
JOINT 10 :
Gambar 4.5 Sebelum dan sesudah dilakukan offsetting
pada joint 10
JOINT 12 :
Gambar 4.6 Sebelum dan sesudah dilakukan offsetting
pada joint 12
JOINT O :
Gambar 4.7 Sebelum dan sesudah dilakukan offsetting
pada joint O
IV.2.4 Pemodelan akhir jacket dengan
program SACS 5.2
Gambar 4.8 Tampak isometri dan tampak atas jacket
Gambar 4.9 Tampak jacket pada tengah bentang
Gambar 4.10 Tampak depan Gambar 4.11 Tampak
Samping kanan
Gambar 4.12 Tampak belakang Gambar 4.13 Tampak
Samping kiri
8
IV.3 Pemodelan Seismik
Beberapa asumsi yang dipakai dalam
pemodelan diantaranya adalah sebagai berikut :
a. Satuan (Unit) yang dipakai dalam
pemodelan SACS 5,2 analisis seismik
adalah dalam satuan US. Orientasi
Platform adalah 450 terhadap Sumbu
Global.
b. Dalam pemodelan seismik, struktur
yang dipakai adalah berdasarkan data
yang telah ditetapkan.
IV.3.1 Data Perhitungan Seismik Pada pelaksanaan analisis seismik data
yang dibutuhkan adalah sebagai berikut : Tabel 4.2 Data Seismik
Keterangan :
- Data struktur dan data lingkungan
merupakan data fiktif.
Dalam analisa dinamis akibat pengaruh gempa
ini tergantung pada faktor-faktor :
1. Frekuensi natural dari struktur
2. Tipe tanah
Frekuensi natural diperoleh dari hasil
pemodelan struktur menggunakan bantuan
perangkat lunak SACS 5.2, menghasilkan data
berupa frekuensi dan periode natural dari
struktur.
Setelah mengetahui tipe tanah dan
periode natural, maka dapat dihitung Spectral
velocity, Spectral displacement dan Spectral
acceleration.
Perhitungan dilakukan dengan bantuan
grafik “Normalized respons spectrum API RP
2A”.
Dimana ,
SA = Spectral Acceleration
SV = T/2π SA (Spectral Velocity)
SD = T2/4 π2 SA (Spectral Displacement)
Dengan mengetahui respon spektrum
maka dapat diketahui gerakan tanah untuk
memperoleh respon secara umum dari struktur.
Respon kemudian akan dianalisa dengan model
analitis.
Perhitungan atau analisa dinamis akibat
gempa pada tiap model dilakukan secara
otomatis menggunakan perangkat lunak SACS
5.2 dengan metode CQC (Complete Quadratic
Combination) Response Spectrum. Dari data
seismik di atas dan dengan mengacu pada kurva
Elastic Response Spectrum API RP 2A tahun
2002, maka dibuat kurva spektrum respon yang
baru baik untuk Horizontal maupun Vertical
Effective Ground Motion.
Struktur jacket dianalisa dengan menggunakan
perangkat lunak SACS 5.2 dengan pembebanan
gempa bumi berdasarkan catatan gerak dari
gempa bumi (akselerogram), maka akan
menyebabkan tegangan dan lendutan yang lebih
besar pada berbagai komponen kritis struktur
daripada semua beban gabungan lainnya. Aspek
yang paling penting dari gerak bumi akibat
gempa bumi adalah pengaruh yang akan
ditimbulkannya terhadap struktur, yaitu
tegangan dan deformasi atau jumlah kerusakan
yang akan terjadi.
Di dalam pembebanan ini yang
terpenting adalah menetapkan karakteristik
gerak tanah dari gempa bumi rancangan gempa
bumi maksimum yang mungkin terjadi, untuk
tugas rancang ini berdasarkan data yang telah
ditentukan, dengan acuan spectrum rancangan
API-RP 2A tahun 2002.
