5 Analisa Fatigue. 5.1 Definisi. wave cinematic factor 1,0 dan conductor shielding factor 1,0 untuk gelombang fatigue. Nilai. Bab

Bab

5 5 Analisa Fatigue

5.1

Definisi

Struktur baja yang mengalami fluktuasi tegangan dalam jumlah yang banyak dapat mengalami retak bahkan pada tegangan yang kecil. Fluktuasi tegangan disebabkan oleh beban lingkungan seperti angin dan gelombang, atau getaran dari mesin. Retak kecil dapat berkembang menjadi lebih besar dan dapat mengakibatkan kerusakan struktur. Retak kecil tersebut diantaranya diakibatkan oleh cacat pada bahan, titik dari ketidakhomogenan lokal, dan titik perubahan drastis dari geometri struktur. Struktur yang menggunakan sambungan las juga rentan terhadap fatigue sehingga memerlukan pengawasan yang kontinu.

Berdasarkan API RP2A 21st edition section 5, pada analisis fatigue struktur dimodelkan sebagai space frame untuk mendapatkan respon struktur berupa tegangan nominal member untuk gaya gelombang yang bekerja. Analisis fatigue mengabaikan perhitungan arus sehingga apparent wave period dan current blockage factor tidak digunakan. Digunakan nilai

wave cinematic factor 1,0 dan conductor shielding factor 1,0 untuk gelombang fatigue. Nilai koefisien inersia (Cm) dan koefisien seret (Cd) bergantung pada level sea state sesuai parameter Keulegan-Carpenter. Untuk gelombang kecil, dapat digunakan nilai Cm = 2,0 , Cd = 0,8 untuk member kasar dan Cd = 0,50 untuk member halus ( smooth ). Usia desain fatigue untuk join dan member sebaiknya minimum dua kali usia layan yang diharapkan (SF = 2,0).

Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar

5-1

Data gelombang sebaiknya diperoleh dengan mengumpulkan data sea states yang diharapkan pada jangka waktu yang cukup panjang. Data tersebut pada akhirnya akan diolah menjadi spektra energi gelombang dan parameter fisik bersama dengan frekuensi kejadian. Dengan melakukan analisis fatigue, kita dapat menentukan sisa masa layan dari sambungan las elemen silinder sebuah struktur. Terdapat beberapa parameter yang berhubungan dengan analisis fatigue. Parameter tersebut akan dijelaskan pada bagian berikut. 5.1.1

Kurva S-N

Kurva S-N adalah karakteristik fatigue yang umum digunakan dari suatu bahan yang mengalami tegangan berulang dengan besar yang sama. Kurva tersebut diperoleh dari tes spesimen baja yang diberi beban berulang dengan jumlah N siklus sampai terjadi kegagalan. Besarnya N berbanding terbalik dengan rentang tegangan S ( tegangan maksimum – tegangan minimum ). Kurva ini menyediakan informasi karakteristik fatigue dengan amplitudo pembebanan konstan. Kurva S-N yang digunakan berdasarkan API RP2A 21st edition (WSD) section 5.4. ditunjukkan pada gambar berikut :

Gambar 5.1 Kurva S-N berdasarkan API RP2A 21st edition. Secara matematis, persamaan kurva dapat dituliskan sebagai berikut :


5-2

⎛ Δ N = 2 × 10 ⎜ σ ⎜Δ ⎝ σref 6

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

−m

( 5.1 )

dengan : N

: banyaknya siklus beban sampai member mengalami kegagalan.

Δσ

: rentang tegangan (tegangan maksimum – tegangan minimum )

Δσref : rentang tegangan pada siklus sebanyak 2 x 106 kali. Kurva X dapat digunakan untuk profil las terkontrol dan memiliki ketebalan cabang sambungan kurang dari 25 mm. Untuk profil las terkontrol yang sama tetapi ketebalannya lebih besar, perlu menggunaan koreksi efek skala. Kurva X’ dapat digunakan untuk profil las tanpa kontrol, tetapi sesuai dengan profil dasar standar pelat ( ANSI/AWS ) dan memiliki ketebalan cabang sambungan kurang dari 16 mm. Untuk profil pelat yang sama tetapi ketebalannya lebih besar, perlu menggunakan koreksi efek skala. Adapun rumus koreksi efek skala diberikan sebagai berikut :

