KAJIAN KEKUATAN KOLOM-PONTON SEMISUBMERSIBLE DENGAN KONFIGURASI DELAPAN KOLOM BERPENAMPANG PERSEGI EMPAT AKIBAT EKSITASI GELOMBANG YOSIA PRAKOSO 4310 100 017 PEMBIMBING: Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M. Sc., Ph. D. Ir. Murdjito, M. Sc. Eng.
PENDAHULUAN LATAR BELAKANG RUMUSAN MASALAH
OUTLINE PRESENTASI
TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN BATASAN MASALAH
METODOLOGI PENELITIAN PEMBAHASAN KESIMPULAN
LATAR BELAKANG
(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 pada semisubmersible
Bagaimana respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas ?
PERUMUSAN MASALAH
Berapa besar kekuatan memanjang semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging ? Berapa besar kekuatan sambungan kolom-ponton semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging ?
Mengetahui respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas.
TUJUAN PENELITIAN
Mengetahui besar kekuatan memanjang semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging. Mengetahui besar kekuatan sambungan kolom-ponton semisubmersible pada kondisi still water dan gelombang dengan mode hogging/sagging.
MANFAAT PENELITIAN
Dapat mengetahui prosedur analisis dan menghitung respon struktur semisubmersible akibat eksitasi gelombang pada saat terapung bebas. Dapat mengetahui besar kekuatan memanjang dan sambungan kolom-ponton semisubmersible akibat kondisi still water dan beban gelombang dengan mode hogging/sagging.
Ukuran utama mengacu pada parameter utama struktur deck semisubmersible Essar Wildcat. Ukuran dari kolom dan ponton akan dirancang untuk memenuhi parameter utama displasemen.
BATASAN MASALAH
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.
Arah pembebanan yang bekerja pada semisubmersible adalah 90o (beam seas), 120o, 135o (quartering-head seas), 150o dan 180o (head seas). Prediksi gerakan struktur pada gelombang reguler dilakukan dengan menerapkan teori difraksi 3-dimensi.
BATASAN MASALAH
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 software AUTOCAD, MOSES, ANSYS MECHANICAL dan Microsoft Excel 2013.
DASAR TEORI SHEAR FORCE DAN BENDING MOMENT
𝑥
𝑉 𝑥 =
𝑤 𝑥 − ∆ 𝑥 𝑑𝑥 0𝑥
DASAR TEORI SHEAR FORCE DAN BENDING MOMENT
𝑀 𝑥 =
𝑉 𝑥 𝑑𝑥 0
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)
Respons struktur tersebut dihitung dengan mempertimbangkan dua bagian badan kapal SWATH, sehingga persamaan umum respons adalah:
DASAR TEORI RESPON STRUKTUR SEMISUBMERSIBLE AKIBAT EKSITASI GELOMBANG
z M6 V3 V2 V1
M5
y M4
x
V1 (gaya geser memanjang), V2 (gaya geser sisi), V3 (gaya geser vertikal), M4 (momen lengkung melintang), M5 (momen torsi), dan M6( momen yaw)
DASAR TEORI RESPONSE AMPLITUDE OPERATOR
RAO di definisikan sebagai amplitudo respon (Ra) per amplitudo gelombang (ζa), di mana dalam perhitungannya RAO selalu di anggap sebagai gelombang reguler dan frekuensi gelombang yang di pilih dimasukkan ke dalam range frekuensi yang di pakai dalam membuat spektrum gelombang. Persamaan RAO dapat dicari sebagai berikut: 𝑅𝐴𝑂 𝜔 = dengan: 𝑅𝑎
: amplitudo respon struktur (m)
𝜁𝑎
: amplitudo gelombang (m)
𝑅𝑎 2 𝜁𝑎
