bab 4 pemodelan 4.1 pendahuluan - perpustakaan...

Sensitivity Analysis Struktur Anjungan Lepas Pantai Terhadap Penurunan Dasar Laut

BAB 4

PEMODELAN

4.1 PENDAHULUAN

Pemodelan merupakan langkah selanjutnya setelah diperoleh data yang

diperlukan. Pemodelan dalam analisis anjungan lepas pantai pada umumnya dapat

dibagi menjadi dua:

a. Pemodelan struktur

b. Pembebanan

Dalam pemodelan struktur, hal-hal yang dimodelkan terdiri dari elemen-elemen

yang bersifat struktural, maksudnya adalah elemen tersebut bersifat mendukung

kekuatan bangunan lepas pantai. Contohnya adalah elemen tubular seperti legs,

dan bearing pada jacket, elemen pada dek, dan lain-lain.

Dalam pemodelan pembebanan, hal-hal yang dimodelkan adalah semua beban

yang akan mempengaruhi kekuatan dari bangunan lepas pantai. Contohnya berat

sendiri struktur, beban mati tambahan, beban hidup dan beban lingkungan.

Setelah dilakukan pemodelan terhadap kedua bagian di atas, langkah selanjutnya

adalah melakukan analisis struktur. Analisis dilakukan terhadap perilaku

bangunan lepas pantai dalam menerima pengaruh dari beban yang terjadi. Analisis

pada bangunan lepas pantai ini terdiri dari:

a. Analisis in-place

b. Analisis fatigue

c. Analisis seismik

4 - 1


Analisis in-place merupakan analisis terhadap kemampuan layan bangunan lepas

pantai dalam menerima beban yang bekerja. Analisis ini dibagi dalam 2 kondisi,

yaitu kondisi operasional dan kondisi ekstrim. Kemampuan layan struktur dilihat

dengan memeriksa tegangan pada elemen, sambungan dan tiang pancang

dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan.

Analisis modal adalah analisis yang dilakukan untuk mendapatkan periode alami

struktur akibat adanya beban yang bekerja pada struktur seperti gelombang.

Dengan diperolehnya periode natural dari struktur tersebut, dapat diperoleh

besarnya DAF (Dynamic Amplification Factor), dimana DAF menunjukkan

pengaruh osilasi struktur terhadap efek pembesaran gelombang.

Analisis fatigue merupakan analisis untuk mendapatkan usia layan dari struktur.

Analisis ini diakibatkan oleh pembebanan yang sifatnya terus-menerus sehingga

bangunan lepas pantai akan mengalami penurunan kekuatan dalam menahan

beban.

Analisis seismik merupakan analisis yang penting dilakukan jika bangunan lepas

pantai berada pada daerah gempa. Gempa ini berperilaku sebagai beban luar yang

bekerja secara dinamik terhadap bangunan lepas pantai. Evaluasi terhadap

kemampuan layan bangunan lepas pantai akibat pengaruh beban gempa dapat

dilihat dari tegangan pada elemen, sambungan dan tiang pancang dibandingkan

dengan tegangan yang diijinkan.

Pemodelan dan analisis struktur dilakukan terhadap kondisi platform awal,

dimana belum terjadi penurunan pada platform ini. Setelah dilakukan pemodelan

dan analisis struktur terhadap kondisi awal, akan dilakukan pemodelan dan

analisis struktur terhadap kondisi dimana terdapat perubahan pada ketinggian

muka air laut. Perubahan ini dibuat dengan mengubah ketinggian muka air laut

4 - 2


setiap 1.5 meter (5 ft) hingga mencapai 2 meter (20 ft). Analisis in-place, fatigue,

seismik dilakukan pada tiap perubahan ketinggian muka air laut ini.

Pemodelan dan analisis struktur dilakukan dengan bantuan program SACS

(Structure Analysis Computer System). Adapun penjelasan yang lebih mendalam

mengenai program SACS dapat dilihat pada subbab 4.2.

4.2 PENJELASAN SINGKAT PROGRAM

SACS (Structure Computer Analysis System) adalah program analisis struktur

untuk struktur bangunan umum maupun bangunan lepas pantai. SACS memiliki

kemampuan analisis statik, analisis dinamik, perhitungan beban lingkungan

seperti beban gelombang, arus dan angin, cek dan desain member, analisis pada

saat peluncuran, analisis kekuatan sambungan, analisis umum fatigue, analisis

tiang pancang, analisis keruntuhan non-linier bahkan melakukan estimasi biaya.

SACS terdiri dari modul-modul program yang memiliki fungsi berbeda namun

saling berkaitan. Modul-modul yang akan digunakan adalah:

1. SACS Executive

Merupakan program utama yang menghubungkan modul-modul lain dalam

SACS. Modul-modul lain dijalankan dengan SACS Executive ini.

