Sensitivity Analysis Struktur Anjungan Lepas Pantai Terhadap Penurunan Dasar Laut BAB 4 PEMODELAN

Sensitivity Analysis Struktur Anjungan Lepas Pantai Terhadap Penurunan Dasar Laut

BAB 4 PEMODELAN

4.1 PENDAHULUAN

Pemodelan merupakan langkah selanjutnya setelah diperoleh data yang diperlukan. Pemodelan dalam analisis anjungan lepas pantai pada umumnya dapat dibagi menjadi dua: a. Pemodelan struktur b. Pembebanan Dalam pemodelan struktur, hal-hal yang dimodelkan terdiri dari elemen-elemen yang bersifat struktural, maksudnya adalah elemen tersebut bersifat mendukung kekuatan bangunan lepas pantai. Contohnya adalah elemen tubular seperti legs, dan bearing pada jacket, elemen pada dek, dan lain-lain.

Dalam pemodelan pembebanan, hal-hal yang dimodelkan adalah semua beban yang akan mempengaruhi kekuatan dari bangunan lepas pantai. Contohnya berat sendiri struktur, beban mati tambahan, beban hidup dan beban lingkungan.

Setelah dilakukan pemodelan terhadap kedua bagian di atas, langkah selanjutnya adalah melakukan analisis struktur. Analisis dilakukan terhadap perilaku bangunan lepas pantai dalam menerima pengaruh dari beban yang terjadi. Analisis pada bangunan lepas pantai ini terdiri dari: a. Analisis in-place b. Analisis fatigue c. Analisis seismik

4-1


Analisis in-place merupakan analisis terhadap kemampuan layan bangunan lepas pantai dalam menerima beban yang bekerja. Analisis ini dibagi dalam 2 kondisi, yaitu kondisi operasional dan kondisi ekstrim. Kemampuan layan struktur dilihat dengan memeriksa tegangan pada elemen, sambungan dan tiang pancang dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan.

Analisis modal adalah analisis yang dilakukan untuk mendapatkan periode alami struktur akibat adanya beban yang bekerja pada struktur seperti gelombang. Dengan diperolehnya periode natural dari struktur tersebut, dapat diperoleh besarnya DAF (Dynamic Amplification Factor), dimana DAF menunjukkan pengaruh osilasi struktur terhadap efek pembesaran gelombang.

Analisis fatigue merupakan analisis untuk mendapatkan usia layan dari struktur. Analisis ini diakibatkan oleh pembebanan yang sifatnya terus-menerus sehingga bangunan lepas pantai akan mengalami penurunan kekuatan dalam menahan beban.

Analisis seismik merupakan analisis yang penting dilakukan jika bangunan lepas pantai berada pada daerah gempa. Gempa ini berperilaku sebagai beban luar yang bekerja secara dinamik terhadap bangunan lepas pantai. Evaluasi terhadap kemampuan layan bangunan lepas pantai akibat pengaruh beban gempa dapat dilihat dari tegangan pada elemen, sambungan dan tiang pancang dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan.

Pemodelan dan analisis struktur dilakukan terhadap kondisi platform awal, dimana belum terjadi penurunan pada platform ini. Setelah dilakukan pemodelan dan analisis struktur terhadap kondisi awal, akan dilakukan pemodelan dan analisis struktur terhadap kondisi dimana terdapat perubahan pada ketinggian muka air laut. Perubahan ini dibuat dengan mengubah ketinggian muka air laut

4-2


setiap 1.5 meter (5 ft) hingga mencapai 2 meter (20 ft). Analisis in-place, fatigue, seismik dilakukan pada tiap perubahan ketinggian muka air laut ini.

Pemodelan dan analisis struktur dilakukan dengan bantuan program SACS (Structure Analysis Computer System). Adapun penjelasan yang lebih mendalam mengenai program SACS dapat dilihat pada subbab 4.2.

4.2 PENJELASAN SINGKAT PROGRAM

SACS (Structure Computer Analysis System) adalah program analisis struktur untuk struktur bangunan umum maupun bangunan lepas pantai. SACS memiliki kemampuan analisis statik, analisis dinamik, perhitungan beban lingkungan seperti beban gelombang, arus dan angin, cek dan desain member, analisis pada saat peluncuran, analisis kekuatan sambungan, analisis umum fatigue, analisis tiang pancang, analisis keruntuhan non-linier bahkan melakukan estimasi biaya.

