kajian kekuatan kolom-ponton semisubmersible … · dapat mengetahui prosedur analisis dan...

KAJIAN KEKUATAN KOLOM-PONTON SEMISUBMERSIBLE DENGAN

KONFIGURASI DELAPAN KOLOM BERPENAMPANG PERSEGI EMPAT

AKIBAT EKSITASI GELOMBANG

YOSIA PRAKOSO4310 100 017

PEMBIMBING:Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M. Sc., Ph. D.

Ir. Murdjito, M. Sc. Eng.

OUTLINEPRESENTASI

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

RUMUSAN MASALAH

TUJUAN PENELITIAN

MANFAAT PENELITIAN

BATASAN MASALAH

METODOLOGI PENELITIAN

PEMBAHASAN

KESIMPULAN

LATARBELAKANG

(sumber: kompas.com) (sumber: oilrig-photos.com)

Kebutuhan minyak dan gas bumi semakin meningkat

Kegiatan eksplorasi dan eksploitasi mulai beralih ke laut dalam

Dibutuhkan rancangan semisubmersible yang handal

Dibutuhkan penilaian terhadap respon gerak dan kekuatan padasemisubmersible

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas ?

Berapa besar kekuatan memanjang semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging ?

Berapa besar kekuatan sambungan kolom-pontonsemisubmersible pada kondisi still water dan gelombang denganmode hogging/sagging ?

TUJUAN PENELITIAN

Mengetahui respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas.

Mengetahui besar kekuatan memanjang semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging.

Mengetahui besar kekuatan sambungan kolom-pontonsemisubmersible pada kondisi still water dan gelombang denganmode hogging/sagging.

MANFAAT PENELITIAN

Dapat mengetahui prosedur analisis dan menghitung responstruktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas.

Dapat mengetahui besar kekuatan memanjang dan sambungankolom-ponton semisubmersible akibat kondisi still water dan bebangelombang dengan mode hogging/sagging.

BATASAN MASALAH

Ukuran utama mengacu pada parameter utama struktur decksemisubmersible Essar Wildcat.

Ukuran dari kolom dan ponton akan dirancang untuk memenuhi parameter utama displasemen.

Konfigurasi semisubmersible akan ditetapkan mempunyai simetri antara dua sisi ponton.

Jumlah kolom yang akan ditinjau yaitu komposisi rancangan delapan kolom tegak lurus.

Analisa akan dilakukan terhadap semisubmersible pada kondisi bebas terapung.

Semisubmersible dalam kondisi operasional.

BATASAN MASALAH

Arah pembebanan yang bekerja pada semisubmersible adalah 90o

(beam seas), 120o, 135o (quartering-head seas), 150o dan 180o (headseas).

Prediksi gerakan struktur pada gelombang reguler dilakukan dengan menerapkan teori difraksi 3-dimensi.

Prediksi gerakan pada gelombang acak akan dilakukan dengan menerapkan analisis spektra.

Kondisi yang dipertimbangkan dalam analisis adalah beban gelombang.

Daerah operasi semisubmersible ditetapkan di perairan Laut Natuna dengan kedalaman operasi 90 m.

Perhitungan dalam analisis ini menggunakan bantuan softwareAUTOCAD, MOSES, ANSYS MECHANICAL dan Microsoft Excel 2013.

DASAR TEORISHEAR FORCE DANBENDING MOMENT

𝑉 𝑥 = 0

𝑥

𝑤 𝑥 − ∆ 𝑥 𝑑𝑥

𝑀 𝑥 = 0

𝑥

𝑉 𝑥 𝑑𝑥

dengan:

𝑉 𝑥 : Shear force pada sumbu x dari haluan (atau buritan) (N)

𝑀 𝑥 : Bending moment pada sumbu x dari haluan (atau buritan) (N.m)

𝑤 : Beban per satuan panjang (N/m)

Δ : Bouyancy per satuan panjang (N/m)

DASAR TEORISHEAR FORCE DANBENDING MOMENT

DASAR TEORIRESPON STRUKTUR

SEMISUBMERSIBLEAKIBAT EKSITASI

GELOMBANG

Respons struktur tersebut dihitung dengan mempertimbangkandua bagian badan kapal SWATH, sehingga persamaan umumrespons adalah:

M4

M6

M5

V3

V2

V1

x

y

z

V1 (gaya geser memanjang), V2 (gaya geser sisi), V3 (gaya geser vertikal), M4 (momen lengkung melintang), M5 (momen torsi), dan M6( momen yaw)

DASAR TEORIRESPONSE

AMPLITUDE OPERATOR

RAO di definisikan sebagai amplitudo respon (Ra) per amplitudogelombang (ζa), di mana dalam perhitungannya RAO selalu dianggap sebagai gelombang reguler dan frekuensi gelombangyang di pilih dimasukkan ke dalam range frekuensi yang di pakaidalam membuat spektrum gelombang. Persamaan RAO dapatdicari sebagai berikut:

𝑅𝐴𝑂 𝜔 =𝑅𝑎

𝜁𝑎

2

dengan:

𝑅𝑎 : amplitudo respon struktur (m)