2. Precede

Merupakan program pemodelan geometri, material, properti penampang, dan

pembebanan sederhana.

3. Seasate

Program yang memperhitungkan beban-beban lingkungan seperti beban

gelombang, arus, dan angin. Program ini juga memperhitungkan efek marine

growth, buoyancy, dan memodelkan gelombang untuk respon dinamik.

4. SACS IV

4 - 3


Merupakan program analisis elemen hingga untuk analisis struktur dan

pembebanan yang telah dimasukkan pada modul sebelumnya.

5. Postvue

Program analisis kekuatan member dan desain berdasarkan kode desain

(design code) seperti API, AISC, dan LRFD.

6. Joint Can

Pemeriksaan kekuatan sambungan dan desain sambungan tubular berdasarkan

kode desain.

7. PSI

Simulasi interaksi tanah dengan tiang pancang untuk melakukan proses iterasi

penyamaan load deflection antara struktur dengan tiang pancang.

8. Fatigue

Program pemeriksaan umur fatigue dan desain ulang sambungan.

SACS Model File

TOW

LAUNCH

SEASTATE

Output Structural Data File

User Input (Optional)

User Input

User Input

SACS IV PSI

User Input

SACS Common Solution File (CSF)

Foundation SE File (Optional)

POSTVUE DatabasePOST (Mem)JOINT CAN

POSTVUE

POSTIN

User Input (Optional)

User Input User Input

Environmental Load Generation

Post Processing

Gambar 4.1 Diagram Alir Analisis SACS

4 - 4


Dalam penentuan fixity (restraint atau release) SACS memiliki konvensi.

Restraint berarti menyalurkan gaya, sedangkan release merupakan kebalikannya,

yang berarti tidak menyalurkan gaya. Terdapat enam derajat kebebasan yaitu

translasi arah x, y, z, dan rotasi melingkari sumbu x, y, z, serta dimodelkan

dengan Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz. Derajat kebebasan ini dimodelkan dengan binary

code, definisi binary code untuk restraint pada member berkebalikan dengan

definisi restraint pada joint. Sebagai contoh, satu member elemen yang

menyalurkan semua gaya atau di restraints di seluruh derajat kebebasannya akan

dimodelkan 000000, sedangkan suatu joint yang dimodelkan sebagai sendi yang

hanya menyalurkan translasi akan dimodelkan 111000. Contoh lain, apabila kita

akan memodelkan suatu kondisi yang hanya menahan gaya lateral saja, maka

elemen akan dimodelkan dengan fixity 001111 dan suatu joint akan dimodelkan

dengan fixity 110000. Pemahaman ini diperlukan dalam memodelkan elemen

seperti conductor dan riser.

4.3 PEMODELAN DEK

4.3.1 Acuan Pemodelan

Dalam melakukan pemodelan dek, ada beberapa hal penting yang perlu

diperhatikan, antara lain:

1. Seluruh elemen utama dimodelkan.

2. Pelat dek dimodelkan

3. Deck support dimodelkan

4. Berat sendiri dek akan dijumlahkan dengan beban yang bekerja pada dek dan

tidak boleh melebihi batas beben yang bekerja pada dek, yaitu 80 ton.

5. Pada bagian deck support, joint diberi fixity 222000, sebagai interpretasi

penyaluran beban di dek ke deck support.

6. Diperlukan adanya jarak bebas (air gap) antara tepi paling bawah dek dan

puncak gelombang pada kondisi ekstrim sebesar minimum 1,5 m.

4 - 5


4.3.2 Model Dek

Gambar 4.2 Model Dek 2 Dimensi pada Elevasi (+)44 ft

Gambar 4.3 Model Dek 2 Dimensi pada Elevasi (+)24.25 ft

4 - 6


4.4 PEMODELAN JACKET

4.4.1 Acuan Pemodelan

Dalam melakukan pemodelan jacket, ada beberapa hal penting yang perlu

diperhatikan, antara lain:

1. Seluruh elemen tubular seperti jacket legs, bracing horizontal framing, dan

joint cans dimodelkan.

2. Elemen tubular pada legs dimodelkan sebagai konsentrik tubular.

3. Pada daerah sambungan antara legs dan bracing, tubular dimodelkan lebih

besar dari tubular pada legs yang bukan di daerah sambungan. Hal ini

umumnya dinamakan joint can. Dimodelkan sebagai konsentrik tubular.

4. Conductor, horizontal framing dimodelkan sebagai tubular biasa.

5. Perlengkapan tambahan jacket seperti anode, grating, dan stairs, tidak

dimodelkan, namun beratnya dimasukkan sebagai beban mati tambahan jacket

dan efek hidrodinamika yang mungkin muncul dimodelkan.