SACS terdiri dari modul-modul program yang memiliki fungsi berbeda namun saling berkaitan. Modul-modul yang akan digunakan adalah: 1. SACS Executive Merupakan program utama yang menghubungkan modul-modul lain dalam SACS. Modul-modul lain dijalankan dengan SACS Executive ini. 2. Precede Merupakan program pemodelan geometri, material, properti penampang, dan pembebanan sederhana. 3. Seasate Program yang memperhitungkan beban-beban lingkungan seperti beban gelombang, arus, dan angin. Program ini juga memperhitungkan efek marine growth, buoyancy, dan memodelkan gelombang untuk respon dinamik. 4. SACS IV

4-3


Merupakan program analisis elemen hingga untuk analisis struktur dan pembebanan yang telah dimasukkan pada modul sebelumnya. 5. Postvue Program analisis kekuatan member dan desain berdasarkan kode desain (design code) seperti API, AISC, dan LRFD. 6. Joint Can Pemeriksaan kekuatan sambungan dan desain sambungan tubular berdasarkan kode desain. 7. PSI Simulasi interaksi tanah dengan tiang pancang untuk melakukan proses iterasi penyamaan load deflection antara struktur dengan tiang pancang. 8. Fatigue Program pemeriksaan umur fatigue dan desain ulang sambungan.

SACS Model File Environmental Load Generation

User Input (Optional)

SEASTATE

User Input

LAUNCH

User Input

TOW

Output Structural Data File User Input

SACS IV

PSI

Foundation SE File (Optional) SACS Common Solution File (CSF) User Input (Optional)

Post Processing

User Input

JOINT CAN

POSTIN

User Input

POSTVUE Database

POST (Mem) POSTVUE

Gambar 4.1 Diagram Alir Analisis SACS

4-4


Dalam penentuan fixity (restraint atau release) SACS memiliki konvensi. Restraint berarti menyalurkan gaya, sedangkan release merupakan kebalikannya, yang berarti tidak menyalurkan gaya. Terdapat enam derajat kebebasan yaitu translasi arah x, y, z, dan rotasi melingkari sumbu x, y, z, serta dimodelkan dengan Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz. Derajat kebebasan ini dimodelkan dengan binary code, definisi binary code untuk restraint pada member berkebalikan dengan definisi restraint pada joint. Sebagai contoh, satu member elemen yang menyalurkan semua gaya atau di restraints di seluruh derajat kebebasannya akan dimodelkan 000000, sedangkan suatu joint yang dimodelkan sebagai sendi yang hanya menyalurkan translasi akan dimodelkan 111000. Contoh lain, apabila kita akan memodelkan suatu kondisi yang hanya menahan gaya lateral saja, maka elemen akan dimodelkan dengan fixity 001111 dan suatu joint akan dimodelkan dengan fixity 110000. Pemahaman ini diperlukan dalam memodelkan elemen seperti conductor dan riser.

4.3 PEMODELAN DEK

4.3.1 Acuan Pemodelan Dalam melakukan pemodelan dek, ada beberapa hal penting yang perlu diperhatikan, antara lain: 1. Seluruh elemen utama dimodelkan. 2. Pelat dek dimodelkan 3. Deck support dimodelkan 4. Berat sendiri dek akan dijumlahkan dengan beban yang bekerja pada dek dan tidak boleh melebihi batas beben yang bekerja pada dek, yaitu 80 ton. 5. Pada bagian deck support, joint diberi fixity 222000, sebagai interpretasi penyaluran beban di dek ke deck support. 6. Diperlukan adanya jarak bebas (air gap) antara tepi paling bawah dek dan puncak gelombang pada kondisi ekstrim sebesar minimum 1,5 m.

4-5


4.3.2 Model Dek

Gambar 4.2 Model Dek 2 Dimensi pada Elevasi (+)44 ft

Gambar 4.3 Model Dek 2 Dimensi pada Elevasi (+)24.25 ft

4-6


4.4 PEMODELAN JACKET

4.4.1 Acuan Pemodelan Dalam melakukan pemodelan jacket, ada beberapa hal penting yang perlu diperhatikan, antara lain: 1. Seluruh elemen tubular seperti jacket legs, bracing horizontal framing, dan joint cans dimodelkan. 2. Elemen tubular pada legs dimodelkan sebagai konsentrik tubular. 3. Pada daerah sambungan antara legs dan bracing, tubular dimodelkan lebih besar dari tubular pada legs yang bukan di daerah sambungan. Hal ini umumnya dinamakan joint can. Dimodelkan sebagai konsentrik tubular. 4. Conductor, horizontal framing dimodelkan sebagai tubular biasa. 5. Perlengkapan tambahan jacket seperti anode, grating, dan stairs, tidak dimodelkan, namun beratnya dimasukkan sebagai beban mati tambahan jacket dan efek hidrodinamika yang mungkin muncul dimodelkan. 6. Mudmat yang berada pada dasar laut dimodelkan. Adapun hal-hal yang dimodelkan antara lain seluruh member utama dan pelat. Selain dari itu tidak dimodelkan. 7. Ketebalan dari elemen yang berada di elevasi splash zone akan dikurangi 6 mm pada analisis in-place dan analisis seismik, dan 3 mm pada analisis fatigue sebagai efek timbulnya karat. 8. Umumnya seluruh elemen dimodelkan unflooded kecuali leg, pile, conductor dan riser. 9. Properties pada leg dan conductor mengalami modifikasi weight density, sebagai akibat memperhitungkan efek bahan lain yang terkandung dalam legs maupun conductor. 10. Pada joint dimana merupakan tempat pertemuan antara legs atau conductor, horizontal framing, dan bracings, diberi fixity 222000.