⎧t ⎫ So = ⎨ ⎬ ⎩ to ⎭

−0 , 25

( 5.2)

dengan : So : tegangan izin dari kurva S-N t

: ketebalan member cabang

to : ketebalan batas cabang Untuk member yang berada dibawah permukaan air laut dan terdapat perlindungan katodik serta amplitudo yang konstan, batas ketahanan terhadap fatigue (endurance limit) terjadi sampai 2 x 108 siklus. Sambungan didaerah splash zone dapat diabaikan pada perhitungan fatigue karena beban siklik yang terjadi akibat sea states dianggap tidak signifikan. Untuk sambungan yang mengalami beban siklik dengan amplitudo berubah seperti yang umumnya terjadi pada beban lingkungan, batas ketahanan terhadap fatigue dapat diasumsikan sebesar 107 untuk kurva X dan 2 x 107 untuk kurva X’. Kurva X dan X’ digunakan dengan rentang tegangan hot spot yang sesuai dengan Stress Concentration Factor nya.


5-3

5.1.2

Aturan Miner

Kurva S-N hanya menyediakan informasi untuk pembebanan dengan amplitudo konstan. Untuk pembebanan lingkungan dengan amplitudo yang bervariasi, kurva S-N dilengkapi dengan peraturan yang disebut Aturan Miner. Aturan ini memungkinkan perhitungan kerusakan fatigue (D) dengan beberapa amplitudo pembebanan berbeda. Konsep kerusakan fatigue adalah dasar dari peraturan ini. Kerusakan fatigue (D) untuk join yang mengalami pembebanan dengan amplitudo konstan dapat dirumuskan secara sederhana sebagai berikut :

D=

n N

( 5.3 )

Dengan : D : Kerusakan dalam 1 tahun n : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja. N : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang diizinkan sesuai kurva S-N Apabila join mengalami pembebanan dengan amplitudo yang bervariasi, siklus pembebanan dapat dibagi menjadi beberapa grup yang memiliki rentang tegangan yang sama. Kerusakan fatigue yang terjadi adalah penjumlahan dari kerusakan fatigue dari masing-masing grup. Aplikasi dari Aturan Miner dapat dirumuskan sebagai berikut : m

D=∑ i =1

ni Ni

( 5.4 )

Dengan : D : Kerusakan dalam 1 tahun ni : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja pada grup ke-i. Ni : Jumlah siklus pada rentang tegangan grup ke-i yang diizinkan sesuai kurva S-N m : Jumlah pembagian grup rentang tegangan Kerusakan fatigue sebaiknya ditinjau pada minimum empat titik disekitar sambungan tubular. Kegagalan fatigue akan terhadi apabila nilai kerusakan fatigue (D) telah mencapai satu. Jadi umur fatigue dari struktur besarnya adalah satu per kerusakan per tahun.


5-4

Stress Concentration Factor (SCF)

5.1.3

Pada kondisi tegangan yang kompleks, terkadang tidak begitu pasti tegangan mana yang harus digunakan untuk kurva S-N. Untuk itu, sebuah efek konsentrasi tegangan dapat digunakan pada perhitungan tegangan yang bekerja berupa SCF. Stress Concentration

Factor (SCF) adalah perbandingan antara tegangan didaerah hot spot dengan tegangan nominal pada penampang. Faktor ini dipengaruhi oleh besaran-besaran dari sambungan, konfigurasi sambungan, dan load path gaya. Tegangan daerah hot spot adalah tegangan di sekitar diskontinuitas struktur, contohnya sambungan.

Gambar 5.2 Ilustrasi daerah yang mengalami tegangan hot spot pada sambungan.

Stress Concentration Factor diperoleh dari analisis elemen hingga, pengetesan model, atau persamaan empiris tertentu. Beberapa persaman empiris yang dikenal diantaranya Kuang, Kellogg, Lloyds Register, dll. Persamaan SCF yang sering digunakan adalah persamaan Efthymiou. 5.1.4

Dynamic Amplification Factor (DAF)

Dynamic Amplification Factor (DAF) harus dipertimbangkan untuk memasukkan pengaruh dari resonansi gelombang pada struktur. Semakin dekat periode gaya dengan frekuensi alami dari struktur, maka nilai DAF akan semakin besar. Persamaan berikut ini digunakan untuk menghitung nilai DAF untuk masing-masing periode gelombang.