Dengan menggunakan data seismik
yang telah ada (Tabel 4.2 Data Seismik) maka
dapat dicari nilai spectrum rancangan dengan
acuan dari respons spektra pada Normalized
respons spectrum API RP 2A . Dari data
rancangan seismik dan dengan memasukkan
harga damping ratio 2 % dan jumlah mode shape
sebanyak 10 serta memasukkan tipe tanah yang
mempengaruhi struktur yaitu tipe A maka
dihasilkan spektrum rancangan yang nantinya
dimasukkan ke dalam perangkat lunak SACS
5.2 sebagai beban gempa yang dapat berupa
spectrum percepatan (SA) , kecepatan (SV) dan
Displacement (SD) dengan effective 0.125
sebagai berikut ini :
9
Dengan tipe tanah A dan besar periode
natural dari struktur, maka dapat dihitung
spectral acceleration (Kurva Response Spectra-
API RP2A).
IV.4 Pemodelan Fatigue (Kelelahan)
IV.4.1 Gelombang
Kedalaman perairan (LWL) = 131 ft
• Kondisi Operasi
Hmax = 16 ft
T = 21detik
• Kondisi Badai
Hmax = 20 ft
T = 10 detik
Dalam desain digunakan gelombang
kondisi badai dimana kondisi maksimum terjadi.
Selain itu juga digunakan kondisi gelombang
operasional.
Teori gelombang ditentukan dari grafik
Region of Validity API RP 2A-WSD dengan
parameter-parameter berikut :
028,02
=gT
d
008,02
=gT
H
Dari parameter tersebut didapat bahwa
teori gelombang yang digunakan adalah Stokes
Orde 5.
IV.4.2 Arus
• Kondisi Operasi
Kecepatan Arus (permukaan) = 1.2 knot
Kecepatan Arus (dasar laut) = 0.2 knot
• Kondisi Badai
Kecepatan Arus (permukaan) = 2.1 knot
Kecepatan Arus (dasar laut) = 1.6 knot
Dari data jacket dan lingkungan serta
beban deck yang te;ah ditentukan, dimasukkan
ke dalam software SACS 5.2. Data lingkungan
beserta data beban perlu diperhitungkan, karena
pemodelan SACS 5.2 dimaksudkan untuk
mewakili gambaran kondisi sesungguhnya di
lapangan. Dimana kondisi pada lapangan, beban
yang bekerja adalah berat sendiri beserta dengan
seluruh beban ruangan dan beban gelombang
dimana struktur tersebut diletakkan.
Setelah semua data di atas dimasukkan,
maka ditambahkan pula data berupa beban
gelombang berulang yang didapat dari data yang
telah ditentukan. Berikut ini adalah data
gelombang berulang :
Tabel 4.3 Tabel Number of Wave Occurrances
Keterangan :
- Data struktur dan data lingkungan
merupakan data fiktif.
Setelah data beban gelombang berulang
tersebut dimasukkan ke dalam software, maka
langkah selanjutnya adalah menganalisis kondisi
struktur jika dikenai beban kombinasi yang
berasal dari beban sendiri yaitu berat jacket,
deck beserta beban lingkungan dan beban
gelombang yang berulang.
BAB V
ANALISIS STRUKTUR
V.1 Analisis Seismik
V.1.1 Urutan Analisis Seismik SACS 5.2
1. Masukkan input data seismik : (dalam satu
folder)
- dyninp
- DYRINP
- DYNMOD
- DYNMAS
Masukkan Data struktur :
- Jacket (Edit notepad/wordpad, dan
pastikan beban yang bekerja
hanya beban Deck).
2. Running Static Analysis, Analysys Static
Linear dari data struktur yang telah dibuat,
Jacket.
sehingga muncul file :
- SACCF.DEMO05B
10
- SEAOCI.DEMO05B, dll.