4-7


11. Pada bagian dasar laut, semua joint dimodelkan sebagai pilehead (titik transisi untuk pemodelan tiang pancang) yang berarti pemodelan jacket akan diteruskan ke dalam tanah. 4.4.2 Model Jacket

Gambar 4.4 Jacket Row 1

Gambar 4.5 Jacket Row 2

4-8


Gambar 4.6 Tampak Atas EL(+)10 ft

Gambar 4.7 Tampak Atas EL(-)24 ft

4-9


Gambar 4.8 Tampak Atas EL(-)64 m

Gambar 4.9 Tampak Atas EL(-)89 m

4 - 10


4.5 PEMODELAN STRUKTUR TAMBAHAN

4.5.1 Well Conductor Well Conductor adalah selubung casing yang berguna sebagai pipa saluran transportasi minyak dan gas dari bawah permukaan bumi ke fasilitas produksi. Well conductor sudah tertanam ke dalam tanah sehingga beratnya semua sudah disalurkan ke tanah sehingga jacket tidak akan menerima beban vertikal akibat adanya conductor.

Well conductor ini berada di bagian kanan platform dengan jumlah sebanyak 6 buah. Acuan yang digunakan dalam pemodelan well conductor: 1. Conducting framing tidak dimodelkan karena bersifat struktural. 2. Dimodelkan sebagai member tubular. 3. Fixity well conductor pada dasar laut dimodelkan sebagai pilehead (titik transisi untuk pemodelan tiang pancang) yang berarti pemodelan conductor akan diteruskan ke dalam tanah.

4.5.2

Pemodelan Riser dan Flexible Static

Riser adalah pipa yang berfungsi untuk menyalurkan fluida atau gas dari dan ke anjungan. Riser ini dimodelkan dari elevasi (+)10 ft sampai dasar laut. Ada riser lain yang berfungsi menyalurkan fluida atau gas ke flexible static.

Riser joint pada elevasi -19.507 m dan 7.315 m, diberi label master dan slave pada program SACS. Hal ini sebagai bentuk interpretasi bahwa pada joint tersebut, riser tidak member pengaruh beban secara lateral dan riser ini ditahan langsung di dasar laut, dimana pada dasar laut tersebut, riser diberi perletakan sendi. Pemodelan riser seperti ini berarti gaya vertikal akan ditahan oleh riser di elevasi mudline dan gaya horizontal akan disalurkan ke seluruh elevasi horizontal bracing.

4 - 11


Flexible static dimodelkan dengan properties berbentuk tubular dan pada bagian ujungnya diberi fixity 111111.

4.5.3

Pemodelan Boat Landing

Boat landing dimodelkan hanya member-member utamanya saja.

4.6 PEMODELAN PEMBEBANAN

Pemodelan pembebanan dilakukan setelah model struktur selesai dibuat. SACS 5.1 dapat meminta input beban dari modul Precede ataupun model Data Generator. Input beban dapat dimasukkan sebagai beban dasar (Basic Load Condition) untuk kemudian dikombinasikan dengan aturan tertentu (Load Combination) agar menghasilkan kombinasi pembebanan yang paling ekstrem.

4.6.1

Berat Sendiri Struktur

Berat sendiri struktur yang digunakan adalah Nominal Self Weight dengan input water density 1.025 ton/m3. Berat ini dihitung otomatis oleh SACS 5.1 berdasarkan member yang dimodelkan saja. Properties penampang dan model struktur merupakan faktor yang menentukan berat sendiri struktur ini. Berat sendiri struktur adalah

4.6.2

Beban Dek

Beban dek adalah beban peralatan yang berada di atas dek yang diterapkan sebagai beban merata pada pelat dek. Total beban dek adalah 500 lb/ft2.