DAF =

1 (1 − Ω 2 ) 2 + (2ξΩ) 2

( 5.5 )

dimana :


5-5

Ω=

ω frekuensi gaya luar = ωs frekuensi natural

ω=

2π Tw

ωs = ξ

2π Ts

= 0,05

Persamaan DAF diatas dapat diplot untuk memperlihatkan pengaruh rasio frekuensi (Ω) terhadap amplitudo. Kurva hasil plot tersebut memperlihatkan bahwa keberadaan damping berpengaruh sebagai berikut : 1. Apabila damping naik maka amplitudo menurun. 2. Apabila damping naik maka puncak dari kurva akan terjadi dibawah frekuensi natural. 5.1.5

JONSWAP Spectra

JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) spectra adalah salah satu formula spektra elevasi permukaan air yang paling banyak digunakan. Spektra ini dikembangkan berdasarkan pengamatan di Laut Utara. Melalui spektra ini dapat diperoleh informasi mengenai penyebaran perioda gelombang dan probabilitas penyebaran arah gelombang di laut. Permukaan air laut yang acak sebenarnya dapat dijabarkan sebagai penjumlahan dari beberapa gelombang laut dengan perioda dan fase tertentu ( Fourier ). Amplitudo dapat juga derepresntasikan sebagai frekuensi. Apabila sea state / permukaan air laut ini disusun atas sederetan gelombang dengan frekuensi tertentu, maka dalam data tersebut dapat disajikan dalam bentuk spectrum berupa histogram amplitudo vs frekuensi. Pendekatan statistic digunakan dalam perhitungan spektra ini sehingga spectra elevasi permukaan air biasanya disajikan dalam bentuk Sηη ( kerapatan amplitudo2/2 ) vs frekuensi. Secara matematis, Lewis & Allos (1990) merumuskan JONSWAP spectra sebagai berikut :

⎛ 5 ⎛ fp ⎞ ⎞ αg 2 ⎜ − ⎜ ⎟ ⎟γ a exp = 4 5 ⎜ 4 ⎜⎝ f ⎟⎠ ⎟ (2π ) f ⎝ ⎠ 4

Sηη

( 5.6 )

Dengan :


5-6

⎛ ( f − f p )2 ⎞ ⎟ ⎜ 2σ 2 f 2 ⎟ p ⎝ ⎠

a

: exp⎜ −

σ

: σA untuk f ≤ fp σB untuk f > fp

α

: 103,39 mo0,687 g-1,375 Tp-2,750

γ

: 2,214 x 105 mo0,887 g-1,774 Tp-3,550

σA

: 1,071 x 10-3 mo-0,331 g0,662 Tp1,325

σB

: 1,104 x 10-2 mo-0,165 g0,330 Tp0,660

mo

:

Hs 2 16

Tp

:

1 fp

Hs

: tinggi gelombang signifikan.

Tp

: perioda puncak spectral

G

: percepatan gravitasi.

5.2

Metoda Analisis Fatigue

Berdasarkan API RP2A 21st edtion section 5, analisis fatigue detail sebaikya dilakukan pada struktur lepas pantai tipe jacket. Analisis detail fatigue disarankan menggunakan metoda analisis spektral. Metoda ini dapat menentukan besarnya respon tegangan untuk setiap kondisi sea state. Efek dinamik juga perlu diperhitungkan untuk kondisi sea state yang memiliki energi dekat dengan frekuensi natural platform. Meskipun demikian, metoda lain dapat juga digunakan apabila memang dapat mewakili keadaan nyata yang terjadi. Sebagai

pengganti analisis

fatigue

detail,

dapat

digunakan

analisis

fatigue

yang

disederhanakan untuk join tubular pada platform tipe jacket apabila kondisinya sebagai berikut : 1. Kedalaman kurang dari 122 meter. 2. Konstruksi baja daktail. 3. Memiliki framing struktural berlebih. 4. Periode natural kurang dari 3 detik.


