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.
16
Embed
BAB I frekuensi natural, tetapi ada beberapa aspek …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-10203-Paper.pdf · Berapa besar respon struktur terhadap beban gempa (seismic) dengan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
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