6. Mudmat yang berada pada dasar laut dimodelkan. Adapun hal-hal yang

dimodelkan antara lain seluruh member utama dan pelat. Selain dari itu tidak

dimodelkan.

7. Ketebalan dari elemen yang berada di elevasi splash zone akan dikurangi 6

mm pada analisis in-place dan analisis seismik, dan 3 mm pada analisis

fatigue sebagai efek timbulnya karat.

8. Umumnya seluruh elemen dimodelkan unflooded kecuali leg, pile, conductor

dan riser.

9. Properties pada leg dan conductor mengalami modifikasi weight density,

sebagai akibat memperhitungkan efek bahan lain yang terkandung dalam legs

maupun conductor.

10. Pada joint dimana merupakan tempat pertemuan antara legs atau conductor,

horizontal framing, dan bracings, diberi fixity 222000.

4 - 7


11. Pada bagian dasar laut, semua joint dimodelkan sebagai pilehead (titik transisi

untuk pemodelan tiang pancang) yang berarti pemodelan jacket akan

diteruskan ke dalam tanah.

4.4.2 Model Jacket

Gambar 4.4 Jacket Row 1 Gambar 4.5 Jacket Row 2

4 - 8


Gambar 4.6 Tampak Atas EL(+)10 ft

Gambar 4.7 Tampak Atas EL(-)24 ft

4 - 9


Gambar 4.8 Tampak Atas EL(-)64 m

Gambar 4.9 Tampak Atas EL(-)89 m

4 - 10


4.5 PEMODELAN STRUKTUR TAMBAHAN

4.5.1 Well Conductor

Well Conductor adalah selubung casing yang berguna sebagai pipa saluran

transportasi minyak dan gas dari bawah permukaan bumi ke fasilitas produksi.

Well conductor sudah tertanam ke dalam tanah sehingga beratnya semua sudah

disalurkan ke tanah sehingga jacket tidak akan menerima beban vertikal akibat

adanya conductor.

Well conductor ini berada di bagian kanan platform dengan jumlah sebanyak 6

buah. Acuan yang digunakan dalam pemodelan well conductor:

1. Conducting framing tidak dimodelkan karena bersifat struktural.

2. Dimodelkan sebagai member tubular.

3. Fixity well conductor pada dasar laut dimodelkan sebagai pilehead (titik

transisi untuk pemodelan tiang pancang) yang berarti pemodelan conductor

akan diteruskan ke dalam tanah.

4.5.2 Pemodelan Riser dan Flexible Static

Riser adalah pipa yang berfungsi untuk menyalurkan fluida atau gas dari dan ke

anjungan. Riser ini dimodelkan dari elevasi (+)10 ft sampai dasar laut. Ada riser

lain yang berfungsi menyalurkan fluida atau gas ke flexible static.

Riser joint pada elevasi -19.507 m dan 7.315 m, diberi label master dan slave pada

program SACS. Hal ini sebagai bentuk interpretasi bahwa pada joint tersebut,

riser tidak member pengaruh beban secara lateral dan riser ini ditahan langsung di

dasar laut, dimana pada dasar laut tersebut, riser diberi perletakan sendi.

Pemodelan riser seperti ini berarti gaya vertikal akan ditahan oleh riser di elevasi

mudline dan gaya horizontal akan disalurkan ke seluruh elevasi horizontal

bracing.

4 - 11


Flexible static dimodelkan dengan properties berbentuk tubular dan pada bagian

ujungnya diberi fixity 111111.

4.5.3 Pemodelan Boat Landing

Boat landing dimodelkan hanya member-member utamanya saja.

4.6 PEMODELAN PEMBEBANAN

Pemodelan pembebanan dilakukan setelah model struktur selesai dibuat. SACS

5.1 dapat meminta input beban dari modul Precede ataupun model Data

Generator. Input beban dapat dimasukkan sebagai beban dasar (Basic Load

Condition) untuk kemudian dikombinasikan dengan aturan tertentu (Load

Combination) agar menghasilkan kombinasi pembebanan yang paling ekstrem.

4.6.1 Berat Sendiri Struktur

Berat sendiri struktur yang digunakan adalah Nominal Self Weight dengan input

water density 1.025 ton/m3. Berat ini dihitung otomatis oleh SACS 5.1

berdasarkan member yang dimodelkan saja. Properties penampang dan model

struktur merupakan faktor yang menentukan berat sendiri struktur ini. Berat

sendiri struktur adalah

4.6.2 Beban Dek

Beban dek adalah beban peralatan yang berada di atas dek yang diterapkan

sebagai beban merata pada pelat dek. Total beban dek adalah 500 lb/ft2.