5-7

Berikut akan dipaparkan dua metoda analisis fatigue yang dikenal yaitu analisis fatigue deterministik dan analisis fatigue spektral. 5.2.1

Analisis Fatigue Deterministik

Analisis deterministik sesuai untuk digunakan pada struktur yang memiliki rentang antara perioda natural dan perioda gelombang yang cukup lebar. Pada kondisi ini, respon struktur tidak akan berada dekat dengan perioda naturalnya. Struktur tetap (fixed platform) yang berada di laut dangkal dan memiliki perioda natural relatif kecil biasanya dapat menggunakan analisis deterministik. Analisis deterministik menerapkan sepenuhnya Aturan Miner seperti yang dijelaskan pada bagian diatas. Pembebanan dikelompokkan kedalam kelompok dengan rentang tegangan yang sama, misalnya sebanyak g kelompok. Kemudian dengan Aturan Miner dapat dihitung kerusakan total D per satuan waktu tertentu. Apabila satuan waktu yang digunakan adalah per tahun, maka usia fatigue adalah 1 / D tahun. Secara skematik, analisis deterministik ditunjukkan seperti pada Gambar 5.3.


5-8

Data Gelombang

Metoda Perhitungan Individual Wave Occurence

Perkiraan Nilai Ekstrem Hmax untuk setiap arah

Distribusi Rayleigh H Untuk setiap Hs,Tz, dan arah

Joint wave heightDistribusi perioda Gelombang H,T,arah

Pemilihan perioda Gelombang T untuk setiap tinggi gelombang H

Pembebanan gelombang Untuk setiap H,T,dan arah.

Analisis struktural / tegangan untuk setiap H,T,dan arah.

Perhitungan kerusakan Fatigue D dan Jumlahkan untuk setiap H,T,dan arah.

Gambar 5.3 Diagram alir analisa fatigue deterministik. Metoda analisis deterministik akan sulit dterapkan pada struktur yang tereksitasi oleh perioda beban yang dekat dengan perioda natural. Hal ini disebabkan karena sedikit saja perubahan


5-9

pada perioda pembebanan akan sangat mempengaruhi respon struktur. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metoda analisis fatigue spektral. 5.2.2

Analisis Fatigue Spektral

Analisis spektral adalah pendekatan secara statistik untuk menghitung kerusakan fatigue untuk suatu struktur yang mengalami pembebanan dinamik yang memiliki sifat tetap secara statistik untuk jumlah siklus tegangan yang banyak, misalnya gaya angin dan gelombang. Analisis spektral menggunakan kurva spektrum permukaan air dan fungsi transfer. Analisis fatigue spektral memperhitungkan distribusi aktual dari energi untuk seluruh rentang frekuensi gelombang. Fungsi transfer adalah perbandingan antara jumlah rentang dari respon struktur dengan tinggi gelombang. Fungsi transfer dapat dikembangkan dengan beberapa cara yaitu frequency domain, time domain dengan teori linier gelombang acak, dan time domain dengan nonlinier teori gelombang acak. Bentuk akhir dari fungsi transfer ini adalah respon spektra tegangan. Umumnya digunakan metoda frequency domain. Secara ringkas, perhitungan analisis fatigue spektral adalah sebagai berikut : 1.

Pengolahan data gelombang sampai dengan memperoleh respon spektra tegangan.

2.

Perhitungan kerusakan fatigue dengan step sebagai berikut :

3.

Menghitung area dibawah kurva / zeroth moment (mo) ∞

mo = ∫ Sσσ df 0

4.

( 5.7 )

Menghitung second moment (m2) ∞

m2 = ∫ Sσσ f 2 df 0

5.

Menghitung mean zero crossing period (Tz)

Tz = 6.

( 5.8 )

mo m2

( 5.9 )

Menghitung banyaknya siklus selama T


5-10

n= 7.

T Tz

( 5.10 )

Menghitung tegangan efektif amplitudo konstan (σefr)

σ efr

⎡ ⎛ 2 + m ⎞⎤ = (8mo ) ⎢Γ⎜ ⎟⎥ ⎣ ⎝ 2 ⎠⎦

1/ m

0,5

8.

Memilih kurva S-N

9.