Tegangan Normal adalah intensitas gaya pada suatu titik yang tegak lurus atau normal terhadap penampang, yang didefinisikan sebagai berikut: ∆𝐹 𝜎 = lim ∆𝐴→0 ∆𝐴 dengan:
DASAR TEORI TEGANGAN
σ
: Tegangan normal (N/m2)
F
: Gaya yang bekerja dalam arah tegak lurus atau normal terhadap penampang (N)
A
: Luas penampang (m2)
Tegangan Geser adalah intensitas gaya pada suatu titik yang sejajar terhadap penampang. Yang didefinisikan sebagai: ∆𝑉 ∆𝐴→0 ∆𝐴
𝜏 = lim dengan: τ : Tegangan Geser (N/m2)
DASAR TEORI TEGANGAN
V : Gaya yang bekerja dalam arah sejajar terhadap penampang (gaya geser) (N) A : Luas penampang (m2)
Tegangan Von Mises bekerja pada elemen tiga dimensi, bekerja tegangan-tegangan searah sumbu x, y dan z. Yang didefinisikan sebagai: 𝜎𝑉𝑀 =
1 2
𝜎𝑥 − 𝜎𝑦
2
+ 𝜎𝑦 − 𝜎𝑧
2
+ 𝜎𝑥 − 𝜎𝑧
dengan:
DASAR TEORI TEGANGAN
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
2
2 2 2 + 6 𝜏𝑥𝑦 + 𝜏𝑦𝑧 + 𝜏𝑥𝑧
A Mulai
STUDI LITERATUR
PENGUMPULAN DATA Data met-ocean dan struktur
METODOLOGI PENELITIAN FLOWCHART
PEMODELAN AUTOCAD
PEMODELAN STRUKTUR MENGGUNAKAN MOSES Tidak
VALIDASI MODEL panjang, lebar dan displasmen
ANALISIS RESPON STRUKTUR AKIBAT BEBAN GELOMBANG
PEMODELAN KOLOM DAN PONTON MENGGUNAKAN AUTOCAD
PEMODELAN KOLOM-PONTON MENGGUNAKAN ANSYS MECHANICAL
ANALISIS KEKUATAN KOLOM-PONTON AKIBAT BEBAN GELOMBANG
KESIMPULAN Ya A
Selesai
Studi Literatur Pada tahapan ini akan dilakukan studi literatur, yaitu pengumpulan publikasi ilmiah dari literatur terbuka yang relevan yang dapat dijadikan acuan dalam pengerjaan Tugas Akhir.
METODOLOGI PENELITIAN LANGKAH PENGERJAAN
Pengumpulan Data Pada tahapan ini akan dilakukan pengumpulan data, yaitu pengumpulan data yang berkaitan dengan Tugas Akhir meliputi: data struktur, data met-ocean dan data semisubmersible.
Pemodelan Struktur Pada tahapan ini akan dilakukan pemodelan struktur, yaitu memodelkan geometri semisubmersible dengan AUTOCAD, kemudian melakukan pemodelan masalah dengan menggunakan software MOSES (masalah hidrodinamis) dan ANSYS MECHANICAL (masalah struktural).
DATA STRUKTUR GENERAL ARRANGEMENT
DATA STRUKTUR SCANTLING VIEW
Laut Natuna metocean data (100-years Return Period)
DATA LINGKUNGAN LAUT NATUNA
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
Principal dimension semisubmersible model
PEMODELAN PRINCIPAL 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
PEMODELAN
AutoCAD
MAXSURF
SOFTWARE
MOSES
AutoCAD
PEMODELAN ANSYS MECHANICAL
PEMODELAN VALIDASI 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
Analisis Respon Struktur akibat Beban Gelombang Pada tahap ini akan dihitung respon struktur pada 6 derajat kebebasan untuk setiap ukuran ponton-kolom pada gelombang reguler.
METODOLOGI PENELITIAN LANGKAH PENGERJAAN
Analisis Kekuatan Memanjang akibat Beban Gelombang Pada tahap ini akan dihitung kekuatan memanjang semisubmersible akibat beban gelombang. Analisis Kekuatan Kolom-Ponton akibat Beban Gelombang Pada tahap ini akan dihitung kekuatan kolom-ponton akibat beban gelombang. Kesimpulan Penarikan kesimpulan setelah melakukan berbagai analisis yang dibutuhkan dalam pengerjaan Tugas Akhir.