4.6.3 Beban Marine Growth

Beban Marine Growth diperhitungkan otomatis sebagai bagian dari beban mati

dengan memasukkan input ketebalan marine growth pada interval kedalaman

4 - 12


tertentu. Pada bagian 3.3.7 terdapat data marine growth. Ketebalan marine growth

dibuat berbeda per interval 1.5 ft. Selain menjadi beban mati, marine growth juga

mempengaruhi efek gaya gelombang pada struktur.

4.6.4 Beban Angin

Beban angin terjadi pada daerah tributary area. Beban angin diterapkan sebagai

beban horizontal terpusat pada titik tertentu deck support. Beban angin

dikombinasikan untuk 8 arah pembebanan berdasarkan sudutnya.

Input beban angin adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan dan arah angin

2. Luas tributary area

3. Titik kerja gaya angin

4.6.5 Beban Arus dan Gelombang

Agar menghasilkan kondisi pembebanan yang paling berbahaya, arus dan

gelombang selalu dibuat searah. Untuk kondisi operasional dan ekstrem, masing-

masing memperhitungkan kedalaman air maksimum dan minimum. Ketinggian

dan periode gelombang untuk semua arah menggunakan data seperti pada Tabel

3.2. Arus dan gelombang diperhitungkan pada 12 arah pembebanan.

Input untuk menghitung beban arus dan gelombang adalah sebagai berikut:

1. Wave Kinematic Factor sebesar 1.0.

2. Current Blockage Factor sebesar 1.0.

3. Pemilihan teori gelombang, berdasarkan pada perhitungan bagian 3.4.2.2

sebelumnya, digunakan Teori Gelombang Stokes.

4. Tinggi dan periode gelombang. Data ini seperti disebutkan pada bagian 3.3.3.

5. Arah gelombang.

6. Kecepatan arus pada beberapa kedalaman laut.

7. Koefisien Drag (Cd) dan Koefisien Inersia (Cm).

4 - 13


4.6.6 Modifikasi Koefisien Drag (Cd) dan Koefisien Inersia (Cd)

Pemodelan Cd dan Cm dibedakan untuk kondisi member halus dan kondisi

member kasar (marine growth). Selain itu, nilai Cd dan Cm sama untuk analisis

in-place dan seismik, namun berbeda untuk analisis fatigue.

4.7 PROSEDUR ANALISIS IN-PLACE

Analisis in-place adalah analisis yang dilakukan terhadap platform ketika

platform sudah berada eksisting di lokasinya. Platform akan dianalisis sebagai

sebuah struktur lengkap terhadap berbagai kondisi pembebanan yang mungkin

terjadi. Analisis in-place tidak menghitung proses instalasi, lifting, transportasi,

dan proses lain sebelum platform terpasang.

Analisis in-place platform ini mempertimbangkan dua kondisi pembebanan,

yaitu:

1. Kondisi Operasional (Periode ulang 1 tahun)

2. Kondisi Ekstrem (Periode ulang 100 tahun)

Kedua kondisi tersebut memperhitungkan kedalaman air maksimum dan

minimum.

Perbedaan kondisi operasional dan kondisi ekstrem adalah sebagai berikut:

1. Input Data Lingkungan

Kondisi operasional menggunakan data kecepatan angin, kecepatan arus,

tinggi dan periode gelombang untuk periode ulang 1 tahun, sedangkan kondisi

ekstrem menggunakan data lingkungan tersebut untuk periode ulang 100

tahun.

2. Batas Rasio Tegangan (Unity Check)

4 - 14


Nilai maksimum rasio tegangan untuk kondisi operasional dibatasi sama

dengan 1.0, sedangkan rasio tegangan kondisi ekstrem diperbesar 33.33%

sehingga batasnya menjadi 1.33.

3. Faktor Pembebanan

Gaya gelombang dan arus untuk analisis in-place dikalikan dengan faktor

pembebanan yang besarnya sama dengan DAF (Dynamic Amplification

Factor). Nilai DAF untuk kondisi operasional dan kondisi ekstrem berbeda,

sehingga faktor pembebanan untuk kedua kondisi tersebut juga berbeda. Nilai

DAF dapat diperoleh dengan analisis modal.

4.7.1 Kondisi Pembebanan

Platform akan dianalisis terhadap berbagai kondisi pembebanan yang terjadi.