3. Running Dynamic Analysis, Earthquake :
- Masukkan data lingkungan,
DYRINP
- Masukkan data Mode Shape,
DYNMOD
- Masukkan data Mass, DYNMAS
- Masukkan file SACCF.DEMO05B
4. FINISH
Dalam analisis dinamis akibat pengaruh
gempa ini tergantung pada faktor-faktor :
1. Frekuensi natural dari struktur
2. Tipe tanah
Frekuensi natural diperoleh dari hasil
pemodelan struktur menggunakan bantuan
perangkat lunak SACS 5.2, menghasilkan data
berupa frekuensi dan periode natural dari
struktur.
Tabel 5.1 Output analisis seismik (Periode dan
frekuensi natural)
Mode No Periode (sec) Frekuensi (Cyc/Sec)
1 0.14039 7.12290
2 0.14407 6.94100
3 0.15548 6.43150
4 0.17348 5.76420
5 0.19001 5.26300
6 0.23629 4.23200
7 0.30361 3.29370
8 0.32423 3.08420
9 0.75460 1.32520
10 0.78272 1.27760
Hasil dari analisis seismik berupa
frekuensi natural dapat dilihat secara lengkap
pada lampiran 2 (Seismic analysis Running)
pada bagian responses for CQC method in X, Y,
atau Z direction.
Setelah mengetahui tipe tanah dan
periode natural, maka dapat dihitung Spectral
velocity, Spectral displacement dan Spectral
acceleration.
Perhitungan dilakukan dengan bantuan
grafik “Normalized respons spectrum API RP
2A”
Dengan,
SA = Spectral Acceleration
SV = T/2π SA (Spectral Velocity)
SD = T2/4 π2SA (Spectral Displacement)
Dengan mengetahui respon Spektrum
maka dapat diketahui gerakan tanah untuk
memperoleh respon secara umum dari struktur.
Respon kemudian akan dianalisis dengan model
analitis.
Perhitungan atau analisis dinamis akibat
gempa pada tiap model dilakukan secara
otomatis menggunakan perangkat lunak SACS
5.2 dengan metode CQC (Complete Quadratic
Combination) Response Spectrum. Dari data
seismik di atas dan dengan mengacu pada kurva
Elastic Response Spectrum API RP 2A tahun
2002, maka dibuat kurva spektrum respon yang
baru baik untuk Horizontal maupun Vertical
Effective Ground Motion.
Struktur jacket dianalisis dengan
menggunakan perangkat lunak SACS dengan
pembebanan gempa bumi berdasarkan catatan
gerak dari gempa bumi (akselerogram), maka
akan menyebabkan tegangan dan lendutan yang
lebih besar pada berbagai komponen kritis
struktur daripada semua beban gabungan
lainnya. Aspek yang paling penting dari gerak
bumi akibat gempa bumi adalah pengaruh yang
akan ditimbulkannya terhadap struktur, yaitu
tegangan dan deformasi atau jumlah kerusakan
yang akan terjadi.
Di dalam pembebanan ini yang
terpenting adalah menetapkan karakteristik
gerak tanah dari gempa bumi rancangan gempa
bumi maksimum yang mungkin terjadi, untuk
tugas rancang ini berdasarkan data yang telah
ditentukan, dengan acuan spectrum rancangan
API-RP 2A tahun 2002.
Dengan menggunakan data seismik
yang telah ada (Tabel 4.1 Data Seismik) maka
dapat dicari nilai spectrum rancangan dengan
acuan dari respons spektra pada Normalized
respons spectrum API RP 2A . Dari data
rancangan seismik dan dengan memasukkan
harga damping ratio 2 % dan jumlah mode shape
sebanyak 10 serta memasukkan tipe tanah yang
mempengaruhi struktur yaitu tipe A maka
dihasilkan spectrum rancangan yang nantinya
dimasukkan ke dalam perangkat lunak SACS
sebagai beban gempa yang dapat berupa
spectrum percepatan (SA) , kecepatan (SV) dan
displacement (SD) dengan effective groundnya
0.125 g sebagai berikut ini :
Dengan tipe tanah A dan besar periode
natural dari struktur, maka dapat dihitung
spectral acceleration (Kurva Respons Spectra-
API RP 2A).