4.6.3

Beban Marine Growth

Beban Marine Growth diperhitungkan otomatis sebagai bagian dari beban mati dengan memasukkan input ketebalan marine growth pada interval kedalaman

4 - 12


tertentu. Pada bagian 3.3.7 terdapat data marine growth. Ketebalan marine growth dibuat berbeda per interval 1.5 ft. Selain menjadi beban mati, marine growth juga mempengaruhi efek gaya gelombang pada struktur.

4.6.4

Beban Angin

Beban angin terjadi pada daerah tributary area. Beban angin diterapkan sebagai beban horizontal terpusat pada titik tertentu deck support. Beban angin dikombinasikan untuk 8 arah pembebanan berdasarkan sudutnya.

Input beban angin adalah sebagai berikut: 1. Kecepatan dan arah angin 2. Luas tributary area 3. Titik kerja gaya angin

4.6.5

Beban Arus dan Gelombang

Agar menghasilkan kondisi pembebanan yang paling berbahaya, arus dan gelombang selalu dibuat searah. Untuk kondisi operasional dan ekstrem, masingmasing memperhitungkan kedalaman air maksimum dan minimum. Ketinggian dan periode gelombang untuk semua arah menggunakan data seperti pada Tabel 3.2. Arus dan gelombang diperhitungkan pada 12 arah pembebanan.

Input untuk menghitung beban arus dan gelombang adalah sebagai berikut: 1. Wave Kinematic Factor sebesar 1.0. 2. Current Blockage Factor sebesar 1.0. 3. Pemilihan teori gelombang, berdasarkan pada perhitungan bagian 3.4.2.2 sebelumnya, digunakan Teori Gelombang Stokes. 4. Tinggi dan periode gelombang. Data ini seperti disebutkan pada bagian 3.3.3. 5. Arah gelombang. 6. Kecepatan arus pada beberapa kedalaman laut. 7. Koefisien Drag (Cd) dan Koefisien Inersia (Cm).

4 - 13


4.6.6

Modifikasi Koefisien Drag (Cd) dan Koefisien Inersia (Cd)

Pemodelan Cd dan Cm dibedakan untuk kondisi member halus dan kondisi member kasar (marine growth). Selain itu, nilai Cd dan Cm sama untuk analisis in-place dan seismik, namun berbeda untuk analisis fatigue.

4.7 PROSEDUR ANALISIS IN-PLACE

Analisis in-place adalah analisis yang dilakukan terhadap platform ketika platform sudah berada eksisting di lokasinya. Platform akan dianalisis sebagai sebuah struktur lengkap terhadap berbagai kondisi pembebanan yang mungkin terjadi. Analisis in-place tidak menghitung proses instalasi, lifting, transportasi, dan proses lain sebelum platform terpasang.

Analisis in-place platform ini mempertimbangkan dua kondisi pembebanan, yaitu: 1. Kondisi Operasional (Periode ulang 1 tahun) 2. Kondisi Ekstrem (Periode ulang 100 tahun) Kedua kondisi tersebut memperhitungkan kedalaman air maksimum dan minimum.

Perbedaan kondisi operasional dan kondisi ekstrem adalah sebagai berikut: 1. Input Data Lingkungan Kondisi operasional menggunakan data kecepatan angin, kecepatan arus, tinggi dan periode gelombang untuk periode ulang 1 tahun, sedangkan kondisi ekstrem menggunakan data lingkungan tersebut untuk periode ulang 100 tahun. 2. Batas Rasio Tegangan (Unity Check)

4 - 14


Nilai maksimum rasio tegangan untuk kondisi operasional dibatasi sama dengan 1.0, sedangkan rasio tegangan kondisi ekstrem diperbesar 33.33% sehingga batasnya menjadi 1.33. 3. Faktor Pembebanan Gaya gelombang dan arus untuk analisis in-place dikalikan dengan faktor pembebanan yang besarnya sama dengan DAF (Dynamic Amplification Factor). Nilai DAF untuk kondisi operasional dan kondisi ekstrem berbeda, sehingga faktor pembebanan untuk kedua kondisi tersebut juga berbeda. Nilai DAF dapat diperoleh dengan analisis modal.