Kondisi pembebanan dasar yang bekerja pada platform diberikan pada tabel

berikut:

Tabel 4.1 Basic Loads

Kondisi Pembebanan D E S K R I P S I

1 Berat Sendiri Struktur 2 Main Deck uniform load 3 Cellar Deck uniform load 4 Helideck liveload 5 Bridge & Stair load 6 Helideck 7 Current, wave, and wind loads at 0° 8 Current, wave, and wind loads at 45° 9 Current, wave, and wind loads at 90° 10 Current, wave, and wind loads at 135° 11 Current, wave, and wind loads at 180° 12 Current, wave, and wind loads at 225° 13 Current, wave, and wind loads at 270° 14 Current, wave, and wind loads at 315°

4.7.2 Input SACS untuk Analisis In-place

4 - 15


Ada tiga input utama yang diperlukan SACS untuk melakukan analisis in-place

ini, yaitu:

1. Model Struktur

2. Data Tanah

3. Joint Can Option

4.7.2.1 Model Struktur

Model struktur dapat dibuata pada modul SACS Precede atau Data Generator.

File model ini mengandung model struktur, pembebanan, dan general option

untuk analisis in-place. Model struktur diantaranya mencakup joint, member,

pelat, member offset, properties penampang, member group. Selain itu, untuk

model struktur yang mengalami kondisi khusus, kadang-kadang diperlukan

modifikasi seperti modifikasi Cd, Cm, marine growth, density, dan lainnya.

Pembebanan dan kombinasi pembebanan untuk analisis in-place diberikan seperti

pada Tabel 4.3 – 4.6. Data pembebanan meliputi berat sendiri, flexible static,

anode, dek, arus, dan gelombang. Kombinasi pembebanan dibuat untuk kondisi

operasional dan kondisi ekstem. Faktor pembebanan untuk beban arus dan

gelombang mengambil nilai DAF (Dynamic Amplification Factor) yang

merupakan hasil analisis modal.

Analisis in-place dengan program SACS berikut ini menon-aktifkan analisis

hidrostatik, tidak memperhitungkan efek P-delta, dan code check yang digunakan

adalah API-RP2A edisi 20. Untuk kondisi ekstrem, batas rasio tegangan dinaikkan

33.33% menjadi 1.33, dengan perintah Allowable Stress Modifier.

4.7.2.2 Data Tanah

Data tanah dapat diinput melalui modul SACS PSI (Pile Soil Interaction) atau

Data Generator. Data tanah yang perlu diinput adalah kurva T-Z dan kurva P-Y.

Pada analisis in-place, tanah dimodelkan secara non-linier agar lebih mendekati

4 - 16


keadaan yang sebenarnya. File data tanah ini akan dipergunakan untuk

menganalisis model struktur yang dimodelkan di bawah mudline, yaitu pile dan

empat well conductor. Restrain dari pile dan well conductor di mudline tidak

dimodelkan dengan perletakan atau fixity tertentu, melainkan dimodelkan dengan

PILEHD yang berari analisis pile dan well conductor yang berada di bawah

mudline mengacu pada data tanah.

4.7.2.3 Joint Can Option

File ini berfungsi untuk menentukan sambungan tubular yang akan dianalisis

punching shearnya.

4.7.3 Periode Natural Kondisi Operasional dan Ekstrem

Pada analisis in-place, periode natural digunakan untuk menghitung DAF

(Dynamic Amplification Factor), dengan menggunakan rumus:

222 )2()1(1

Ω+Ω−=

ξDAF

DAF merupakan nilai representasi dari pengaruh osilasi struktur terhadap efek

perbesaran gelombang. Oleh karena itu, beban gelombang dikalikan dengan nilai

DAF pada saat kombinasi dengan beban lainnya seperti angin dan beban mati.

Perhitungan periode natural struktur dilakukan SACS dengan menggunakan

modul Dynamics dengan pilihan Extract Mode Shapes. Proses ini dilakukan

melalui dua tahap, yaitu Linearisasi Pondasi dan Analisis Modal.

Modul Dynamics SACS tidak bisa melakukan analisis modal dengan data tanah

yang non-linier. Karena itu, dilakukan tahap linearisasi pondasi untuk men-

generate satu nilai kekakuan tanah yang dijadikan sebagai input untuk analisis

modal. Linearisasi pondasi ini dilakukan dengan memberi file model struktur

beban gelombang dan arus dari empat arah, yaitu 0°, 90°, 180°, dan 270°.

4 - 17


Gelombang dan arus yang digunakan dapat mengambil kondisi operasional

ataupun kondisi ekstrem sesuai dengan analisis modal yang akan dilaksanakan.