11
Gambar 5.1 Output analisis seismik (Periode dan
Normalized Acceleration)
Gambar 5.1 di atas merupakan hasil dari
analisa seismik yang berupa periode natural dan
normalize acceleration. Dimana, normalize
acceleration = SA/G.
Untuk mencari nilai spectral
acceleration (SA), maka periode pada Tabel 5.1
dipotongkan dengan kurva normalize spectra di
atas untuk ditarik garis menuju normalize
acceleration (SA/G). Setelah nilai SA/G
didapatkan, maka untuk perhitungan
selanjutnya, nilai SA/G dikalikan dengan
besarnya 0.125 g yang merupakan data seismik
yang telah diberikan pada perencanaan struktur
jacket.
Tabel 5.2 Plotting periode natural dan normalize
acceleration
T SA/G
0.78272 1.03333
0.75460 1.09200
0.32423 2.56000
0.30361 2.56000
0.23629 2.56000
0.19001 2.56000
0.17348 2.56000
0.15548 2.56000
0.14407 2.56000
0.14039 2.56000
Tabel 5.3 Periode natural dan spectral acceleration
T SA
0.78272 1.26712
0.75460 1.33907
0.32423 3.13920
0.30361 3.13920
0.23629 3.13920
0.19001 3.13920
0.17348 3.13920
0.15548 3.13920
0.14407 3.13920
0.14039 3.13920
Kurva respon spektra tersebut
digunakan untuk struktur dengan modal
damping sebesar 2%. Hal ini didasarkan atas
data yang telah ditetapkan sebelumnya.
Tabel 5.4 Nilai Accelaration, Velocity, Displacement dari
spectra curve
No. T SA SV SD
1 0.78272 1.26712 0.15785 0.01966
2 0.75460 1.33907 0.16082 0.01931
3 0.32423 3.13920 0.16199 0.00836
4 0.30361 3.13920 0.15169 0.00733
5 0.23629 3.13920 0.11806 0.00444
6 0.19001 3.13920 0.09493 0.00287
7 0.17348 3.13920 0.08668 0.00239
8 0.15548 3.13920 0.07768 0.00192
9 0.14407 3.13920 0.07198 0.00165
10 0.14039 3.13920 0.07014 0.00157
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Sp
ect
ral
Acc
ele
rati
on
(SA)
Periode (T)
Grafik Spectra Acceleration
Terhadap Periode
12
Gambar 5.2 Kurva Spektrum Respons
Perhitungan atau analisis dinamis akibat
gempa pada model dilakukan secara otomatis
menggunakan perangkat lunak SACS dengan
metode CQC (Complete Quadratic
Combination) Response Spectrum. Kemudian
analisis seismik (CQC) dikombinasikan dengan
beban static sebagai berikut:
a. Kondisi pembebanan 1 : merupakan
kombinasi antara beban statik (live +
dead load) dengan beban dinamis, yang
mana beban aksial diasumsikan
sebagai tensile.
b. Kondisi pembebanan 2 : merupakan
kombinasi antara beban statik (live +
dead load) dengan beban dinamis, yang
mana beban aksial diasumsikan
sebagai compresive.
V.1.2 Hasil Perhitungan Analisis Seismik
SACS 5.2
Hasil perhitungan SACS untuk analisis
Seismik adalah sebagai berukut :
1. Massa total struktur
Dari hasil pemodelan dapat diketahui massa
struktur secara keseluruhan (massa total)
seperti terlihat dalam tabel berikut :
Tabel 5.5 Massa total
Keterangan FORCE (Lb)
X Y Z
Massa total 8497.907 8647.271 8310.334
Keterangan : Massa total = Massa struktur
Massa total struktur didapatkan dari
hasil analisis seismik yang secara lengkap dapat
dilihat pada lampiran 2 (Seismic Analysis
Running) pada bagian total mass.