𝜁𝑎 : amplitudo gelombang (m)

DASAR TEORITEGANGAN

Tegangan Normal adalah intensitas gaya pada suatu titik yang tegak lurus atau normal terhadap penampang, yang didefinisikan sebagai berikut:

𝜎 = lim∆𝐴→0

∆𝐹

∆𝐴dengan:

σ : Tegangan normal (N/m2)

F : Gaya yang bekerja dalam arah tegak lurus atau normal terhadap penampang (N)

A : Luas penampang (m2)

DASAR TEORITEGANGAN

Tegangan Geser adalah intensitas gaya pada suatu titik yang sejajar terhadap penampang. Yang didefinisikan sebagai:

𝜏 = lim∆𝐴→0

∆𝑉

∆𝐴

dengan:

τ : Tegangan Geser (N/m2)

V : Gaya yang bekerja dalam arah sejajar terhadap penampang (gaya geser) (N)

A : Luas penampang (m2)

DASAR TEORITEGANGAN

Tegangan Von Mises bekerja pada elemen tiga dimensi, bekerja tegangan-tegangan searah sumbu x, y dan z. Yang didefinisikan sebagai:

𝜎𝑉𝑀 =1

2𝜎𝑥 − 𝜎𝑦

2+ 𝜎𝑦 − 𝜎𝑧

2+ 𝜎𝑥 − 𝜎𝑧

2 + 6 𝜏𝑥𝑦2 + 𝜏𝑦𝑧

2 + 𝜏𝑥𝑧2

dengan:

𝜎0 = tegangan Von Mises

𝜎𝑥 = tegangan arah sumbu x

𝜎𝑦 = tegangan arah sumbu y

𝜎𝑧 = tegangan arah sumbu z

𝜏𝑥𝑦 = tegangan geser arah sumbu xy

𝜏𝑥𝑧 = tegangan geser arah sumbu xz

𝜏𝑦𝑧 = tegangan geser arah sumbu yz


FLOWCHART

STUDI LITERATUR

Mulai

PEMODELAN

AUTOCAD

PEMODELAN STRUKTUR

MENGGUNAKAN MOSES

PENGUMPULAN DATAData met-ocean dan struktur

VALIDASI MODEL

panjang, lebar dan

displasmen

A

A

Ya

Tidak

ANALISIS RESPON

STRUKTUR AKIBAT

BEBAN GELOMBANG

PEMODELAN KOLOM

DAN PONTON

MENGGUNAKAN

AUTOCAD

Selesai

PEMODELAN

KOLOM-PONTON

MENGGUNAKAN

ANSYS MECHANICAL

ANALISIS KEKUATAN

KOLOM-PONTON

AKIBAT BEBAN

GELOMBANG

KESIMPULAN


LANGKAH PENGERJAAN

Studi Literatur

Pada tahapan ini akan dilakukan studi literatur, yaitupengumpulan publikasi ilmiah dari literatur terbuka yang relevanyang dapat dijadikan acuan dalam pengerjaan Tugas Akhir.

Pengumpulan Data

Pada tahapan ini akan dilakukan pengumpulan data, yaitupengumpulan data yang berkaitan dengan Tugas Akhir meliputi:data struktur, data met-ocean dan data semisubmersible.

Pemodelan Struktur

Pada tahapan ini akan dilakukan pemodelan struktur, yaitumemodelkan geometri semisubmersible dengan AUTOCAD,kemudian melakukan pemodelan masalah dengan menggunakansoftware MOSES (masalah hidrodinamis) dan ANSYSMECHANICAL (masalah struktural).

DATA STRUKTUR

GENERAL ARRANGEMENT

DATA STRUKTUR

SCANTLINGVIEW

DATA LINGKUNGAN

LAUT NATUNA

Laut Natuna metocean data (100-years Return Period)

Parameter 100-years Return Period

Kedalaman 90 m

Gelombang:

Tinggi glb. signifikan 5.3 m

Periode puncak 13.9 sec

Arus:

Permukaan 1 m/s

Kedalaman tengah 0.8 m/s

Dasar 0.8 m/s

Angin:

Kecepatan angin 1 menit 24 m/s

PEMODELANPRINCIPAL

DIMENSION

Parameter Satuan Model

Jarak melintang antar kolom m 56.38

Jarak memanjang antar kolom m 22.85

Panjang Ponton m 108.2

Lebar Ponton m 10.5

Lebar Kolom m 7.92

Tinggi Ponton m 6.71

Tinggi Kolom m 29.87

Diameter Bracing m 2.2

Sarat Operasi m 21.335

Displasemen m3 21458

Principal dimension semisubmersible model

PEMODELANSOFTWARE

AutoCAD

MOSES

MAXSURF

AutoCAD

PEMODELANANSYS

MECHANICAL

PEMODELANVALIDASI MODEL

Parameter Satuan Data Moses Maxsurf Error (%) Ket

Displasemen ton 24173 24158 24254 0.062% OK

Volume m3 23583 23569 23662 0.062% OK

KB m - 7.7 7.65 0.649% OK

LCB m - 0 0 0.000% OK

KMt m - 28.5 28.704 0.716% OK

KMl m - 25.11 24.7 1.633% OK

BMt m - 20.8 20.269 2.55% OK

BMl m - 17.41 16.944 2.677% OK

LCF m - 0 0 0.000% OK


LANGKAH PENGERJAAN

Analisis Respon Struktur akibat Beban Gelombang

Pada tahap ini akan dihitung respon struktur pada 6 derajatkebebasan untuk setiap ukuran ponton-kolom pada gelombangreguler.