Setelah tahap linearisasi pondasi dilakukan, maka tahap kedua yaitu analisis

modal dapat dilakukan. Analisis modal untuk memperhitungkan periode natural

hanya menggunakan model struktur yang menggunakan beban mati saja.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian modul Dynamics saat

melakukan analisis modal adalah sebagai berikut:

1. Informasi umum

Informasi umum yang dimaksud adalah:

a. Pendefinisian sumbu yang berarah vertikal, seperti: +Z

b. Satuan yang dipakai, seperti: metrik

c. Berat jenis struktur

d. Kedalaman laut

e. Berat jenis air laut

f. Ketinggian dasar laut

2. Perhitungan massa struktur

Massa dari struktur dalam analisis modal ini bisa diperhitungkan sebagai

massa terkumpul (lumped mass) atau massa konsisten (consistent mass).

Metode lumped mass mendefinisikan bahwa seluruh elemen massa

disederhanakan menjadi satu kumpulan massa pada zona struktur tertentu,

sedangkan metode consisten mass mendefinisikan bahwa massa terdistribusi

sepanjang elemen struktur itu sendiri. Dalam modul Dynamics, lumped mass

dikenal dengan “LUMP”, sedangkan consistent mass dikenal dengan

“CONS”. Pada pengerjaan platform ini, digunakan metode consistent mass.

3. Perhitungan beban menjadi massa

Beban yang bekerja pada struktur secara otomatis akan di-generate memilih

“SA” pada option Dynpac yang artinya mengkonversikan beban sebagai

4 - 18


penambahan massa. Perlu didefinisikan arah dari bekerjanya beban, sebagai

contoh pada beban gravitasi, didefinisikan arahnya, yaitu –Z.

4.8 PROSEDUR ANALISIS SEISMIK

Analisis seismik yang dilakukan pada platform ini tediri dari dua bagian, yaitu:

1. Strength level (Periode ulang 100 tahun)

2. Ductility level (Periode ulang 800 tahun)

Perbedaan dari kedua level analisis seismik tersebut adalah:

1. Peak Ground Acceleration

Strength level menggunakn PGA dengan besar 0.1 g, sedangkan ductility level

menggunakan PGA dengan besar 0.2 g. Dengan demikian, beban gempa yang

dihasilkan pada ductility level akan lebih besar daripada beban gempa strength

level.

2. Kondisi Struktur Pasca Beban Gempa

Struktur yang dikenai beban gempa pada strength level sebagai representasi

gempa kecil dan sedang, harus tetap berperilaku elastik, yang berarti

berperilaku linier. Struktur yang dikenai beban gempa ductility level sebagai

representasi gempa kuat boleh rusak dan mengalami kelelehan atau plastis

tetapi tidak boleh mengalami keruntuhan (collapse).

Pada analisis seismik berikut akan digunakan metode Respon Spektra Analisis

Seismik dengan menggunakan SACS, dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu:

1. Linearisasi Pondasi

2. Analisis Modal

3. Respon Dinamik

4.8.1 Linearisasi Pondasi

4 - 19


Metode Respon Spektra adalah analisis linier, sedangkan modul PSI (Pile Soil

Interaction) meng-input data tanah dengan karakteristik non-linier. Karena itu,

pada tahap linearisasi pondasi SACS mencari nilai kekakuan tanah yang

merepresentasikan interaksi pile tanah secara linier.

Untuk men-generate linearisasi pondasi ini digunakan kombinasi beban vertikal

(Load Condition 1, 11, 21) dengan beban lain seberat beban sendiri struktur pada

arah X+ dan Y+ (SUPX dan SUPY). Kombinasi pembebanan ini dikalikan dengan

load factor yang besarnya harus diiterasi untuk mencapai batas base shear dan

beban horizontal akibat beban gempa yang konvergen.

Opsi superelement creation harus diaktifkan pada file data tanah dan

dikorelasikan dengan beban SUPX dan SUPY dengan menggunakan perintah

PILSUP. Hasil run tahap pertama ini akan menghasilkan file dynsef yang berisi

pile supplement sebagai bentuk linearisasi pondasi untuk run analisis modal tahap

selanjutnya.

4.8.2 Analisis Modal

Analisis modal akan menghitung eigen value yang menghasilkan periode natural

dan mode shape struktur. Analisis ini akan membentuk file output dynmas dan

dynmod yang digunakan sebagai dasar untuk mengkonversi model struktur

menjadi massa pada analisis respon dinamik gempa. Model struktur yang

digunakan pada analisis modal hanya berisi model struktur dan beban vertikal saja

(Load Conditon 1, 11, 21).

Dalam men-generate analisis modal, program SACS menggunakan model

Dynamics-Extra Model Shape ditambah dengan file input dinamik (dyn.input).

Cara dan input yang digunakan sama dengan analisis modal pada analisis in-

place.

4 - 20


4.8.3 Respon Dinamik

Respon dinamik struktur dilakukan dengan program SACS menggunakan modul

Dynamic-Earthquake. Analisis yang digunakan menggunakan metode Respon

Spektra berdasarkan peraturan API-RP2A edisi 20.