2. Reaksi Tumpuan (Support Reaction)
Reaksi tumpuan yang terjadi pada struktur
jacket akibat beban kombinasi adalah
sebagai berikut :
Tabel 5.6 Reaksi tumpuan
Dari data diatas dapat diketahui bahwa
reaksi tumpuan terbesar terdapat pada joint 6A
pada arah Z sebesar 717,545 Kips. Untuk
perhtiungan momen maksimim, terdapat pada
joint 6B pada arah X sebesar -166,462 Ft-Kips.
Untuk dapat melihat hasil secara
lengkap perhitungan reaksi dan momen pada
masing-masing joint, dapat dilihat pada lampiran
2 (Seismic Analysis Running) pada bagian
reaction forces and moments
3. Joint Displacement Maksimum :
Joint displacement maksimum untuk
struktur Jacket adalah sebagai berikut :
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Sp
ect
ra V
elo
city
(S
V)
Periode (T)
Grafik Spectra Velocity Terhadap
Periode
0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0.0 0.5 1.0
Sp
ect
ra D
isp
lace
me
nt
(SD)
Periode (T)
Grafik Spectra Displacement
Terhadap Periode
Joint Force (Kips) Moment (Ft-Kips)
X Y Z X Y Z
6A 50,750 54,261 717,545 160,53 21,695 -6,889
6B -48,540 60,691 707,819 -166,462 23,112 -4,025
6C -46,912 -36,154 618,195 -89,630 -47,496 -13,198
6D 42,204 -43,419 659,688 95,606 -63,352 -13,708
13
Tabel 5.7 Maximum joint displacement
Dari hasil analisa di atas, didapatkan
maximum joint displacement pada masing-
masing arah X, Y, dan Z. Untuk hasil
analisisnya yang lebih lengkap, dapat dilihat
pada lampiran 2 (Seismic Analysis Running)
pada bagian joint deflections and rotations.
4. Unity check Maksimum :
Unity check adalah Critical condition stress
dibagi Maximum condition stress. Menurut
API RP 2A WSD suatu struktur dikatakan
aman jika struktur tersebut mempunyai unity
check < 1.0. Unity check maksimum
struktur Jacket adalah sebagai berikut :
Tabel 5.8 Maximum Unity Check
JOINT MEMBER UNITY CHECK LC
1G 2-3H (HB) 0.918 1
1J 3-3J (HB) 0.847 1
3I 1H-1I (HB) 0.792 1
Dari hasil analisis di atas, dapat
diketahui 3 joint paling kritis, yaitu joint IG, IJ,
dan 3I, dengan detail perhitungan sebagai
berikut :
� Joint IG adalah titik pertermuan antara
member 2 dan 3H yang merupakan
horizontal brace dengan unity check
0.918.
- Critical condition stress
: 19.82 ksi
- Allowable stress
: 21.6 ksi
- UC (Unity check)
: 0.918
� Joint IJ adalah titik pertermuan antara
member 3 dan 3J yang merupakan
horizontal brace dengan unity check
0.847.
- Critical condition stress
: 18.29 ksi
- Allowable stress
: 21.6 ksi
- UC (Unity check)
: 0.847
� Joint 3I adalah titik pertermuan antara
member 1H dan 1I yang merupakan
horizontal brace dengan unity check
0.792.
- Critical condition stress
: 17.11 ksi
- Allowable stress
: 21.6 ksi
- UC (Unity check)
: 0.792
Gambar 5.3 Letak 3 joint kritis
Untuk perhitungan lebih lengkap dan
detail mengenai UC (Unity check) masing-
masing joint pada struktur jacket, dapat dilihat
pada lampiran 2 (Seismic Analysis Running)
pada bagian Load through chord report.