Menghitung kerusakan fatigue (D) m

D=∑ i =1

ni Ni

( 5.11 )

( 5.12 )

10. Menghitung usia fatigue. Usia fatigue = 1/D, dengan D dihitung per tahun.

5.3

Analisis Fatigue

Analisis fatigue dari flatform oyong santos ini dilakukan dengan bantuan program SACS. Output dari program ini adalah menghasilkan usia layan baik di joint maupun di member akibat pengaruh fatigue. Dari output ini dapat dianalisis lamanya usia layan dari flatform tersebut, dan apabila akan diperpanjang usia layannya, analisis fatigue ini dapat menjadi acuan perancangan selanjutnya. Untuk memperoleh output tersebut, penting untuk dipelajari bagaimana program SACS ini menganalisis fatigue. 5.3.1 Acuan Pemodelan Adapun acuan yang dipakai dalam analisis fatigue, terkait dengan program SACS : 1.

Analisis berdasarkan analisis deterministik

2.

Stress concentration factor (SCF) dihitung secara otomatis oleh program SACS, dengan menggunakan teori persamaan Efthymiou. Perhitungan SCF ini berdasarkan API.

3.

Batas atas dan/atau batas bawah SCF harus didefinisikan secara manual.

4.

Kurva S-N, untuk memperoleh kerusakan fatigue, terdapat pada program SACS, dengan menginput jenis kurva S-N yang digunakan. Pada kasus ini digunakan sumber dari kurva X dari API RP2A 20th seperti pada Gambar 5.1.

5.

Joint yang kritis terhadap kerusakan fatigue harus didefinisikan sebagai input data.


5-11

6.

Properti non-tubular dan plat tidak diperhitungkan dalam analisis fatigue.

7.

Program SACS secara otomatis akan mendifinisikan tipe sambungan pada joint, yang kemudian akan dihitung nilai SCF nya sesuai dengan tipe sambungan tersebut.

8.

Rentang tegangan (stress range) diperoleh dari analisis wave response. Analisis ini dilakukan dengan acuan tinggi gelombang yang bervariasi.

9.

Untuk joint yang memiliki usia layan kurang dari usia desain, akan dipilih secara otomatis oleh fatigue dengan menggunakan fasilitas fatigue interaktif.

10. Beban siklus, dimana beban ini adalah yang paling dominan dalam analisis fatigue (pada umumnya gelombang) akan diperoleh dengan menginput data scatter diagram. 5.3.2 Prosedur Analisis Fatigue 1.

Pada setiap sambungan, program secara langsung akan mendapatkan member yang berpengaruh terhadap sambungan tersebut.

2.

Jika sambungan terdiri dari 2 atau lebih elemen tubular, maka program akan menentukan, mana yang sebagai chord dan mana yang sebagai brace, dengan patokan elemen yang memiliki ketebalan tubular paling besar dianalisis sebagai chord.

Gambar 5.4 Sketsa definisi brace dan chord. 3.

Pada setiap kombinasi chord-brace, program akan menentukan mana dari sambungan tersebut yang coplanar (dengan toleransi ±22.5 derajat). Sambungan tersebut diklasifikan berdasarkan geometri. Klasifikasi berupa sambungan bentuk “Y”, “T”, “X”, “K”, atau “TK”.


5-12

4.

SCF diperhitungkan sesuai dengan klasifikasi dari sambungan, dan teori perhitungan SCF didefinisikan sebagai input. Analisis SCF dilakukan pada 8 titik didaerah sambungan yang sedang dianalisis. Formula perhitungan SCF :

f (φ ) = DAF ( f a [Cac cos 2 φ + Cas sin 2 φ ] + f sCbs sin φ + f cCbc cosφ )

( 5.13 )

Dimana :

5.

DAF

= dynamic amplification factor

f( φ )

= tegangan terpusat dari brace atau chord

fa

= tegangan aksial nominal pada brace

fc

= tegangan bending nominal brace pada crown

fs

= tegangan bending nominal brace pada saddle

Cac

= SCF aksial brace atau chord pada crown

Cas

= SCF aksial brace atau chord pada saddle

Cbc

= SCF bending brace atau chord pada crown

Cbs

= SCF bending brace atau chord pada saddle

φ

= Sudut antaa brace dengan crown

Nilai SCF yang dikombinasikan dengan beban lainnya merupakan input data untuk mendapatkan rentang tegangan siklus terpusat (cyclic concentrated stress ranges). a.