4.7.1

Kondisi Pembebanan

Platform akan dianalisis terhadap berbagai kondisi pembebanan yang terjadi. Kondisi pembebanan dasar yang bekerja pada platform diberikan pada tabel berikut:

Tabel 4.1 Basic Loads

Kondisi Pembebanan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4.7.2

DESKRIPSI Berat Sendiri Struktur Main Deck uniform load Cellar Deck uniform load Helideck liveload Bridge & Stair load Helideck Current, wave, and wind loads at 0° Current, wave, and wind loads at 45° Current, wave, and wind loads at 90° Current, wave, and wind loads at 135° Current, wave, and wind loads at 180° Current, wave, and wind loads at 225° Current, wave, and wind loads at 270° Current, wave, and wind loads at 315°

Input SACS untuk Analisis In-place

4 - 15


Ada tiga input utama yang diperlukan SACS untuk melakukan analisis in-place ini, yaitu: 1. Model Struktur 2. Data Tanah 3. Joint Can Option

4.7.2.1 Model Struktur Model struktur dapat dibuata pada modul SACS Precede atau Data Generator. File model ini mengandung model struktur, pembebanan, dan general option untuk analisis in-place. Model struktur diantaranya mencakup joint, member, pelat, member offset, properties penampang, member group. Selain itu, untuk model struktur yang mengalami kondisi khusus, kadang-kadang diperlukan modifikasi seperti modifikasi Cd, Cm, marine growth, density, dan lainnya.

Pembebanan dan kombinasi pembebanan untuk analisis in-place diberikan seperti pada Tabel 4.3 – 4.6. Data pembebanan meliputi berat sendiri, flexible static, anode, dek, arus, dan gelombang. Kombinasi pembebanan dibuat untuk kondisi operasional dan kondisi ekstem. Faktor pembebanan untuk beban arus dan gelombang mengambil nilai DAF (Dynamic Amplification Factor) yang merupakan hasil analisis modal.

Analisis in-place dengan program SACS berikut ini menon-aktifkan analisis hidrostatik, tidak memperhitungkan efek P-delta, dan code check yang digunakan adalah API-RP2A edisi 20. Untuk kondisi ekstrem, batas rasio tegangan dinaikkan 33.33% menjadi 1.33, dengan perintah Allowable Stress Modifier.

4.7.2.2 Data Tanah Data tanah dapat diinput melalui modul SACS PSI (Pile Soil Interaction) atau Data Generator. Data tanah yang perlu diinput adalah kurva T-Z dan kurva P-Y. Pada analisis in-place, tanah dimodelkan secara non-linier agar lebih mendekati

4 - 16


keadaan yang sebenarnya. File data tanah ini akan dipergunakan untuk menganalisis model struktur yang dimodelkan di bawah mudline, yaitu pile dan empat well conductor. Restrain dari pile dan well conductor di mudline tidak dimodelkan dengan perletakan atau fixity tertentu, melainkan dimodelkan dengan PILEHD yang berari analisis pile dan well conductor yang berada di bawah mudline mengacu pada data tanah.

4.7.2.3 Joint Can Option File ini berfungsi untuk menentukan sambungan tubular yang akan dianalisis punching shearnya.

4.7.3

Periode Natural Kondisi Operasional dan Ekstrem

Pada analisis in-place, periode natural digunakan untuk menghitung DAF (Dynamic Amplification Factor), dengan menggunakan rumus: DAF =

1 (1 − Ω 2 ) 2 + (2ξΩ) 2

DAF merupakan nilai representasi dari pengaruh osilasi struktur terhadap efek perbesaran gelombang. Oleh karena itu, beban gelombang dikalikan dengan nilai DAF pada saat kombinasi dengan beban lainnya seperti angin dan beban mati.

Perhitungan periode natural struktur dilakukan SACS dengan menggunakan modul Dynamics dengan pilihan Extract Mode Shapes. Proses ini dilakukan melalui dua tahap, yaitu Linearisasi Pondasi dan Analisis Modal.

Modul Dynamics SACS tidak bisa melakukan analisis modal dengan data tanah yang non-linier. Karena itu, dilakukan tahap linearisasi pondasi untuk mengenerate satu nilai kekakuan tanah yang dijadikan sebagai input untuk analisis modal. Linearisasi pondasi ini dilakukan dengan memberi file model struktur beban gelombang dan arus dari empat arah, yaitu 0°, 90°, 180°, dan 270°.

4 - 17


Gelombang dan arus yang digunakan dapat mengambil kondisi operasional ataupun kondisi ekstrem sesuai dengan analisis modal yang akan dilaksanakan.