1G 1J 3I
14
5. Member Stress Control
Untuk contoh perhitungan kontrol tegangan
pada member, maka diambil contoh
perhitungan pada member 2 – 1G, dimana
joint 1G mempunyai unity check terbesar,
yaitu 0.918.
- Joint : 1G
- Member : 2 – 3H
- Panjang : 13.33 feet
= 159.96 inch
- OD (Outer Diameter) : 22 inch
- Tebal Member (t) : 0.5 inch
- Fy : 36 ksi
- E (Modulus Elastisitas) : 29,000 ksi
- K (Faktor panjang efektif) : 1
- A (Luas permukaan) : ¼ * π * (22² - 21²)
: 33.372 inch²
γ member : 490 lb/ft³
: 0.28356 lb/in³
Mencari momen inersia
- Jari-jari luar (R1) : 11 inch
- Jari-jari dalam (R2) : 10.5 inch
- ρ = γ member : 0.28356 lb/in³
- tebal : 0.5 inch
- dm : ρ.dV
: ρ.2πr.dr.t
: ρ.2πt.r.dt
- m : π. ρ. t (R1² - R2²)
: 3.14*0.28356*0.5(11²-10.5²)
: 4.7882 lb
I (Momen Inersia) :
: 2. π. ρ. t
: ½ * π. ρ. t (R14-R2
4)
: ½ * π. ρ. t (R12-R2
2)( R1
2+R2
2)
: ½ * m * ( R12+R2
2)
: ½ * 4.7882 * (112 + 10.5
2)
: 553.637 in4
r (jari-jari girasi) : ��/�
: 10.75 inch
Dari API RP 2A WSD 2000
Axial tension stress :
Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2,
nilai axial tension stress pada member 2-1G
adalah,
ft = 19.82 ksi
Berdasarkan API RP 2A WSD 2000 pasal
3.2.1, besar tegangan aksial tarik ijin adalah,
Ft = 0.6 fy
Ft = 0.6 * 36
Ft = 21.6 ksi
Sehingga,
ft < Ft ......................... (memenuhi)
Unity Check (ft / Ft) = 0.918
Axial compression stress :
Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2,
nilai axial compression stress pada member
2-1G adalah,
fa = 0.92 ksi
Berdasarkan API RP 2A WSD 2000 pasal
3.2.1, besar tegangan aksial tekan ijin
adalah,
Cc = 308.88
∫1
2
dm ²R
R
r
∫1
2
dr ³R
R
r
5.022
=
Fy
ECc
π
5.02
36
000,292
=
πCc
75.10
)96.159(1x
R
KL=
88.14=R
KL
( )
3
3
2
2
88
3
35
21
Cc
r
Kl
Cc
r
Kl
FyCc
rKl
Fa
−
+
−
=
makaCcR
KL,<
15
Fa = 21.343 ksi
Sehingga,
fa < Fa ...............................(memenuhi)
Unity Check (fa / Fa) = 0.043
Bending Stress:
Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2, didapatkan nilai bending stress terbesar
terdapat pada member 2-1G, yaitu :
fb = 11.42 ksi
Tegangan bending ijin (API RP 2A WSD
2000 pasal 3.2.3),
Fb = 26.81865 ksi
fb < Fb ………………………….(memenuhi)
Unity Check (fb / Fb) = 0.426
Dari perhitungan manual di atas, dapat disimpulkan bahwa pada member 2-1G
mengalami unity check maksimum pada
tegangan tarik aksial.
V.2 Analisis Fatigue (Kelelahan)
V.2.1 Urutan Analisis Fatigue SACS 5.2
1. Masukkan data Input Fatigue, ftginp. pada 1
folder. 2. Buat Notepad struktur + data lingkungan pada
8 arah.
3. Running Static Analysis, Linear Static
Analysis, pada masing-masing arah, sehingga
muncul file :
- SACCF., dll
4. Buat folder baru untuk memindahkan hasil running static analysis (SACCF) dan Input
Fatigue (ftginp).