Pada setiap karakteristik gelombang (kombinasi dari tinggi dan periode gelombang) dimana gelombang merupakan representasi beban siklus pada struktur, steady state analisis dinamik digunakan. Gaya dan momen internal pada brace dihitung pada beberapa waktu dimana gelombang menumbuk platform. Perhitungan tegangan pada fatigue (termasuk efek tegangan terpusat), dianalisis pada 8 titik disekeliling sambungan. Selisih antara tegangan maksimum dan tegangan minimum dari tegangan terpusat diperhitungkan pada setiap titik, yang menghasilkan rentang tegangan. Nilai rentang tegangan maksimum dari setiap titik merupakan ”hot spot” rentang tegangan (hot spot stress range).

b.

Prosedur diatas hanya bisa dilakukan jika analisis statik dan atau analisis dinamik sudah dilakukan untuk setiap posisi dari setiap gelombang. Dari analisis ini akan didapat dynamic amplification factor (DAF).


5-13

6.

Kerusakan fatigue diperoleh dari rentang tegangan yang dihitung pada setiap kasus

fatigue, berdasarkan teori kegagalan Palmgren-Miner dan kurva S-N. 5.3.3 Prosedur Pembuatan Tegangan Siklus Sebelum dilakukannya analisis fatigue dengan menggunakan program SACS, tegangan siklus harus diperoleh terlebih dahulu. Berikut langkah-langkah untuk memperoleh tegangan siklus: 1.

Efek dinamik (dynamic effects) Langkah pertama dalam analisis fatigue, baik analisis spektral maupun deterministik, adalah memperhitungkan efek dinamik. Hal ini bisa diperoleh dengan menggunakan bantuan Dynpac program. Linearisasi pondasi dilakukan, dengan menggunakan

foundation superelement. 2.

Beban siklus (cyclic loading) Selama umur bangunan struktur, bangunan lepas pantai mendapat pengaruh beban lingkungan dan juga beban selama operasi yang bervariasi. Beberapa dari beban tersebut ada yang bersifat berulang (cyclic) seperti gelombang, arus, peralatan pada

deck, dan ada juga yang bersifat tidak berulang, seperti beban arah gravitasi, gaya apung, beban hidup. Fatigue pada struktur merupakan akibat dari banyaknya beban yang bekerja berulang-ulang, terakumulasi menjadi beban siklus. Jumlah dari gaya siklus yang bekerja dinamakan total fatigue environment. Dalam struktur bangunan lepas pantai, pada umumnya beban siklus yang paling berpengaruh terhadap fatigue adalah gelombang dan arus. 5.3.4 Beban Fatigue (Fatigue Loading) Kondisi fatigue diperoleh dari akumulasi beban siklus, bekerja pada struktur sehingga menyebabkan terjadinya kerusakan fatigue. Kondisi fatigue dibuat dalam program SACS dengan mendefinisikan fatigue file input (FTCASE). Prosedur perhitungan fatigue tergantung kepada tipe analisis, dalam hal ini digunakan analisis deterministik. Untuk kasus analisis deterministik digunakan data kejadian gelombang individu dalam jangka waktu 1 tahun. Tabel 5.1 merupakan tabel persentase kejadian pada tinggi gelombang dan periode tertentu.


5-14

Kejadian Gelombang Di Sekitar Platform Dalam 1 Tahun.

Tabel 5.1 Sig. Wave Height (ft) 6,0-6,5 5,5-6,0 5,0-5,5 4,5-5,0 4,0-4,5 3,5-4,0 3,0-3,5 2,5-3,0 2,0-2,5 1,5-2,0 1,0-1,5 0,5-1,0 0,0-0,5