Setelah tahap linearisasi pondasi dilakukan, maka tahap kedua yaitu analisis modal dapat dilakukan. Analisis modal untuk memperhitungkan periode natural hanya menggunakan model struktur yang menggunakan beban mati saja.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian modul Dynamics saat melakukan analisis modal adalah sebagai berikut: 1. Informasi umum Informasi umum yang dimaksud adalah: a. Pendefinisian sumbu yang berarah vertikal, seperti: +Z b. Satuan yang dipakai, seperti: metrik c. Berat jenis struktur d. Kedalaman laut e. Berat jenis air laut f. Ketinggian dasar laut 2. Perhitungan massa struktur Massa dari struktur dalam analisis modal ini bisa diperhitungkan sebagai massa terkumpul (lumped mass) atau massa konsisten (consistent mass). Metode lumped mass mendefinisikan bahwa seluruh elemen massa disederhanakan menjadi satu kumpulan massa pada zona struktur tertentu, sedangkan metode consisten mass mendefinisikan bahwa massa terdistribusi sepanjang elemen struktur itu sendiri. Dalam modul Dynamics, lumped mass dikenal dengan “LUMP”, sedangkan consistent mass dikenal dengan “CONS”. Pada pengerjaan platform ini, digunakan metode consistent mass. 3. Perhitungan beban menjadi massa Beban yang bekerja pada struktur secara otomatis akan di-generate memilih “SA” pada option Dynpac yang artinya mengkonversikan beban sebagai

4 - 18


penambahan massa. Perlu didefinisikan arah dari bekerjanya beban, sebagai contoh pada beban gravitasi, didefinisikan arahnya, yaitu –Z.

4.8 PROSEDUR ANALISIS SEISMIK

Analisis seismik yang dilakukan pada platform ini tediri dari dua bagian, yaitu: 1. Strength level (Periode ulang 100 tahun) 2. Ductility level (Periode ulang 800 tahun)

Perbedaan dari kedua level analisis seismik tersebut adalah: 1. Peak Ground Acceleration Strength level menggunakn PGA dengan besar 0.1 g, sedangkan ductility level menggunakan PGA dengan besar 0.2 g. Dengan demikian, beban gempa yang dihasilkan pada ductility level akan lebih besar daripada beban gempa strength level. 2. Kondisi Struktur Pasca Beban Gempa Struktur yang dikenai beban gempa pada strength level sebagai representasi gempa kecil dan sedang, harus tetap berperilaku elastik, yang berarti berperilaku linier. Struktur yang dikenai beban gempa ductility level sebagai representasi gempa kuat boleh rusak dan mengalami kelelehan atau plastis tetapi tidak boleh mengalami keruntuhan (collapse).

Pada analisis seismik berikut akan digunakan metode Respon Spektra Analisis Seismik dengan menggunakan SACS, dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu: 1. Linearisasi Pondasi 2. Analisis Modal 3. Respon Dinamik

4.8.1

Linearisasi Pondasi

4 - 19


Metode Respon Spektra adalah analisis linier, sedangkan modul PSI (Pile Soil Interaction) meng-input data tanah dengan karakteristik non-linier. Karena itu, pada tahap linearisasi pondasi SACS mencari nilai kekakuan tanah yang merepresentasikan interaksi pile tanah secara linier.

Untuk men-generate linearisasi pondasi ini digunakan kombinasi beban vertikal (Load Condition 1, 11, 21) dengan beban lain seberat beban sendiri struktur pada arah X+ dan Y+ (SUPX dan SUPY). Kombinasi pembebanan ini dikalikan dengan load factor yang besarnya harus diiterasi untuk mencapai batas base shear dan beban horizontal akibat beban gempa yang konvergen.

Opsi superelement creation harus diaktifkan pada file data tanah dan dikorelasikan dengan beban SUPX dan SUPY dengan menggunakan perintah PILSUP. Hasil run tahap pertama ini akan menghasilkan file dynsef yang berisi pile supplement sebagai bentuk linearisasi pondasi untuk run analisis modal tahap selanjutnya.

4.8.2

Analisis Modal

Analisis modal akan menghitung eigen value yang menghasilkan periode natural dan mode shape struktur. Analisis ini akan membentuk file output dynmas dan dynmod yang digunakan sebagai dasar untuk mengkonversi model struktur menjadi massa pada analisis respon dinamik gempa. Model struktur yang digunakan pada analisis modal hanya berisi model struktur dan beban vertikal saja (Load Conditon 1, 11, 21).

Dalam men-generate analisis modal, program SACS menggunakan model Dynamics-Extra Model Shape ditambah dengan file input dinamik (dyn.input). Cara dan input yang digunakan sama dengan analisis modal pada analisis inplace.

4 - 20


4.8.3

Respon Dinamik

Respon dinamik struktur dilakukan dengan program SACS menggunakan modul Dynamic-Earthquake. Analisis yang digunakan menggunakan metode Respon Spektra berdasarkan peraturan API-RP2A edisi 20.

Respon platform terhadap spectrum gempa harus berdasarkan atas mode shapes dan periode natural dari analisis modal. Diperlukan minimal 95% partisipasi massa struktur yang tergambar dari banyaknya mode shapes yang dianalisis pada analisis modal.

