bab i frekuensi natural, tetapi ada beberapa aspek...

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 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


:







3. CB

Adalah Center Barce yang memiliki


:







4. CG

Adalah Conductor Guide atau bisa juga

disebut sebagai Riser Guide yang

memiliki ukuran dan karakteristik

sebagai berikut :

- W 14 x 53





5. RI

Adalah Riser yang memiliki ukuran dan

karakteristik sebagai berikut :







6. JL

Adalah Jacket Leg yang merupakan kaki

jacket atau bisa disebut juga sebagai

chord yang memiliki ukuran dan

karakteristik sebagai berikut :


- Web Thickness (WT) : 1 inch





7. BJL

Adalah Bottom Jacket Leg yang

merupakan sambungan dari jacket leg

pada bagian dasar laut yang memiliki


:







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 :


pada joint 10

JOINT 12 :


pada joint 12

JOINT O :


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 :



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 :



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


0.847.


: 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


0.792.


: 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”

bab i frekuensi natural, tetapi ada beberapa aspek...

Documents