Respon platform terhadap spectrum gempa harus berdasarkan atas mode shapes

dan periode natural dari analisis modal. Diperlukan minimal 95% partisipasi

massa struktur yang tergambar dari banyaknya mode shapes yang dianalisis pada

analisis modal.

Metode yang digunakan untuk modal combination adalah CQC (Complete

Quadratic Combination) dengan arah 1.0, 1.0, dan 0.5 berturut-turut untuk arah X,

Y, Z. Sementara itu, metode SRSS (Square Root Sum Square) digunakan untuk

menghitung respon ketiga arah spektra. Faktor redaman global sebesar 5%

digunakan untuk semua analisis mode shape.

Merode respon dinamik ini juga memiliki kemampuan untuk mengkombinasikan

hasil analisis statik sebagai bagian dari analisis seismik dengan perintah

STCOMB. Dengan demikian, akan dibentuk dua kondisi pembebanan final, yaitu

beban statik ditambah beban aksial maksimum dari analisis respon dinamik serta

beban statik ditambah beban aksial minimum dari analisis respon dinamik.

Analisis seismik ini dilakukan dengan proses iterasi load factor SUPX dan SUPY

pada tahap linearisasi pondasi agar mendapatkan kekonvergenan dari base shear.

Nilai base shear yang konvergen akan sama besar dengan beban kombinasi arah

horizontal struktur.

4.9 PROSEDUR ANALISIS FATIGUE

4 - 21


Prosedur pemodelan fatigue untuk analisis fatigue spektral secara rinci akan

dijelaskan sebagai berikut:

4.9.1 Linearisasi Pondasi

Tahap ini dilakukan pada analisis modal, dimana perilaku dari tanah tidak linier.

Oleh karena itu, perlu dilakukan linearisasi pondasi dengan menggunakan metode

kekakuan secant.

Linearisasi ini hanya dilakukan dengan satu kondisi beban gelombang, dimana

kondisi gelombang yang dipakai adalah kondisi yang memberikan pengaruh

paling maksimum terhadap kerusakan fatigue.

Adapun kriteria dari kondisi gelombang tersebut adalah:

1. Merupakan fungsi dari periode (T) dengan tinggi gelombang (H).

2. Diambil dari nilai yang merepresentasikan berbagai nilai periode dan tinggi

gelombang yang terjadi selama kurun waktu tertentu. Nilai ini dinamakan

tinggi gelombang signifikan (Hz) dan mean zero crossing period (Tz).

3. Setelah diperoleh Tz, didapat nilai Tp dengan hubungan:

Tp = 1.41 Tz

dimana Tp adalah periode spektra gelombang puncak.

4. Untuk mendapatkan center of damage, dipakai hubungan:

Hmax = 1.86 × Hs

Tmax = 1.30 × Tp

Jadi, nilai Hmax dan Tmax ini dipakai sebagai input dalam linearisasi pondasi.

Perhitungan Hmax dan Tmax adalah sebagai berikut:

1. Data probabilitas terjadinya periode dan tinggi gelombang tertentu pada kurun

waktu tertentu (scatter diagram).

2. Perhitungan tabelaris Hs dan Tz

4 - 22


zi

msii

i THP

D×

=

3. Tinggi gelombang signifikan (Hs)

∑∑ ×

=

ii

isii

s D

HDH

Hs = 11.83 ft

4. Tinggi gelombang maksimum (Hmax)

Hmax = 1.86 × Hs

= 22 ft

5. Mean zero crossing period (Tz)

∑∑ ×

=

ii

izii

z D

TDT

Tz = 4.32 sec

6. Periode spektra gelombang puncak (Tp)

Tp = 1.41 × Tz

= 6.08 sec

7. Periode maksimum (Tmax)`

Tmax = 1.30 × Tp

= 7.9 sec

Dari perhitungan di atas, didapat center of damage dari gelombang adalah Hmax =

22 ft dan Tmax = 7.9 sec

4.9.2 Analisis Modal

Analisis modal ini dilakukan untuk mendapatkan karakteristik dinamik dari

platform. Karakteristik yang dimaksud adalah mode shape dan periode natural

struktur. Pada analisis ini, beban-beban yang diperhitungkan adalah berat sendiri

struktur dengan memperhitungkan kontribusi gaya apung, seluruh beban yang

bekerja di atas dek, dan berat sendiri di atas anode. Modul Dynamics pada

4 - 23


program SACS mampu memperhitungkan elemen-elemen struktur yang

dimodelkan menjadi massa. Beban-beban yang diperhitungkan pada analisis ini

juga akan dikonversikan sebagai massa pada joint atau member. Pada analisis ini,

digunakan tipe konsisten massa. Selama analisis dinamik, seastate program

diaktifkan untuk memperhitungkan massa air.