5. Running Post Processing, Fatigue Damage, dan masukkan secara berurutan data ftginp,
SACCF1, SACCF2, SACCF3, SACCF4,
SACCF5, SACCF6, SACCF7, SACCF8.
6. FINISH
Berdasarkan hasil perhitungan SACS
5.2, maka kita bisa dapatkan 3 joint paling kritis,
yaitu :
• Joint 1G
• Joint 1J
• Joint 3I
Dari hasil perhitungan SACS 5.2, kita mendapatkan data output berupa tegangan
aksial, Y-bending, dan Z-bending pada 3 joint
kritis tersebut. Dari gaya-gaya nominal tersebut, kita masukkan ke dalam perhitungan HSS (Hot
Spot Stress) yang didapatkan dari perkalian gaya
nominal dengan SCF. Nilai HSS adalah nilai
tegangan maksimum yang bekerja pada joint.
Dari nilai HSS tersebut, kita masukkan ke dalam
kurva S-N untuk mendapatkan nilai N (cyclic).
Dari nilai N, dengan hukum Palmgren-Miner
dapat ditentukan besarnya kerusakan (D) dari
tiap-tiap joint sehingga dapat ditentukan umur kelelahan (tahun) dengan formulasi 1/D untuk
masing-masing variasi tinggi dan periode
gelombang serta arah pembebanan.
V.2.2 Hasil Perhitungan Analisis Fatigue
SACS 5.2
Berikut ini adalah hasil akhir
perhitungan umur kelelahan pada 3 joint kritis
untuk setiap arah pembebanan dengan
menggunakan program bantu SACS 5.2 :
� Design Life : 10 tahun
� Safety Factor : 2
Total Life Ratio : 1,744
Dari hasil perhitungsn di atas, maka
dapat diketahui bahwa umur dari struktur jacket
akibat fatigue adalah :
: Design Life * Toatl Life Ratio
: 10 * 1,744
: 17,44 tahun.
Untuk perhitungan fatigue/kelelahan
yang lebih lengkap dan detail, dapat dilihat pada
lampiran 3 (Fatigue Analysis Running).
( )
( ) ( )3
3
2
2
88.3088
88.14
88.3088
88.143
35
3688.3082
88.141
xx
xFa
−+
−
=
445.0
22==
t
D
667.4136
15001500==
fy
33.8336
30003000==
fy
makafyt
D
fy,
30001500≤<
fyEt
fyDFb
−= 74.184.0
365.029000
223674.184.0
−=
x
xFb
16
BAB VI
PENUTUP
VI.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat
diperoleh dari berbagai analisis dalam Tugas
Akhir dengan judul Jacket Design Under
Seismic Loading adalah sebagai berikut : 1. Dengan analisis seismik dapat diketahui
bahwa jacket yang didesain cukup kuat
untuk bertahan pada gempa dengan effective ground aceleration 0.125 g.
Hal ini dapat dilihat dari besarnya UC
(Unity check) yang tidak lebih besar
daripada 1.
2. Dengan analisis fatigue (kelelahan)
dapat diketahui bahwa umur desain dari
struktur jacket yang didesain hanya
untuk masa operasi kurang lebih 17,4
tahun untuk safety factor 2.
VI.2 Saran
Setelah melakukan analisa seismik
dan fatigue terhadap struktur jacket yang
didesain berdasarkan data yang ada dengan menggunakan program SACS 5.2, penulis
memberikan beberapa saran antara lain:
1. Perlu dilakukan studi lebih lanjut mengenai
ilmu bangunan lepas pantai didalam analisa
yang lebih komplek dengan memperhatikan
aspek yang lebih detail lagi.
2. Membandingkan dengan data struktur jacket
yang asli, karena data yang digunakan didalam merancang struktur jacket di atas
adalah data fiktif yang sengaja dibuat
sebagai pijakan awal untuk mempelajari ilmu bangunan lepas pantai secara sederhana
di jurusan Teknik Sipil ITS.
”TERIMA KASIH”
top related