1
0,8
90 deg
0,6
RESPON GERAKAN
m/m
PEMBAHASAN
120 deg 135 deg 0,4 150 deg 180 deg 0,2
0 0,2513
0,4513
0,6513
0,8513
1,0513
1,2513
-0,2
freq (rad/s)
1,4513
1,6513
1,8513
2,0513
1
0,9
0,8
0,7 90 deg
RESPON GERAKAN
120 deg
m/m
PEMBAHASAN
0,6
135 deg
0,5
150 deg 0,4 180 deg 0,3
0,2
0,1
0 0,2513
0,4513
0,6513
0,8513
1,0513
1,2513
freq (rad/s)
1,4513
1,6513
1,8513
2,0513
1,6
1,4
1,2
1 90 deg
RESPON GERAKAN
m/m
PEMBAHASAN
120 deg
0,8
135 deg 0,6
150 deg 180 deg
0,4
0,2
0 0,2513 -0,2
0,4513
0,6513
0,8513
1,0513
1,2513
freq (rad/s)
1,4513
1,6513
1,8513
2,0513
1,2
1
0,8 90 deg
RESPON GERAKAN
deg/m
PEMBAHASAN
120 deg 135 deg
0,6
150 deg 180 deg 0,4
0,2
0 0,2513
0,4513
0,6513
0,8513
1,0513
freq (rad/s)
1,2513
1,4513
1,6513
1,8513
2,0513
2,5
2
90 deg
RESPON GERAKAN
135 deg
deg/m
PEMBAHASAN
120 deg
1,5
150 deg 1
180 deg
0,5
0 0,2513
0,4513
0,6513
0,8513
1,0513
1,2513
freq (rad/s)
1,4513
1,6513
1,8513
2,0513
0,45
0,4
0,35
0,3 90 deg
PEMBAHASAN
135 deg
deg/m
RESPON GERAKAN
120 deg
0,25
0,2
150 deg 180 deg
0,15
0,1
0,05
0 0,2513
0,4513
0,6513
0,8513
1,0513
1,2513
freq (rad/s)
1,4513
1,6513
1,8513
2,0513
Grafik Distribusi Beban Total (LWT+DWT) 1400,00
1200,00
1000,00
DISTRIBUSI BEBAN
800,00
(Ton)
PEMBAHASAN
600,00
400,00
200,00
0,00 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
(Station)
PEMBAHASAN DISTRIBUSI CROSS SECTION AREA
PEMBAHASAN STILL WATER SF DAN BM
PEMBAHASAN HOGGING L=108.2 m SF DAN BM
PEMBAHASAN SAGGING L=108.2 m SF DAN BM
PEMBAHASAN HOGGING L=290 m SF DAN BM
PEMBAHASAN SAGGING L=290 m SF DAN BM
25 SF Still Water SF Hogging H=5.25m L=108.2m SF Sagging H=5.25m L=108.2m
20
SF Hogging 2 H=5.25m L=290m SF Sagging 2 H=5.25m L=108.2m 15
PEMBAHASAN MN
KOMPARASI SHEAR FORCE
10
5
0 0
5
10
15
20
25
-5
-10
Station
30
35
40
45
150
100
50
0
KOMPARASI BENDING MOMENT
5
10
15
20
25
30
35
40
Station -50
MN.m
PEMBAHASAN
0
-100
-150 BM Still Water -200
BM Hogging H=5.25m L=108.2m BM Sagging H=5.25m L=108.2m
-250
BM Hogging H=5.25m L=290m BM Sagging H=5.25m L=290m
-300
45
PEMBAHASAN MESHING SENSITIVITY
PEMBAHASAN INPUT SF DAN BM
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL TANPA DECK
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL TANPA DECK
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL TANPA DECK
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK SMEARED
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK SMEARED
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK SMEARED
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK RIGID
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK RIGID
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL DECK RIGID
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
PEMBAHASAN ANALISIS KEKUATAN MODEL LOKAL
Nilai shear force maksimum terjadi pada lokasi 64.9 m dari buritan sebesar 18.128 MN untuk kondisi hogging pada lokasi yang sama sebesar 19.219 MN untuk kondisi sagging.
KESIMPULAN
Nilai bending moment terbesar untuk kondisi hogging terletak di lokasi 35.2 m dari buritan sebesar -203.237 MN.m dan kondisi sagging terletak pada lokasi 40.6 m dari buritan sebesar -259.585 MN.m.
Tegangan maksimum pada model global didapat dengan hasil sebagai berikut: Pada model global tanpa deck, tegangan maksimum terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom kedua (lokasi 46.6 m dari buritan) dengan nilai tegangan yang terjadi sebesar 157 MPa.
KESIMPULAN
Pada model global dengan deck smeared, tegangan maksimum terjadi 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 terjadi pada sambungan ponton dan kolom pada kolom keempat (lokasi 92.3 m 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.
SARAN
Menggunakan model scantling yang lebih lengkap dan memodelkan struktur deck yang realistis untuk mendapatkan distribusi tegangan yang dapat mewakili kondisi sebenarnya dari struktur semisubmersible. Melakukan analisa kekuatan melintang (pry/squeeze force) pada semisubmersible.