Metode yang digunakan untuk modal combination adalah CQC (Complete Quadratic Combination) dengan arah 1.0, 1.0, dan 0.5 berturut-turut untuk arah X, Y, Z. Sementara itu, metode SRSS (Square Root Sum Square) digunakan untuk menghitung respon ketiga arah spektra. Faktor redaman global sebesar 5% digunakan untuk semua analisis mode shape.

Merode respon dinamik ini juga memiliki kemampuan untuk mengkombinasikan hasil analisis statik sebagai bagian dari analisis seismik dengan perintah STCOMB. Dengan demikian, akan dibentuk dua kondisi pembebanan final, yaitu beban statik ditambah beban aksial maksimum dari analisis respon dinamik serta beban statik ditambah beban aksial minimum dari analisis respon dinamik.

Analisis seismik ini dilakukan dengan proses iterasi load factor SUPX dan SUPY pada tahap linearisasi pondasi agar mendapatkan kekonvergenan dari base shear. Nilai base shear yang konvergen akan sama besar dengan beban kombinasi arah horizontal struktur.

4.9 PROSEDUR ANALISIS FATIGUE

4 - 21


Prosedur pemodelan fatigue untuk analisis fatigue spektral secara rinci akan dijelaskan sebagai berikut:

4.9.1

Linearisasi Pondasi

Tahap ini dilakukan pada analisis modal, dimana perilaku dari tanah tidak linier. Oleh karena itu, perlu dilakukan linearisasi pondasi dengan menggunakan metode kekakuan secant.

Linearisasi ini hanya dilakukan dengan satu kondisi beban gelombang, dimana kondisi gelombang yang dipakai adalah kondisi yang memberikan pengaruh paling maksimum terhadap kerusakan fatigue.

Adapun kriteria dari kondisi gelombang tersebut adalah: 1. Merupakan fungsi dari periode (T) dengan tinggi gelombang (H). 2. Diambil dari nilai yang merepresentasikan berbagai nilai periode dan tinggi gelombang yang terjadi selama kurun waktu tertentu. Nilai ini dinamakan tinggi gelombang signifikan (Hz) dan mean zero crossing period (Tz). 3. Setelah diperoleh Tz, didapat nilai Tp dengan hubungan: Tp = 1.41 Tz dimana Tp adalah periode spektra gelombang puncak. 4. Untuk mendapatkan center of damage, dipakai hubungan: Hmax = 1.86 × Hs Tmax = 1.30 × Tp Jadi, nilai Hmax dan Tmax ini dipakai sebagai input dalam linearisasi pondasi. Perhitungan Hmax dan Tmax adalah sebagai berikut: 1. Data probabilitas terjadinya periode dan tinggi gelombang tertentu pada kurun waktu tertentu (scatter diagram). 2. Perhitungan tabelaris Hs dan Tz

4 - 22


Di =

Pi × H sim Tzi

3. Tinggi gelombang signifikan (Hs)

∑D ×H = ∑D i

Hs

si

i

i

i

Hs = 11.83 ft 4. Tinggi gelombang maksimum (Hmax) Hmax = 1.86 × Hs = 22 ft 5. Mean zero crossing period (Tz)

∑ D ×T = ∑D i

Tz

zi

i

i

i

Tz = 4.32 sec 6. Periode spektra gelombang puncak (Tp) Tp = 1.41 × Tz = 6.08 sec 7. Periode maksimum (Tmax)` Tmax = 1.30 × Tp = 7.9 sec Dari perhitungan di atas, didapat center of damage dari gelombang adalah Hmax = 22 ft dan Tmax = 7.9 sec

4.9.2

Analisis Modal

Analisis modal ini dilakukan untuk mendapatkan karakteristik dinamik dari platform. Karakteristik yang dimaksud adalah mode shape dan periode natural struktur. Pada analisis ini, beban-beban yang diperhitungkan adalah berat sendiri struktur dengan memperhitungkan kontribusi gaya apung, seluruh beban yang bekerja di atas dek, dan berat sendiri di atas anode. Modul Dynamics pada

4 - 23


program SACS mampu memperhitungkan elemen-elemen struktur yang dimodelkan menjadi massa. Beban-beban yang diperhitungkan pada analisis ini juga akan dikonversikan sebagai massa pada joint atau member. Pada analisis ini, digunakan tipe konsisten massa. Selama analisis dinamik, seastate program diaktifkan untuk memperhitungkan massa air.