Analisis Kekuatan Memanjang akibat Beban Gelombang

Pada tahap ini akan dihitung kekuatan memanjangsemisubmersible akibat beban gelombang.

Analisis Kekuatan Kolom-Ponton akibat Beban Gelombang

Pada tahap ini akan dihitung kekuatan kolom-ponton akibatbeban gelombang.

Kesimpulan

Penarikan kesimpulan setelah melakukan berbagai analisis yangdibutuhkan dalam pengerjaan Tugas Akhir.

PEMBAHASANRESPON

GERAKAN

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513

m/m

freq (rad/s)

90 deg

120 deg

135 deg

150 deg

180 deg

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513

m/m

freq (rad/s)

90 deg

120 deg

135 deg

150 deg

180 deg

PEMBAHASANRESPON

GERAKAN

PEMBAHASANRESPON

GERAKAN

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513

m/m

freq (rad/s)

90 deg

120 deg

135 deg

150 deg

180 deg

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513

de

g/m

freq (rad/s)

90 deg

120 deg

135 deg

150 deg

180 deg

PEMBAHASANRESPON

GERAKAN

PEMBAHASANRESPON

GERAKAN

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513

deg

/m

freq (rad/s)

90 deg

120 deg

135 deg

150 deg

180 deg

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,2513 0,4513 0,6513 0,8513 1,0513 1,2513 1,4513 1,6513 1,8513 2,0513

deg

/m

freq (rad/s)

90 deg

120 deg

135 deg

150 deg

180 deg

PEMBAHASANRESPON

GERAKAN

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

(To

n)

(Station)

Grafik Distribusi Beban Total (LWT+DWT)

PEMBAHASANDISTRIBUSI

BEBAN

PEMBAHASANDISTRIBUSI

CROSS SECTION AREA

PEMBAHASANSTILL WATER

SF DAN BM

PEMBAHASANHOGGING L=108.2 m

SF DAN BM

PEMBAHASANSAGGING L=108.2 m

SF DAN BM

PEMBAHASANHOGGING L=290 m

SF DAN BM

PEMBAHASANSAGGING L=290 m

SF DAN BM

PEMBAHASANKOMPARASI

SHEAR FORCE

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

MN

Station

SF Still Water

SF Hogging H=5.25m L=108.2m

SF Sagging H=5.25m L=108.2m

SF Hogging 2 H=5.25m L=290m

SF Sagging 2 H=5.25m L=108.2m

PEMBAHASANKOMPARASI

BENDING MOMENT

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

MN

.m

Station

BM Still Water

BM Hogging H=5.25m L=108.2m

BM Sagging H=5.25m L=108.2m

BM Hogging H=5.25m L=290m

BM Sagging H=5.25m L=290m

PEMBAHASANMESHING

SENSITIVITY

PEMBAHASANINPUT SF DAN BM

PEMBAHASANANALISIS KEKUATANMODEL TANPA DECK

PEMBAHASANANALISIS KEKUATAN

MODEL DECK SMEARED


MODEL DECK RIGID


MODEL LOKAL

Nilai shear force maksimum terjadi pada lokasi 64.9 m dari buritansebesar 18.128 MN untuk kondisi hogging pada lokasi yang samasebesar 19.219 MN untuk kondisi sagging.

Nilai bending moment terbesar untuk kondisi hogging terletak dilokasi 35.2 m dari buritan sebesar -203.237 MN.m dan kondisisagging terletak pada lokasi 40.6 m dari buritan sebesar -259.585MN.m.

KESIMPULAN

Tegangan maksimum pada model global didapat dengan hasilsebagai berikut:

Pada model global tanpa deck, tegangan maksimum terjadi padasambungan ponton dan kolom pada kolom kedua (lokasi 46.6 m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 157 MPa.

Pada model global dengan deck smeared, tegangan maksimumterjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom keempat(lokasi 92.3 m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 80 MPa.

Pada model global dengan deck rigid, tegangan maksimum terjadipada sambungan ponton dan kolom pada kolom keempat (lokasi 92.3m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 71 MPa.

Tegangan maksimum pada model lokal terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom kedua (lokasi 46.6 m dari haluan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 182 MPa.

KESIMPULAN

Menggunakan model scantling yang lebih lengkap danmemodelkan struktur deck yang realistis untuk mendapatkandistribusi tegangan yang dapat mewakili kondisi sebenarnya daristruktur semisubmersible.

Melakukan analisa kekuatan melintang (pry/squeeze force) padasemisubmersible.

SARAN

kajian kekuatan kolom-ponton semisubmersible … · dapat mengetahui prosedur analisis dan...

Documents