4.9.3 Pengolahan Data Gelombang

Diperlukan beberapa data pasangan periode dan tinggi gelombang yang cukup

mewakili variasi gelombang yang terjadi. Perlu diperhatikan bahwa tiga nilai

periode natural terbesar yang diperoleh pada analisis getaran bebas harus menjadi

data gelombang, karena nilai ini akan memberikan pengaruh yang maksimum

akibat besarnya dynamic amplification factor. Selain itu, parameter-parameter lain

seperti kinematika gelombang dan teori gelombang perlu diperhatikan sebagai

input data. Pengaruh beban siklik gelombang dianalisis pada 8 arah mata angin.

Model struktur mengalami modifikasi dari analisis in-place berupa:

a. Pada daerah splash zone, member mengalami reduksi sebesar 3 mm akibat

korosi.

b. Hidrodinamik parameter

- Cd = 0.70

- Cm = 0.20

c. Profil marine growth

Besarnya ketebalan marine growth pada MSL sebesar 1.8” dengan density

sebesar 77.00.

Pengolahan data gelombang dilakukan dengan bantuan program SACS modul

wave response. Program respon gelombang (wave respons) diinteraksikan dengan

program analisis dinamik dimana input data berupa variasi panjang gelombang,

periode gelombang, arah bekerjanya gelombang, teori gelombang yang dipakai

4 - 24


dan faktor kinematik gelombang. Adapun nilai analisis ini dilakukan untuk setiap

arah gelombang. Hasil dari analisis ini berupa kurva transfer function.

Tahapan selanjutnya adalah memperoleh spektra gelombang. Tahapan ini

dilakukan untuk memperoleh respon struktur dengan input berupa data kejadian

gelombang (Scatter Diagram). Tahapan ini terkait dengan beban siklik yang

sifatnya berulang selama kurun waktu yang cukup lama. Hasil dari tahapan ini

adalah kurva spektra gelombang.

Hasil perkalian dari kurva transfer function dari kurva spektra gelombang akan

menghasilkan kurva hot spot stress spectral density. Kurva ini menunjukkan

besarnya tegangan yang akan menyebabkan kerusakan fatigue pada suatu joint.

4.9.4 Perhitungan Kerusakan Fatigue

Tegangan yang bekerja pada joint akan dikoreksi terhadap faktor konsentrasi

tegangan (SCF). Program secara otomatis akan memperhitungkan besar SCF

untuk setiap kondisi sambungan pada joint.

Pada suatu joint, analisis dilakukan pada 8 titik di sekeliling daerah joint. Setiap

titik akan memberikan rentang tegangan yang dialami dan akan diambil rentang

tegangan yang paling maksimum dari 8 titik tersebut. Kerusakan fatigue dihitung:

AnSD

m

=

dimana n adalah jumlah tegangan siklik pada periode T(n) = 0

2

mmT

dimana:

∫∞

=0

0 )( dffsm σσ

∫∞

=0

22 )( dfffsm σσ

4 - 25


Nilai tersebut diperoleh dari kurva spektra tegangan.

S adalah nilai amplitudo tegangan regangan konstan (constant amplitude stress

range). Nilai ini bisa diganti dengan rentang tegangan fatigue efektif (sefr).

mmmefr

1

21

22)8( 0 ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

Γ=σ

Rentang tegangan efektif bisa juga ditulis dalam bentuk rms rentang tegangan

022 mrms =σ atau rentang tegangan signifikan 04msig =σ . Persamaan

menjadi: 2

22

22

1

1m

sig

m

rmsefr

mm ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

Γ=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

Γ= σσσ .

Diperoleh hasil perbandingan antara sefr dengan srms dan sefr dengan ssig.

Besarnya nilai A tergantung jenis kurva S-N yang dipakai.

Dengan diperolehnya semua parameter, maka kerusakan fatigue didapat. Perlu

diketahui, jika nilai kerusakan fatigue ini lebih dari satu, maka joint yang

dianalisis memiliki usia layan kurang dari usia desain.

Berikut hal-hal yang penting diperhatikan dalam melakukan analisis fatigue:

1. Kurva API X’, digunakan sebagai jenis kurva S-N.

2. SCP dihitung dengan menggunakan persamaan Efthymiou.

3. Analisis spektra gelombang menggunakan JONSWAP spectra.

4. Usia desain fatigue pada joint adalah 60 tahun.

5. Faktor keamanan sebesar 2.0.

4 - 26

bab 4 pemodelan 4.1 pendahuluan - perpustakaan...

Documents