4.9.3

Pengolahan Data Gelombang

Diperlukan beberapa data pasangan periode dan tinggi gelombang yang cukup mewakili variasi gelombang yang terjadi. Perlu diperhatikan bahwa tiga nilai periode natural terbesar yang diperoleh pada analisis getaran bebas harus menjadi data gelombang, karena nilai ini akan memberikan pengaruh yang maksimum akibat besarnya dynamic amplification factor. Selain itu, parameter-parameter lain seperti kinematika gelombang dan teori gelombang perlu diperhatikan sebagai input data. Pengaruh beban siklik gelombang dianalisis pada 8 arah mata angin.

Model struktur mengalami modifikasi dari analisis in-place berupa: a. Pada daerah splash zone, member mengalami reduksi sebesar 3 mm akibat korosi. b. Hidrodinamik parameter -

Cd

= 0.70

-

Cm = 0.20

c. Profil marine growth Besarnya ketebalan marine growth pada MSL sebesar 1.8” dengan density sebesar 77.00.

Pengolahan data gelombang dilakukan dengan bantuan program SACS modul wave response. Program respon gelombang (wave respons) diinteraksikan dengan program analisis dinamik dimana input data berupa variasi panjang gelombang, periode gelombang, arah bekerjanya gelombang, teori gelombang yang dipakai

4 - 24


dan faktor kinematik gelombang. Adapun nilai analisis ini dilakukan untuk setiap arah gelombang. Hasil dari analisis ini berupa kurva transfer function.

Tahapan selanjutnya adalah memperoleh spektra gelombang. Tahapan ini dilakukan untuk memperoleh respon struktur dengan input berupa data kejadian gelombang (Scatter Diagram). Tahapan ini terkait dengan beban siklik yang sifatnya berulang selama kurun waktu yang cukup lama. Hasil dari tahapan ini adalah kurva spektra gelombang.

Hasil perkalian dari kurva transfer function dari kurva spektra gelombang akan menghasilkan kurva hot spot stress spectral density. Kurva ini menunjukkan besarnya tegangan yang akan menyebabkan kerusakan fatigue pada suatu joint.

4.9.4

Perhitungan Kerusakan Fatigue

Tegangan yang bekerja pada joint akan dikoreksi terhadap faktor konsentrasi tegangan (SCF). Program secara otomatis akan memperhitungkan besar SCF untuk setiap kondisi sambungan pada joint.

Pada suatu joint, analisis dilakukan pada 8 titik di sekeliling daerah joint. Setiap titik akan memberikan rentang tegangan yang dialami dan akan diambil rentang tegangan yang paling maksimum dari 8 titik tersebut. Kerusakan fatigue dihitung: nS m D= A dimana n adalah jumlah tegangan siklik pada periode T(n) = T

m2 m0

dimana: ∞

m0 = ∫ sσσ ( f )df 0

∞

m2 = ∫ sσσ ( f ) f 2 df 0

4 - 25


Nilai tersebut diperoleh dari kurva spektra tegangan.

S adalah nilai amplitudo tegangan regangan konstan (constant amplitude stress range). Nilai ini bisa diganti dengan rentang tegangan fatigue efektif (sefr). 1

σ efr

⎡ ⎛ 2 + m ⎞⎤ m = (8m0 ) ⎢Γ⎜ ⎟⎥ ⎣ ⎝ 2 ⎠⎦ 1 2

Rentang tegangan efektif bisa juga ditulis dalam bentuk rms rentang tegangan

σ rms = 2 2m0 atau rentang tegangan signifikan σ sig = 4m0 . Persamaan 1

1

menjadi: σ efr

⎡ ⎛ 2 + m ⎞⎤ m = σ rms ⎢Γ⎜ ⎟⎥ = σ sig ⎣ ⎝ 2 ⎠⎦

⎡ ⎛ 2 + m ⎞⎤ m ⎢Γ⎜ 2 ⎟ ⎥ ⎠⎦ ⎣ ⎝ . 2

Diperoleh hasil perbandingan antara sefr dengan srms dan sefr dengan ssig.

Besarnya nilai A tergantung jenis kurva S-N yang dipakai.

Dengan diperolehnya semua parameter, maka kerusakan fatigue didapat. Perlu diketahui, jika nilai kerusakan fatigue ini lebih dari satu, maka joint yang dianalisis memiliki usia layan kurang dari usia desain.

Berikut hal-hal yang penting diperhatikan dalam melakukan analisis fatigue: 1. Kurva API X’, digunakan sebagai jenis kurva S-N. 2. SCP dihitung dengan menggunakan persamaan Efthymiou. 3. Analisis spektra gelombang menggunakan JONSWAP spectra. 4. Usia desain fatigue pada joint adalah 60 tahun. 5. Faktor keamanan sebesar 2.0.

4 - 26

Sensitivity Analysis Struktur Anjungan Lepas Pantai Terhadap Penurunan Dasar Laut BAB 4 PEMODELAN

Recommend Documents