Peak Period (sec) 5,74 5,5 5,27 5,03 4,76 4,48 4,16 3,85 3,47 3,09 2,57 1,99 1,2

N

NE

E

SE

0°

45°

90°

135°

88 92 683 2555 10906 22821 64644 95938 195147 318990 330724 395095 318600

25 59 205 966 3093 8357 18182 37664 60339 85748 100786 120392 97080

56 118 424 1975 6330 17092 37203 77068 123458 175456 206195 246392 198660

38 85 307 1417 4545 12279 26732 55365 88703 126524 148202 176997 142740

5.4

Hasil Analisa Fatigue

5.4.1

Periode Natural

S 180° 176 367 1339 6212 19891 53229 117000 242275 388115 551650 648420 774633 624600

SW

W

NW

225°

270°

315°

69 137 430 2333 6118 18313 47544 90954 145660 207029 243315 290714 234450

94 98 738 2755 9658 16321 57782 128478 210398 343806 356498 425849 343500

75 79 594 2226 7805 21688 56293 83623 170040 277981 288140 344261 277620

Periode natural dari struktur ini didapat dari analisis ragam (analisis modal). a. Periode natural mode 1 sebesar 2.0965 detik b. Periode natural mode 2 sebesar 2.0324 detik c. Periode natural mode 3 sebesar 0.9976 detik Ketiga nilai ini akan digunakan sebagai input data dalam analisis beban siklik akibat gelombang. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab 2, bahwa apabila periode natural dari struktur mendekati periode dari gelombang maka nilai dynamic amplification factor akan mengalami pertambahan yang cukup tinggi. Berdasarkan teori tersebut nilai periode natural dari struktur dijadikan input data dalam perhitungan beban siklik, sehingga akan memberikan respon yang paling maksimum dalam perhitungan fatigue. Besarnya pengaruh periode natural struktur terhadap besarnya beban siklik dapat dilihat dari kurva transfer function. Nilai periode natural yang digunakan pada analisa fatigue ini menggunakan periode natural mode ke 3 karena nilainya memberikan hasil maksimum namun tetap berada pada zona aman jacket. Untuk nilai DAF yang digunakan dalam pemodelan dapat dilihat pada Tabel 5.2.


5-15

Nilai Dynamic Amplification Factor (DAF)

Tabel 5.2

Rentang Tinggi Gelombang 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 5.4.2

‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Periode 1,2 1,99 2,57 3,09 3,47 3,85 4,16 4,48 4,76 5,03 5,27 5,5 5,74

Ω 0,831 0,501 0,388 0,323 0,287 0,259 0,240 0,223 0,210 0,198 0,189 0,181 0,174

DAF 10,361013 1,7827173 1,3858269 1,2459983 1,1881291 1,1489864 1,1256398 1,1069703 1,0939098 1,0834934 1,0756459 1,0691342 1,0632085

Usia Layan Fatigue

Dari hasil analisa fatigue deterministik, akan didapatkan usia layan dari masing-masing joint pada jacket yang dimodelkan. Usia layan ini berguna dalam penentuan lokasi inspeksi maupun perkiraan daerah rawan pada perencanaan suatu anjungan lepas pantai. Pada analisa fatigue ini terdapat 13 titik yang berpotensi mengalami kerusakan karena memiliki usia layan kurang dari usia desain platform yaitu selama 40 tahun. Hasil analisa tersebut dapat dilihat pada Tabel 5.3. Service Life (yr)

Joint

Group Member

1020

A33

35,432

1067

A42

6.916

1068

A42

6.507

1091

A52

8.424

1094

A52

8.773

Adapun penyebab kurangnya usia layan pada joint-joint tersebut adalah : 1.

Distribusi besarnya beban siklik gelombang mencapai nilai yang maksimum pada permukaan laut dan mencapai minimum pada dasar laut. Atas dasar teori tersebut, dapat dianalisis bahwa joint yang memiliki usia layan kurang dari design life berada pada daerah dekat dengan permukaan laut. Sehingga tegangan yang diterima joint tersebut cukup besar.


5-16

2.

Ketebalan can pada joint tersebut telalu tipis, sehingga kemampuan dalam menahan tegangan yang terjadi tidak optimal.

Untuk mengetahui posisi joint-joint yang memiliki service live kurang dari 40 tahun dapat dilihat pada Gambar 5.1 sampai 5.3. Dari hasil yang didapatkan, terdapat beberapa joint dari bracing horisontal yang terdapat di elevasi -52.50 ft, -87.50 ft, dan -127.50 ft, yang memiliki usia layan kurang dari 40 tahun, sehingga perlu dilakukan perbaikan struktur berupa penebalan dimensi member pada joint-

joint yang kritis.


5-17

Gambar 5.1

Fatigue life plot pada Plan -127.5 ft.

Gambar 5.2



5-18

Gambar 5.3



5-19

5 Analisa Fatigue. 5.1 Definisi. wave cinematic factor 1,0 dan conductor shielding factor 1,0 untuk gelombang fatigue. Nilai. Bab

Recommend Documents